广西某有色金属矿山生态修复工程实例

2020-02-07廖长君蒋林伶罗绪中廖妤婕涂春艳

中国矿业 2020年1期

张涛，廖长君，蒋林伶，罗绪中，廖妤婕，涂春艳，秦豪

(广西博世科环保科技股份有限公司，广西南宁 530007)

矿产资源是人类生产和生活的基本源泉之一，矿产资源的开发为人类社会经济活动提供丰富的物质原料，推动社会经济的发展，带动相关科技与学术研究的进步[1-2]。然而在矿产资源开发过程中，大量采矿废水和选矿废液的直接排放，废渣和尾矿等固体废弃物的堆放和淋滤，使矿山土壤中富集大量的重金属，严重危害周边生态环境[3-5]。

广西有色金属资源丰富，素有“有色金属之乡”的美称[6]。由于多年矿产资源不合理的开采，矿山生态环境恶化。采选矿产生的大量废石、废渣侵占土地，破坏植被，使土质、水质恶化，引发一系列环境问题，亟待修复[7]。2016年5月发布的《土壤污染防治行动计划》指出：加强对矿山等矿产资源开采活动影响区域内未利用地的环境监管，发现土壤污染问题的，要及时督促有关企业采取防治措施。

本文通过对已竣工验收的广西某有色金属矿山的修复工程概况、修复工艺、工程施工、二次污染防治、修复效果评价及验收等方面的介绍，以期为同类矿山生态修复工程提供示范与参考[8]。

1 工程概况

本场地在建厂前，主要以草坡地为主，还包含少量的水田和林地。1996年选矿厂综合选矿车间建成投产，采用黄药、硫酸铜和石灰等浮选铅精矿和锌精矿。1996年底，因矿石成分复杂，该选矿厂在原选矿区域的东南侧另建一套简易的重选车间，采用重选、浮槽专门用于分选品位高的锡矿，分选后的尾矿排入东北角和西南角的尾矿库。1999年，选厂因资金和债务等问题，破产闭矿。但在多年的选矿过程中，矿山内遗留的矿渣等固体废物均未得到妥善处置，已严重影响当地的生态环境和整个区域景观。所以，需对矿山进行修复与植被恢复，有效控制水土流失，改善当地生态环境与景观，从源头隔绝污染。

1.1 矿区污染情况

工程前期，开展全面的场地环境调查与风险评估工作，确定矿渣、土壤的主要污染物类型、污染程度与污染范围。根据钻探结果及区域地质资料，场地岩土层在钻探深度范围内共揭露3个主要工程地质层，自上而下分别为：尾矿与矿砂、黏土、碎石黏土。

采样调查共计19个土壤和废渣采样点，共采集60个废渣样品，33个土壤样品，4个地表水样，2个地下水样，3个污水样和1个饮用水样。其中废渣和土样的分析指标为重金属砷、铜、镍、铅、锌、汞、镉、铬与pH值。调查结果显示，废渣样品中重金属含量均较高，含量最高的污染因子为锌和砷，分别达20 000 ppm和101 000 ppm。有14个废渣样品中主要污染因子有砷、锌和镉，属Ⅱ类一般工业固体废物，即按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557—2010)规定方法进行浸出而获得的浸出液中，有一种或一种以上污染物的浓度超过《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中最高允许排放值，或pH值在6～9之外；均未超标的属Ⅰ类一般工业固体废物。地下水样品检测结果显示，场地内浅层地下水中砷浓度超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)Ⅲ类标准。根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质标准，结果表明3个点位重金属砷浓度超标，1个点位重金属镉超标，其他指标均未超标。场地蓄水池水样中污染物浓度均未超过《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)最高允许排放值。对照《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，饮用水中各污染物指标均未超标，可作为生活饮用水。

1.2 修复工程量

矿山待修复的面积约8 000 m2，根据矿山采样检测分析，采用克里金插值法计算各层固体废物污染范围，场地内尾矿废渣的总量为19 301.69 m3。按取样深度作为污染深度计算，该场地的污染土方量约11 642.15 m3，其中约120.33 m3污染土壤浸出重金属浓度超过《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中最高排放值，建议按Ⅱ类一般工业固体废物处置；详细方量见表1。

表1 修复工程量统计表

1.3 修复目标

矿山内的污染土壤及废渣修复目标的具体修复标准值详见表2。

表2 修复标准值

矿山内重金属全量超过《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)三级标准的即为需要清挖和处理，清挖后基坑侧壁与底部的土壤重金属全量需低于《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)三级标准值。

Ⅱ类一般工业固体废物的渣/土通过固化/稳定化处理后，重金属浸出浓度需满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB 18599—2001)中Ⅰ类工业固废定义的标准。

