某铀矿尾矿堆场受污染地下水的渗透反应墙修复初探
某铀矿尾矿堆场受污染地下水的渗透反应墙修复初探
物净 化 ， 而 达 到 修 复 地 下 水 的 目的 。加 拿 大 从
Ｗ ａｅ ｌｏ大 学 的 Ｒ Ｗ ． ｌ ａ 于 １ ８ ｔｒ ｏ ． Ｇｉｈ ｍ ｌ ９ ９年 首 先
提 出渗透 反 应墙 治理 地下 水 的概 念并 开展 室 内实
验 ，９ １年 成 功地 进 行 了 第 一 次 野 外 试 验 ， ９ ５ １９ １ ９ 年 首次 投入 运 行 ， 体 尺 寸 为 高 ４ ｍ、 １ ３ｍ、 墙 厚 ． 长 １ 对 四氯 乙烯 和氯 仿 的去 除效 率 分 别达 到 ３ｍ，
９ 和 ９ ［，１ 。 此 后 ， 方 法 得 到 推 广 应 用 。 １ ５ ３Ｅ３ ］４５ 该
修 复与 被 动式修 复 。被 动式 修 复技术 是 利用 天然
能量（ 如势 能 、 物 能 、 合 作 用 、 学 能 ） 生 光 化 而很 少 需 人工 维 护 的修 复 技术 ， 一种 低 费有效 的技术 ， 是 主要包 括 渗透 反 应 墙 、 控 下 的 自然 净 化 及 一 系 监
Ｃ ａ ｔ 铀 尾 矿 库 附 近 污 染 的 地 下 水 进 行 抽 出一 ｒ ｎｓ 处
本世 纪初 我 国 开始 应 用 渗 透 反 应 墙 技 术 ， 但 大都 处在 实验 研 究 阶段 。根据 我 国退役 的某 矿 尾 矿堆 场及 其 地下 水 特 性 ， 行 了渗 透 反 应 墙 技 术 进 修复 该 尾矿 堆场 受 污 的地 下 水 的初 步 探 索 ， 括 包 小 型试 验 、 现场 设计 、 工 和运行 ， 得较 好结 果 ， 施 取 为渗透 反应 墙 技术 在我 国 受污 地下 水修 复 的应 用 方 面提 供 了一 些有 益 的经 验 。
维普资讯
第２ ５卷
第 ３期
可渗透反应墙在地下水污染修复中的应用
PRB主要由渗透性反应介质组成，通常位于受污染的地下水羽流下游，垂直于地下水流中，污染物去除的机制包括生物和非生物。当受污染的地下水在自身的水力梯度下通过PRB时，会发生沉淀、吸附、氧化还原和生物降解反应，从水中去除污染物并将纯净水排放到PRB的下游。该方法可以去除地下水中的污染物，例如溶解的有机物、金属和放射性物质。美国环保局根据PRB的结构差异，将PRB分为两类：地下连续墙PRB、防水漏斗门PRB。
[2]刘志阳.地下水污染修复技术综述[J].环境与发展，2016（2）：1-4.
[3]刁徐笑，孙长虹，陈淑峰，等.城市地下水污染防治研究进展[J].水处理技术，2015（9）：4-8.
可渗透反应墙在地下水污染修复中的应用
作者：张延乐
来源：《科学大众》2019年第08期
摘; ;染也给环境和经济发展带来很大阻力。因此，加强地下水污染整治和相应技术的开发显得尤为重要和紧迫。文章主要分析渗透性反应墙在地下水污染修复中的应用。
（1）连续墙式PRB（见图1），当地下水污染羽流影响较小时，在垂直于污染羽流运移路径的方向设置渗透反应墙。墙的宽度和高度应确保整个受污染的羽流能够通过。同时，墙体的厚度必须保证经墙体介质活性材料处理后的污染物浓度能够达到要求的环境标准。地下连续墙PRB结构相对简单，不改变地下水的自然流向。
（2）隔水漏斗—导水门式PRB（见图2），由不透水的介质（隔水漏斗）、导水门及渗透反应介质（活性材料）组成。防水漏斗嵌入防水层中，以防止污染羽流渗透到下游的无污染区域。渗漏漏斗由一个封闭的板桩或泥壁组成，将地下水引导或收集到导流门中，然后通过渗透反应介质进行处理。该系统适用于浅埋大地下水污染羽流。在设计中，充分考虑污染烟羽的大小和方向，确定防水漏斗和导水管之间的倾斜度，使污染烟羽不会从侧面间接流动。
应用可渗透反应墙技术原位修复地下水污染
应用可渗透反应墙技术原位修复地下水污染
赵强;王金生
【期刊名称】《污染防治技术》
【年(卷),期】2003(016)0z2
【摘要】可渗透反应墙是20世纪末出现的一种地下水原位修复技术,是目前地下水修复研究领域中的热点.可渗透反应墙设置在受污染的地下水流动路径的横截面上,通过墙体或反应器内填充的反应材料与地下水的接触,降解和滞留水中的污染组分,达到修复地下水的目的.填充的反应材料,根据受污染地下水中主要污染组分的不同而有所不同,零价金属、螯合剂、吸附剂或者微生物等是目前的主要选择.污染区的水文地质条件是可渗透反应墙应用的前提;反应材料和系统结构的筛选、反应器尺寸和水力停留时间的确定是其设计的关键;数值模拟、柱体实验是完善设计的重要辅助手段.
【总页数】4页(P94-97)
【作者】赵强;王金生
【作者单位】北京师范大学环境科学研究所,北京,100875;北京师范大学环境科学研究所,北京,100875
【正文语种】中文
【中图分类】X523
【相关文献】
1.地下水污染修复技术:可渗透反应墙 [J], 柏耀辉;张淑娟
2.可渗透反应墙原位修复污染地下水研究进展 [J], 张晓慧;葛芳州;董玉婧;李彩斌;裴亮;王颋军;姚蔚
3.原位修复技术在地下水污染中的应用研究 [J], 戴佩彬
4.原位修复技术在地下水污染中的应用研究 [J], 陈政
5.可渗透反应墙在地下水污染修复中的应用 [J], 张延乐
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用生物活性渗滤墙技术处理铀尾矿地下水
义， 目前 已成 为地 下水 修 复 技 术 的 主要 发 展 方 向 之 一［ ， 我 国 尚缺 乏研 究 。 ４但 ］
１ 几 种 修 复技 术 的 比较
表 Ｉ列举 了包括 修复 铀尾 矿污 染地下 水在 内 的几 种 主 要修 复 技术 的优 缺点 。从 表 １看 出 ： 生 物活性 渗滤 墙技 术具 有造 价低廉 、 运行 稳定 、 消 不 耗 能量 等优 点 ， 而其 他 ２种 修 复 技术 都 需 要 消耗
关 键 词 ： 物 活 性 渗 滤 墙 ； 理 ； 尾 矿 ； 染 地 下 水 生 处 铀 污 中 图 分 类 号 ： ２ 文 献标 志 码 ： Ｘ５３ Ａ 文 章 编 号 ： ０ ０ ８ ６ （ ０ ０ ０ — １ ９０ １ ０ —０ ３ ２ １ ） ３０ ４ — ４
与 一般 的渗 透反 应 墙 （ Ｒ 一 样 ， 物 活性 Ｐ Ｂ） 生
物 活性渗 滤墙 一 般建 在 被 污 染 的 地下 含 水 层 中 ， 垂直 于地 下水流 方 向 ， 当地 下 水 流在 自身 水 力 梯 度作 用下通 过 时 ， 中 的污 染 物 首先 被 生 物 带 中 水
的微 生物 吸附 ， 后 与墙 体 充 填 的 活性 材 料 发 生 然 化学 反 应 而被 去 除 ， 而 达 到 环 境 修 复 的 目的 。 从
表 １ 几 种 修 复 技 术 的 优 缺点
２活渗墙类 性滤的型
渗滤墙 的结 构形 式 主 要有 ２种 ： 连续 式 和 漏
收 稿 ５期 ： ０ ００ ２ １ ２ １ — 卜１
言
性 材料 进行 反应 或吸 附 而被 去 除 。
娄
作 者 简 介 ： 绪 忠 （９ ７ ） 男 ， 李 １６ 一 ， 湖北 省荆 州 市 人 ， 士 ， 级 工 程 师 ， 事 水 处 理 理 论 与技 术 研 究 及 工 程 设 计 工 作 。 硕 高 从
某尾矿库尾矿渗水中铀的化学形态研究
第37卷第4期（总第160期)2018牟8月湿法冶金Hydrometallurgy of ChinaV ol . 37 No . 4(Sum . 160)Aug . 2018某尾矿库尾矿渗水中铀的化学形态研究宋艳，康绍辉，樊兴，刘康，李大炳，杨志平(核工业北京化工冶金研究院，北京101149)摘要:运用环境水化学平衡软件Visual M IN TEQ 3.1研究了某尾矿库尾矿渗水中铀的化学形态，并模拟在不同 pH 、F _浓度、U 浓度等条件下铀化学形态的变化规律。
结果表明：尾矿渗水中，铀主要以U 02F +和U 02F 2(aq )形态存在;p H 对铀的存在形态影响较大，和铀在较低浓度范围内对铀的化学形态影响不明显，但对其浓度 影响较大。
关键词：尾矿渗水;铀；化学形态;Visual M IN T E Q 3. 1中图分类号：T L 212文献标志码：A文章编号：1009-2617(2018)04-0267-04D O I ：10. 13355/j . cnki . sfyj . 2018. 04. 003核燃料循环过程中，从铀矿石开采、选冶和铀 的精制，到核燃料元件制造，都会产生大量含铀废 液。
含铀废液的显著特点是铀浓度低、体积大、化 学成分复杂。
我国某厂铀纯化过程中会产生大量 含硝酸根铀废液，致使尾矿库中硝酸根浓度大幅 提升，同时尾矿库会产生大量尾矿渗水，其中含有 大量杂质离子[13]，因此，研究尾矿渗水中铀的化 学形态对尾矿库退役治理有重要作用。
