某钨矿区历史遗留废渣综合治理对策

高文谦，杨晓松

（北京矿冶研究总院，北京 100160）

近年来我国矿产开采、加工以及工业化进程中长期累积形成的重金属污染问题开始逐渐显露，对生态环境和群众健康构成了严重威胁［1－4］。由于污染持续时间长、治理技术落后、监督管理薄弱，重金属的不可降解性使部分地区水体底泥、场地和土壤中污染物积少成多，潜在污染风险较为严重［5］。其中，历史遗留废渣是重金属污染的主要来源之一。国家《重金属污染综合防治规划 》（2010－2015年）也明确将解决历史遗留问题试点列为七大重点项目之一，包括污染隐患严重的尾矿库、废弃物堆存场地、受重金属污染农田、填埋场周边、矿区生态环境破坏等历史遗留问题。本文通过对某钨矿区历史遗留废渣重金属污染现状的分析，提出了相应的治理对策和措施，可为同类工程项目提供借鉴。

1 历史遗留废渣基本概况

1.1 废渣来源

该钨矿区位于某县境内。20世纪80年代，民营采矿业开始兴盛，由于环保观念和意识刚刚起步，还没有形成氛围，国家环保政策滞后，缺乏矿山监管，矿业主为降低成本、省时省力，该矿区开采剥离的废石和选矿尾矿未做任何处理，直接混合堆放就地遗弃，也没有对混合废渣堆进行过任何污染监测。2000年该矿区被依法整治关闭。至今，这些废渣责任主体已灭失，无责任单位来进行治理，从而产生了历史遗留污染问题。

1.2 废渣分布和废渣量

该矿区废渣一般在采矿窿口沿山坡就近堆积，废渣堆多呈不规则形或长条形，堆积方量大，堆放坡度陡。根据相关部门前期进行的矿山地质环境勘查工作，该矿区内废渣堆共有九处，总堆积量82.7万m3。类比该县境内同类钨矿山采选工程，并对现场9个废渣堆实际取样、筛分，确定废渣中废石与尾砂的质量比为8∶1，体积比为3.57∶1，从而确定现存废石量64.6万 m3，尾砂量18.1万 m3。

1.3 废渣性质

废渣堆按照《工业固体废物采样制样技术规范》（HJ／T20－1998）进行取样。废渣过5mm筛，筛上物为废石，筛下物为尾砂。之后采用四分法进行制样，鉴别固体废物性质。鉴别结果见表1、表2。

结果表明，废石和尾砂的酸浸出液中五类重金属浓度均低于浸出毒性标准限值，因此不属于危险废物；废石的水浸出液中五类重金属浓度均低于《污水综合排放标准》（GB8978—1996）最高允许排放浓度，而尾砂的水浸出液中Cd浓度范围为0.106～0.380mg／L，As浓度范围为0.502～0.843mg／L，超过了最高允许排放浓度 Cd 0.1mg／L、As 0.5 mg／L的要求。因此，可以判定废石为第I类一般工业固体废物，尾砂为第Ⅱ类一般工业固体废物。

表1 废石、尾砂浸出毒性鉴别结果（酸浸）Table 1 Identification for leaching toxicity of waste－rock and tailing（acid leaching） 浓度／（mg·L－1）

表2 废石、尾砂浸出毒性鉴别结果（水浸）Table 2 Identification for leaching toxicity of waste－rock and tailing（water leaching）浓度／（mg·L－1）

2 污染现状分析

该矿区内有地表水体A江及支流（河流B）流过，水质执行《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类标准。现状监测结果见表3，可以看出：该矿区A江和河流B上游水质满足《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类要求，但下游As均出现超标，最大超标倍数7.18。由于该县境内A江流域周边废渣堆主要集中在该矿区，降雨对废渣的淋溶渗滤和地表径流是造成A江及河流B下游AS超标的主要原因。

