高文謙，楊曉松

（北京礦冶研究總院，北京 100160）

近年來我國礦產(chǎn)開采、加工以及工業(yè)化進(jìn)程中長期累積形成的重金屬污染問題開始逐漸顯露，對生態(tài)環(huán)境和群眾健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅［1－4］。由于污染持續(xù)時間長、治理技術(shù)落后、監(jiān)督管理薄弱，重金屬的不可降解性使部分地區(qū)水體底泥、場地和土壤中污染物積少成多，潛在污染風(fēng)險較為嚴(yán)重［5］。其中，歷史遺留廢渣是重金屬污染的主要來源之一。國家《重金屬污染綜合防治規(guī)劃 》（2010－2015年）也明確將解決歷史遺留問題試點(diǎn)列為七大重點(diǎn)項目之一，包括污染隱患嚴(yán)重的尾礦庫、廢棄物堆存場地、受重金屬污染農(nóng)田、填埋場周邊、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞等歷史遺留問題。本文通過對某鎢礦區(qū)歷史遺留廢渣重金屬污染現(xiàn)狀的分析，提出了相應(yīng)的治理對策和措施，可為同類工程項目提供借鑒。

1 歷史遺留廢渣基本概況

1.1 廢渣來源

該鎢礦區(qū)位于某縣境內(nèi)。20世紀(jì)80年代，民營采礦業(yè)開始興盛，由于環(huán)保觀念和意識剛剛起步，還沒有形成氛圍，國家環(huán)保政策滯后，缺乏礦山監(jiān)管，礦業(yè)主為降低成本、省時省力，該礦區(qū)開采剝離的廢石和選礦尾礦未做任何處理，直接混合堆放就地遺棄，也沒有對混合廢渣堆進(jìn)行過任何污染監(jiān)測。2000年該礦區(qū)被依法整治關(guān)閉。至今，這些廢渣責(zé)任主體已滅失，無責(zé)任單位來進(jìn)行治理，從而產(chǎn)生了歷史遺留污染問題。

1.2 廢渣分布和廢渣量

該礦區(qū)廢渣一般在采礦窿口沿山坡就近堆積，廢渣堆多呈不規(guī)則形或長條形，堆積方量大，堆放坡度陡。根據(jù)相關(guān)部門前期進(jìn)行的礦山地質(zhì)環(huán)境勘查工作，該礦區(qū)內(nèi)廢渣堆共有九處，總堆積量82.7萬m3。類比該縣境內(nèi)同類鎢礦山采選工程，并對現(xiàn)場9個廢渣堆實(shí)際取樣、篩分，確定廢渣中廢石與尾砂的質(zhì)量比為8∶1，體積比為3.57∶1，從而確定現(xiàn)存廢石量64.6萬 m3，尾砂量18.1萬 m3。

1.3 廢渣性質(zhì)

廢渣堆按照《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HJ／T20－1998）進(jìn)行取樣。廢渣過5mm篩，篩上物為廢石，篩下物為尾砂。之后采用四分法進(jìn)行制樣，鑒別固體廢物性質(zhì)。鑒別結(jié)果見表1、表2。

結(jié)果表明，廢石和尾砂的酸浸出液中五類重金屬濃度均低于浸出毒性標(biāo)準(zhǔn)限值，因此不屬于危險廢物；廢石的水浸出液中五類重金屬濃度均低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）最高允許排放濃度，而尾砂的水浸出液中Cd濃度范圍為0.106～0.380mg／L，As濃度范圍為0.502～0.843mg／L，超過了最高允許排放濃度 Cd 0.1mg／L、As 0.5 mg／L的要求。因此，可以判定廢石為第I類一般工業(yè)固體廢物，尾砂為第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物。

表1 廢石、尾砂浸出毒性鑒別結(jié)果（酸浸）Table 1 Identification for leaching toxicity of waste－rock and tailing（acid leaching） 濃度／（mg·L－1）

