水资源保护及水污染防治
矿山开采和矿石选冶对水资源地的破坏和水污染都是严重的。开矿不可避免地要疏干、排泄一定的地下水，使地下水水位较原始水位大幅度下降，降低原有水源的供水能力。开矿也会不同程度地污染地表及地下水系，使之降低了使用功能。废石与尾矿露天堆放，氧化淋溶可形成酸性水，酸性水及其携带的有害物质流入地表水系或渗入地下潜水层，污染水资源。选矿厂的废水同样也会对地表、地下水源造成污染。
陕西凤县四方金矿选矿厂的尾矿中有毒有害物质对水、土、植被造成了污染，危害人体健康。尾矿在尾矿库中蒸发、渗透、沉淀、澄清、自然净化，通过库内溢流排到坝前回水池，在回水池用活性炭处理后，大部分经回水泵站用管道输送至选矿厂磨矿、浸出供生产系统循环利用。为防止尾矿水污染环境，对外排放的尾矿水应采用石灰、次氯酸钠和沉淀池处理法，在碱性条件下，使氰化物氧化、生成二氧化碳和氮气逸出，降低CN-浓度，金属离子生成氢氧化物沉淀后达标再排放，采矿废水经沉淀处理，采取以上措施可做到达标排放。对回用尾矿水采用活性炭处理，去除影响金浸出的部分重金属，保证尾矿水循环利用于生产中，并同时回收了微量金，每年回收金达1 kg以上。该工艺设备简单，投资少，成本低，且活性炭经处理可循环利用，从源头上减轻了对西河的污染。
地表水系的污染往往是直接的，尤其是流动的径流，会很快通过径流自净化作用而降低或消除污染。如果河床底泥中污染物达到饱和，污染河段就会加长，污染的范围就会扩大，但总体而言，治理相对容易。而地下水的污染涉及到巨厚的渗透层及下渗通道的污染饱和，加之过程十分缓慢，因而地下水污染具有隐蔽性和难以恢复性。由于地下水的流速、补给、交换缓慢，切断污染源后，仍需几十年甚至数千年的时间，才有可能恢复。因此，地下水一旦遭到污染，便很难治理及恢复。如果人们饮用了受有害或有毒组分污染的地下水或食用了受污染土地生长的植物，对人体的影响将是慢性的长期效应，不易觉察。
神东矿区采用生物固沙和工程防护措施，在矿区乌兰木伦河的支流考考赖沟、哈拉沟、石圪台沟等主要生产生活水源地实施了水源治理保护工程，在源头层层设防，束水归槽，完成了治理面积1467ha。经测定，治理前后，考考赖沟水源地水中含沙量由6.4 kg/t下降到0.2kg/t，哈拉沟和石圪台沟水源地水中含沙量由14.7kg/t下降到0.15kg/t，每年可节约水厂排沙费166万元，两年多即可收回治理投资。4个水源地每天涌水量41000t，治理后每年减少入河泥沙量15.6×104t。
为解决矿山废水所造成的危害问题，必须采取各种措施和方法，严格控制废水排放，尽量减少对周围环境的水污染。
5.4.4.1 改善和处理废水污染工艺技术
矿山废水排放的特性，决定了废水处理的原则是：采用有效简便和经济的处理方法，使处理后的水和重金属等物质都能回收利用。故应做到以下几点基本要求：
――改进工艺，减少污染源：改进工艺是最根本、最有效的杜绝或减少污染源产生的途径。如某铅锌矿，过去一直采用作为铅锌分选的抑制剂，致使尾矿水和铅锌精矿浓缩溢流水含氰量大大超过排放标准，先后污染了几千亩农田，造成了大量牲畜及水生物的死亡，现改成无毒浮选工艺，采用硫酸锌代替，不仅减少了污染危害，而且也提高了选矿厂的经济效益。
――循环用水，一水多用：采用循环供水系统，使废水在生产过程中多次重复利用，既能减少废水的排放量，减轻环境污染，又能减少新水的补充，节省水资源。如河北某铜矿，每天排放废水达两千余吨，过去直接排入渤海，引起近海水资源的污染，后来该矿进行了选矿工艺改进，加高了尾矿坝，开凿了1000多米地下隧道，架设了几百米的污泥管道，使尾矿溢流水利用高差自流到选矿厂循环利用，使水的回收率达到90%以上，基本实现了废水闭路循环使用。
5.4.4.2 控制矿山废水排放量的有效措施
采取“防”、“治”、“管”相结合的方法，严格控制废水的形成和排放，是控制和减轻水污染的积极措施。