Ⅰ类一般工业固体废物进行原位阻隔覆盖技术处理，通过处理后，切断渣/土与当地环境和人体的接触途径，不再具有环境和安全风险。

2 修复工艺确定

2.1 修复技术确定

结合本工程尾矿废渣和污染土壤的污染物程度和性质，将处理对象分为两类：Ⅰ类一般工业固体废物和Ⅱ类一般工业固体废物，分别采取不同的修复技术。Ⅰ类一般工业固体废物直接在场地内进行原位阻隔覆盖；Ⅱ类一般工业固体废物采用固化/稳定化技术修复，先通过固化/稳定化技术的小试和中试，确定固化/稳定化药剂、投加比及修复时间等，在保证修复效率的基础上控制成本和修复时间，确保修复工程顺利达到Ⅰ类一般工业固体废物的要求，再将修复后达标的渣/土运至填埋场进行异位阻隔填埋。最后，结合当地植物品种，选用耐受重金属的乡土先锋植物构建乔灌草植物搭配组合，对修复后的矿山进行生态复绿。

2.2 固化/稳定化实验室小试

供试样品为待修复的污染土壤和废渣，固化/稳定化药剂为重金属稳定材料(B-MSM)。实验步骤如下：将污染土壤和废渣风干，挑出其中石块、植物残体等杂物，破碎过筛，混匀，缩分后装入自封袋备用；向需要修复的渣/土中，按质量百分比投加不同的固化/稳定化剂，混合均匀后，加入适量的水，保持含水率在30%，养护7 d；分别在1 d、3 d、5 d和7 d时采样，对采取的样品按《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557—2010)进行浸出，然后采用电感耦合等离子体质谱仪和原子荧光光度计等检测分析浸出液中的重金属浓度；根据修复目标与修复成本，确定B-MSM的投加量为2.5%，养护时间为3 d时，达到修复目标。

2.3 固化/稳定化现场中试

现场中试是将实验室小试按“逐步放大”原则，在工程现场进行操作。中试是验证和完善实验室所确定的工艺条件，在小试筛选出的固化/稳定化剂及投加量基础上，再根据现场情况增加和减少固化/稳定化剂的投加量进行现场操作，控制含水率，确保一体化修复机将土壤与药剂混合均匀。将修复后的渣/土运至养护场，盖上薄膜，期间根据含水率情况适当晒水。养护3 d后，采样送第三方检测机构进行检测。根据检测结果最终确定B-MSM投加量为3.0%、含水率控制在35%左右及加入B-MSM后在设备中搅拌停留时间为5 min等工程应用参数，指导后期的工程施工。现场中试相关照片如图1所示。

图1 现场中试相关照片

3 工程实施

工程实施主要包括：污染土壤及废渣的清挖、Ⅱ类一般工业固体废物的固化/稳定化处理、阻隔工程、生态复绿工程及施工废水处理工程等。

3.1 污染土壤及废渣清挖

场地内尾矿废渣及污染土壤的清挖，清挖采用机械清除为主、人工清除为辅的方法。清挖以污染类型、污染程度为区分原则，分区、分层挖运施工；先对场地内的危险废物进行清挖，再对场地内的Ⅱ类一般工业固体废物清挖运输至处置场修复，从而避免混合开挖造成交叉污染。

3.2 固化/稳定化处理

清挖后的Ⅱ类一般工业固体废物需要先经过固化/稳定化处理，再运至填埋场填埋，具体流程如图2 所示。

3.2.1 预处理

预处理阶段包括污染渣/土的筛分、破碎等。利用ALLU斗对处置场的污染渣/土进行筛分、破碎处理，将破碎后的污染渣/土进行固化/稳定化修复。

图2 固化/稳定化修复流程图

3.2.2 固化/稳定化修复技术

当污染渣/土粒径达到固化/稳定化混合设备进料要求后，对污染渣/土进行固化/稳定化修复。首先利用挖掘机向一体化修复机的进料斗供土，按中试确定的最佳质量投加比向污染渣/土中添加药剂，经一体化修复机将污染渣/土与药剂混匀5 min后，控制含水率在35%左右，运至养护场。

3.2.3 运输与养护

将修复处理后的渣/土运至指定待检区进行养护，将渣/土堆置成方形土垛，用薄膜覆盖，堆置养护期间定期采样检测渣/土含水率，并根据情况及时补充水分，维持待检渣/土含水率在35%左右。

3.3 阻隔工程

阻隔技术是采用阻隔、堵截、覆盖及填埋等工程措施，控制污染物迁移或阻断污染物暴露途径，使污染物与周围隔离，避免污染物与人体接触和随降水或地下水迁移进而对人体和周边环境造成危害，降低和消除地块污染物对人体健康和环境风险[9]。在填埋区建设倒排设施、拦渣坝、截洪沟等，用防渗膜进行封场，用35 cm黏土覆盖表层。填埋场的选址及建设要求符合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB 18599—2001)要求。

