3.2.4生物修復(fù)

懷俄明州的1個(gè)ISL礦山使用了生物修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)利用礦體中天然存在的細(xì)菌提供相似的還原條件，實(shí)現(xiàn)與添加化學(xué)還原劑相同的效果。生物修復(fù)技術(shù)是有效的，特別是對(duì)于像硒和鈾這樣的組分；但主要表現(xiàn)為短期效果，長(zhǎng)期效果不明顯。

使用生物修復(fù)技術(shù)前，應(yīng)先在井場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行大量小型試驗(yàn)，調(diào)整優(yōu)化技術(shù)參數(shù)后可在井場(chǎng)更大的區(qū)域內(nèi)應(yīng)用。地下水生物修復(fù)技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，可作為整體修復(fù)措施的一部分使用[7]。

3.2.5地下水再循環(huán)和自然衰減

地下水再循環(huán)可將井場(chǎng)內(nèi)部的溶液混合，以分散可能存在的滲流峰值。該修復(fù)措施可以有選擇地使用。

自然衰減從未被監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)為是修復(fù)或BPT的主要方法。該方法對(duì)含水層不進(jìn)行任何抽除，地下水中的污染物在向下游運(yùn)移時(shí)簡(jiǎn)單地衰減。歸宿-運(yùn)移模型分析和最近的測(cè)試表明，下游環(huán)境對(duì)鐳-226、鈾和硒具有顯著的自然衰減能力。自然衰減在ISL修復(fù)中應(yīng)得到更多的應(yīng)用，特別是在采用了其他修復(fù)技術(shù)之后，事實(shí)上它也是NRC執(zhí)行ACL的基礎(chǔ)。

3.3可實(shí)現(xiàn)的修復(fù)結(jié)果

盡管期望將所有組分都修復(fù)到背景水平，但由于采礦過(guò)程中的地球化學(xué)變化，實(shí)際上只有大約85%的地下水組分可修復(fù)到背景水平。如果不能達(dá)到背景水平，懷俄明州以采礦前的地下水使用類別作為修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)采前礦體內(nèi)的地下水是不飲用類別，只適合工業(yè)用途，那么在修復(fù)后通常所有組分會(huì)滿足修復(fù)要求。

在地下水修復(fù)所監(jiān)測(cè)的30個(gè)化學(xué)組分中，通常有5～8個(gè)組分高于使用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，一般包括：鈾、硒、鐳-226、TDS、砷、錳。此時(shí)，必須通過(guò)建模分析，說(shuō)明這些組分不會(huì)遷移到井場(chǎng)之外并影響可用的地下水，這是執(zhí)行ACL的基礎(chǔ)。在懷俄明州進(jìn)行的所有修復(fù)模型預(yù)測(cè)都表明，在非飲用水礦體中殘留的高于飲用水標(biāo)準(zhǔn)的組分不會(huì)遷移到井場(chǎng)之外的地下水使其降低使用等級(jí)。

截至2009年，在美國(guó)沒(méi)有任何1項(xiàng)ISL修復(fù)措施能夠成功將含水層修復(fù)到本底狀態(tài)。通常在監(jiān)測(cè)末期，修復(fù)期間減少的污染物又通過(guò)緩慢解吸、再氧化以及從低滲透區(qū)向高滲透區(qū)緩慢移動(dòng)等繼續(xù)增加。這就需要進(jìn)一步研究并應(yīng)用新的修復(fù)技術(shù)，如生物修復(fù)和受監(jiān)控的自然衰減等。

由于地下水修復(fù)所需的費(fèi)用占地浸鈾礦山環(huán)境治理及退役成本的很大一部分，因此，需要慎重估算必要的處理水量。估算地下水修復(fù)費(fèi)用時(shí)，可以根據(jù)以前非常規(guī)鈾生產(chǎn)設(shè)施退役的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行類比并確定一個(gè)保守的處理量。

3.4修復(fù)后穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

在所有修復(fù)階段完成后，需要進(jìn)行一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，以確保井場(chǎng)得到修復(fù)，化學(xué)組分保持穩(wěn)定。這一時(shí)期的監(jiān)測(cè)稱為穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，通常持續(xù)1年。每2個(gè)月從監(jiān)測(cè)井中取樣1次，并在井場(chǎng)內(nèi)建立化學(xué)組分基準(zhǔn)線，在監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)評(píng)估變化趨勢(shì)。美國(guó)環(huán)保署擬將穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)時(shí)間提高到12年，但仍在討論中。