表2 廢石、尾砂浸出毒性鑒別結(jié)果（水浸）Table 2 Identification for leaching toxicity of waste－rock and tailing（water leaching）濃度／（mg·L－1）

2 污染現(xiàn)狀分析

該礦區(qū)內(nèi)有地表水體A江及支流（河流B）流過，水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果見表3，可以看出：該礦區(qū)A江和河流B上游水質(zhì)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅲ類要求，但下游As均出現(xiàn)超標(biāo)，最大超標(biāo)倍數(shù)7.18。由于該縣境內(nèi)A江流域周邊廢渣堆主要集中在該礦區(qū)，降雨對廢渣的淋溶滲濾和地表徑流是造成A江及河流B下游AS超標(biāo)的主要原因。

在離A江最近的一處廢渣堆的下邊界等距離設(shè)置5口滲濾液監(jiān)測井，監(jiān)測井底端位于周邊河流的洪水線以上，收集滲濾液后檢測pH值及五類重金屬濃度。表4監(jiān)測結(jié)果表明，滲濾液中Cd、As均超標(biāo)。該礦區(qū)廢渣堆匯水面積為878 920m2，當(dāng)?shù)啬昃涤炅繛? 627.2mm，據(jù)此計算，廢渣堆每年向A江排放重金屬Cd 300kg，As 1 359kg。

根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門提供的監(jiān)測報告，該礦區(qū)附近土壤中的重金屬含量滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）三級標(biāo)準(zhǔn)要求，附近地下水水質(zhì)指標(biāo)符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T14848—93）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求，因此廢渣堆暫未對附近土壤和地下水造成影響。

表3 地表水現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果Table 3 Monitoring results of surface water quality 濃度／（mg·L－1）

表4 滲濾液重金屬監(jiān)測結(jié)果Table 4 Monitoring results of heavy metal concentration in leachate 濃度／（mg·L－1）

3 綜合治理原則與目標(biāo)

3.1 治理原則

按照“減量化、資源化、無害化”原則，該礦區(qū)歷史遺留廢渣綜合治理應(yīng)優(yōu)先考慮綜合利用，其次為無害化處置。

3.2 治理目標(biāo)

該礦區(qū)歷史遺留廢渣綜合治理的總體目標(biāo)為：通過廢渣綜合治理，減少因降雨淋溶滲濾和地表徑流對A江的污染，A江水環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善，在上游沒有新增污染源的前提下，重金屬濃度滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅲ類限值要求，消除廢渣對周邊土壤、地下水潛在的環(huán)境污染隱患。

4 綜合治理對策

4.1 總體治理方案

根據(jù)全元素分析結(jié)果，廢渣中有價金屬元素鎢含量0.07%、錫0.05%，低于工業(yè)品位，沒有提取回收價值。

由于廢渣中的廢石和尾砂固廢屬性不同，因此將廢渣進(jìn)行篩分，廢石和尾砂分類處置，處置方式包括：

1）篩分后廢石和尾砂運(yùn)至各自處置場進(jìn)行妥善安全處置。但挖填方量大，運(yùn)輸成本較高。

2）篩分后尾砂運(yùn)至處置場安全處置，廢石回填窿口。經(jīng)該縣地礦局現(xiàn)場調(diào)查，該礦區(qū)共有廢棄窿口15個。其中，5個窿口因缺乏日常維護(hù)已經(jīng)坍塌，人員已無法進(jìn)入，容積量較小。為防止當(dāng)?shù)鼐用裨趶U棄窿口繼續(xù)亂采亂挖，對剩余10個窿口用混凝土進(jìn)行了封閉。如剩余廢石全部回填窿口，因廢石運(yùn)輸量較大、交通運(yùn)輸條件不便、窿口可用充填容積較小等原因，操作性較差，廢石回填條件不夠，情況較為復(fù)雜。

