【摘要】：有色金屬礦山尾礦庫(kù)不僅壓占土地資源,還是潛在的重污染源。尾礦中的重金屬以水蝕、風(fēng)蝕的途徑擴(kuò)散,威脅周邊水土環(huán)境。本文依托國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)課題,對(duì)遼寧省紅透山銅礦尾礦庫(kù)和柴河鉛鋅礦尾礦庫(kù)兩處典型尾礦庫(kù)進(jìn)行了試驗(yàn)示范研究。通過(guò)實(shí)地采集0～500 cm尾礦樣品進(jìn)行分析測(cè)定,研究了尾礦庫(kù)重金屬污染擴(kuò)散特征；并針對(duì)現(xiàn)行尾礦庫(kù)復(fù)墾治理措施中存在的問(wèn)題,從土壤、環(huán)境、生態(tài)多學(xué)科視野,提出了尾礦庫(kù)生態(tài)封閉與再利用的土地復(fù)墾與環(huán)境整治技術(shù)新模式；采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)和場(chǎng)地試驗(yàn)示范,對(duì)符合上述技術(shù)模式要求的不同表層土壤構(gòu)造措施——CT(直接覆土)、SLS(覆土+石灰石層)、SL(覆土+石灰層)和SC(覆土+黏土層)的試驗(yàn)示范效果進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：紅透山銅礦尾礦庫(kù)0～40 cm表層尾礦pH值均低于4.0,在0～220 cm,尾礦pH值隨深度的增加而升高,至220 cm以下,尾礦pH值穩(wěn)定在7.0～7.5之間。由于硫化礦物氧化導(dǎo)致表層尾礦pH較低。紅透山銅礦尾礦庫(kù)的主要污染重金屬元素為Cu、Zn、Cd。紅透山銅礦尾礦庫(kù)淺層剖面可以劃分為三個(gè)層次：氧化層、膠結(jié)層和未氧化層。0～40 cm尾礦氧化程度最高,硫化礦物氧化產(chǎn)酸導(dǎo)致表層0～40 cm尾礦中重金屬元素遷移活性較高,表層尾礦中重金屬元素含量減少。表層尾礦氧化釋放的Cu大部分在膠結(jié)層富集,隨地表徑流排出尾礦庫(kù)的Cu僅占表層尾礦氧化釋放總Cu量的8.08%,而Zn占21.60%,Cd占72.93%。紅透山銅礦尾礦庫(kù)閉庫(kù)20 a來(lái),尾礦庫(kù)淺層0～120 cm尾礦中S、Zn、Cd的總流失量分別為762.75 t,6997.5kg和86.06kg。柴河鉛鋅礦1#尾礦庫(kù)0～500 cm深度尾礦樣品的pH值在6.83～7.97之間,在0～120cm,尾礦pH值隨深度的增加而升高。柴河鉛鋅礦尾礦庫(kù)的主要污染元素為Pb、Zn、 Cd,平均含量分別為1527.11 mg kg-1、4265.43 mg kg-1和57.54 mg kg-1。柴河鉛鋅礦2#尾礦庫(kù)復(fù)墾土壤中Zn、Pb、Cd的全量分別達(dá)到1538.55 mg kg-1,748.53 mg kg-1和7.1 mg kg-1,酸可提取態(tài)含量為10.32 mg kg-1、9.9mg kg-1和0.65 mg kg-1,高于復(fù)墾土壤初始值�，F(xiàn)行的直接覆土措施在柴河鉛鋅礦尾礦庫(kù)土地復(fù)墾中,底層尾礦中重金屬會(huì)遷移至表層復(fù)墾土壤中。針對(duì)上述問(wèn)題,基于尾礦庫(kù)污染源頭控制的要求,從土地、環(huán)境、生態(tài)等學(xué)科專(zhuān)業(yè)角度出發(fā),提出了有色金屬礦山尾礦庫(kù)生態(tài)封閉的復(fù)墾治理技術(shù)模式,據(jù)此設(shè)計(jì)了符合生態(tài)封閉復(fù)墾治理技術(shù)模式要求的表層土壤構(gòu)造措施,表層土壤構(gòu)造是生態(tài)封閉治理模式的核心措施。通過(guò)210 d柱狀模擬試驗(yàn)和3a的場(chǎng)地試驗(yàn)(柴河鉛鋅礦尾礦庫(kù))對(duì)不同表層土壤構(gòu)造措施的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行了分析。210 d柱狀淋濾試驗(yàn)期間,各處理淋濾液的pH值隨時(shí)間不斷升高,在第180 d均升高至7.8～8.0,表層覆土能夠有效降低淋濾液中重金屬的含量。添加石灰石層和石灰層能夠降低Zn、Cd的遷移活性,而添加黏土層對(duì)于阻隔Pb、Zn遷移較明顯。場(chǎng)地試驗(yàn)結(jié)果表明：不同處理措施場(chǎng)地復(fù)墾土壤的pH都有所增加,由7.15增加到7.67-8.20。復(fù)墾3a后,SLS(覆土+石灰石層)、SL(覆土+石灰層)和SC(覆土+黏土層)處理后表層復(fù)墾土壤的Pb、Zn、Cd含量與初始值相比變化不大。CT(直接覆土)處理0-10 cm土壤的酸可提取態(tài)Pb, Zn、Cd含量分別從0.19 mg kg-1,1.95 mg kg-1和0.11 mg kg-1增加到1.82 mg kg-1,32.87 mg kg-1和0.56mgkg-1。SC小區(qū)表層土壤和黏土中酸可提取態(tài)Cd的含量均增加,說(shuō)明Cd會(huì)通過(guò)黏土層,進(jìn)入表層土壤中。SLS和SL處理下紫穗槐葉片中Pb的含量分別為2.38 mg kg-1和3.04 mg kg-1,明顯高于CT和SC,而CT處理下紫穗槐葉片中Zn、Cd的含量分別為45.78 mg kg-1和0.26 mg kg-1,高于SLS, SL和SC。在柴河鉛鋅礦尾礦庫(kù)場(chǎng)土地復(fù)墾過(guò)程中,直接覆土(CT)對(duì)于風(fēng)蝕擴(kuò)散具有較好的控制效果,但重金屬污染擴(kuò)散的問(wèn)題依然存在,底層尾礦中重金屬會(huì)遷移至表層復(fù)墾土壤中。添加隔離層的表層土壤構(gòu)造措施能夠有效阻隔重金屬隨水分的上下遷移,添加石灰層的表層土壤構(gòu)造措施(SL)效果最好,而添加粘土層的表層土壤構(gòu)造措施(SC)存在重金屬Cd污染擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。有色金屬尾礦庫(kù)土地復(fù)墾與環(huán)境整治應(yīng)從尾礦庫(kù)治理的系統(tǒng)性、全局性觀點(diǎn)出發(fā),以防止重金屬擴(kuò)散為目標(biāo),同時(shí)考慮尾礦壩安全、尾礦資源保存和場(chǎng)地的生態(tài)利用,探索尾礦庫(kù)復(fù)墾技術(shù)新模式。并據(jù)此編制尾礦庫(kù)復(fù)墾治理方案,確定復(fù)墾治理措施。本研究還可為協(xié)調(diào)、完善尾礦庫(kù)治理的土地與環(huán)境等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范提供依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X753

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本文編號(hào)：2407991