某地浸采铀矿山蒸发池的安全环保管理

2022-07-27毛鑫磊曹俊鹏支冬安王丽坤

铀矿冶 2022年3期

毛鑫磊，曹俊鹏，支冬安，王丽坤

(1.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古通辽 028000；2.中国辐射防护研究院，山西太原 030006)

与地下和露天开采方法相比，地浸采铀工艺对地表的破坏性小，劳动作业条件好，有利于环境保护，为建设绿色矿山奠定了基础。然而，受地浸采铀工艺的制约，水冶厂运行期间，产生的树脂反冲废水和反渗透浓水会排入蒸发池，依靠风能和太阳能等自然蒸发方式进行蒸发。蒸发池的建设可能成为潜在的溶液渗漏源和环境污染源。

地浸采铀工艺生产运行中，一旦发生蒸发池渗漏事故，将导致含铀溶液渗漏至浅水层，严重影响该区域生态环境。因此，蒸发池蒸发量的可靠估算及严格的防渗漏监测等安全管理工作对地浸采铀的可持续发展具有重要意义。

1 蒸发池废水来源与控制

1.1 蒸发池废水来源

铀回收工艺是地浸矿山废液的主要来源。对于CO2+O2地浸采铀矿山来说，工艺废水主要来自抽液量大于注液量0.3%[1]，过抽量最终将转化为树脂反冲废水、树脂转型废水、反渗透浓水、洗涤废水、沉淀母液等。绝大部分废水被循环利用，其中吸附尾液、树脂反冲洗水返回配制浸出剂，沉淀母液返回配制淋洗剂，反渗透淡水用于灌溉[2]。反渗透浓水将排入蒸发池。

另外，水冶厂地面冲洗等作业也会产生一定量的废水，这些废水的铀质量浓度<0.1 mg/L。例如：中国某CO2+O2浸出工艺矿山外排工艺废水主要由3部分组成，其中贫树脂反冲废水占废水总量的20%、转型废水占76%、洗涤废水占4%。

1.2 废水减排控制技术

为减少废水排放，中国某CO2+O2地浸采铀矿山将反渗透技术成功应用于浸出液处理工艺中。采用吸附尾液反冲转型树脂，可利用吸附尾液中高浓度HCO3-置换树脂中的Cl-，去掉转型剂配制工序。

对于产生的转型废水采用反渗透处理，可实现废水体积减量约75%；处理后的淡水返回配液池用于配制浸出剂，25%的浓水排入蒸发池。该工艺从根本上减少了蒸发池的废水排入量，降低了渗漏风险[3-5]。

2 蒸发池安全环保设施

2.1 蒸发池施工建设

通常蒸发池为夯土式结构，深度不超过1.5 m，池壁坡度1∶2。池底、池壁采用黏土垫层，垫层厚60 cm，经过碾压、夯实，渗透系数一般不大于10-7cm/s，抗压强度大于0.6 MPa。在黏土之上铺设2层无纺布，夹1层防渗膜作为防渗衬里；衬里之上加铺30 cm厚黏土，铺平压实，再铺设1层红砖作为防护层。

如果设计多个蒸发池，则在蒸发池之间铺设联通管，进入各个蒸发池的废水量通过分配管路和阀门控制。蒸发池可利用地形坡度布置，以节省土方开挖量。浸出液处理厂房至蒸发池的尾液排放管路尽可能采用自流，每个蒸发池设1个排放口。通常蒸发池间距约为5 m[6-7]。

2.2 蒸发池安全环保措施

蒸发池的安全环保措施：1)在无纺布下层铺设网状铝线或铜线(图1)，通过测试网状线两端的电流检测蒸发池是否发生渗漏；2)在风沙大的地区，蒸发池应在迎风面设置挡沙墙，以减少蒸发池落沙量，保证蒸发效果；3)蒸发池四周设置截洪沟，防止雨水流入蒸发池，同时可防止因蒸发池内废水溢出而污染地下水；4)为提升蒸发池防渗性，蒸发池防渗漏无纺布夹层可选用最新研制的“透气防渗砂”。

图1 蒸发池环保监测网状线示意图Fig. 1 Environmental protection monitoring mesh line of evaporation pond

透气防渗砂是根据“提高水的表面张力”原理，采用沙漠风积沙为原料，研制的一种具有呼吸功能的防渗材料，如图2所示。该材料防水、防渗性能显著，环保无污染，透气性好[8]。铺装厚度为1 cm的透气防渗砂的防渗高度达2 m以上；在2 m高水压下，渗透速率<0.3 kg/(m2·h)，略高于蒸发速率0.007 kg/(m2·h)。该产品未检出有毒物、重金属；在恶劣条件(高温400 ℃、酸碱浸泡)测试产品的情况下，其仍不会污染环境。该产品耐候性良好，长期使用的防渗性能下降<30%，且耐碱、耐酸(pH>4的稀酸)。5 cm厚度的透气防渗砂的透气性为49；同厚度、同等级粒径原砂的透气性为55，同厚度土壤(常用种植土)的透气性<10。

图2 透气防渗砂实物Fig. 2 Physical map of breathable anti-seepage sand

2.3 蒸发池监测井布置

为有效发挥监测井的作用，蒸发池监测井布置应尽量遵循以下原则：1)围绕蒸发池四周布置监测井，监测井距蒸发池边界不大于30 m；2)在地下水水流方向下游邻近的2个监测井与蒸发池边界形成的夹角应不大于95°，其他邻近2个监测井与蒸发池边界形成的夹角应不大于105°；3)监测井深度要达到地下浅水层，保证地下水监测数据的可靠性。

