抚顺矿区矿井水的特征和作为矿山修复灌溉用水的可行性研究

（辽宁大学环境学院 辽宁·沈阳 110036）

0 绪论

源短缺是世界性的问题，目前，我国社会经济的持续发展受到了水资源缺乏的严重制约，特别是北方城市水资源短缺，地下水开采严重，农业用水紧张。而矿井水作为煤炭行业产生水，关于矿井水的处理和资源化利用的研究至关重要。通过设计工艺流程处理矿井水中的污染物质往往难度较大，费用昂贵且处理不彻底。在煤矿资源丰富的地区，矿井水可以用于矿山修复过程中植被的修复灌溉用水。因此矿井水的主要成分以及特征和对植被生长生理特性、光合效应、土壤环境效应影响的研究具有重要意义。

我国是联合国划定的13个典型贫水国之一。我国淡水储量为28000m3，人均拥有的淡水资源仅有2220 m3，这些平均水资源量不到世界平均水平的1/4，位居世界第121位（2012年）。

矿井水既是煤炭废水更是一种特殊的可利用水资源，在我国北部某些矿区水源严重短缺的情况下，非常规水源在矿井景观恢复的应用，开辟矿山恢复灌溉用水新途径是解决矿区用水匮乏的关键。然而，矿井水灌溉后草坪草的生长环境，以及对矿区土壤的影响是普遍关注的问题，也是矿区生态环境恢复至关重要的问题。

1 矿井水利用研究现状

我国北方地区80%以上城市的发展面临着水资源总量短缺、结构不合理、污染严重等问题。矿井水成为农田灌溉的潜在替代水资源。但是，目前国际上关于能否安全的将矿井水灌溉安全高效的进行农业利用的许多专家意见尚不统一，矿井水的水质理化指标，以及灌溉地区气候条件、耕地土壤理化指标、地下水水位高度、农作物本身的生物特性和矿井水中重金属对农作物的影响在很大程度上制约着矿井水进行农业灌溉。我国南方地区排放的酸矿水灌溉农田引起土壤污染问题研究较多，林初夏等研究发现矿井水的排放会增加附近农田所用灌溉水酸度，造成土壤严重酸化。

据统计显示，2015年全国矿井水的排放总量约为43亿m3，而全国矿井水可以利用的总量仅为约12亿m3，全国矿井水的利用率约为26.1%，其余都作为废水直接排放入河道，矿井水的大量流失不仅对水资源造成极大的浪费，而且对矿区生态环境的污染愈加严重，甚至大大影响了矿区周围居民的生活和工农业生产。近年来一些矿区的矿井水利用率达到了72%以上；与此同时矿井水的处理工艺和利用技术水平也大大提高，处理成本逐渐降低，对煤矿企业利用矿井水的积极性起到了很大的促进作用。表1为2018年我国不同地区矿井水的产生和利用情况。

表1：2018年我国不同地区矿井水的产生和利用情况

2 抚顺矿区矿井水的成分特征

抚顺矿区矿井水所含主要成分及含量为表2所示，检测设备为ZY-268；ICP-OES等，测定结果表明矿井水主要金属元素含量中 K、Ca、Mg、Na的含量较高，分别为 173.2、170.5、85.3、82.5mg/L，这几种元素作为植物生长发育所需的营养元素，显示出抚顺矿区矿井水作为矿山景观恢复灌溉用水的必要性和可行性；对植物生长发育抑制较强的重金属元素中铬的含量为1.26mg/L，铁和铅两种元素含量很少，说明抚顺矿区矿井水作为矿山恢复灌溉用水的安全性较高，有利于进一步的研究。对灌溉用矿井水中主要离子含量进行测定，并且测定矿井水的pH为6.76，显示为弱酸性矿井水。

表2：抚顺矿区矿井水主要成分含量

3 矿井水作为灌溉用水的可行性研究

我国缺水量预计至2025年将达120亿m3，而我国人均拥有的水资源量到21世纪中叶将降低至1600 m3。我国的国民经济水平正在经历飞速发展，人民生活水平日益提高，水资源需量逐渐提高，而人们的平均拥水量却急剧下降。很多水源地受到工业生产的影响导致水源污染、居民饮用水短缺、景观和农业灌溉用水不足、工业生产用水急剧缺乏等一系列问题，解决这些问题只能通过超采地下水、节水灌溉、和非常规水源再利用的措施供给用水，在现阶段和将来，非常规水源将会成为我国重要的替代性水源被应用到景观用水灌溉中，而矿井水作为非常规水源中重要的一种，矿井水作为景观灌溉用水对于缓解我国水资源的危机和重建矿区生态具有重大意义。

地下开采作为我国煤炭产业的主要开采方式，在生产过程中为了确保井下安全问题，必须排出大量的矿井水。矿井水作为煤矿涌水含有很多煤炭性质，直接排放不仅浪费了宝贵的水资源，而且也污染了环境。因此对矿井水加以利用并作为矿区生态恢复中景观植被的灌溉用水，既解决了矿区水资源的浪费和流失以及对水环境造成污染问题，又可以缓解矿区用水短缺的现象。

抚顺老虎台矿中矿井水主要来自于煤层砂岩隙水以及少量的矿井生产废水，其矿井水特征与抚顺地区地下水特征大致相符，主要区别在于矿井水的煤炭特征。我国目前是世界第一产煤大国，全国煤炭产量由2005年的9.98亿t增至2015年的30亿t，年均产量增加近2亿t。原煤每生产过程中每产1t原煤将会从地下抽出大约3m3的矿井水，而我国全年地下水开采量大概为1120亿m3，矿井水的产生使每年平均有近75亿m3地下水抽排到地面，产生量约占全国地下水开采总量的6.8%，资料统计显示，辽宁省煤矿年平均疏干排水量约5.9亿m3，抚顺地区矿井水年总排水量为2.19亿m3，每年矿业开采的采量也呈持续增长的趋势变化。矿井水灌溉的安全高效利用是能够保障水资源可持续利用、缓解灌溉用水紧缺的有效措施。因此，开辟新型景观灌溉水资源，对资源节约型和环境友好型社会的建立能够起到积极的推动作用。非常规水源灌溉的科学有效利用，同时能够促进社会经济的持续发展和生态文明的建设，对环境生态安全也具有重要意义。

4 结论

（1）矿山地质破坏的生态环境效应包括地表景观的破坏、破坏诱发地质灾害、水文干扰与水质污染和土地资源破坏与占用。因此把矿井水作为煤矿地区的灌溉用水对矿山地区景观恢复和环境生态系统的改善有重要意义。

（2）矿井水是一种具有很强煤炭行业特征的水资源，测定其pH为6.76，为弱酸型矿井水；抚顺矿区矿井水主要金属元素含量中K、Ca、Mg、Na的含量较高，这几种元素作为植物生长发育所需的营养元素，体现了抚顺矿区矿井水作为矿山景观恢复灌溉用水的必要性和可行性，进一步说明抚顺矿区矿井水作为矿山恢复灌溉用水的安全性较高。