我國(guó)尾礦庫(kù)污染綜合治理研究現(xiàn)狀

魏樣，張寶強(qiáng)

1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司；2.陜西省土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；4.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；5.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心

尾礦庫(kù)是堆放礦山開采廢渣的場(chǎng)所，是維持礦山正常生產(chǎn)的大型環(huán)保工程項(xiàng)目。尾礦庫(kù)可有效防止尾礦流失，在實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、水資源充分利用以及礦產(chǎn)資源保護(hù)等多方面效益明顯。但尾礦庫(kù)同時(shí)也是礦山開采最大的危險(xiǎn)源頭，在不利的自然及人為因素下，可能會(huì)導(dǎo)致潰壩、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)也會(huì)對(duì)土壤和水體造成一定的污染，進(jìn)而對(duì)周邊環(huán)境造成一定程度的威脅。近年來(lái)，尾礦庫(kù)引起的環(huán)境污染問(wèn)題受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，尾礦庫(kù)污染綜合防治取得了顯著成效。

一、尾礦庫(kù)污染風(fēng)險(xiǎn)分析

我國(guó)常見的尾礦庫(kù)類型有山谷型、平地型、傍山型和截河型等，其中以山谷型尾礦庫(kù)居多。根據(jù)堆放尾礦的方法不同，尾礦庫(kù)又分為上游、中線和下游型，其中上游型占九成以上[1]。在我國(guó)，中小型尾礦庫(kù)數(shù)量比較多，由于多方面因素，存在很大的安全隱患。尾礦廢水和廢渣中常含有多種有害物質(zhì)，有害物質(zhì)一方面來(lái)源于選礦時(shí)的化學(xué)藥劑，這些化學(xué)藥劑多為氰化物、氯化物、硫化物、表面活性劑等，藥劑在戶外暴曬的情況下會(huì)揮發(fā)出有毒有害物質(zhì)，從而對(duì)土壤、水體、大氣造成一定程度的污染。另一方面，尾礦中的鉛、鉻、汞、砷等重金屬離子以及放射性元素超標(biāo)時(shí)，一旦泄露也會(huì)對(duì)土壤、水體、動(dòng)植物等生命體造成嚴(yán)重威脅，更有甚者可富集進(jìn)入食物鏈，進(jìn)而危害人體健康。尾礦廢水中污染物的遷移過(guò)程如圖1所示。另外，在尾礦庫(kù)的建設(shè)過(guò)程中，廢棄土石的堆放以及一些金屬制品、塑料制品等固體廢棄物長(zhǎng)時(shí)間在環(huán)境中暴露，也會(huì)造成有毒有害物質(zhì)的析出，進(jìn)而對(duì)環(huán)境造成危害，進(jìn)入土壤中會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤中動(dòng)植物及微生物的生存環(huán)境，從而阻礙植物的生長(zhǎng)。

圖1 尾礦廢水污染物遷移[2]

二、尾礦庫(kù)污染綜合防治研究進(jìn)展

尾礦庫(kù)污染綜合防治首先要保證尾礦庫(kù)壩體的穩(wěn)定性，保證污染物質(zhì)不泄露，在此基礎(chǔ)上研發(fā)高效的污染物修復(fù)治理方法是防治尾礦庫(kù)污染的有效措施。

（一）尾礦庫(kù)壩體穩(wěn)定性影響研究

尾礦壩是尾礦庫(kù)的重要組成部分，是尾礦庫(kù)正常運(yùn)行的必要條件，必須保證壩體的安全與穩(wěn)定，一旦潰壩，尾礦庫(kù)內(nèi)水體和尾礦渣會(huì)溢出，對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重危害[3]。尾礦渣一般以固體或漿液形式堆積，對(duì)壩體的沖擊力是影響尾礦壩安全穩(wěn)定的重要因素[4]。為了保證壩體的穩(wěn)定，首先應(yīng)該增加壩體的強(qiáng)度，對(duì)壩體進(jìn)行局部或整體加固，或者根據(jù)不同的地形條件和壩體形狀加高、加固壩體，從而防止安全隱患的發(fā)生。有研究者對(duì)高堆磷石膏尾礦壩的擴(kuò)容加固措施進(jìn)行了研究，提出了排滲、反向壓坡和抗滑樁等加固穩(wěn)定措施，結(jié)合施工難度及工程成本，選擇抗滑樁和反向壓坡聯(lián)合加固措施[5]。為了避免尾礦庫(kù)擴(kuò)容引發(fā)的土堤拋石擠淤等負(fù)面現(xiàn)象，有研究者對(duì)漿砌石壩和堆積壩區(qū)域進(jìn)行水平加筋處理，取得了良好的效果[6]。對(duì)尾礦壩后期子壩加固，一方面可采取沉積灘加固，另一方面可通過(guò)系列排滲措施排滲壩坡降水，從而消除隱患。

