放射性污染土壤修复技术研究

中国环境学会  2011年 03月31日


  唐家凯1 高雅玉1 钱 鞠1  (兰州大学资源环境学院 甘肃 兰州 730000)
  摘  要 放射性矿山开采 造成的土壤污染和水质污染是一亟待解决的环境问题,引起了人们的高度重视。本文就一大型铀矿退役后土壤修复技术进行了介绍和评述,并在实践中应用的结果进行了评价,以此提出一种比较合理的放射性污染土壤修复技术。
  关键词:放射性  铀矿 治理


  土壤作为一个开放的缓冲动力学体系,在与周围环境进行物质能量交换过程中,给外源放射性物质进入该体系提供了途径[4]。本文主要论述的是铀矿退役后的土壤治理修复工作。在90年代初期,该矿山由于经济效益低下而列入军品终产单位,该矿铀矿冶设施停闭后,在地表遗留有大量铀矿冶废物(如废石、尾矿等)和被污染的各类设施、工业场地、河沟等,对周围环境和公众构成一定程度的潜在危害。在地表积存的铀矿冶废物达104.09万t,总放射性活度为1.02×104Bq,暴露面积达13.92万m2; 尾矿库尾砂表面 贯穿辐射水平较高;全矿各类源项表面每年向环境释放222Rn总活度约l.26×1013Bq,由释放222Rn所致最大个人有效剂量为0.164mSv/a。矿区尚有32个坑(井)口没有妥善处置,对行人或牧畜坠入构成潜在危害。除此以外,尚有部分运矿公路、尾矿流槽沿途地面、建构筑物、设备、管线、轨道、工业场地等被放射性物质污染,以及4#平硐水外流污染环境。上述各种危害因素通过直接或间接的吸入、食   入   、外照射等途径,对周围公众构成内、外照射的辐射危害或一般性的不安全因素。退役治理的目的,就是要对退役工程的各类设施和地表堆积的各类铀矿冶废物,进行有效地善后处置与治理,使附近居民减少残存的放射性物质的辐射危害和避免了一般安全性的危险;使部分建筑物、设备、场地等有效地重新利用。


  治理方案


  1.1滩面治理
  为了防治污染,改善环境,对尾矿库滩面必须进行覆盖治理。据覆士试验结果,需要覆盖土1.4m厚,夯实密度达到1.55t/m3,才能使222Rn析出率降低到环境治理目标限值0.74Bq/m2·s以下,为了防止覆土层长年受风雨侵蚀,造成水土流失、厚度减薄,在覆盖土层表面植草护面,恢复生态环境。并逐步由植物进行稳定,提取,降低危害,植物修复技术作为一种新兴的、高效的植物修复途径已为人们所接受,并逐步走向商业化。但该技术目前还处于田间试验和示范阶段尚缺乏系统的评价,需要更多的田间试验结果来支撑该技术的应用与发展[1]。
  为使治理后的最低滩面标高与溢洪道底坎标高一致,需在尾矿滩面上开挖引水渠,挖出的尾砂要填到库区低洼处。靠近坝顶附近的尾矿滩面与坝顶的高差仅有1.22m,为使覆盖1.4m厚的粘土表面低于坝顶0.2m,因为石灰石一种良性的土壤改良剂[2],并按照底部石灰和土壤3:7,厚度0.6m,上部土壤0.8m,需先将坝顶附近的尾矿滩面削挖整平至低于坝顶l.6m。


  1.2坝体治理
  尾矿库初期坝为透水堆石坝,最大坝高30m,原设计内坡为1:20,外坡为1:l.5,并设有二道l.5m宽的马道。1994年核工业第四勘察院提供的“该厂尾矿坝退役治理工程工程地质勘察报告”中给出的实测坝体横剖面(1-1)的下游坡上半部坡度为1:1.44,陡于设计坝坡。下半部坡度为l:1.51,其它剖面坝坡坡度为1:1.48~1:1.52。在生产过程中,坝体南端曾有尾砂渗漏现象,局部坝坡稍有坍陷,其范围为大约8~9m直径范围,下陷深度约0.5m,在退役治理中需将其填平。
  为使坝顶稳固不易遭人破坏,将坝顶长144m、宽4.5m、厚0.5m的干砌块石改为浆砌块石。
  尾矿库坝体的安全稳定性是比较高的。退役治理后尾矿库排洪设施采用坝顶溢洪道形式,溢洪道泄水陡坡段,即靠在坝体下游坡上,陡坡坡度采用l:2.0,宽度为20m,置于最大坝高段。陡坡边墙外侧采用干砌块石,按1:1.5坡度向两侧放坡,从而使最大坝高段的坝坡放缓至l:2.0,并用浆砌块石及砼砌筑。这无疑起到了加固坝体的作用,提高了坝体的安全稳定性。