目前，用于模拟计算物质化学形态的软件主要有 Visual MINTEQ 、GWB 、CHEMSPEC 、PHREEQC 和£〇3/6等[4 9]。
采用数据库中铀的 物种及其热力学数据较全、可视化程度较高、形态 计算性能受到广泛认可的Visual MINTEQ 3.1 程序对某尾矿库尾矿渗水中铀的化学形态进行研 究，并对影响铀化学形态的因素进行条件模拟，分 析其变化规律。
地下水污染修复的可渗透反应墙系统设计
地下水污染修复的可渗透反应墙系统设计作者：***来源：《机电信息》2020年第14期摘要：地下水污染防治是我国水体污染控制的重要任务之一，为此应用可渗透反应墙技术，设计了一套可渗透反应墙系统，可有效去除地下水中的重金属和有机物等，具有造价便宜、稳定性高、可处理污水量大等优点。
关键词：地下水;污染修复;可渗透反应墙0 引言如今我国地下水污染问题严重，全国超过200个城市的地下水被检测为较差、极差水质的比例超过59.6%，这主要是由城市垃圾填埋、工业“三废”排放不达标、农业施肥及农药喷洒过量等原因造成，使得地下水中的有害细菌、重金属等聚集，地下水中甚至含有氰化物等有毒物质。
地下水污染给人们的日常生活饮用、工业生产、农业生产等造成了极大影响，往往需要投入大量的人力、物力修复被污染的地下水。
针对地下水污染治理问题，已有相关学者进行了研究，如茹佳欢提出了健全地下水环境保护的法律法规，确定合理的地下水使用价格，加强地下水监测等措施。
目前地下水污染修复技术主要包括抽出处理技术、化学氧化/还原技术、生物技术、曝气技术、可渗透反应墙技术、监测自然衰减技术、双/多相抽提技术等。
其中，抽出、抽提技术等需要利用水泵等设备将地下水抽取出来再进行处理，消耗能源大，控制成本高，其余化学、生物等相关技术则需要往地下水中加入化学物质或生物菌落进行处理，可能会造成二次污染。
而可渗透反应墙技术是将特定反应介质安装在地面以下的污染处理系统中，可阻断污染带，将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水的流动性，是目前一种新型的地下水修复处理技术。
1 可渗透反应墙系统原理目前，可渗透反应墙最常见的结构为连续反应墙式结构。
连续反应墙式结构多采用单层的反应介质层，其原理是在地下水区域安装一堵墙体，墙体中间用含有化学、生物降解等物质的填充物填充完整，所选择安装的地下水区域需有一定的流动或渗透能力，当地下水在流动或渗透过程中，经过可渗透反应墙体后，墙体中的物质对地下水产生降解、沉积和吸附等作用，将被污染的地下水转化为可接受的水质。
受污染地下水可渗透反应墙修复技术研究
介质及配比的ＰＲＢ反应器，进行了实验室模拟研究。结果表明，以铁粉和活性炭为介质的２种反应器，对ｃＯＤ的去除
率分别平均达到８９％和９０％；以铁粉和沸石为介质的２种反应器，对氨氮的去除率都达到９０％以上，在反应器中沸石
含量相同的情况下，Ｆｅｏ含量越高对氨氮的处理效果越好；活性炭与铁粉的比例较高的反应器，对氨氮的去除率也达到
农业环境科学学报２００５，２４（增刊）：１５３—１５７ 如Ｈｍ。ｆ可Ａｇ丁。一Ｅ聊ｉｒｏｎ玎地ｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ
受污染地下水可渗透反应墙修复技术研究
张桂华，潘伟Байду номын сангаас，秦玉洁，黄 荣
（华南理工大学环境工程与科学系，广东广州５ １０６４１）
摘要：以垃圾渗滤液污染的地下水为研究对象，分别用铁粉、沸石和活性炭及其混合物为反应介质，设计了５种不同
具有投资少（为泵抽处理技术的ｌ／５左右），地面扰动 小，对污染物可以长期治理，且为被动处理技术¨ｏ ｏ基 本无能耗，以及便于和其他处理技术结合应用等优 点，近十年来得到迅速发展。
ＰＲＢ是一种原位处理技术，其修复设施通常安装 在地下蓄水层中，与地下水流方向成６０。一１２００角，当 地下水流以自身水力梯度流经反应墙时，污染物与墙
（２）实验室模拟运行表明，要根据现场实际情况， 调节反应介质的渗透系数，通常使反应器中介质的渗 透系数为现场周围地质土壤的５～１０倍心Ｊ。只有把 合理的渗透速度以及反应墙体的宽度结合起来，才能 有效把握各种反应介质的处理效果。
（３）ＰＲＢ技术在应用中出现的问题也不容忽视， Ｆｅｏ、活性炭以及沸石都有很强的吸附作用，以及微生 物的生长、坏死和化学反应产生沉淀等情况可能会造
！！堕！！旦
１．２试验装置 玻璃反应器（总长１００ ｃｍ，内径３．５ ｃｍ）共５个，
探析重金属污染地下水修复的渗透反应墙技术
探析重金属污染地下水修复的渗透反应墙技术摘要：我国化工生产企业数量庞大且类型多样，但由于管理不当，这些企业在生产或者物料储存过程中会发生废水或物料渗漏，进而污染到厂区地下水土壤和地下水。
对于地下水重金属污染控制来说，渗透反应墙是一种常用且有效的技术，本文则针对这一技术进行简要的分析，以期促进地下水污染技术的发展与应用。
关键词：重金属；地下水；修复；渗透反应墙1 可渗透反应墙技术泵抽提技术是传统的地下水污染处理技术，通过近几年的研究发现，这一技术虽然能够有效限制污染物的扩散，但是并不能从根本带上达到清除污染物的作用，另外泵抽提技术的应用需要保持长期的量供给，所以其修复成本和监测成本相对较高，同时难以有效限制封闭污染源的扩散。
可渗透反应墙（PRB）技术的出现，在一定程度上解决了这些问题，这一技术通过在污染羽流路径的横截面上设置墙体，让被污染的地下水与墙体材料发生接触，进而实现相应的化学反应或者物理现象，进而实现污染物的消减和转化，从而达到改善地下水环境的作用。
1.1 PRB相关技术研究现状目前，我国针对PRB技术的研究仍然处于起步阶段，实验室中开展模拟试验仍然是目前主要的研究内容。
有科研人员分别将一定比例的还原铁粉、颗粒活性炭、铸铁粉混合在一起，并将其作为PRB墙体的主要反映材料，辅助介质则选用石英砂，并设计出几种不同的反应器，发现对于过Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、As(Ⅲ)以及Cr(Ⅵ)等的去除率都能达到98%以上，但是对于Mn和Fe(Ⅱ)的去除效果上会随着反应器形式的不同存在一定的差异。
还有研究表明，以零价铁为反应介质时，对于Cr的去除效果会随着铁粉粒径的缩小而提升。
1.2 PRB主要作用机理PRB的活性填料主要为金属铁，起到固定无机离子的作用，主要的原理为将高价重金属通过氧化还原反应，将其还原为低价态，并利用不可融化合物或者单质吸出。
比如，在利用零价铁去除地下水中Cr(Ⅵ)的化学反应如所示：在零价铁发生还原性脱卤反应后，有机物在氢解作用或接受电子等反应后变为无毒化合物，进而完成有机物固化过程。
重金属污染地下水修复的渗透反应墙技术
重金属污染地下水修复的渗透反应墙技术孙庆春;崔康平;许为义;洪天求【摘要】针对地下水重金属污染的不可预见性、污染范围广、持续时间长、污染浓度高、应急处理困难等特点,本文设计了一种混合介质可渗透反应器对受重金属污染的模拟地下水进行处理试验,研究了这种混合介质可渗透反应器对地下水中重金属的去除效果.结果表明:由磷灰石和电石渣组成的混合介质可渗透反应器对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)都有很好的去除效果,其中对Cu(Ⅱ)的去除率为95.10％,对Cr(Ⅵ)的去除率为95.78％,处理后的地下水pH值也提高到8.5左右,说明采用这种混合介质的渗透反应墙技术对修复地下水重金属污染是可行、有效的.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2013(020)005【总页数】4页(P53-56)【关键词】地下水;重金属污染;可渗透反应墙;污染修复【作者】孙庆春;崔康平;许为义;洪天求【作者单位】合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】X703.1摘要：针对地下水重金属污染的不可预见性、污染范围广、持续时间长、污染浓度高、应急处理困难等特点，本文设计了一种混合介质可渗透反应器对受重金属污染的模拟地下水进行处理试验，研究了这种混合介质可渗透反应器对地下水中重金属的去除效果。
结果表明：由磷灰石和电石渣组成的混合介质可渗透反应器对Cu （Ⅱ）和Cr（Ⅵ）都有很好的去除效果，其中对Cu（Ⅱ）的去除率为95.10%，对Cr（Ⅵ）的去除率为95.78%，处理后的地下水p H值也提高到8.5左右，说明采用这种混合介质的渗透反应墙技术对修复地下水重金属污染是可行、有效的。
随着工农业的快速发展和城市化进程的加快，特别是采矿、选矿、冶炼、电镀、化工、制革、造纸和电子等行业产生的重金属废水的大量排放，已造成土壤和地下水的严重污染［1］，因此有效去除地下水中重金属已经成为环保领域十分迫切的任务。
酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨
第37卷第1期2023年2月南华大学学报(自然科学版)Journal of University of South China(Science and Technology)Vol.37No.1Feb.2023收稿日期:2022-04-16基金项目:地浸铀矿山地下水修复技术研究(核工业集中研发)作者简介:王海峰(1948 ),男,高级工程师,主要从事地浸采铀研究㊁试验和设计方面的研究㊂E-mail:wanghf234@DOI :10.19431/ki.1673-0062.2023.01.004酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨王海峰1,李建东2,王清良3,陈㊀乡1,江国平1(1.核工业北京化工冶金研究院,北京101149;2.中广核铀业发展有限公司,北京100029;3.南华大学资源环境与安全工程学院,湖南衡阳421001)摘㊀要:随着地浸采铀矿山的退役,特别是应现代绿色矿山建设的要求,地下水修复越来越被重视,如何制定酸法地浸采铀矿山地下水修复法规,采用哪种修复技术才能获得更好的效果,这些问题一直困扰着环境保护部门和项目执行者㊂本研究针对酸法浸出矿山特点,提出了地下水修复法规的制定原则,并实践了地下水修复综合技术㊁自然净化㊁迁移净化㊁冲洗㊁弱酸浸出等方法,并在应用中获得较好的效果㊂在总结地浸采铀矿山地下水修复现场试验和退役矿山实际应用的基础上,充分分析影响地下水修复的矿床自然条件㊁地下水质量和用途㊁修复技术㊁修复费用和时间等因素,给出了推荐的酸法地浸采铀矿山地下水修复策略㊂关键词:酸法浸出;地浸采铀;地下水;地下水修复中图分类号:X523文献标志码:A文章编号:1673-0062(2023)01-0024-09Application and Discussion on Groundwater Remediation Technology ofAcid In-situ Leaching Uranium MineWANG Haifeng 1,LI Jiandong 2,WANG Qingliang 3,CHEN Xiang 1,JIANG Guoping 1(1.Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy,CNNC,Beijing 101149,China;2.CGN Uranium Industry Development Co.,Ltd.,Beijing 100029,China;3.School of ResourceEnvironment and Safety Engineering,University of South China,Hengyang,Hunan 421001,China)Abstract :With the decommissioning of in situ leaching uranium mines,especially in re-sponse to the requirements of modern green mine construction,groundwater remediation has become increasingly important.How to formulate regulations for groundwater remedi-ation in acid in situ leaching uranium mines,and which remediation technology can be used to achieve better results,these issues have been troubling environmental protection第37卷第1期王海峰等:酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨2023年2月departments and project implementers.This study proposes the principles for formulatinggroundwater remediation regulations based on the characteristics of acid in situ leachingmines,and practices comprehensive technologies for groundwater remediation,naturalpurification,migration purification,flushing,and weak acid leaching et al.,which hasachieved good results in application.On the basis of summarizing on-site experiments ongroundwater remediation in in-situ leaching uranium mines and practical applications indecommissioning mines,factors such as the natural conditions of mineral deposits,groundwater quality and use,remediation technology,remediation cost and time thataffect groundwater remediation are fully analyzed,and the recommended groundwater re-mediation strategy foracid in situ leaching uranium mines is proposed.key words:acid leaching;in-situ leaching of uranium;groundwater;groundwater remedia-tion0㊀引㊀言酸法地浸采铀技术始于20世纪60年代初,先后在美国㊁乌克兰和乌兹别克斯坦展开研究和试验,并最终获得成功㊂美国1961开始在怀俄明州Shirley Basin矿床开展地浸采铀试验,并使其成为美国第一座酸法地浸采铀矿山[1]㊂乌克兰1961年在Devladovo矿床进行了两个井的酸法地浸采铀现场试验,获得了较好的结果[2]㊂乌兹别克斯坦1965年将先前应用常规方法开采的Uchkuduk铀矿床改为地浸开采[3]㊂保加利亚1967年在Orlov Dol和Selishte矿床开始地浸采铀,Selishte矿床先前为常规开采[4]㊂地浸采铀技术的发展极大地推动了其应用,且在哈萨克斯坦㊁乌兹别克斯坦㊁俄罗斯㊁乌克兰㊁澳大利亚等国均为酸法地浸矿山[5]㊂2009年以地浸采铀为主导的哈萨克斯坦首次在天然铀产量上居世界第一,并持续至今,压倒了加拿大常规采铀的霸主地位㊂同时,世界地浸采铀量占天然铀总量的比例于2019年达到57.4%[6],其中90%以上来自酸法浸出矿山㊂地浸采铀具有常规开采无法比拟的优点,特别是在环境保护和绿色矿山建设上更具有优势[7]㊂首先,地浸采铀几乎无固体废物排出,因此不需要常规开采的尾矿库[8]㊂再则,地浸采铀因无地表挖掘工程,不会对地表环境造成任何破坏㊂常规开采(地下开采和露天开采)每开采1kg铀产生的废物量为1~3t,而地浸开采每开采1kg铀产生的废物量为1kg[9]㊂地浸开采技术被认为是成本最低和环境友好型采矿法[10]㊂但是,随着人们对自然环境关注程度的日益提高,一些人士曾因地浸采铀对地下水的污染而质疑地浸开采[11]㊂地浸采铀注入的化学试剂需借助地下水在矿层中渗流,这势必打破地下水的原始状态,使一些原本处于稳定态的元素或化合物溶解,致使它们的浓度超过本底而造成地下水污染[12-13]㊂特别是捷克共和国Stráž酸法地浸采铀矿山地下水污染状况,在世界引起极大关注,其严重性或许超出想象㊂甚至有学者提出, 捷克共和国Stráž地浸矿山因不恰当的开采造成了该矿山广泛的环境破坏㊂ [14]因此,地浸采铀退役矿山必须以实践证明地下水修复的可行性,消除人们对地下水污染的顾虑,保证地浸采铀的可持续发展㊂地浸采铀矿山地下水修复已具有几十年的经验,成功的实例不胜枚举,并开发出了一些技术可行经济合理的方法[15]㊂这些方法均在实践中得到验证,治理效果得到政府的认可㊂特别是酸法地浸采铀矿山的地下水修复,已创新出综合技术㊁自然净化㊁迁移净化㊁冲洗㊁弱酸浸出等方法,获得较好效果㊂然而,地下水修复不仅受资金投入和所需时间的制约,而且与政府政策和制定的地下水恢复目标密切相关㊂特别是在制定修复政策时,应考虑矿山周边环境㊁地下水质量和其利用价值㊂鉴于地浸采铀矿山地下水修复受限于各方面的因素,考虑目前环境保护和地下水修复现状,提出综合修复技术和自然净化相互协调的方案㊂该方案既能满足当地政府地下水修复的要求,又能将资金投入控制在可接受的范围,且在修复时间上不影响地下水的使用㊂第37卷第1期南华大学学报(自然科学版)2023年2月1㊀地下水修复政策的制定1.1㊀地浸矿山自然条件㊀㊀目前,世界上酸法地浸采铀矿山多半位于荒无人烟的沙漠或戈壁㊂矿山附近的地下水源因水质差或远离城镇,几十年甚至上百年都不会被利用,这无形中成为地下水修复政策制定的主导㊂例如,乌兹别克斯坦正在生产的砂岩型地浸铀矿床均位于Kyzylkum沙漠中部[16];澳大利亚已地浸开采的砂岩型铀矿床同样位于红色半沙漠地带,地表几乎无植物生长[17];哈萨克斯坦砂岩型铀矿床主要位于人口稀少的半沙漠地区,特别是地浸采铀大省Chu Syrdarya的矿床主要位于含矿含水层含盐量高的区域,在矿床氧化还原前沿形成时已经发生了放射性核素和重金属等的自然污染㊂这些矿床的自然条件限制了地下水的使用㊂1.2㊀地下水修复法规的制定原则必须明确,世界范围内还不存在地浸采铀退役矿山在地下水修复后即刻恢复到本底状态的实例,况且这也是不现实或不可能的[18]㊂地下水修复成功与否取决于两个因素:第一是政府的政策及验收标准;第二是采用的技术和修复效果,两者相辅相成㊂在某些情况下第一点尤为重要,它直接关系到地下水修复结果能否得到认可㊂由于各国砂岩型矿床的自然条件㊁地浸工艺㊁对环境的要求等各异,所制定的地下水修复法规也不同㊂例如,捷克共和国修复的目标参数和修复效果评价依据两点,即法律要求和危害,这两点又相互佐证[19]㊂美国怀俄明州政府要求地浸开采后地下水必须恢复到开采前相当的水平或将来可以使用[20]㊂为保证铀矿床地浸开采后地下水可修复到政府接受的水平,美国联邦政府和地方政府一致规定,矿山建设之前必须提出一整套的地下水修复方案并付诸实施,其修复结果需获得管理部门的认可,否则无法取得矿山开采许可证[21]㊂另外,修复参数目标值的确定方法和值域也至关重要㊂针对Stráž矿山,捷克共和国考虑到地下水污染状况㊁危害㊁修复技术和费用等多方面因素,通过 风险分析 确定修复目标值[22]㊂在 风险分析 中,目标值基于参数浓度的中值及其最大可接受值,如表1所示㊂表1㊀批准的修复参数目标值Table1㊀Approved target values of remediationparameters单位:mg㊃L-1参数中值质量浓度最高可接受质量浓度Al8002400Fe150600NH+380210SO2-4600018000 TDS7000210002㊀地下水综合修复技术2.1㊀美国九里湖中试矿山美国怀俄明州九里湖矿床平均深度165m,曾进行地浸开采中试[23]㊂井场采用5点型井型,井距15m㊂为防止浸出初期在抽出井附近发生沉淀,硫酸浸出剂质量浓度初始为0.15g/L,后期逐渐增加到5g/L㊂一个多月后加入80~1000mg/L 的过氧化氢氧化剂㊂浸出期间抽液量大于注液量4%,氧化还原电位450~700mV,浸出液铀质量浓度60~300mg/L㊂中试历时11个月㊂修复期间将抽出的地下水加入Ca(OH)2中和酸,并向浓密机溢流中添加碳酸钠以沉淀碳酸钙,沉淀后清液通过反渗透处理㊂处理产生的尾液直接排入蒸发池,清液与原生地下水一起注入含水层㊂原生地下水来自一口距离井场约400m 的井,占注入液体积的75%,其余25%来自水净化处理系统㊂修复期间抽注井不断交换,以清除抽出井周围的堵塞㊂大多数参数在150d内恢复到本底状态,表2给出了一些参数修复前后的变化㊂第一阶段修复历时350d,第二阶段历时6a,主要采用反渗透㊁中和㊁过滤和还原沉淀等技术㊂表2㊀地浸开采前和修复后地下水质量对照Table2㊀Comparison of groundwater quality before andafter in-situ leaching mining单位:mg㊃L-1参数矿床外围地浸开采前修复后pH 6.8 5.8~7.9 6.0自由酸101020钙11020~36065硫酸盐1620300~36002200 TDS2660680~54503000第37卷第1期王海峰等:酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨2023年2月2.2㊀捷克共和国Stráž矿山2.2.1㊀地浸开采捷克共和国Stráž铀矿床位于白垩纪森诺曼统含水层的最底部,埋深150~400m㊂含矿含水层厚20m,渗透系数10-4m /s,因水中226Ra 浓度是安全限值的100倍,因此未被用作饮用水源㊂矿层上部为土伦统含水层,厚40m,渗透系数10-5m /s,是优质的饮用水源[24]㊂在Stráž矿床使用酸法地浸开采,浸出剂质量浓度50~60g /L,最高达200g /L㊂开采期间共开拓了35个井场,占地7ˑ106m 2[25],生产钻孔7700个,辅助钻孔2200多个,共生产了15562t 铀㊂2.2.2㊀地下水污染状况地浸采铀生产期间共注入地下超过4.0ˑ106t硫酸,其中80%与矿石发生反应,20%残留地下[26]㊂此外,还注入313000t 硝酸㊁111000t 铵和26000t 氢氟酸㊂地浸开采造成地下水污染晕圈范围达28km 2,森诺曼统20.5km 2,土伦统含7.5km 2㊂开采期间总共有2.66ˑ108m 3的残留溶液滞留地下,其中森诺曼统含水层1.86ˑ108m 3,土伦统含水层8ˑ107m 3㊂溶解物质总量估计为4.0ˑ106t,其中森诺曼统380万t 硫酸根㊁415000t 铵㊁TDS 总量约4.9ˑ106t;土伦统7900t 硫酸根㊁800t 铵㊁TDS 总量约15500t㊂表3给出了两个含水层中部分元素的浓度㊂表3㊀含水层元素化学成分Table 3㊀Chemical composition of aquifer elements 参数土伦统含水层森诺曼统含水层pH3~5.71~2.8U /(g㊃m -3)0.05~0.2ɤ0.1226Ra /(Bq㊃m -3)50~800∗50000~90000TDS /(kg㊃m -3)2~564~100㊀㊀注:数据来自NEA,IAEA(2002)㊂∗捷克共和国公共水资源允许最大浓度:300Bq /L;目标值:50Bq /L㊂2.2.3㊀地下水修复Stráž矿山修复初期停止注酸,并大幅减少氢氟酸的使用[27]㊂地下水修复技术主要针对四种不同类型的水:1)地下矿山和地浸井场的中性矿井水;2)地浸矿山水平渗流的弱酸水;3)地浸矿山垂直渗流的弱酸性水;4)井场的强酸溶液及常规矿山工艺废水㊂针对不同类型水中污染物成分和浓度,采用了综合修复技术,包括过滤㊁离子交换㊁反渗透㊁石灰中和㊁沉淀㊁絮凝㊁澄清㊁蒸发㊁硫酸铝铵(明矾)的结晶等㊂修复系统包括 中和站 化学站 蒸发池 和 母液中和站 等(见图1)㊂图1㊀Stráž矿山地下水修复主工艺流程Fig.1㊀Main process flowsheet of Strážmine groundwater remediation第37卷第1期南华大学学报(自然科学版)2023年2月㊀㊀修复系统每年清除污染物量80000~100000t,处理和排放约3.6ˑ106m 3水㊂处理同时,每年生产15t 铀及氧化铝㊁酸洗明矾㊁硫酸铵和修复材料㊂Stráž矿山地下水修复预计于2037年达到目标值,地表废物的连续清理和景观复垦将持续到2042年㊂修复过程的总费用预计20亿欧元[28]㊂3㊀地下水自然净化3.1㊀自然净化概念地浸开采过程中,外围的水文地球化学环境会强烈阻滞地浸开采动力㊂该因素既包括对开采污染的抵抗力,也包括在地浸开采结束后自我修复的能力㊂地浸开采对地下水的污染推进缓慢,开采结束后地下水的中和和脱盐为不可逆反应,一旦含有残留溶液的晕圈终止扩散,生产前的条件就会逐渐恢复㊂自然净化是借助地下水自然渗流不断改善地下水环境,并趋向还原状态㊂3.2㊀自然净化原理自然净化过程中,天然水动力流场重新主导地下水渗流,污染物随液流沉淀和稀释[29]㊂砂岩型铀矿床水平渗透系数数倍于垂直渗透系数的天然性质,为自然净化修复地下水创造了条件㊂自然净化主导地下水修复后的稳定期,其唯一的缺点是进程缓慢,恢复到地下水的本底状态需要几十年的时间[30]㊂对酸法地浸采铀残留溶液的分析表明,污染区的晕圈由具有最高渗流能力的硫酸盐离子界定㊂矿区退役后水化学过程继续进行,残留溶液得到适当中和且此过程不可逆㊂而且,pH 值的增加伴随着一些成分沉淀,铀的沉淀条件是pH 为1.5~2.5;Fe 3+的沉淀条件是pH 接近3.0;铝的沉淀条件是pH 