酸性矿井对地下水和地表水的影响

　　缺水是许多矿面临的严重问题，另一方面很多煤矿又有大量的酸性矿井水(以下简称酸性水)外排。酸性水在没处理前一般是与地下水混合后排到水仓或地面，因此，地下水或地表水的水质与酸性水有密切的关系。酸性水对水体的影响可分为对阳离子和阴离子的影响。酸性水无论经处理还是未经处理，排入水体后，都产生污染。

1　酸性水对地下水的影响

1.1　酸性水对地下水阴离子的影响

　　一般为认为酸性水是在有水有氧的条件下，煤中伴生的硫铁矿(FeS2)氧化生成，即：

　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　细菌的作用以及在干燥环境下的硫铁矿氧化^[1]不在此讨论。值得注意的是，生成的H₂SO₄和Fe^3＋不仅具有很强的酸性，还具有较强的溶解性，在酸性水流经的地方(与地下水有相似的地方，表现为阳离子很高)，由于铝土矿的溶解(含有硅Si^[2]，使得与酸性水混合的地下水含有硅酸根(SiO²₃^－)或偏硅酸根(HSiO^－₃)。
　　(3)式的反应也是酸性水产生的重要因素，该式的反应发生在酸性水没流到沟道之前，虽增加酸性水的酸度不多，但为(2)式的反应提供了条件。因此，在酸性水的突水点，即使有较高的Fe^3＋(有细菌存在)，Fe^2＋浓度也较高。
　　由于酸性水强烈的酸性，它或与地下水中的HCO－作用，或与围堰中的其他碱性物质(以CaCO₃表示)中和，碳酸(H₂CO₃或CO₂)以超饱和的形式存在。我们已在监测中注意到了这个问题^[3]，HCO^－在酸性水中是不存在的。如地下水与酸性水混合后，不表现为酸性，则地下水中可能有HCO^－。其它阴离子如Cl^－、NO^－与地下水相似，含量较低。
　　综上所述，受酸性水污染的地下水中主要阴离子是SO²₄^－，监测的数据表明，它与饮用水要求的往往不是一个数量级(饮用水要求250 mg/L，而酸性水中可达数千到几十万mg/L。目前采用的砂滤的方法滤除处理后酸性水中的悬浮物，一般不能正常运转(如陕西铜川矿务局李家塔煤矿)，是因为SO²₄^－太高，中和剂又是选用带Ca^2＋的碱性物质(电石渣和石灰石等)，CaSO₄也是以超饱和形式存在的，很容易引起滤料的板结。如何在处理过程中降低SO²₄^－的浓度，是酸性水处理的一个难题。

1.2　酸性水对地下水阳离子的影响

　　酸性水的常规监测指标有：pH值、酸度、Fe^2＋、Fe^3＋、SO²₄^－等。其他金属离子，如Mn^2＋、Zn^2＋、Al^3＋等，一是不参加氧化还原反应，对酸性水的影响较小；从产生酸度的角度看，它们比Fe^2＋、Fe^3＋等离子复杂得多。
　　地下水常规含有K^＋、Na^＋、Ca ^2＋、Mg ^2＋等阳离子，如地下水中含有锰和(或)铁，则称这种水为含锰地下水或含铁地下水。含锰或含铁地下水，当这些离子不高时，其处理方法是比较简单和成熟的，许多教科书中已有讲述，一般是用：曝气—锰砂过滤法。值得注意的是，由于这时的pH值较高，且铁多以Fe^2＋的形式存在，只要将其变成Fe^3＋，通过静沉就可将其去除。通常情况下，地下水中其他离子，如Al^3＋、Mn^2＋、Zn^2＋等是不高的。
　　地下水一旦受酸性水的污染，情况就发生了巨大的变化，各种离子的浓度与水的pH值有密切的关系，根据溶度积原理，受污染的地下水中常见金属离子完全去除(<10－5mol/L)时的pH值分别是：Fe^2＋pH=8.95,Fe^3＋pH=3.68,Al^3＋pH=4.71,Zn^2＋pH=8.04,Mn^2＋pH=10.14^[4]。另外，Al^3＋和Zn^2＋表现为明显的两性，我们曾定性地测定处理过的酸性水，发现其仍含有大量的铝离子。在低pH值时，Fe^2＋是很难氧化成Fe^3＋的，故铁多以Fe^2＋的形式存在，其处理是非常因难的，其中的铝更是难以去除。

2　酸性水对地表水的影响

　　酸性水排入水体后造成的危害是严重的，它不仅能使接收它的水体鱼虾绝迹以及附近的土地寸草不生、粮食绝收，对地表水的影响可延绵数千英里^[5]。由于Fe(OH)₃(Yellow boy)的沉积，使接收它的水体两岸或底部变红。Zn^2＋、Mn^2＋可能超标(还可能含有大量的铝)，该地表水已不能做饮用水的水源。
　　酸性水无论处理还是不处理最终都要排入地表水体。尤其是在处理过程中产生的沉泥(常用的方法是源源不断地向酸性水中投加碱性物质)其危害更大。有资料表明，沉泥的处置费用通常是酸性水处理费用的3倍以上。国外通常是将沉泥置于露天矿的废弃矿井里，并加以掩埋。国内则常对沉泥不加任何处理或处置，用泵将沉泥打到附近的矸石山上，在雨季又流到附近的水体中，其污染负荷并未减少，只是污染物的形态发生了变化。
　　酸性水对地表水的另一影响也是不容忽视的，就是酸性水具有很强的混凝作用^[6]，这可通过接收它的水体清澈见底看出。如果酸性水中Zn^2＋、Mn^2＋不是很高，可考虑接收酸性水的水体做饮用水的水源，这样可大大节约混凝剂的用量。