3.4 生态复绿

根据场地未来规划，对污染土壤开挖后的基坑进行回填平整，恢复至场地原标高，并对整个修复区进行平整、植被绿化。按照“适地适树、适地适草”的原则，在树草种选择上以当地优良乡土树、草种为主，注意常绿树种与落叶树种搭配，生态树种与绿化树种结合，乡土树种与园林树种融合，按照形式美的构图思路[10-12]。树、草种应具有适应性强、根系发达、耐贫瘠、较强的抗旱能力及改良土壤理化性状能力，能够起到防治矿区水土流失的作用。乔木选种马尾松、杉木等，灌木选种红花檵木、毛杜鹃、地念等，藤本选种爬上虎，草本选种狗牙根，形成乔、灌、藤和草立体结构，既能体现树木群体美，又能烘托树木个体美，在平台营造一个生态型森林艺术景观。

3.5 施工废水的处理

为确保现场待检渣/土渗滤以及部分未及时回用废水得到妥善处置，在现场修复区设置一体化废水处理设施用于处置现场废水。由于本项目周围1 km范围内并无施工用水设施，因此，处理后的水作为配药或固化/稳定化修复工序的回用水。在废水处理设施中加入混凝剂进行沉淀，上清液作为回用水用于固化/稳定化技术修复用水，确保现场无废水外排。絮凝沉淀后的出水定期进行抽样监测，监测指标为悬浮物、砷、镉、铅、锌等，处理后废水中的指标达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)一级标准。

4 二次污染防治

4.1 污染渣/土清挖的污染防治

污染渣/土清挖时，做到不污染周边环境。清挖过程中，遇到大风天气，应停止土方开挖作业，并对裸露的污染渣/土进行覆盖；出现扬尘时，应采用洒水车进行洒水作业。

4.2 污染渣/土运输的污染防治

采用环保渣土车运输污染渣/土，合理控制装载量，严密苫盖斗篷，防止重金属粉尘造成空气污染以及污染渣/土遗撒。载重车辆出场之前，用高压水冲洗轮胎，避免携带污染物出场；运输路线尽量避开居民集中区；如发现运输过程污染渣/土散落，应组织人员清理与收集，防止发生二次污染。

4.3 污染渣/土暂存的污染防治

清挖后Ⅱ类一般工业固体废物运输至处置场内的暂存区。暂存区地面应硬化或铺设HDPE膜防渗，并做引水沟；对于暴露在空气环境中污染渣/土的裸露表面采取边开挖边铺设HDPE膜的方式，尽量减少污染渣/土裸露面积，控制扬尘，同时最大限度地减少渗滤液的产生，保证污染物不进入周边环境。

4.4 修复环节的污染防治

经固化/稳定化修复后的污染渣/土，运输至待检区堆放，做好防水、防尘和养护等工作。经第三方检测单位取样检测合格后，运输至指定填埋场进行异位阻隔填埋。

5 修复效果评价与验收

本工程竣工后，通知业主、环境监理,并邀请具有相应检测资质的第三方检测单位进行采样及分析检测。本项目验收程序参考国内唯一发布的北京地方标准《污染场地修复验收技术规范》(DB 11/T783—2011)，验收流程图如图3所示。

图3 污染场地修复验收工作程序

5.1 开挖基坑侧壁验收

开挖基坑侧壁验收，采用等距离布点方法，根据边长确定采样点数量。本工程基坑周长约为180 m，土壤采样点数量为5个。同时修复深度为4 m，分3层0～0.2 m、0.2～3.0 m和3.0～4.0 m进行采样，采样深度分别为0.2 m、2 m、3.0 m和4.0 m。总计采样点数量为5个，每个点采集4个土壤样品，一共20个土壤样品。经第三方检测单位采样检测，20个土壤样品中砷、镉、铅和锌全量均低于《场地调查报告》建议修复目标值即清挖边界。

5.2 开挖基坑底部验收

针对清挖后的基坑底部土壤进行验收监测，采用网格布点的方法，一般随机布置第一个采样点，然后构建通过此点的网格，在每个网格交叉点采样。本工程基坑面积约为3 576 m2，坑底土壤采样点位不少于6个，坑底共18个土壤样品。经第三方检测单位采样检测，18个土壤样品中砷、镉、铅和锌全量均低于《场地调查报告》建议修复目标值即清挖边界。

5.3 修复后渣/土的验收

固化/稳定化修复后的Ⅱ类一般工业固体废物，按照每500 m3采集1个混合样品的频率采样检测，所有样品的采集均由具有相关检测资质的第三方检测机构的专业人员进行采样及分析检测，验收评判标准为场地修复目标值。本工程共采集14个处理后样品的浸出试验结果见表3。经固化/稳定化修复后污染渣/土浸出液中目标污染物的浓度值及pH值均达到修复目标要求，修复效果良好。