为4.0~6.5;Fe 2+的沉淀条件是pH 为4.5~6.0[31]㊂除沉淀作用外,中和介质中的碱土金属阳离子被含矿岩石的黏土吸收,残留溶液逐渐自净,污染区域的范围稳步下降[32]㊂俄罗斯在Khiagda 矿床的研究表明,通常情况下距离井场10~15m 处残留溶液完全中和至pH 为6~8[33]㊂残留溶液中不同成分的沉淀和其浓度趋于本底值主要取决于pH 值的升高和Eh 值的降低㊂3.3㊀Irkol 矿山自然净化哈萨克斯坦Irkol 砂岩铀矿床埋深390~700m,矿石平均品位0.042%㊂该矿床某采区酸法地浸开采结束后,从1985年到1997年进入地下水修复的自然净化时期[34]㊂13a 后,残留溶液几乎完全消除,pH 值从2.5增加到7.5~8.0,氧化还原电位降低到本底值120mV㊂图2为pH 值在13a 期间的变化情况㊂图2㊀Irkol 地浸采铀矿山地下水修复pH 值变化Fig.2㊀pH change of groundwater remediation in Irkol in-situ leaching uranium mine3.4㊀Bukinai 矿山自然净化乌兹别克斯坦Bukinai 铀矿床10号矿体面积约为70000m 2,进行了8a 的酸法地浸开采㊂开采期间浸出剂平均质量浓度8.5g /L,共向含矿含水层注入65000t 硫酸[31]㊂在地浸开采的影响下,导致晕圈面积增大36%,Ca㊁Hg㊁硫酸盐㊁铁㊁铝增大1.5~20倍,并出现了以前不存在的新元素㊂一些微量元素(镉㊁铅㊁硒㊁锌)的含量也急剧增加㊂地下水自然净化11a 后,晕圈总面积㊁溶解固体量和硫酸根分别为原来的50%㊁28%和42%,pH 值增加2.9倍,残留溶液自然净化了第37卷第1期王海峰等:酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨2023年2月50%~60%,地下水环境得到极大改善㊂表4给出了晕圈特征和位置的变化㊂表4㊀自然净化期间不同参数浓度变化Table4㊀Concentration variation of different parametersduring natural attenuation时间井场pHρ(TDS)/(g㊃L-1)ρ(SO24)/(g㊃L-1)残余溶液晕圈pHρ(TDS)/(g㊃L-1)ρ(SO24)/(g㊃L-1)19697.3 2.4 1.141976 2.01810.2 2.01810.2 1977 3.79.2 5.2 3.79.9 5.2 1980 4.78.8 4.8 4.010.9 5.1 1987 5.8 6.5 4.2 4.859.0 4.7 1989 6.9 4.0 2.1 5.5 6.15 2.7依据水动力学条件和晕圈变化特性,经估计,至少还需要15~20a地下水才能接近本底(ρ(TDS)= 4g/L,ρ(SO2-4)=2.0g/L,pH=7.0)㊂3.5㊀Kanzhugan矿床自然净化哈萨克斯坦南部的Chu Syrdarya铀矿区是该国地浸采铀的基地,单矿床储量为2ˑ104~3.5ˑ105t铀,矿体埋深100~800m,矿石品位0.07%~ 0.08%,渗透系数6~8m/d[9]㊂哈萨克斯坦铀矿床的碳酸盐含量较低,因此,酸法浸出被选为该地区几乎所有矿床的地浸采铀主要方法㊂铀矿开采主要在人口稀少的半沙漠地区进行,含矿含水层含盐量高,地下水不适合使用㊂该区域Kanzhugan矿床地浸开采试验后,探索了自然净化地下水修复技术,历时6a㊂图3显示了自然净化期间酸溶液晕圈减少的明显趋势㊂哈萨克斯坦原子能公司一直在对ChuSyrdarya 地区4个矿床的地浸开采环境影响进行调查,以确定地下水自然净化修复的可行性,为生态当局决策提供依据㊂3.6㊀迁移净化3.6.1㊀原理自然净化法最大缺欠是进程缓慢,地下水恢复到基本化学条件需要几十年的时间㊂为促进地下水中的污染物从液相转移到固相,可将地下水从地浸采铀井场抽出并注入邻近的未氧化含水层,利用天然岩石的还原和吸附特性以及高强度的地球化学屏障,促使受污染的地下水快速恢复到本底,缩短地下水修复时间㊂3.6.2㊀实例分析在乌兹别克斯坦Bukinai矿床自然净化过程中,为了加快地下水修复,展开了地下水迁移净化试验[31]㊂试验中利用矿体之外的3个井抽出693290m3残留溶液,注入350m之外的未开采含水层,完成晕圈内残留溶液的迁移净化㊂试验后,U㊁230Th㊁210Po和210Pb浓度急剧下降10~50倍,低于最大容许浓度㊂1 地下水流动方向;2 试验区;3 1976年;4 1978年;5 1982年;6 钻孔;7 氧化还原前锋㊂图3㊀Kanzhugan矿床地下水修复酸溶液范围变化Fig.3㊀Change of acid solution range for groundwater remediation in Kanzhugan deposit2016年,为探索地浸采铀矿山退役后自然净化对地下水的修复效果,在美国怀俄明州的Smith Ranch-Highland地浸采铀矿山进行了迁移净化探索性试验[35]㊂试验从已停止开采但尚未进行地下水修复的采区抽出受污染的地下水,注入2000m 之外的非矿区,同时从相距注入井23m的另一个井抽出㊂试验进行了432d,铀回收率约为39%,大约一半的铀在试验过程中被清除㊂分析表明,受地下水在运输中的氧化㊁自流注入的压力㊁停留时间等因素影响,降低了金属还原能力㊂而且,回收的部分铀可能来自富铀矿带,而不是注入的受污染地下水㊂否则,迁移净化能力会更强㊂另外,哈萨克斯坦在Karamurun矿床自然净化的基础上,在井场之外开展了残留溶液迁移净化试验[34]㊂第37卷第1期南华大学学报(自然科学版)2023年2月4㊀冲洗修复技术德国Königstein 矿床位于第4含水层中,上下均有隔水层[36]㊂该矿床早期采用房柱法地下开采,后改为酸法地浸开采直至矿山关闭[37]㊂为尽快修复被污染的地下水开始了冲洗修复试验,历时8a 后进入实质性冲洗修复㊂冲洗水来自第3层和第4层含水层以及水处理厂㊂冲洗水注入后,流经地浸开采矿层汇集于集水巷道并通过竖井抽出,如图4所示[38]㊂抽出的水在地表处理后排放到Elbe 河㊂冲洗修复将污染物浓度降低到可接受的水平,并防止污染物迁移到上方和下游的含水层㊂图4㊀Königstein 矿山冲洗修复技术示意图Fig.4㊀Schematic diagram of flooding remediation technology of Königstein mine㊀㊀截至2016年,约4.6ˑ107m 3的水被抽出,去除了1040t 铀㊁58000t 硫酸盐㊁10000t 铁㊁510t 锌㊂据粗略估计,约一半的污染物被去除㊂实践和模拟证实,冲洗可有效降低地下水污染物浓度[39]㊂5㊀弱酸浸出技术酸法是地浸采铀最早发展起来的技术,在该技术应用的初期,为了增大浸出强度或受井距过大的制约,浸出剂质量浓度通常很高,一般为25g /L㊂当矿床开采采用超前酸化工艺时,使用的浸出剂质量浓度更高,捷克Stráž矿山甚至高达200g /L㊂而且,在美国Shirley Basin 和捷克Stráž矿山曾一度使用硝酸浸出[40]㊂高浓度的酸性浸出剂虽然可强化浸出,但却给地下水环境造成过度伤害㊂实践证明,使用质量浓度为10~20g /L 的硫酸浸出剂,由于在矿体范围内的强烈反应,导致地层水的盐度比本底值增加5到10倍㊂为降低酸法浸出对地下水的污染程度,乌兹别克斯坦开发了弱酸浸出技术,并在该国Uchkuduk 矿床应用[41]㊂新工艺使用少量硫酸和饱和空气的水,形成pH 值为4~4.5的浸出剂㊂浸出时使碳酸盐溶解在矿层中生成HCO -3,重碳酸盐离子吸附铀㊂与强酸浸出比较,弱酸浸出的优点是对环境的影响较小,如表5所示㊂这是因为在浸出过程中以及浸出完成后,不会导致污染物浓度显著增加,也不会改变水质类别㊂地层水的pH 值㊁总矿化度㊁主要微量元素组分和浓度与本底几乎无差异,减轻了矿山退役后的地下水修复负担,甚至无须进行修复㊂同时,弱酸浸出率与强酸浸出一样高,而生产成本却比普通酸浸低17%~20%㊂表5㊀Uchkuduk 矿床强酸和弱酸浸出参数比较Table 5㊀Comparison of leaching parameters between strong acid and weak acid at Uchkuduk deposit 序号参数地下水强酸浸出弱酸浸出1生产成本/%100802酸耗/(kg㊃kg -1㊃U -1)15663硫酸浓度/(g㊃L -1)100.1~0.24残留溶液pH 7.61.17.05干残渣/(mg㊃L -1)2750195003300第37卷第1期王海峰等:酸法地浸采铀矿山地下水修复技术应用与探讨2023年2月㊀㊀续表序号参数地下水强酸浸出弱酸浸出6ρ(Na++K+)/(mg㊃L-1)5261030620 