（二）尾礦庫(kù)污染治理方法研究

尾礦庫(kù)污染修復(fù)治理方法較多，常集中在重金屬方面的修復(fù)研究。郭明帥等研究了赤泥——磷石膏——水泥（RPPC）和赤泥——磷石膏——生石灰（RPCA）兩種赤泥基固化劑對(duì)土壤中鉛鋅鎘的固化修復(fù)效果，結(jié)果顯示RPPC的固化、穩(wěn)定化效果更好，且pH=8時(shí)，重金屬浸出濃度最低[7]。易龍生等研究了振蕩淋洗技術(shù)對(duì)重金屬的去除效果，結(jié)果顯示，相比于草酸而言，檸檬酸和酒石酸淋洗8小時(shí)的去除效果最好，去除能力依次為鎘＞鋅＞鉛＞銅[8]。樊廣萍等研究了EDTA、檸檬酸、乳酸和硝酸等增強(qiáng)劑對(duì)電動(dòng)修復(fù)的影響，結(jié)果表明，增強(qiáng)劑可顯著促進(jìn)鉛、銅、鎳和六價(jià)鉻的遷移和去除，且有效促進(jìn)了重金屬向有效態(tài)的轉(zhuǎn)化[9]。有研究者利用黏土礦物來(lái)修復(fù)土壤中的重金屬污染物，郝秀珍等研究顯示，蒙脫石可顯著降低尾礦砂中有效態(tài)鋅的含量，沸石可顯著降低尾礦砂中有效態(tài)銅和鋅的含量，從而顯著降低了重金屬的生物毒性[10]。杜志敏等學(xué)者研究了石灰、磷灰石、蒙脫石和凹凸棒對(duì)銅、鎘污染土壤的修復(fù)效果，顯示石灰石和磷灰石顯著提升了土壤溶液pH，降低了兩種重金屬的濃度，顯著降低了土壤中兩種重金屬的有效態(tài)[11]。在生物修復(fù)技術(shù)方面，郭碧林等研究表明，生物有機(jī)肥可以降低土壤中全量鎘、DTPA-Cd、DTPA-Pb的含量。植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物固定、植物揮發(fā)和植物吸收等。迄今為止，學(xué)者們致力于此方面的研究，篩選了包括蜈蚣草、東南景天等在內(nèi)的多種重金屬超富集植物，為重金屬污染修復(fù)作出了巨大的貢獻(xiàn)。

（三）尾礦庫(kù)污染防控在線監(jiān)測(cè)研究

尾礦庫(kù)污染綜合治理還應(yīng)加強(qiáng)信息化研究，對(duì)影響尾礦庫(kù)安全的因素進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，從而提高尾礦庫(kù)安全管理效率，以此防范安全風(fēng)險(xiǎn)。首先應(yīng)加強(qiáng)壩體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)及污染物在線監(jiān)測(cè)研究，提前判定風(fēng)險(xiǎn)，消滅風(fēng)險(xiǎn)?；贕SM、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，有學(xué)者研發(fā)了尾礦庫(kù)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)尾礦壩穩(wěn)定性自動(dòng)、全天候的遠(yuǎn)程監(jiān)控[12]。有研究者在分析傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)，可有效預(yù)警尾礦庫(kù)安全狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[13]。有研究者采用三維激光掃描技術(shù)結(jié)合高分辨遙感數(shù)據(jù)對(duì)尾礦庫(kù)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行檢測(cè)，可快速掌握與危險(xiǎn)源安全密切相關(guān)的指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化情況，及時(shí)掌握尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)[14]。李磊等通過(guò)需求分析，建立了尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)體系可實(shí)現(xiàn)浸潤(rùn)線位置、庫(kù)水位、尾礦壩體位移、灘面標(biāo)高、尾礦區(qū)情況等連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而有效防止尾礦庫(kù)安全事故的發(fā)生[15]。易靈芝利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、多源信息融合等理論，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等的智能監(jiān)測(cè)體系，可實(shí)現(xiàn)鈾尾礦庫(kù)周邊環(huán)境放射性污染物的監(jiān)測(cè)，解決了鈾尾礦庫(kù)放射性污染監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)多模覆蓋盲區(qū)的修復(fù)問(wèn)題[16]。

三、小結(jié)

由于我國(guó)尾礦產(chǎn)率高大量堆積，尾礦顆粒細(xì)、壩體穩(wěn)定性差，中小型尾礦庫(kù)居多且管理不善、管理經(jīng)費(fèi)不足等問(wèn)題，導(dǎo)致了我國(guó)礦山尾礦庫(kù)存在的安全和環(huán)境問(wèn)題不容忽視。在綜合防治上，應(yīng)結(jié)合不同尾礦庫(kù)所處區(qū)域的地形地貌以及污染特點(diǎn)，建立起相關(guān)的環(huán)境保護(hù)體系，不斷改善礦山環(huán)境，從而使得礦山開采實(shí)現(xiàn)良性發(fā)展，更好地造福人類。