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摘  要：香格里拉市安乐铅锌矿酸性矿山废水（Acid mine drainage，AMD）持续涌出污染周边地表水体及耕地土壤环境。本文详细梳理安乐铅锌矿矿区AMD的成因，结合污染现状调查和水文地质调查结果，对其可采取的源头控制技术和末端处理技术进行比选论证，并结合矿硐内实际情况给出治理方案。

关键词：酸性矿山废水（Acid mine drainage，AMD）  重金属  源头控制技术  末端处理技术

引言

香格里拉市安乐铅锌矿目前矿区存在的污染问题主要集中在矿硐涌水自流经过矿硐内硫化矿和矿渣堆体后，重金属浸出随矿井涌水带入地面，最终污染地表水及周边耕地土壤。矿硐涌水存在多种重金属元素超标问题，其中以铅、锌超标问题最为突出，受纳水体作为灌溉水被用于下游农田的浇灌，两岸农田土壤呈现不用程度的重金属超标问题，对周边居民身体健康造成一定的影响。

1污染现状调查

2021年1月至2021年12月对矿区涌水量进行监测并取样检测，涌水量监测结果见表1。

水样检测与《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）III类标准限值进行对比分析：

矿硐涌水pH小于3.0，水体为酸性，分析水样中硫酸盐、Zn、Cu、Pb、Cd、Ni、Cr、As、Fe、Mn元素含量均超过《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）III类标准限值。

对开采矿渣进行检测，各项指标均未超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB50853-2007）中标准限值，判定为II类固废。

2水文地质调查

项目涌水持续污染的原因安乐铅锌矿矿山背斜初见水位高于开采最低标高，初见水位地下水以大气降水、地表水补给孔隙水、裂隙水为主下渗形成，遇开采区域下奥陶系下统师娘罗组（O1sh1）地层，岩性为变质长石石英砂岩与粉砂质绢云板岩互层，所夹板岩节理、裂隙不发育，仅见少量层面裂隙，且多被充填呈闭合状，并相对完整，隔水性能较好，弱富水性，从而导致地下水水力阻隔从矿井底部集中排出。

3AMD形成原因

矿硐涌水及矿洞区域地下水超标主要原因为：开采活动破坏了矿区地质环境，含黄铁矿的矿体暴露在空气及水环境中，这些矿物在空气、水和细菌的共同作用下，产生酸性废水，形成硫酸～硫酸高铁溶液，并溶出矿石中的多种离子，因而产生含铜、铁、铅、锌、镉、砷等的酸性废水。

黄铁矿氧化产酸过程如下：

总反应方程式：4FeS2+15O2+14H2O→4Fe（OH）3+8H2SO4  [1]

FeS2的氧化过程可分为化学氧化和生物氧化，见（a～c）。

（a）黄铁矿在氧作用下生成硫酸和硫酸亚铁

2FeS2+7O2+2H2O→2Fe2++4SO42-+2H2SO4  [1]

（b）亚铁离子在游离氧或细菌存在时氧化成高铁

4Fe2++O2+4H+→4Fe3++2H2O  [1]

（c）高铁离子水解或氧化黄铁矿

Fe3++3H2O⇄4Fe（OH）3+3H3+

或14Fe3++FeS2+8H2O→15Fe2++2SO42-+16H+ [1]

与黄铁矿类产酸有关的细菌主要是氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杄菌、氧化铁铁杆菌和生金属菌。表明影响黄铁矿氧化反应素的因素主要有氧气、细菌、pH值、温度[2]。

4技术方案

4.1技术方案比选

4.1.1AMD源头控制技术比选

（1）垂直帷幕注浆隔水防渗处理技术

垂直帷幕注浆隔水防渗技术主要采用在矿区进水的方向上进行钻孔注浆等方式，通过压力将浆液压入含水熔岩的缝隙中。经过固结之后可以显著降低裂隙体积以及水断面的产生，便于截断矿坑地下水的补给源。

此法的一次性投资较大，但其可以有效地解决许多水害问题，保证矿山生产的安全性，并且保护矿山周围的自然环境。近年来，此技术广泛应用于在采矿山或废弃矿山的水防治工程中，经验证为技术成熟、经济可行的矿山废水防控技术。

（2）地表疏排水技术

地表疏排水技术是指在开采矿床时尽量使矿井与地表水隔离开，以限制地表水对含水层的补给，是减少矿坑涌水量、防止大量充水的有效措施。隔离的具体方法主要取决于地表水的类型和矿区水文地质条件，主要包括河床防渗、河流改道、保留矿柱、修建防洪堤坝水库、挖排水沟等。对于一般矿床而言，只需要采用少量的防水措施就可以极大减少矿区地下水补给量。

（3）井下防治水技术

井下防治水技术是在矿井内部，通过对矿井进行注浆堵水、近矿体帷幕建设及防水闸门修筑等，对主要突水点或出水点进行导排或封堵，以达到减缓矿坑地下水渗透、减少或阻断矿坑涌水量的目的，以实现对矿硐涌水的管控。井下防治水技术往往与矿井封堵或回填结合应用，共同防止地下水的污染。