3）篩分后尾砂運(yùn)至處置場安全處置，篩上廢石優(yōu)先用于本項目尾砂處置場筑壩和修建擋土墻，剩余廢石則進(jìn)行邊坡穩(wěn)定和生態(tài)恢復(fù)。該方式可節(jié)約土地資源，減少運(yùn)輸成本和挖填方量，處置場庫容要求不高，既考慮了固體廢物的綜合利用，又實(shí)現(xiàn)了妥善安全處置，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，且符合所在省的總體規(guī)劃要求。

經(jīng)調(diào)查，該縣境內(nèi)目前無尾砂處置場。該縣共有尾礦庫14座，其中2座已按照要求進(jìn)行了閉庫和生態(tài)恢復(fù)；在用尾礦庫12座，為各礦山采選企業(yè)配套使用，已無余量容納本項目產(chǎn)生的尾砂。因此，本項目需建設(shè)一座符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求的尾砂處置場。

綜上所述，確定該礦區(qū)歷史遺留廢渣總體治理方案為：1）廢渣篩分；2）尾砂運(yùn)至處置場安全處置；3）滲濾液進(jìn)行收集和處理；4）部分廢石用于處置場攔砂壩和擋土墻建設(shè)，剩余廢石進(jìn)行邊坡穩(wěn)定和生態(tài)恢復(fù)。

4.2 具體治理方案

1）廢渣篩分工程

采用振動篩進(jìn)行廢渣篩分，部分廢石及時運(yùn)至處置場用于筑壩，不設(shè)臨時堆場；剩余廢石按照就近原則，盡可能進(jìn)行合并，以減少廢石堆數(shù)量，且便于后期施工和管理。

2）處置場工程

①處置場選址。處置場按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599－2001）進(jìn)行選址、設(shè)計、運(yùn)行管理、關(guān)閉與封場以及污染控制與監(jiān)測。

②處置場清基。清理處置場基底和邊坡的浮土、雜草等，清理完畢后進(jìn)行碾壓、整平和找坡。

③建設(shè)攔砂壩。處置場所屬區(qū)域單元為侵蝕構(gòu)造中低山丘陵區(qū)，地形南低北高，溝谷呈U形，處置場東側(cè)和北側(cè)為山體，不需設(shè)置攔砂壩。西側(cè)和南側(cè)地勢最低，因此設(shè)置兩道相連的大型初期攔砂壩，為碾壓土石壩。

④修建截洪溝。沿處置場邊界走向設(shè)置環(huán)場截洪溝，以減少處置場匯水面積。尾砂在處置場內(nèi)分區(qū)填埋時也需設(shè)置臨時截洪溝。

⑤鋪設(shè)防滲系統(tǒng)。為消除滲濾液對地下水的污染風(fēng)險，應(yīng)進(jìn)行處置場基底和邊坡防滲。處置場封場時，也應(yīng)鋪設(shè)防滲系統(tǒng)，從而減少封場后滲濾液產(chǎn)生量。常用的防滲材料包括黏土、HDPE土工膜［6］等。

⑥鋪設(shè)滲濾液收集、導(dǎo)排系統(tǒng)。滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)由一條導(dǎo)排主盲溝和四條支盲溝組成。導(dǎo)排主盲溝沿場底中心線方向布置，溝內(nèi)安裝HDPE花管；導(dǎo)排支盲溝與主盲溝連接，呈魚骨刺狀，安裝HDPE實(shí)管。盲溝鋪設(shè)卵（碎）石，主盲溝包裹織質(zhì)土工布。滲濾液經(jīng)導(dǎo)排主管匯流至處置場最低點(diǎn)，最終匯入調(diào)節(jié)池。

⑦道路建設(shè)。為滿足處置場總體工藝及填埋作業(yè)交通要求，結(jié)合處置場現(xiàn)有道路，布置進(jìn)場道路、作業(yè)道路和環(huán)場道路。