7ρ(Ca2+)/(mg㊃L-1)132550220 8ρ(Mg2+)/(mg㊃L-1)60608108 9ρ(总Fe)/(mg㊃L-1)0.515600.8 10ρ(SO2-4)/(mg㊃L-1)1400142001630 11ρ(HCO-3)/(mg㊃L-1)190880350 12ρ(Cl-)/(mg㊃L-1)360880420目前,乌兹别克斯坦地浸采铀矿山50%以上采用弱酸浸出,而且,这种 温和 技术开采铀的比例将会继续增加㊂6㊀地下水修复技术推荐地浸铀矿山地下水修复结果能否得到认可不但与修复技术㊁效果和时间有关,而且更大程度上取决于政府和环保部门制定政策的依据和法规㊂因此,各国制定地浸采铀矿山地下水修复法规时,应全面考虑矿山周围的自然环境及地下水的后期用途,避免制定过高且毫无意义的目标值,更不能强制要求执行㊂特别是世界上绝大多数适宜地浸开采的砂岩型铀矿床位于沙漠或戈壁地带且远离城镇,地下水质量差,在几十年甚至上百年不会得到使用㊂正是鉴于这些原因,对于地下水修复目标美国怀俄明州要求 相当的水平或将来可以使用 ;美国核管理委员会 须达到替代浓度限值 [42];核能机构和国际原子能机构提出 可合理实现的最低水平 [43]㊂综合考虑目前酸法地浸采铀矿床自然条件㊁近期或长期地下水使用价值㊁地下水修复技术㊁费用和时间等,推荐综合修复和自然净化相结合的策略㊂矿山退役后根据实际情况采用清除㊁离子交换㊁反渗透㊁还原等综合技术修复地下水,达到阶段目标后进入自然净化㊂自然净化阶段可根据需要进行迁移净化,加快进程㊂同时,推荐使用弱酸浸出技术,从源头上减轻地浸采铀对地下水的污染,为后期修复创造最佳条件㊂7㊀结㊀论1)多年的研究和实践证明,地浸采铀退役矿山可以将地下水修复到政府或环保部门认可的水平,地浸开采仍将是环境友好型采矿方法㊂但是,必须认识到,地浸采铀矿山地下水修复后无法即刻恢复到本底状态,也是不可能的㊂2)地浸砂岩型铀矿床地下水赋存条件为自然净化修复奠定了基础㊂实践证明,自然净化可以大幅度降低污染物浓度,驱使地下水恢复到本底状态[44]㊂与采用清除㊁离子交换或化学还原等综合修复技术相比,地下水的自然净化成本降低10至100倍㊂为加快自然净化的进程,在有条件的矿山可以实施迁移净化技术㊂但必须认识到,目前没有任何监管机构能接受自然净化作为含水层修复的唯一方法[45]㊂3)弱酸浸出技术在矿床开采期间有效阻止了浸出剂与一些物质的反应,降低了浸出后残留溶液污染物的浓度,为地下水修复创造了条件,该浸出方法从源头上控制地浸开采对地下水的污染,不失为环境友好型浸出技术㊂4)综合分析酸法地浸采铀的化学机制和地下水动力学状态㊁地下水用途的类型和时间性㊁修复费用等方面的因素,建议地下水修复首先采用综合修复技术,而后进入自然净化程序㊂参考文献:[1]王海峰.原地浸出采铀技术与实践[M].北京:原子能出版社,1998:1-6.[2]王海峰.原地浸出采铀技术[R].北京:核工业北京化工冶金研究院,2022:803-935.[3]王海峰,邢拥国,汤庆四.世界地浸采铀矿山生产动态[C]//中国核工业集团公司.中国核科学技术进展报告:第三卷.北京:中国原子能出版社,2013:1-5. [4]MUDD G.Acid in situ leach uranium mining:2-Soviet block and Asia[R].Melbourne:Victoria University,2000:527-536.[5]IAEA,NEA.Uranium2020:Resources,production and demand( Red Book )[R].Vienna:IAEA,2020:139-428.[6]OECD,NEA,IAEA.World uranium mining production [R].Vienna:World Nuclear Association,2020:1-9.[7]李春光,曾晟.地浸采铀地下水污染综合治理研究进展[J].科技情报开发与经济,2011,21(5):176-206.[8]WANG H,FENG F,WANG S.Exploitation des mines d uranium chinoise et orientation du développement d ave-nir[R].Montpellier:IAEA,1997:1-7.[9]FYODOROV G V.Uranium production and the environ-ment in Kazakhstan[D].The uranium production cycle and the environment.Vienna:IAEA,2002:191-198.[10]张学礼,徐乐昌.地浸采铀地下水防治措施探讨[J].中国人口资源与环境,2015,25(11):360-364.[11]MUDD G.An environmental critique of in situ leach min-ing:The case against uranium solution mining[R].Mel-bourne:Victoria University of Technology,1998:1-9.。
基于生物刺激的中性地浸采铀地下水修复试验研究
第４３卷 第１期２０２４年２月铀 矿 冶ＵＲＡＮＩＵＭＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ．４３ Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０２４收稿日期：２０２３ ０７ １７基金项目：中核集团集中研发项目（中核科发〔２０２１〕１４４号）。
第一作者简介：安毅夫（１９９２—），男，河南新乡人，硕士，工程师，主要从事环境微生物研究工作。
通信作者简介：孙娟（１９８３—），女，河南周口人，硕士，正高级工程师，主要从事辐射防护与环境保护工作。
基于生物刺激的中性地浸采铀地下水修复试验研究安毅夫１，孙 娟１，高 扬１，连国玺２，３，杨 冰１，张昊岩１（１．中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄０５００２１；２．生态环境部核与辐射安全中心，北京１０００８２；３．北京师范大学环境学院，北京１００８７５）摘要：以某中性地浸铀矿山采区内地下水为研究对象，基于生物刺激修复方式，加入碳源，开展了地下水＋砂岩混合体系的污染修复室内试验，筛选得到了优势碳源，确定了优势碳源的最佳投加水平，并验证了优势碳源对Ｕ的修复效果。
结果表明，乙醇对中性地浸地下水中Ｕ的修复效率最高，可达９７．４８％，修复效果与ｐＨ和犈犺显著相关（Ｐｅａｒｓｏｎ’ｓ狉＞０．７，犘＜０．０１）。
乙醇的生物代谢过程对水 岩体系的扰动较少，能保证ＨＣＯ－３和ＳＯ２－４等离子环境的相对稳定，更易实现地下水中Ｕ的长期稳定。
关键词：中性地浸采铀；地下水；生物刺激；碳源；微生物修复中图分类号：ＴＤ８６８；ＴＬ９４３；Ｘ５２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００ ８０６３（２０２４）０１ ００６５ ０６犇犗犐：１０．１３４２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｙｋｙ．２０２３．０７．０２ 目前，中国多座地浸采铀矿山面临退役治理问题，虽然地下岩层的自然衰减有一定的修复作用，但其周期较长［１］。
地浸采铀地下水的不同渗透性和非均质性特征［２］，导致ｐＨ、ＨＣＯ－３浓度、ＳＯ２－４浓度等存在差异，进而影响Ｕ的种态分布；在高碳酸盐、硫酸盐背景下的中性地浸采铀地下水中的Ｕ更难自然衰减。
一种污染地下水可渗透反应墙修复装置[实用新型专利]
![一种污染地下水可渗透反应墙修复装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0cf8b0c4bb0d4a7302768e9951e79b896802681a.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020062177.5(22)申请日 2020.01.13(73)专利权人 云南易清环境科技有限公司地址 650000 云南省昆明市五华区科普路中铁云时代广场2幢1109室(72)发明人 吴启模 李银光 囊恩昌 吴巍 和满堂 字雪梅 孔荣美 李娟 姚世帆 (51)Int.Cl.C02F 9/00(2006.01)C02F 103/06(2006.01)(54)实用新型名称一种污染地下水可渗透反应墙修复装置(57)摘要本实用新型涉及环境处理设备技术领域，具体地说，涉及一种污染地下水可渗透反应墙修复装置，包括修复装置和设置于修复装置底部的洁净水收集装置，修复装置包括一级修复环形墙、二级修复环形墙和固定座，一级修复环形墙套设于二级修复环形墙内且一级修复环形墙和二级修复环形墙之间通过连接柱连接，一级修复环形墙、二级修复环形墙同轴设置，修复装置的顶部安装有顶盖。