在离A江最近的一处废渣堆的下边界等距离设置5口渗滤液监测井，监测井底端位于周边河流的洪水线以上，收集渗滤液后检测pH值及五类重金属浓度。表4监测结果表明，渗滤液中Cd、As均超标。该矿区废渣堆汇水面积为878 920m2，当地年均降雨量为1 627.2mm，据此计算，废渣堆每年向A江排放重金属Cd 300kg，As 1 359kg。

根据当地环保部门提供的监测报告，该矿区附近土壤中的重金属含量满足《土壤环境质量标准》（GB15618—1995）三级标准要求，附近地下水水质指标符合《地下水质量标准》（GB／T14848—93）Ⅲ类标准要求，因此废渣堆暂未对附近土壤和地下水造成影响。

表3 地表水现状监测结果Table 3 Monitoring results of surface water quality 浓度／（mg·L－1）

表4 渗滤液重金属监测结果Table 4 Monitoring results of heavy metal concentration in leachate 浓度／（mg·L－1）

3 综合治理原则与目标

3.1 治理原则

按照“减量化、资源化、无害化”原则，该矿区历史遗留废渣综合治理应优先考虑综合利用，其次为无害化处置。

3.2 治理目标

该矿区历史遗留废渣综合治理的总体目标为：通过废渣综合治理，减少因降雨淋溶渗滤和地表径流对A江的污染，A江水环境质量得到明显改善，在上游没有新增污染源的前提下，重金属浓度满足《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类限值要求，消除废渣对周边土壤、地下水潜在的环境污染隐患。

4 综合治理对策

4.1 总体治理方案

根据全元素分析结果，废渣中有价金属元素钨含量0.07%、锡0.05%，低于工业品位，没有提取回收价值。

由于废渣中的废石和尾砂固废属性不同，因此将废渣进行筛分，废石和尾砂分类处置，处置方式包括：

1）筛分后废石和尾砂运至各自处置场进行妥善安全处置。但挖填方量大，运输成本较高。

2）筛分后尾砂运至处置场安全处置，废石回填窿口。经该县地矿局现场调查，该矿区共有废弃窿口15个。其中，5个窿口因缺乏日常维护已经坍塌，人员已无法进入，容积量较小。为防止当地居民在废弃窿口继续乱采乱挖，对剩余10个窿口用混凝土进行了封闭。如剩余废石全部回填窿口，因废石运输量较大、交通运输条件不便、窿口可用充填容积较小等原因，操作性较差，废石回填条件不够，情况较为复杂。

3）筛分后尾砂运至处置场安全处置，筛上废石优先用于本项目尾砂处置场筑坝和修建挡土墙，剩余废石则进行边坡稳定和生态恢复。该方式可节约土地资源，减少运输成本和挖填方量，处置场库容要求不高，既考虑了固体废物的综合利用，又实现了妥善安全处置，技术经济可行，且符合所在省的总体规划要求。

经调查，该县境内目前无尾砂处置场。该县共有尾矿库14座，其中2座已按照要求进行了闭库和生态恢复；在用尾矿库12座，为各矿山采选企业配套使用，已无余量容纳本项目产生的尾砂。因此，本项目需建设一座符合规范和标准要求的尾砂处置场。

综上所述，确定该矿区历史遗留废渣总体治理方案为：1）废渣筛分；2）尾砂运至处置场安全处置；3）渗滤液进行收集和处理；4）部分废石用于处置场拦砂坝和挡土墙建设，剩余废石进行边坡稳定和生态恢复。

4.2 具体治理方案

1）废渣筛分工程

采用振动筛进行废渣筛分，部分废石及时运至处置场用于筑坝，不设临时堆场；剩余废石按照就近原则，尽可能进行合并，以减少废石堆数量，且便于后期施工和管理。

2）处置场工程

①处置场选址。处置场按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599－2001）进行选址、设计、运行管理、关闭与封场以及污染控制与监测。