⑧處置場綠化。尾砂全部運(yùn)至處置場后予以封場覆土。采用草種和灌木混播模式，以噴播機(jī)噴種草籽；噴播后覆蓋無紡布，防止雨水沖刷和水分蒸發(fā)，保溫保濕；至幼苗長到5～6cm或2～3片葉時，揭掉無紡布；根據(jù)土壤肥力、濕度、天氣情況，酌情追施化肥并灌溉。

3）滲濾液處理工程

滲濾液主要來源于處置場內(nèi)的大氣降水。根據(jù)該縣20年逐月平均降雨量，處置場滲濾液年產(chǎn)生量約為15 379m3，折合42.13m3／d。保守計算（考慮20%預(yù)留），滲濾液設(shè)計處理規(guī)模確定為50m3／d。采用廢水調(diào)節(jié)—均化—沉淀—pH調(diào)節(jié)—絮凝沉淀—超濾—納濾工藝對滲濾液進(jìn)行處理，工藝流程見圖3。

正常情況下滲濾液只在封場前產(chǎn)生，封場后尾砂中滲濾液會有部分殘余，但基本不會有新的滲濾液產(chǎn)生，應(yīng)根據(jù)所監(jiān)測的滲濾液產(chǎn)生情況適當(dāng)延長處理站的運(yùn)行時間。參照以往實(shí)際工程經(jīng)驗，滲濾液處理后產(chǎn)生的污泥屬危險廢物，應(yīng)委托有資質(zhì)單位進(jìn)行安全處置，簽訂外委協(xié)議并嚴(yán)格執(zhí)行轉(zhuǎn)移聯(lián)單制度。

為保證滲濾液處理后出水水質(zhì)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求，在總排口安裝一套重金屬離子在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測因子為流量、pH、Cd、As。出水水質(zhì)一旦超標(biāo)，立即采取緊急措施進(jìn)行停機(jī)檢修，廢水則泵送至調(diào)節(jié)池。

4）污染控制與監(jiān)測

處置場封場后需繼續(xù)維護(hù)管理，直到穩(wěn)定為止，以防止覆土層下沉、開裂，致使?jié)B濾液量增加，防止堆體失穩(wěn)而造成滑坡等事故。污染控制與監(jiān)測包括防滲工程檢查維護(hù)、地下水質(zhì)監(jiān)測、滲濾液監(jiān)測及處理后排放水水質(zhì)監(jiān)測、大氣監(jiān)測、浸潤性及位移觀測等二次污染風(fēng)險防范措施。

圖1 滲濾液處理工藝流程圖Fig.1 Flow diagram of leachate treatment process

5）廢石堆生態(tài)恢復(fù)工程

①建設(shè)擋土墻。采用漿砌石重力式擋土墻，以廢石作為砌筑材料，墻身設(shè)置排水孔。

②修建截洪溝。自坡腳位置沿廢石堆修建截洪溝，防止雨季時暴雨情況下對廢石堆場的沖刷，影響堆體穩(wěn)定。

③廢石堆場生態(tài)恢復(fù)。部分廢渣堆篩分后進(jìn)行尾砂清運(yùn)及廢石合并，從而形成裸露場地，應(yīng)進(jìn)行場地平整、表層覆土、植被恢復(fù)；廢石合并后形成的廢石堆先進(jìn)行邊坡修整，對擋土墻高度以上的邊坡按1∶2坡度進(jìn)行修整，高度每升高3～5m，修建一寬度為3m平臺。然后掛網(wǎng)、覆土、植被恢復(fù)。