本实用新型通过设置的一级修复环形墙、二级修复环形墙，经过多级修复且修复墙为环状，修复效果更佳，修复效率高，便于进行推广；一级修复环形墙和二级修复环形墙可采用不同的反应介质对污染地下水中不同的污染物进行处理，使得处理效果更佳，水质更佳安全。
权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 211521772 U 2020.09.18C N 211521772U1.一种污染地下水可渗透反应墙修复装置，其特征在于：包括修复装置(1)和设置于修复装置(1)底部的洁净水收集装置(3)，所述修复装置(1)包括一级修复环形墙(11)、二级修复环形墙(12)和固定座(15)，所述一级修复环形墙(11)套设于二级修复环形墙(12)内且一级修复环形墙(11)和二级修复环形墙(12)之间通过连接柱(13)连接，所述一级修复环形墙(11)、二级修复环形墙(12)同轴设置，所述修复装置(1)的顶部安装有顶盖(2)，所述顶盖(2)的中心连接有进水管(22)，且进水管(22)与一级修复环形墙(11)内部相连通。
地下水污染修复的活性渗滤墙技术
地下水污染修复的活性渗滤墙技术
胡黎明
【期刊名称】《水利水电技术》
【年(卷),期】2003(034)007
【摘要】活性渗滤墙是一种现场修复受污染地下水的新型技术,具有原理简单,施工方便,运行费用低廉等特点,活性渗滤墙垂直于地下水流动方向设置,当地下水流通过活性渗滤墙时,污染物与墙体材料发生化学反应,从而达到环境修复的目的.文中综述了活性渗滤墙技术的修复机理和实际应用.大量研究表明,应用金属铁作为活性渗滤墙材料,可以去除地下水中的重金属以及有机污染物.目前活性渗滤墙已经在世界各地应用,是一种非常有发展前景的环境污染修复技术.
【总页数】3页(P11-13)
【作者】胡黎明
【作者单位】清华大学,水利水电工程系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】X522;X53
【相关文献】
1.地下水污染修复的可渗透性反应墙技术 [J], 陆泗进;王红旗
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4.用零价铁渗滤墙技术修复我国铀尾矿地下水的探讨 [J], 张纯;谢水波;周星火;杨
晶
5.渗透性反应墙（PRB）对地下水石油污染修复技术研究 [J], 于立娜;刘仁平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
可渗透反应墙原位修复污染地下水研究进展
可渗透反应墙原位修复污染地下水研究进展张晓慧;葛芳州;董玉婧;李彩斌;裴亮;王颋军;姚蔚【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】可渗透反应墙是一种替代抽提技术的创新型地下水原位修复技术。
在实际工程中大量不同种类的填料被应用在墙体上，通过吸附、沉淀、氧化还原和生物降解等作用，可处理包括重金属、苯系物、卤代烃、芳香烃、农药以及无机阴离子等污染物。
综述了可渗透反应墙的结构、去除污染物机理、优缺点以及活性填料的应用，详细介绍了可渗透反应墙技术的最新研究进展，指出该技术虽已得到广泛认可，但其长期性能尚待实践证明。
%Permeable reactive barrier(PRB) is one of the innovative technologies as an alternative to the"pump and treat"for in situ remediation of groundwater. In practice, a variety of packing materials have been em-ployed in permeable reactive barrier to remove contaminants such as heavy meatls, BTEX, halogenated hydrocar-bons, aromatic hydrocarbons, pesticides, inorganic anions and so on, through adsorption, precipitation, redox, bio-logical degradation and some other processes. The structure, contaminants-removing mechanism, merits and limi-tations of PRB and application of active packing materials were summarized with the research progress of the said technology introduced in detail also. It was pointed out that, although PRB technology had been wildely acknowl-edged, its long-term performance should be proved through practice.【总页数】5页(P1-5)【作者】张晓慧;葛芳州;董玉婧;李彩斌;裴亮;王颋军;姚蔚【作者单位】北京中持绿色能源环境技术有限公司，北京 100092; 北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室，北京 100875;北京中持绿色能源环境技术有限公司，北京 100092;北京中持绿色能源环境技术有限公司，北京 100092;北京中持绿色能源环境技术有限公司，北京 100092;中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101;北京中持绿色能源环境技术有限公司，北京 100092;北京中持绿色能源环境技术有限公司，北京 100092【正文语种】中文【中图分类】X703.1;TU991.2【相关文献】1.石油烃污染地下水原位修复技术研究进展 [J], 王业耀;孟凡生2.应用可渗透反应墙技术原位修复地下水污染 [J], 赵强;王金生3.污染地下水可渗透反应墙(PRB)技术研究进展 [J], 王泓泉4.三氯乙烯污染地下水的原位修复技术研究进展 [J], 丁琳洁;黄冬侠;宋纪斌;雷建森;黎想5.利用铁屑腐蚀电池原位修复被氯代烃污染地下水的研究进展 [J], 蓝俊康;王焰新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第25卷 第3期2006年8月铀 矿 冶U RAN IUM M IN IN G AND M ETALL U R GY Vol 125 No 13Aug 12006收稿日期:20060226作者简介:徐乐昌(1964—),男,湖南省平江县人,博士,研究员级高级工程师,从事辐射防护与环境保护研究。
某铀矿尾矿堆场受污染地下水的渗透反应墙修复初探徐乐昌1,周星火2,詹旺生3,尚 歆1,刘畅荣2,张 纯2(1.核工业北京化工冶金研究院,北京101149;2.南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳421001;3.中国核工业集团公司云南矿冶局,云南昆明650034)摘要:渗透反应墙是一种原地修复受污染地下水的新型技术,具有发展前景。
在某矿铀尾矿堆场退役治理过程中采用了该技术进行受污地下水的工程应用。
综述了该尾矿堆场污染地下水渗透反应墙的修复机理、设计施工及实际应用效果。
在尾矿堆场下游末端安装渗透反应墙后,尾矿渗出水的p H 由2171上升至6185,ρ(U )由12121mg/L 降至01003mg/L ;在受纳尾矿堆场渗漏水受纳河的入口下游50m 处,河水p H 由渗透反应墙安装前的3165上升到安装后的7150,ρ(U )由渗透反应墙安装前的0146mg/L 下降到安装后的01001mg/L 。
关键词:地下水污染;渗透反应墙;修复中图分类号:X 523 文献标识码:A 文章编号:10008063(2006)03015305前言地下水污染修复可以分为两大类———主动式修复与被动式修复。
被动式修复技术是利用天然能量(如势能、生物能、光合作用、化学能)而很少需人工维护的修复技术,是一种低费有效的技术,主要包括渗透反应墙、监控下的自然净化及一系列重力流地球化学反应器。