  1.3 排洪设施
  尾矿库汇水面积为14.4km2。由于汇水面积较大,根据当时的水文资料原设计重现期100年(P=1%)的暴雨洪峰流量达80m3/s,经调蓄最大泄洪量为62 m3/s,在做设计时为节省基建投资,上级机关决定,该库的防洪标准只按重现期100年(P=1%)暴雨洪水设计,不进行重现期1000年(P=0.1%) 暴雨洪水的校核,待尾矿堆积坝增高到某一标高后,由于其调洪容积的增大即可自然提高防洪标准。为了排泄霞现期100年(P=1%)的暴雨洪水,在库内建造四座直径为6.7m的排水井和高3.65m,宽2.40m的蛋形砼排水管(长675m)。为了保证排洪系统能安全可靠的运行,曾委托天津大学水利系对此排洪系统进行了比尺为l:20的水工模型实验。实验结果表明,排水井、管的断面尺寸可以排泄重现期100年(P=1%)的洪峰流量,但流态很差。根据试验结果,为了改善水流流态,在管上增设了通气孔。
  为使库区上游日常溪水和小雨时的雨水迳流与库内的尾矿污水分开,在4 号井处将井座上游管口敞开,并做了小拦水提及引水渠引导上游的清水不进库区,直接进入管内排往库外,以减少对水体的污染。
  尾矿库主河槽平均坡度i=0.09,库区森林茂密。暴雨时经常有滚石、树枝、大枯木等随洪水流入库内,堵寨在排水井口附近,影响水流正常进入排水井。为保证排水井、管的正常运行,在生产期间设专人经常清理,每年汛期均组成应急防汛队伍,及时清除阻碍泄水的树木、滚石,从而保证尾矿库的安全运行。尾矿库退役治理工程完成后,不会再有专人管理尾矿库,采取什么样的排洪措施排泄库内的暴雨洪水,才能保证退役治理后的尾矿库能够安全可靠地运行,是尾矿库退役治理设计需要慎重考虑的问题。


  1.4尾矿输送流槽拆除及污染地面治理
  尾矿输送流槽长1780m,退役后需要拆除并送到尾矿库堆存。生产期间由于流槽矿浆外溅污染地面,经辐射防护监测, 222Rn析出率超过环境治理目标限值,需进行治理。受污染宽度约为5m。治理要求:挖除污染地面深0.3m,然后覆盖黄土厚0.3m,并植草以恢复地形地貌。


  1.5尾矿库外污染地面治理   
  尾矿库初期坝为透水堆石坝,库区的尾矿水通过坝体渗到库外,在坝脚附近造成污染,受污染面积为3085m2。坝外尾矿输送管道污染地面200m2。治理要求:坝外污染地面部分需覆土厚0.3m,并植草;管道污染地面部分需覆土厚0.7m,并植草。


  2治理后的结果


  经过以上措施的治理后,主要取得以下结果:
  (1)设施退役最终处置后,在考虑到环境的特征和社会经济的条件下,退役设施对周围居民的附加照射剂量应限制到为其规定的终身平均年有效剂有量限制的适当部分,并为其他可能的辐射留有足够的份额。
  (2)污染设备、器材、建筑物等经去污处理后,其非固定α、β放射性表面污染度≤0.08Bq/cm2时,经防护部门监测许可后,可在一般工业中使用(食品工业除外)。
  (3)污染的废旧钢铁经清洗去污后,其非固定α、β放射性表面污染度≤0.04Bq/cm2时,可不加限制的使用。
  (4)尾矿库经最终处置后,表面平均氡析出率不应超过0.74Bq/m2·s。
  (5)土地去污整治后, 不同深度土壤中核素镭-226最高比活度要求为:任何100m2,上层15cm厚度土层中平均值为0.18Bq/g, 15cm以下的土层中平均值为0.56Bq/g。
  (6)经最终处置后的尾矿库渗出水流入环境时,其放射性物质对周围居民的附加照射剂量应限制到为其规定的终身平均年有效剂有量限制的适当部分,并为其他可能的辐射留有足够的份额。


  参考文献
  王向健,郑玉峰,郝冬青 重金属污染土壤修复技术现状与展望[J] 环境保护科学2004.4
  陈志良,仇荣良,张景书,万云兵 重金属污染土壤的修复技术[J]工程与技术2002.6
  于红艳,奚立民,王仙菊 腐植酸对固废拆解地重金属污染土壤修复效果的研究[J]安徽农业科学2008.23-36
  4.何益波,李立清,曾清如 重金属污染土壤修复技术的进展[J]广州环境科学[J]2006.12
   

 
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