3 蒸发池安全环保管理措施

3.1 蒸发量估算与监测

非均匀陆面实际蒸发主要发生于土壤-植被-大气系统内，是个复杂且连续的过程[10]。潜在蒸发量反映了大气的蒸发能力，是蒸发量计算中应用最广泛的参数之一，它是计算实际蒸发量的基础。但在实际应用中，很难通过仪器监测得出区域的潜在蒸发量，往往是通过不同的方法进行估算[11]。

对于形状规则的蒸发池，可将带刻度的标杆插入平整的蒸发池底面，定期记录液面变化情况，估算实际蒸发量；并结合蒸渗仪、水热平衡等测量及计算方法，估算区域的潜在蒸发量。蒸发池所需蒸发量由废水量和降雨量组成。根据当地的年均蒸发量、年均降雨量和工艺废水年排放量，依据式(1)计算所需蒸发面积。

(1)

式中：F—蒸发池面积，m2；Q—待蒸发废水量，m3/a；h—蒸发量，mm/a；k—蒸发折算系数，根据当地条件和所需蒸发的溶液含盐量确定；p—降雨量，mm/a。必须注意，式中当地的蒸发量和降雨量以雨水为计算依据，而含盐卤水的蒸发量比雨水的蒸发量小。

中国某CO2+O2地浸采铀矿山本地蒸发量为1 900 mm/a，平均降雨量为381 mm/a，工艺废水年排放量为27 659 m3，计算时选取液面蒸发的折减系数为0.82，计算得出蒸发池所需面积为23 499 m2。根据计算结果，设计6座蒸发池，每座池长80 m、宽50 m、深1.5 m，总面积24 000 m2。

3.2 监测井监管工作

蒸发池监测井监管工作主要包括：1)由专(兼)职安全员对各监测井现场取样、送检，并严格对照本底值对数据进行分析；2)公司安全环保管理部门制定年度监测计划，按照监测要求对监测井进行取样监测；3)由蒸发池所属部门对监测井实施监督管理、取样工作，确保监测井设施完整，无破坏。

3.3 蒸发池安全环保管理规定

制定了适用于蒸发池日常安全环保管理的《蒸发池安全环保管理规定》，明确水冶车间是蒸发池的管理部门，对蒸发池的安全使用情况负责，并要求：1)吸附值班人员每班组要对蒸发池安全状况(护坡状况、围栏状况、液位情况等)进行1次巡视检查，发现异常情况及时向车间管理人员汇报并做好记录；2)向蒸发池排放废水时，由专人看守外排废水管道出水口，防止发生泄露，并建立《外排废水记录》；3)车间每月对蒸发池进行1次防渗漏电流检测；4)车间每旬至少要对蒸发池安全运行状况进行1次安全检查；5)每年要联系资质单位对蒸发池开展1次异味检测；6)每2月要对监测井取样分析1次，每半年对蒸发池水取样分析1次。

3.4 蒸发池运行管理措施

采取如下管理措施保障蒸发池的安全可靠运行[12]：1)地浸采铀矿山蒸发池仅接受工艺废水，严禁排入其他杂物及生活垃圾、废水等；2)蒸发池采用一次建成、分批投入运行的生产方式，以保障地浸采铀矿山运行期间蒸发池的有效运行；3)定期对蒸发池进行巡检及防渗漏检测，发现异常情况及时上报处理，并特别注意汛期或融雪对蒸发池周边排水设施的影响；4)定期维护蒸发池检漏设施，一旦发现异常及时报警，并进行修复治理。

4 蒸发池废水恶臭控制技术

4.1 蒸发池废水臭味的产生

在生产运行过程中，蒸发池内废水经过长期的静置与蒸发，废水中的各种离子、有机物等的浓度逐渐升高。在夏秋季节，因气温较高滋生大量绿色藻类与蚊蝇，散发令人难以忍受的臭味[13]。

臭味和滋生的蚊蝇、细菌等，会对长期处于此环境作业的人员健康带来负面影响；同时对周边环境也会产生一定的污染。

4.2 蒸发池恶臭的控制

分别在臭味污染物产生的前端与末端采取相应措施，控制臭味污染物，使其达标。

前端控制方案：1)改变水体pH，破坏藻类与厌氧细菌生长环境，抑制、灭杀厌氧细菌与藻类的生长；2)增加废水中溶解氧含量，抑制、灭杀废水中的厌氧细菌，减少厌氧发酵过程产生的臭味；3)向废水中加入相应的除藻试剂，消除废水中的藻类因正常新陈代谢产生的臭味。

末端控制方案：向蒸发池废水中加入化学试剂，利用试剂吸附、净化废水散发的臭味气体。此方法投入成本较高，仍需进一步研究。

5 蒸发池安全环保管理成效

通过对内蒙古某地浸采铀工艺中的蒸发池实施防渗漏监测、恶臭治理等安全环保管理，取得以下主要成效：1)通过定期用刻度标杆实地监测液位，结合蒸渗仪、水热平衡等测量及计算方法，估算实际蒸发量，实现了对蒸发池防渗监管；2)引进“透气防渗砂”新型材料，提高了蒸发池的防渗系数；3)通过铺设网状铝线或铜线网，并定期进行电流检测，有效避免了蒸发池渗漏的发生；4)合理布置监测井，并加强监管，制定年度监测计划，按监测规定进行取样监测，强化了蒸发池的防渗管理；5)通过蒸发池恶臭治理，抑制了恶臭气味对周边环境、工作人员的影响；6)该地浸采铀矿山运行10余年无环境保护事件、环境舆论事件发生。