(1)选择适当的矿床开采方法：地下采矿时，选择使顶板及上部岩层少产生裂隙或不产生裂隙的采矿方法，是防止地表水通过裂隙进入矿井而形成废水的有效措施。露天开采时，应尽量避免采用陡峭边坡的开采方法，以减轻边坡遭水蚀及冲刷现象；及时覆盖黄铁矿的废石，以防止氧化；下边坡应留矿壁以防止地面水流入采场；可能情况下应回填采空区，以免积水；合理布置采矿场排水沟。
(2)控制水蚀及渗透：地下水、老窿水、地表水及大气降雨渗入废石堆后，流出的将是受严重污染的水。因此，堵截给水、降低废石堆的透水性，是防止和减少水渗透的有效措施。高速水流经废石堆时会出现水蚀现象，使水受污染。将废石堆整平、压实，修建导水渠，是防止废石堆水蚀的有效方法。此外，利用某种化学物质喷洒硫化矿废石堆表面，使之与空气和水隔绝也是控制水污染的有效措施。
(3)控制废水排放量：在干燥地区可建造池浅而面积大的废水池蒸发废水，这对排水量大的矿山是减少废水处理量的合理措施。
(4)平整矿区及植树绿化：平整遭受破坏的土地，可以收到掩盖污染源、减少水土流失、防止滑坡及消除积水的效果。植被可以稳定土石，降低地表水流速度，因而能在一定程度上减少水土流失、水蚀及渗透。让废水流经某些种植植物的地面后排入河流，也能使矿井水得到一定程度的净化。
5.4.4.3 废水处理系统和工艺流程
正确选择废水处理系统和工艺流程应从以下几点入手：
――废水的水质及水量特征是正确选择处理系统的出发点。从废水的种类来说，需要考虑采用混合处理还是单独处理方式，或是单独处理一定程度后再混合处理；从排水量及排水规律来说，需要考虑是否要设置蓄水池、混合池，是连续还是间歇运行等；从污染物质种类和浓度来说，需要考虑和分析的内容就更多，因为这是选择处理方法和处理设备的主要依据，例如，当污染物为胶体时，要考虑采用混凝、气浮、生物絮凝等方法；当污染物为溶质时，就要考虑采用化学沉淀、萃取、离子交换等物理化学方法；如果有几种污染物存在，就要考虑用一种方法还是用几种方法联合处理问题；若污染物浓度足够高，具有回收价值，就应选择能回收利用有价值成分的方法。
――废水处理后的利用或排放以及对水质的具体要求是决定和选择处理系统的关键。提出若干技术上可行的处理方案，进行技术经济综合比较，认真分析和论证，确定出最优和次优方案，以备选用。
5.4.4.4 酸性矿井水污染治理方案择优
某矿井排放的酸性水，水质pH值为2.6，总铁含量为300mg/L，出水量为40～100t/h，该水如不经处理就外排，将会污染附近河流和农田，影响农作物生长，引发矿山与当地居民的矛盾。
对该矿所排酸性水污染可用以下三个方案加以治理。
(1)P1方案――石灰乳中和法：酸性水用耐酸泵提升到中和反应池，同时加入5%的石灰乳，与酸性水接触反应，调节石灰乳加入量，控制pH值为6.5左右，再进斜管沉淀池进行泥水分离，上层清水排入清水池，或直接外排，污泥排放到污泥池，再用泥浆泵泵入污泥干化池，进行干化处理。此法操作较困难。
(2)P2方案――石灰石中和滚筒法：酸性水用耐酸泵提升到装有一定粒径(粗粒、细粒)的石灰石的中和滚筒内，与石灰石充分反应后其pH值达6.2左右。出水加入絮凝剂，进入沉淀池进行泥水分离，上层清水排入清水池回用或外排，污泥排放到污泥池，再用泥浆泵泵入污泥干化池，进行干化处理，此法操作较简单。
(3)P3方案――石灰乳-石灰石中和塔法：酸性水先与石灰乳中和到pH值为4 左右，使铁基本上形成Fe(OH)2，然后进入石灰石中和塔进行中和反应，出水pH值达6.0以上，然后进入沉淀池进行泥水分离，上层清水排入清水池回用或外排，污泥排放到污泥池，再用污泥泵泵入污泥池，进行干化处理，此法适合处理各种酸性矿井水，尤其是水中含Fe2+较多时适用，可减少石灰用量，劳动条件也有所改善。