②处置场清基。清理处置场基底和边坡的浮土、杂草等，清理完毕后进行碾压、整平和找坡。

③建设拦砂坝。处置场所属区域单元为侵蚀构造中低山丘陵区，地形南低北高，沟谷呈U形，处置场东侧和北侧为山体，不需设置拦砂坝。西侧和南侧地势最低，因此设置两道相连的大型初期拦砂坝，为碾压土石坝。

④修建截洪沟。沿处置场边界走向设置环场截洪沟，以减少处置场汇水面积。尾砂在处置场内分区填埋时也需设置临时截洪沟。

⑤铺设防渗系统。为消除渗滤液对地下水的污染风险，应进行处置场基底和边坡防渗。处置场封场时，也应铺设防渗系统，从而减少封场后渗滤液产生量。常用的防渗材料包括黏土、HDPE土工膜［6］等。

⑥铺设渗滤液收集、导排系统。渗滤液导排系统由一条导排主盲沟和四条支盲沟组成。导排主盲沟沿场底中心线方向布置，沟内安装HDPE花管；导排支盲沟与主盲沟连接，呈鱼骨刺状，安装HDPE实管。盲沟铺设卵（碎）石，主盲沟包裹织质土工布。渗滤液经导排主管汇流至处置场最低点，最终汇入调节池。

⑦道路建设。为满足处置场总体工艺及填埋作业交通要求，结合处置场现有道路，布置进场道路、作业道路和环场道路。

⑧处置场绿化。尾砂全部运至处置场后予以封场覆土。采用草种和灌木混播模式，以喷播机喷种草籽；喷播后覆盖无纺布，防止雨水冲刷和水分蒸发，保温保湿；至幼苗长到5～6cm或2～3片叶时，揭掉无纺布；根据土壤肥力、湿度、天气情况，酌情追施化肥并灌溉。

3）渗滤液处理工程

渗滤液主要来源于处置场内的大气降水。根据该县20年逐月平均降雨量，处置场渗滤液年产生量约为15 379m3，折合42.13m3／d。保守计算（考虑20%预留），渗滤液设计处理规模确定为50m3／d。采用废水调节—均化—沉淀—pH调节—絮凝沉淀—超滤—纳滤工艺对渗滤液进行处理，工艺流程见图3。

正常情况下渗滤液只在封场前产生，封场后尾砂中渗滤液会有部分残余，但基本不会有新的渗滤液产生，应根据所监测的渗滤液产生情况适当延长处理站的运行时间。参照以往实际工程经验，渗滤液处理后产生的污泥属危险废物，应委托有资质单位进行安全处置，签订外委协议并严格执行转移联单制度。

为保证渗滤液处理后出水水质满足《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类标准要求，在总排口安装一套重金属离子在线监测系统，监测因子为流量、pH、Cd、As。出水水质一旦超标，立即采取紧急措施进行停机检修，废水则泵送至调节池。

4）污染控制与监测

处置场封场后需继续维护管理，直到稳定为止，以防止覆土层下沉、开裂，致使渗滤液量增加，防止堆体失稳而造成滑坡等事故。污染控制与监测包括防渗工程检查维护、地下水质监测、渗滤液监测及处理后排放水水质监测、大气监测、浸润性及位移观测等二次污染风险防范措施。

图1 渗滤液处理工艺流程图Fig.1 Flow diagram of leachate treatment process

5）废石堆生态恢复工程

①建设挡土墙。采用浆砌石重力式挡土墙，以废石作为砌筑材料，墙身设置排水孔。

②修建截洪沟。自坡脚位置沿废石堆修建截洪沟，防止雨季时暴雨情况下对废石堆场的冲刷，影响堆体稳定。

③废石堆场生态恢复。部分废渣堆筛分后进行尾砂清运及废石合并，从而形成裸露场地，应进行场地平整、表层覆土、植被恢复；废石合并后形成的废石堆先进行边坡修整，对挡土墙高度以上的边坡按1∶2坡度进行修整，高度每升高3～5m，修建一宽度为3m平台。然后挂网、覆土、植被恢复。