4.1.2AMD末端处理技术比选

根据12个月水样监测数据分析，矿硐涌水中最主要的超标物质为重金属锌，且呈现酸性。对各阶段废水处理工艺进行比较如下：

（1）pH的调节

矿硐涌水pH为2～3，出水水质要求pH为6～9，需加入碱性物质调节废水的pH。常用于废水pH调节的碱性药剂主要为氢氧化钠、石灰、碳酸钙等。

由于氢氧化钠价格较贵，一般较少采用；碳酸钙调节废水pH为6.0以上时消耗量较大，单独使用费用较高；石灰来源更广，价格便宜，使用较广。用石灰作中和剂能够处理任何浓度的酸性废水，最常采用的是石灰乳法。

（2）Zn的去除

废水中Zn的去除主包括中和法、硫化物沉淀法及反渗透法等。

①中和法

混凝沉淀法其原理是在废水中加入混凝剂（石灰、铁盐、铝盐），在pH=8～10的弱碱性条件下，形成氢氧化物絮凝体，对重金属离子有絮凝作用，而共沉淀析出。

②硫化沉淀法

硫化沉淀法利用弱碱性条件下Na2S、MgS中的S2+与重金属离子之间有较强的亲和力，生成溶度积极小的硫化物沉淀而从溶液中除去。硫加入量按理论计算过量50%～80%。过量太多不仅带来硫的二次污染，而且过量的硫与某些重金属离子会生成溶于水的络合离子而降低处理效果，为避免这一现象可加入亚铁盐。

③反渗透法

反渗透法是以动力驱动溶液的膜分离方法。它在常温、高压（30～70kg/cm2范围）技术下工作。通过反渗透膜可将溶质（离子、分子）与水分离，达到处理废水的目的。

4.1.3污染源固废处理技术比选

（1）固化稳定化技术

固化稳定化技术是通过向废渣中添加稳定化固化药剂，对其中的污染物进行钝化降低污染物的毒性或迁移性，从而减少其生物有效性及对动植物造成危害的方法。

（2）阻隔填埋技术

阻隔填埋技术是指将污染物置于防渗阻隔填埋场内，或通过敷设阻隔层阻断其中污染物迁移扩散的途径，使污染物与四周环境隔离，避免污染物与人体接触和随降水或地下水迁移进而对人体和周围环境造成危害。按其实施方式，可以分为原位阻隔覆盖和异位阻隔填埋，

（3）移交给其他单位安全处置

可根据废渣是否仍有利用价值，可对废渣中金属进行提取，或者直接有偿运至同性质的尾矿库填埋等。

4.2综合治理方案

根据前期调查工作结论，采取源头控制技术和末端处理技术综合措施，解决矿硐内涌水污染问题，治理过程如下图2所示：

4.2.1AMD源头治理

地表疏排水技术：在矿区背斜修建地表径流排水边沟导流，减少地表水下渗对矿井涌水的补给。

井下防治水技术：矿硐采空区内采用井下近矿体围岩注浆封堵以及钻孔引流纳管导排截流的方式，将最高标位3#矿硐涌水钻孔疏、放水导流收集，降低初见水位，修建水仓，接管从3#矿硐巷道排出。同理将1#矿硐涌水点钻孔放水纳管引流至2#矿硐水仓，集中从2#矿硐巷道排水管道排出。针对各矿硐内局部渗、漏水点钻孔预埋放水管，接入巷道排水管。支路巷道渗水点注浆封堵后分段修建防水闸门硐室和防水闸墙。

4.2.2AMD末端处理

经过源头治理工程纳管导排后，建设废水处理站，对矿硐中尾水进行处理。工艺采用中和法，根据出水水质要求试验确定设置连续中和池；产生污泥经检测固化稳定化与尾矿库安全闭库管控衔接，安全填埋至尾矿库单独安全防渗堆存处理。出水污染物排放按照《铅、锌工业污染物排放标准》（GB25466-2010）排放限值。

4.2.3矿硐内固废分类处置

根据采空区固废测定分析，采空区废渣II类固废，对其清挖转运至地面进行固化稳定化处置，回填至高位疏干采空区；高品位硫化矿资源化利用；巷道底泥和污水处理站污泥衔接尾矿库安全闭库，固化稳定化后集中安全堆存。

4.2.4矿硐内安全管控

矿硐内部清理完成后在矿硐底部平铺20cm生石灰粉进行安全阻隔管控。石灰经过一定时间的熟化后，最后形成渗透能力很弱的固体混合物，从而减弱和减低阻隔矿渣重金属与矿井水浸出重金属的浸出。同时石灰可以调节矿井中pH环境，增加氢氧根离子，与主要污染锌离子结合形成沉淀物，降低重金属污染物的活性含量。

5总结

根据项目区污染状况调查及水文地质调查分析，有针对性的提出各污染源控制措施，综合采取源头控制技术和末端处理技术，从“源头控制、过程阻断及末端治理”的指导思想出发，对调查确定的污染源矿硐内硫化矿和废渣进行管控或处置，从而有效的对AMD进行治理。

参考文献

[1]陈宏坪，韩占涛，沈仁芳，李婧，顾明月，陈梦舫.废弃矿山酸性矿井水产生过程与生态治理技术[J].环境保护科学，2021，47（06）：73-80.DOI：10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021.06.014.

[2]王营茹， 魏以和， 钟康年. 黄铁矿细菌氧化影响因素探析[J]. 武汉工程大学学报， 2007， 29（2）：3.

作者简介：周泽（1990—），男，贵州盘州人，本科，助理工程师，从事工程咨询与设计工作；