用多目标模糊决策法对上述三个可行方案进行择优，即三个被评价方案的集合为：U={P1，P2，P3}
选用以下4个评价因素指标：①工程总投资 fl；②运行费用 f2；③出水 pH 值 f3；④工作条件f4。
其中工作条件一项属定性指标，由专家给出评分，好的记0.85 分，较好的记0.55分，不太好的记0.25分。
各因素的重要程度权值模糊子集：A=(a1，a2，a3，a4)
各因素的重要程度权值a1、a2、a3和a4，可用以下三种方法确定：①德尔斐法(专家评估法)；②专家调查法；③判断矩阵分析法。不论用哪种方法，对参与专家要求有渊博的专业知识，且富有实际工作经验，熟悉并掌握所研究问题的全部具体情况。
根据以上所提出的有关数据可得各方案的因素指标矩阵F(表5-8)。
表5-8 各方案因素指标矩阵F
5.4.4.4.1 加权相对偏差距离最小法择优
各因素指标权值模糊子集：
A=(a1，a2，a3，a4)=(0.10，0.30，0.40，0.20)
我们把第i个方案的第j个因素指标值记为fij，则得m个方案的n个因素指标矩阵F。
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
由各方案的因素指标矩阵F 得知，各因素指标的标准值(三个方案中最有利的值)向量为：
fi°=(f1°，f2°，f3°，f4°)=(86.9，0.39，6.5，0.85)
令
式中： fimax为各方案第i 项因素指标中最大指标值，即 fimax=max(fi1，fi2，fi3，…，fim)
fimin为各方案第i 项因素指标中最小指标值，即 fimax=min(fi1，fi2，fi3，…，fim)
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
正指标是指指标值越大方案越优的因素指标，负指标是指因素指标值越小方案越优的因素指标，我们把δij称为相对偏差值，称f°为标准值。
得出相对偏差模糊矩阵Δ：
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
例如：
，根据加权相对偏差距离公式，即
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
代入数据：
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
同理算出d2=1.114，d3=1.791
加权相对偏差距离最小法是以dj最小的方案为最优，因为min(d1，d2，d3)=d2，所以P2方案为最优，P1方案次之，P3方案最差。
5.4.4.4.2 定量指标综合决策法择优
据三个方案各因素定量指标矩阵：
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
令
式中：di为第i项因素级差值，
；
γij为就第i项因素着眼对j个方案的评价值。
代入有关数据算出d1=30.222，d2=0.044，d3=0.556，d4=0.667，进而算出各个γij值，三个方案的4个评定值组成一个评价模糊矩阵：
中国西北地区矿山环境地质问题调查与评价
已知因素重要程度权值模糊子集
=(a1，a2，a3，a4)=(0.10，0.30，0.40，0.20)
采用加权平均模型M(・，+)对方案进行评价：
=
=(b1，b2，b3)
其中
代入数据：b1=0.10×1+0.30×0.1+0.40×1.0+0.20×0.1=0.550
同理算出：b2=0.604，b3=0.406
max(b1，b2，b3)=b2，b2对应方案P2。模糊综合评价中，按照最大隶属度原则，方案P2为最优，方案P1次之，方案P3最差，这一结果与加权相对偏差距离最小法所求得的结果相同。