该矿区历史遗留废渣综合治理总体工艺流程见图2。

5 二次污染防范措施

5.1 施工期

1）原废渣场临时措施

原废渣场施工需防止水土流失，做好临时拦挡防渗措施，防止降水冲刷尾砂，并及时清运。

2）运输过程控制措施

尾砂运输过程中，为防止尾砂洒漏，运砂车安装自动软篷全密闭覆盖系统。

图2 总体工艺流程图Fig.2 Flow diagram of overall treatment process

3）处置场清污分流措施

设置截水沟。根据处置场地形条件，沿处置场边界走向设置环场截洪沟，以减少处置场汇水面积。尾砂在处置场内分区堆积，设置临时截洪沟。处置场外降雨向场外导排，堆积完毕后，进行最终覆土，将表面径流迅速集中排放，减少渗滤液产生量。

4）渗滤液处理设施

在设计过程中，根据该地区历史降水资料最大降水月的降水量，按照最不利情况，核算出处置场渗滤液产生量。当暴雨发生时，将渗滤液打入调节池进行处理，最终实现达标排放。调节池采用钢筋混凝土现浇结构，内部采用HDPE土工膜和5 000g／m2膨润土垫复合防渗结构，渗透系数小于1.0×10－7cm／s。

5.2 运营期

1）重金属在线监测措施

为保证渗滤液处理后的出水水质，在总排口安装一套重金属离子在线监测系统，监测因子为流量、pH、Cd、As。出水水质一旦超标，立即采取紧急措施进行停机检修，废水则泵送至调节池。

2）渗滤液经处理后产生的污泥处置

应根据不同鉴定结果按照相应规范进行处置，根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599—2001）、《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598—2001）、《危险废物贮存污染控制标准》（GB 18597—2001），具体处理办法如下：一般工业固体废物Ⅰ类应进行综合利用或妥善处置；一般工业固体废物Ⅱ类固体废物应进行安全填埋；危险废物则严格执行转移联单制度，并委托有相应危废处理资质的单位进行安全处置。

3）定期巡视措施

运行期根据项目实际情况，按照相关规范规定，定期对原废渣场、处置场及附属配套设施进行巡视检查。

6 结语

该矿区粗放式开采形成的大量沿河堆积的历史遗留废渣，已成为A江流域的主要污染源。通过综合整治，既实现了部分废石的综合利用，又对尾砂进行了安全处置，可从源头上控制重金属向外界的迁移，减轻A江流域该矿区段的重金属污染，将有效改善该区域的生态环境，保护下游居民的身体健康安全，对当地实施可持续发展战略具有重要意义。同时，可促进当地经济、社会、环境的可持续发展。本文提出的治理对策和措施，可为同类工程项目提供技术借鉴和参考。

在制定历史遗留废渣综合治理具体方案时，仍需注意以下几点：

1）应进行浸出毒性鉴别，确定废渣属性，从而确定废渣去向。

2）对废渣进行有价金属提取回收时，有必要开展小试和中试试验，论证技术可行性，同时考虑技术应用的经济可行性，并尽可能地利用周边现有生产设施。同时也要考虑新产生废渣的去向和引发的二次污染问题。

3）对废渣进行综合利用时，应充分论证技术可行性，并尽可能地利用周边现有生产设施。

4）对废渣进行安全处置时，应从当地政府制定的区域规划总体角度出发，实施废渣安全处置工程。处置场的选址、防渗等应满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599—2001）、《危险废物贮存场污染控制标准》（GB18597—2001）或《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598—2001）的要求。注意施工期，特别是暴雨季节的二次污染控制问题。

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［3］ An Zizhuang，Huang Zechun，Lei Mei，et al.Zinc tolerance and accumulation in Pteris vittata L.and its potential for phytoremediation of Zn and As－contaminated soil［J］.Chemosphere，2006，62（5）：796－802.

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