近20年来,为满足可持续发展对地下水资源的要求,世界各国尤其是发达国家积极开展污染地下水修复技术研究。
但是,迄今为止,不少场址的常规地下水修复方法(抽出2处理法)治理费用昂贵、治理时间较久且治理效果不明显,如对美国截止1994年已运行的77个场址地下水抽出2处理法的调查表明,只有8个达到了预定目标,在42处场址要达到当前的修复目标是极不可能的[1]。
美国自1977年开始对新墨西哥HMC 2Crant s 铀尾矿库附近污染的地下水进行抽出2处理修复,预计要到2010年才能达到修复目标[2]。
相反,近10年来,西方发达国家最先研究开发的渗透反应墙(PRB )治理方法具有有效而更便宜的优点。
渗透反应墙是指在地下水污染羽的流向上安置渗透反应墙,利用墙体内的反应材料使污染物净化,从而达到修复地下水的目的。
加拿大Waterloo 大学的R.W.G illham 于1989年首先提出渗透反应墙治理地下水的概念并开展室内实验,1991年成功地进行了第一次野外试验,1995年首次投入运行,墙体尺寸为高4m 、厚113m 、长13m ,对四氯乙烯和氯仿的去除效率分别达到91%和95%[3],[4]35。
此后,该方法得到推广应用。
到目前为止,加拿大已有近60个场址采用该方法治理地下水。
德国已有50多处采用渗透反应墙。
美国更多,据调查,在已污染的5000个地下水系统中,已有500～1500个采用该法治理[4]33,[5]。
据美国对24个退役铀尾矿库地下水修复的研究表明,每个场址的治理费用由抽出2处理法018～116亿美元降到渗透反应墙的0114～0124亿美元[6];采用渗透反应墙修复方法可使美国每年至少节省10亿美元[4]33。
本世纪初我国开始应用渗透反应墙技术,但大都处在实验研究阶段。
根据我国退役的某矿尾矿堆场及其地下水特性,进行了渗透反应墙技术修复该尾矿堆场受污的地下水的初步探索,包括小型试验、现场设计、施工和运行,取得较好结果,为渗透反应墙技术在我国受污地下水修复的应用方面提供了一些有益的经验。
1 尾矿堆场特征某矿为小型铀矿采冶联合企业,采用软锰矿与硫酸渗滤浸出、清液胺类萃取、碳酸胺反萃取结晶的水冶工艺流程,最终产品为三碳酸铀酰铵,于1994年2月关停退役。
渗滤浸出设施由13个4 m×6m×112m的浸出池组成,池底有圆形泄渣孔。
尾矿经泄渣孔由矿车拉至约100m远的尾矿堆场。
尾矿堆场由主沟和副沟组成,主沟与副沟之间由一小山丘相隔,底部为弱渗透性粘土。
主沟尾矿的堆存为不规则台阶状,而副沟尾矿则为大斜坡堆积。
堆场占地面积2165万m2(主沟2109万m2、副沟0156万m2),裸露面积2177万m2(主沟2119万m2、副沟0158万m2)。
该尾矿为自然堆积的干尾矿,未经过任何中和处理,其堆积状况及放射性特征见表1。
表1 尾矿堆积状况及放射性特征尾矿质量/ kt 尾矿平均厚度/m占地面积/hm2比活度/(Bq・g-1)平均天然铀范围均值226Ra范围均值232Th范围均值222Rn析出率/(Bq・m-2・s-1)范围均值环境贯穿辐射剂量率/(μGy・h-1)范围均值167 3.5 2.651770.4～50.210.1 4.9～26.115.00.053～0.2170.0860.9～38.510.6 1.3～12 5.43 渗滤浸出结束后,堆浸尾矿未采取任何中和处理措施,仍处于强酸、强氧化环境中。
堆置在尾矿堆场中的尾矿在降雨渗入淋滤作用下,尾矿场的地下水呈强酸性,尾矿中残留的铀等放射性组分继续浸出并随地下水一起迁移,并以渗滤水的形式在尾矿堆场下游末端渗出,污染地表与地下水。
表2给出了1995年4月至1996年3月期间逐月监测的尾矿堆场渗滤水的放射性特征。
表2 某矿堆浸尾矿渗滤水放射性特征样品数流量/(L・s-1)范围均值p H范围均值ρ(U)/(mg・L-1)范围均值226Ra活度浓度/(Bq・L-1)范围均值120.08～1.210.36 2.50～2.90 2.717.4～16.812.20.02～1.210.30 尾矿的流失和渗出水的排放使该尾矿堆场下的稻田和受纳河受到污染,其中受纳河水ρ(U)达0146mg/L、226Ra的活度浓度为0134Bq/L、p H 为3165,使之成为该矿较难的退役治理项目。
2 实验室研究考虑到尾矿堆场地下水的酸性环境及石灰的廉价易得,本研究采用石灰墙被动式反应墙修复尾矿堆场地下水,为此,首先进行实验室研究以探索石灰墙修复的有效性。
211 实验方法采用动态柱浸方法。
试验用圆柱尺寸为直径160mm、高400mm。
装填料为115kg的石灰,给料液为尾矿水。
给料液按昼夜不断地从柱顶淋入,监测从柱底出水口渗出的渗出液流量、p H值和ρ(U)。
212 实验结果尾矿水的石灰中和ρ(U)分析结果见表3。
试验时间为1996年7月至12月。
表3 尾矿水石灰中和渗出液中pH、流量和ρ(U)分析结果取样日期累积流过体积/L p Hρ(U)/(mg・L-1) 07209- 2.68.40072118.52>13.00.000721427.68>13.00.010721853.13>13.00.000722490.12>13.00.0007231122.02>13.00.0108212168.15>13.00.0408219191.19>13.00.2308226226.8911.50.14451铀 矿 冶第25卷 续表取样日期累积流过体积/Lp H ρ(U )/(mg ・L -1)09202254.7010.30.0709209285.448.70.9109216309.518.1 2.0809223337.21 4.6 2.2410203363.15 4.4 4.9610211397.98 4.3 5.8010218432.32 4.3 5.6010225465.97 4.3 5.1011201510.12 4.3 4.1011208548.05 3.6 4.3011229661.403.15.90 注:p H 达817时,流出液226Ra 活度浓度为0132Bq/L 。
由表3可知,当p H 达到817,水中ρ(U )和226Ra 活度浓度仍不高,分别为0191mg/L 和0132Bq/L ;当p H 达到811时,水中ρ(U )急剧升高至2108mg/L 。
因此,当石灰中和尾矿水使p H ≈9时,水质可以接受。
这时1kg 石灰中和的尾矿水量为190129L 。
3 渗透反应墙的设计与施工该尾矿堆场在生产期间,未采取任何拦蓄措施,造成尾矿流失。
因此在对该尾矿堆场进行整治过程中,首要任务是补筑尾矿坝,以防尾矿的进一步流失。
考虑到该尾矿为干尾矿、自然粒度、无积水,以及尾矿堆场所在场地为Ⅷ度地震区,因此尾矿坝设计为抗震浆砌石坝,仅拦蓄尾矿和覆盖层。
治理后的尾矿堆场不积水,洪水能及时排泄。
经验算,在地震条件下,尾矿坝抗倾覆、抗压、抗剪能力和抗滑能力均足够①。
①徐乐昌,戴兴业,唐天征.某矿退役环境治理工程环境影响报告书(可行性研究阶段).中国核工业总公司某矿,尾矿堆场位于分水岭处,降水入渗是退役整治后尾矿渗漏水的主要来源。
为了降低氡及γ的辐照、减少尾矿堆场的渗水量、改善尾矿堆场渗水的水质,尾矿堆场覆盖层采用多层覆盖,尾矿坝内侧采用消石灰渗透反应墙。
1996年4月完成该矿退役环境治理工程可行性研究报告(代初步设计)。
覆盖层从上到下分别为植被层、013m 厚泥砾层、019m 厚黄土层、210m 厚废石层、013m 厚的石灰层。
石灰层的作用是使降水入渗呈碱性,起到中和尾矿的作用,同时也起到降氡、屏蔽γ的作用。
黄土用来降氡、屏蔽γ、减少降雨入渗。
废石主要起到排水作用,穿过黄土的少量降雨入渗水在该层排泄到尾矿堆场外,以进一步减少降雨入渗到尾矿的降雨入渗量。
采用采矿废石的另一个重要考虑是使采矿废石集中处理,使小而分散的废石都到尾矿堆场进行集中处理,这样不仅减少了废石的处理量,而且利用废石起到了对尾矿降氡、屏蔽γ的作用,减少了尾矿的黄土覆盖量,从而减少了退役投资、达到了废物处置和环境优化的目的,便于退役后的管理。
尾矿坝分为1号尾矿坝和2号尾矿坝,分别位于尾矿堆场主沟和副沟的下游末端。
1号坝体基底持力层为细2中砂岩层,承载力特征值为120kPa ;2号坝体基底持力层为中2粗砂岩层,承载力特征值为180kPa 。
挡土墙及排水沟采用M715水泥砂浆、MU30毛石砌筑。
挡土墙纵向每15～20m 设置一条变形缝,缝宽20mm ,缝内灌注沥青砂浆;每2m 间距设PVC Φ100mm 泄水孔,立面用水泥砂浆勾凸缝,顶面用水泥砂浆抹面30mm 厚。
排水沟内壁用水泥砂浆勾平缝。
尾矿坝内侧至尾矿之间分别设置砾石反渗滤墙、沙土墙、消石灰墙,见图1。
图1 某矿尾矿堆场渗透反应墙示意图消石灰墙为可渗透反应墙,反应墙体材料为石灰和砂子的混合物。