該礦區(qū)歷史遺留廢渣綜合治理總體工藝流程見圖2。

5 二次污染防范措施

5.1 施工期

1）原廢渣場臨時措施

原廢渣場施工需防止水土流失，做好臨時攔擋防滲措施，防止降水沖刷尾砂，并及時清運(yùn)。

2）運(yùn)輸過程控制措施

尾砂運(yùn)輸過程中，為防止尾砂灑漏，運(yùn)砂車安裝自動軟篷全密閉覆蓋系統(tǒng)。

圖2 總體工藝流程圖Fig.2 Flow diagram of overall treatment process

3）處置場清污分流措施

設(shè)置截水溝。根據(jù)處置場地形條件，沿處置場邊界走向設(shè)置環(huán)場截洪溝，以減少處置場匯水面積。尾砂在處置場內(nèi)分區(qū)堆積，設(shè)置臨時截洪溝。處置場外降雨向場外導(dǎo)排，堆積完畢后，進(jìn)行最終覆土，將表面徑流迅速集中排放，減少滲濾液產(chǎn)生量。

4）滲濾液處理設(shè)施

在設(shè)計過程中，根據(jù)該地區(qū)歷史降水資料最大降水月的降水量，按照最不利情況，核算出處置場滲濾液產(chǎn)生量。當(dāng)暴雨發(fā)生時，將滲濾液打入調(diào)節(jié)池進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。調(diào)節(jié)池采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用HDPE土工膜和5 000g／m2膨潤土墊復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)，滲透系數(shù)小于1.0×10－7cm／s。

5.2 運(yùn)營期

1）重金屬在線監(jiān)測措施

為保證滲濾液處理后的出水水質(zhì)，在總排口安裝一套重金屬離子在線監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測因子為流量、pH、Cd、As。出水水質(zhì)一旦超標(biāo)，立即采取緊急措施進(jìn)行停機(jī)檢修，廢水則泵送至調(diào)節(jié)池。

2）滲濾液經(jīng)處理后產(chǎn)生的污泥處置

應(yīng)根據(jù)不同鑒定結(jié)果按照相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行處置，根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2001）、《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598—2001）、《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18597—2001），具體處理辦法如下：一般工業(yè)固體廢物Ⅰ類應(yīng)進(jìn)行綜合利用或妥善處置；一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類固體廢物應(yīng)進(jìn)行安全填埋；危險廢物則嚴(yán)格執(zhí)行轉(zhuǎn)移聯(lián)單制度，并委托有相應(yīng)危廢處理資質(zhì)的單位進(jìn)行安全處置。

3）定期巡視措施

運(yùn)行期根據(jù)項目實(shí)際情況，按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，定期對原廢渣場、處置場及附屬配套設(shè)施進(jìn)行巡視檢查。

6 結(jié)語

該礦區(qū)粗放式開采形成的大量沿河堆積的歷史遺留廢渣，已成為A江流域的主要污染源。通過綜合整治，既實(shí)現(xiàn)了部分廢石的綜合利用，又對尾砂進(jìn)行了安全處置，可從源頭上控制重金屬向外界的遷移，減輕A江流域該礦區(qū)段的重金屬污染，將有效改善該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)下游居民的身體健康安全，對當(dāng)?shù)貙?shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。同時，可促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文提出的治理對策和措施，可為同類工程項目提供技術(shù)借鑒和參考。

在制定歷史遺留廢渣綜合治理具體方案時，仍需注意以下幾點(diǎn)：

1）應(yīng)進(jìn)行浸出毒性鑒別，確定廢渣屬性，從而確定廢渣去向。

2）對廢渣進(jìn)行有價金屬提取回收時，有必要開展小試和中試試驗，論證技術(shù)可行性，同時考慮技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性，并盡可能地利用周邊現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施。同時也要考慮新產(chǎn)生廢渣的去向和引發(fā)的二次污染問題。

3）對廢渣進(jìn)行綜合利用時，應(yīng)充分論證技術(shù)可行性，并盡可能地利用周邊現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施。

4）對廢渣進(jìn)行安全處置時，應(yīng)從當(dāng)?shù)卣贫ǖ膮^(qū)域規(guī)劃總體角度出發(fā)，實(shí)施廢渣安全處置工程。處置場的選址、防滲等應(yīng)滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599—2001）、《危險廢物貯存場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18597—2001）或《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598—2001）的要求。注意施工期，特別是暴雨季節(jié)的二次污染控制問題。

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