酸性水库防渗治理工程环境管理研究

徐佳佳 高文谦 李 昊 孙 伟 吴亮亮

(1.江西铜业股份有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334200；2.矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

有色金属矿产资源在支撑我国国民经济发展的同时，也不可避免地产生了一系列的环境污染隐患[1-4]。例如以硫化矿为主的铜矿山，在矿石开采、运输、废石堆存等过程经雨水淋溶、空气和细菌的氧化作用可能会形成含有硫酸盐和重金属离子的酸性废水，pH值一般低于4.0[5，6]。若直接排放，将对下游地表水体造成严重污染，破坏水生生态环境或影响农作物生长及食物链安全。矿山企业一般通过建设酸性水库、开展矿区清污分流等措施有效收集生产作业过程产生的酸性废水。酸性水库作为矿山重要的环保设施，国家标准要求酸性水库底部及四周应进行防渗、防腐处理，基础必须防渗，防渗层为至少1 m厚黏土层(渗透系数≤10-7cm/s)，或2 mm厚高密度聚乙烯或至少2 mm厚的其他人工材料，渗透系数≤10-10cm/s[7]。然而，对于标准发布之前已建成投入使用的酸性水库，尚未有明确规定[8]。近年来，在日益严峻的环保形势下，已有不少矿山企业着手对酸性水库的防渗效果进行调查评估并开展必要的治理。酸性水库防渗治理涉及HDPE土工膜铺设、帷幕注浆等隐蔽工程[9-11]，如果这些关键措施落实不到位，将无法达到防渗的预期效果，同时也造成工程投资的浪费。此外，施工过程还涉及废气、废水、噪声、固体废物的产生与排放以及对生态环境、水土流失的不利影响。因此，建设单位必须加强施工期的环境保护工作。

本研究以某酸性水库防渗治理工程为例，开展生态环境保护措施落实、重点部位隐蔽工程(水泥黏土灌浆、化学灌浆、HDPE土工膜防渗等)实施、污染物达标排放等环境管理研究，最后通过坝脚渗流量的变化情况分析酸性水库防渗治理工程的实施效果。

1 概况

酸性水库所在矿区为露天矿，剥采的含硫废石贮存于废石场，属于第Ⅱ类一般工业固体废物。降雨淋溶产生的酸性废水汇流进入酸性水库存贮，由于该酸性水库已建成投入使用多年，运行过程发现坝体下游存在两处出水点，分别为排水洞外部渗漏点、下游坝脚及坝坡渗漏点。坝下游建设有渗水收集池，收集的渗漏水通过渗水回收泵站返回库内，以避免酸性废水外排对周边环境造成不利影响。

经分析研究，酸性水库原有防渗措施存在以下问题：

1)坝体防渗缺陷。原土工膜与帷幕压浆板衔接不紧密，上游斜墙属于中强透水层，防渗性能较差，坝体内水位和水质与库内基本一致。

2)坝基防渗缺陷。原设计基岩帷幕合格标准为透水率不大于3 Lu(约为3×10-5cm/s)，不满足目前防渗系数不大于1×10-7cm/s的要求。压浆板座落在强风化基岩上，原帷幕的可靠性较差，在酸性水的长期侵蚀作用下，存在帷幕失效的可能性。

3)两岸防渗缺陷。原大坝水泥黏土帷幕灌浆沿坝轴线向左岸、右岸山体分别延伸25、15 m，但未延伸至设计水位与相对不透水层相交处。

4)穿坝建筑物防渗缺陷。排水洞洞内局部渗水，底板存在破损和腐蚀。

根据调查，库区底泥平均沉积厚度2.28 m，表现为弱透水-微透水特征，库区整体防渗性能较好。酸性水库在高水位运行时，坝体渗漏较为严重，低水位运行时近坝体处的垂向渗漏较为明显，说明酸性水库渗漏主要集中在坝址区。地下水监测结果表明，酸性水库渗漏未对下游地下水水质造成不利影响。

为控制酸性水库渗漏的潜在环境风险，进一步巩固现有防渗能力，需实施酸性水库防渗治理工程。防渗方案经比选后采用帷幕注浆和HDPE土工膜组合垂直防渗体系，主要包括大坝防渗、排水洞防渗及坝脚渗水回收系统完善，涉及土石方开挖、混凝土浇筑、水泥黏土灌浆、化学灌浆、HDPE土工膜铺设、环氧玻璃钢涂刷等施工内容。

