广西某铅锌矿区水环境质量演变分析

肖筱瑜，梁文寿，唐名富，余 谦

(1.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004；2.广西环境治理工程技术研究中心，广西 桂林 541004；3.广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西 桂林 541004；4.广西环境污染控制理论与技术重点实验室科教结合科技创新基地，广西 桂林 541004)

0 引言

中国是全球最大的有色金属生产国和消费国。金属矿产的开发带来巨大经济效益的同时，不可避免地会带来一系列的环境负面影响。有研究显示，矿山开采存在不同程度的重金属污染，如铅、锌、镉、汞以及类金属砷等[1-3]。据统计，由于采矿和冶炼每年会有635×106kg铅、35×106kg砷被释放到大气、水体和土壤中，占进入环境总铅、总砷的35%和22%。尾矿库渗滤液、废石场淋滤液以及选矿废水的无序排放，对周围水环境的影响尤为突出[2]。铅锌尾矿、废石在降雨作用下形成含有重金属元素的淋滤液，下渗到地下水环境中[3]，带来饮用水源污染风险和对居民健康的危害。如果开采的是硫化矿，其矿渣、废石内部的硫化矿物氧化后会导致矿山废水为酸性，会进一步淋洗出矿物中的铅、锌、砷、镉、铜等重金属[1-15]，加大水环境中重金属污染的可能性。前人除了从地下水研究矿山重金属污染[2]外，还分析了采矿排水对周边地表水环境的影响[3，16]，以及从水量、流场等方面分析了地下开采对地下水环境的影响机理并提出了治理对策[17-18]，但有关矿山采选活动对矿区水环境质量演变方面的分析鲜有报道。本文以某矿区为例，根据对矿区多年的地表水和地下水监测结果，结合矿区水文地质条件，分析矿山生产建设、环境整治等活动对矿区地表水和地下水水质演变的影响，以期为矿业生产的水环境保护措施提供借鉴。

1 区域环境及水文地质概况

广西某铅锌矿区处于构造侵蚀的中低山地貌单元。地面海拔高程一般为300～500 m，地形切割中等。项目区土壤以黄壤土居多。植被较发育，地带性植被类型季风常绿阔叶林，组成种类复杂的多样植被类型。

项目所在区域属于亚热带季风气候区，夏秋炎热，冬春较寒冷。多年平均气温为21.3℃，多年平均降雨量为1780 mm。每年4—8月份为雨季，11—12月份为枯水期。

该铅锌矿区内无大的地表水体存在。矿区所在区域长年流水的溪流主要有3条小溪，最终向南流出矿区汇合于一条河流。

矿区主要出露为奥陶系中、上统和志留系下、中统。岩性为浅变质的砂页岩夹少量不纯的碳酸盐岩石。地下水类型主要为松散岩类孔隙水、碎屑岩夹碳酸盐岩溶洞裂隙水、花岗岩-混合岩风化网状裂隙水三类，水量一般较贫乏，局部地段含水量中等。本区主要受地形地貌及水文地质条件的制约，主要为地表河接受地下水的补给，地下水接受大气降雨的补给，主要以泉和分散式渗流的方式排泄，补给地表水。

2 项目建设概况

该铅锌矿区有3个独立的开拓系统，共设有7个工业广场，井下有3个水仓，地面有4个沉淀池。用于收集沉淀坑涌水和废石场下游渗滤水，废水经过沉淀池后均就近外排于小溪。配套的选矿厂于20世纪60年代年建设，生产能力为300 t/d，采用浮选工艺，于2012年起因尾矿库闭库而关闭。

3 区域环境质量监测结果

3.1 地表水

对某铅锌矿区水系地表水环境质量进行布点监测(图1和表1)，监测结果见表2和图2。

表1 地表水监测点位和监测工况

图1 矿区地表水监测点分布图

3.2 地下水

选取该铅锌矿区范围内2个监测井不同时期的监测结果进行分析，监测结果见表3和图3。

表2 地表水环境质量监测结果

图2 地表水镉、铅、锌和砷不同年份的监测结果直方图

图3 地下水镉、铅、锌和砷不同年份监测结果直方图

表3 地下水监测结果

4 区域水环境质量演变分析

4.1 地表水质量演变分析

根据表2和图2的地表水监测结果可以看出，6个监测断面中有2个断面的镉超标，最大超标54%；1个断面铅超标，最大超标54%；其余监测因子能达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的Ⅲ类标准。各断面监测因子中镉、铅、砷均是2017年8月的监测结果最高，部分监测断面锌是2018年11月的监测结果最高。不同年份监测的地表水中镉、铅、砷、锌监测结果有显著变化。

2015年1月取样时，矿山处于已停产3年状态，所以地表水各监测段面镉、铅、砷、锌均较低。2017年8月取样时，矿山开采工程建设后正在进行试生产，虽然不排放废水，但人为扰动加剧，也导致地表水各监测段面镉、铅、砷、锌明显升高：如1#点的镉从低于检出限(1 μg/L)增加到7.7 μg/L，增加了670.0%以上；6#断面的铅由48 μg/L增加到77.1 μg/L，增加了60.6%；1#点的锌从0.132 mg/L增加到0.198 mg/L，增加了50.0%；1#点的砷从0.7μg/L增加到3.03 μg/L，增加了332.9%。

2018年11月取样时，矿山进行了环境整治，且处于停产状态。地表水各监测段面镉、铅、砷、锌(1#、3#、和4#段面)出现回落：如1#点的镉从7.7 μg/L下降到到2.5 μg/L，降低了67.5%；6#断面的铅由77.1 μg/L下降到低于检出限(0.5 μg/L)，降低了99.4%以上；1#点的锌从0.198 mg/L下降到0.146 mg/L，降低了26.3%；1#点的砷从3.03 μg/L增加到1.0 μg/L，降低了67.0%。但在2#、5#和6#监测段面锌出现进一步升高现象，可能与2#小溪上游坑口涌水中锌含量高有关。