2 结果与讨论

2.1 生态环境保护措施环境管理

施工期生态环境保护措施的环境管理，主要依据环境影响评价文件和批复的要求开展。通过现场检查，落实情况总结于表1，生产废水经絮凝沉淀后回用，施工区域采取了洒水抑尘措施，选用了低噪声设备并进行隔声降噪，固体废物妥善处置，施工后进行了植被生态恢复。总体而言，各项污染防治措施和生态恢复措施全部得到落实。

表1 生态环境保护措施环境管理

2.2 重点部位隐蔽工程环境管理

重点部位隐蔽工程的施工质量决定了酸性水库的防渗治理效果。施工单位严格按照设计文件要求开展了水泥黏土灌浆、化学灌浆、坝体HDPE土工膜铺设、排水洞局部裂缝封堵、坝脚渗水回收盲沟等隐蔽工程施工，重点部位隐蔽工程环境管理情况见表2。根据第三方出具的酸性水库防渗治理工程质量检测报告，覆盖层与基岩注浆处理后的渗透系数均在10-7cm/s量级，灌浆施工质量与防渗效果整体较好，基本满足设计要求。

表2 重点部位隐蔽工程环境管理情况

Table 2 Environmental management of hidden engineering in key parts

2.3 环保达标环境管理

环保达标环境管理，即要求施工期产生的废水、废气、噪声必须满足环境保护相关标准，或未对周边环境产生不利影响，同时也是对已落实污染防治措施的有效验证。环保达标环境管理情况见表3。第三方监测结果表明，施工场界下风向无组织废气二氧化硫、总悬浮颗粒物达标，建筑施工场界噪声达标，施工废水经絮凝沉淀后悬浮物达标且循环使用，不外排，工程施工未对周边环境产生不利影响。

表3 环保达标环境管理情况

3 酸性水库防渗治理效果分析

坝体渗漏造成了坝脚渗流出水，因此，坝脚渗流量的变化趋势是表征酸性水库防渗治理效果的重要指标[12]。酸性水库枯水期最低水位+103 m，全年库水位均高于坝脚标高(+90 m)，根据施工期记录的5～12月坝脚渗流量观测结果，如图1所示，5月平均渗流量为580 mL/s，6～7月(丰水期)渗流量峰值为1 688 mL/s，8月明显下降，最小渗流量为54 mL/s。9月中旬以后，随着防渗治理分部分项工程的完工，坝脚渗流现象彻底消失。渗流量的实际变化情况与设计文件中的大坝渗流计算结论“大坝防渗加固后，坝体渗漏量减少 0.1 m3/d，坝体浸润线降低，大坝渗流性态安全，渗漏量大大减少”基本一致。坝脚渗流量的变化趋势说明，水泥黏土灌浆+化学灌浆+HDPE土工膜防渗所构建的垂直组合防渗体系发挥了重要作用，工程实施取得了较为明显的防渗效果。

图1 坝脚渗流量的变化趋势Fig.1 Changing trend of seepage discharge at the dam toe of acid water reservoir

4 结论

通过加强环境管理，施工期废水、废气、噪声、固体废物等污染防治措施和生态恢复措施全部落实到位。通过加强隐蔽工程环境管理，水泥黏土灌浆、化学灌浆、坝体HDPE土工膜铺设、排水洞局部裂缝封堵、坝脚渗水回收盲沟等施工与设计文件一致，施工范围完整、材料与设计相符，施工方法规范，灌浆施工质量与防渗效果整体较好。通过加强环保达标环境管理，施工无组织废气、建筑施工场界噪声满足标准要求，生产废水经处理后循环使用不外排，工程施工未对周边环境产生不利影响，已采取的污染防治措施有效、可行。防渗治理工程投入运行后，坝脚渗流得到有效控制。水泥黏土灌浆+化学灌浆+HDPE土工膜防渗所构建的垂直组合防渗体系运行效果良好。建议加强酸性水库丰水期高水位运行时的坝脚渗流观测，跟踪评估酸性水库防渗治理效果。