从以上分析可以看出，人为活动对矿山区域地表水环境质量影响巨大：不同断面的镉、砷、铅和锌经生产建设扰动后分别增加了670.0%、332.9%、60.6%和50.0%。但通过加强区域废石场、尾矿库的复垦等环境整治，并控制生产排污，改善区域地表水环境质量作用明显：相应断面的镉、砷、铅和锌分别降低了67.5%、99.4%、26.3%和67.0%。各监测时期的气候条件见表4。

表4 不同时期监测气候条件

根据覃祥敏[23]的研究，温度对尾矿中Zn、Pb等金属离子的溶出浓度的影响很大，温度升高，尾矿内部分子运动加剧，反应加快，离子的溶出浓度升高。本铅锌矿是一个老矿山，周边有尾矿库和历年采矿产生的废石，矿山处于酸雨严重地区，大量的降水和高温可促使重金属的溶出，导致区域地表水重金属含量升高，也是成为了2017年8月(在高温多雨季节)监测结果显著高于2015年1月和2018年11月(低温少雨季节)的监测结果的原因之一。

4.2 地下水质量演变分析

根据表3和图3的地下水监测结果可以看出，从2013年到2019年，矿区下游的1#监测井(水文钻孔)铅最大监测结果为28 μg/L(2013年监测值)，最大超标1.8倍；镉和锌的监测值呈明显下降趋势；镉、铅、锌、砷在从2013年到2018，降幅分别为50.0%、98.2%、96.9%和16.7%；而铅、砷在2019年有所回升(依然满足GB/T 14848-2017 Ⅲ类水质要求)，并未在环境整治后同步跟地表水一起得到改善，有一定的滞后。矿区下游的2#监测井(民井)水质较好，镉、砷、铅、锌的监测结果均较低，满足GB/T 14848-2017 Ⅲ类水质，多年监测结果水质波动不大。

4.3 地表水和地下水的关联性分析

矿区2013年至2019年历次地表水和地下水监测结果汇总分析情况见表5。

表5 历次监测结果(最大值)

由表5可见，各重金属因子在地表水和地下水中的浓度数量级基本一致。总体上，除锌在地表水中含量略低于地下水外，地表水的铅、镉和砷含量均高于地下水(为2.4～7.7倍)。而地下水中锌含量最大值高于地表水，其主要原因是铅锌矿区土壤背景中锌较高，且锌易于溶解在地下水中造成。

根据矿山所处位置地形地势，沟谷为地下水的排泄区，地表水主要接受地下水的补给。1#监测井和2#监测井处于不同水文地质条件且生产状况不同，地下水受污染程度显著不同。

1#监测井位于坑口1的下游。坑口1和1#监测井所在区域含水岩组包括砂岩、板岩、砾状灰岩等，其构造裂隙、层间裂隙、风化裂隙较发育，地下水赋存和运移在裂隙中。该区域工业场地、废石场均未进行硬化防渗，矿山开采的矿井涌水、矿区工业场地初期雨水、露天堆放的废石淋溶水易于渗入该区域地下水环境中，该监测井地下水水质受到一定程度的污染，不能满足GB/T 14848-2017Ⅲ类水质(2013年9月监测到一次铅超标)。但污水下渗量相对排放入河量较小，且通过风化层土壤的物理、化学和生物作用，地下水中污染物得以净化，故其中重金属含量普遍低于附近地表水水质：1#监测井(2018年10月监测)的镉、砷、锌仅为其最近的同一小水文单元中的2#断面(2018年11月监测)的22.7%、5.9%和27.8%。

2#监测井位于尾矿库1和选厂下游。该区域的地下水为花岗岩-混合岩风化网状裂隙含水层，地下水赋存于黑云母花岗岩、花岗闪长岩、流纹岩、花岗斑岩等花岗岩风化网状裂隙中，水量贫乏，富水性弱。该区域花岗闪长岩、花岗岩、花岗斑岩呈岩墙、岩脉、岩株状产出，基本呈微—未风化状，裂隙少见，起隔水墙作用。因此尾矿库渗滤液及选厂废水不易下渗进入该区域地下水环境中。2#监测井(2018年10月监测)地下水满足GB/T 14848-2017Ⅲ类水质要求，其中重金属含量与最近的同一水文单元中的5#断面同期(2018年11月监测)水质相当。

5 结论

不同断面地表水中的镉、砷、铅和锌经生产建设扰动后最大增加量分别为670.0%、332.9%、60.6%和50.0%。

2)受矿山生产活动污染的地下水监测井水质跟区域地表水变化趋势一致，但其中重金属含量普遍低于附近地表水水质，镉、砷、锌浓度仅为地表水的22.7%、5.9%和27.8%。

3)通过环境整治后，区域地表水环境质量改善作用明显，相应断面地表水中的镉、砷、铅和锌分别降低了67.5%、99.4%、26.3%和67.0%；但地下水中铅和砷并未同步跟地表水一起得到改善，有一定的滞后。

综上所述，通过生态恢复和污染治理，可使区域环境得到一定程度的恢复，但其成本大，且地下水恢复慢。在采选矿生产过程中要尽量减少废石、尾矿的无序堆存，做好尾矿库及污水处理设施的防渗，采选废水处理达标后外排，严格执行污染防治措施和生态恢复方案，从源头减少生产对环境的不利影响，减小后期环境治理难度。