監(jiān)測(cè)表明，大部分化學(xué)組分在1年后都基本保持穩(wěn)定，僅出現(xiàn)小幅波動(dòng)；但其中的鈾濃度會(huì)增加。使用歸宿-運(yùn)移模型分析表明，隨著時(shí)間的推移和地下水的遷移，鈾濃度實(shí)際上可以得到自然衰減。

3.5歸宿-運(yùn)移分析建模

使用歸宿-運(yùn)移模型，可以分析在井場(chǎng)修復(fù)中不能降低到本底或使用級(jí)別水平的組分對(duì)下游地下水的影響程度。例如：在懷俄明州Irigaray井場(chǎng)修復(fù)模型分析中，分別使用了MODFLOW、MODPATH和MT3DMS軟件建立數(shù)值模型；該模型基于對(duì)流傳質(zhì)考慮組分凈化，將地球化學(xué)反應(yīng)因素的影響降到最低，分析結(jié)果偏保守，對(duì)井場(chǎng)下游組分的預(yù)測(cè)過(guò)高。如果考慮地球化學(xué)輸入的話，PHREEQC模型可能更加適用。

Irigaray井場(chǎng)修復(fù)分析模型的輸入?yún)?shù)為導(dǎo)水性、水力梯度、有效孔隙率、擴(kuò)散性以及一些化學(xué)組分的分布系數(shù)，適用于鈾、硒、鐳-226和錳元素的分析。根據(jù)時(shí)間的推移，分析井場(chǎng)邊界之外的地下水是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。修復(fù)后的歸宿-運(yùn)移模型分析如圖1所示。結(jié)果顯示，不能修復(fù)到本底或使用級(jí)別水平的鈾不會(huì)影響到下游的地下水。修復(fù)結(jié)束時(shí)，井場(chǎng)內(nèi)鈾質(zhì)量濃度為2.1 mg/L,井場(chǎng)外鈾質(zhì)量濃度(本底)為0.016 mg/L。

圖1歸宿-運(yùn)移模型分析鈾濃度變化

3.6 ISL廢水管理與處置

美國(guó)ISL采鈾廢水的主要來(lái)源有：井場(chǎng)生產(chǎn)的抽大于注，通常為平均流量的0.5%～3.0%;越界流散控制；工藝廢水；地下水修復(fù)時(shí)抽取的溶浸液。這些廢水含有浸出液、放射性物質(zhì)和浸出的礦物質(zhì)，不同的廢液應(yīng)考慮不同的處置方案。

廢水處置方案有:1)蒸發(fā)池蒸發(fā)；2)處理與地表排放，不包括反滲透濃水、工藝水排放或工藝廢水；3)深井注射(EPA Ⅰ類注射),適用于所有含鈾廢水，包括反滲透濃鹽水、工藝廢水，被認(rèn)為是最有效的ISL廢水處置方法；4)淺井注射(EPA Ⅴ類注射),只用于處理不影響較淺區(qū)域現(xiàn)有水質(zhì)的廢水；5)土地灌溉。

4澳大利亞貝弗利/四英里鈾礦關(guān)閉修復(fù)

4.1澳大利亞ISL管理導(dǎo)則

澳大利亞ISL管理導(dǎo)則由澳大利亞地球科學(xué)組織制定。每個(gè)ISL鈾礦的運(yùn)行/修復(fù)方案都是獨(dú)有的，礦山修復(fù)的最佳實(shí)踐是：1)在可接受的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)環(huán)境影響最小化修復(fù)目標(biāo)的技術(shù)應(yīng)用；2)平衡不同的主動(dòng)處理方案(包括基礎(chǔ)設(shè)施、能耗和廢水產(chǎn)生的影響)、自然衰減以及附加措施增強(qiáng)的自然衰減(附加措施包括地下水抽除、化學(xué)還原處理、生物修復(fù)等)。

4.2地下水水質(zhì)

貝弗利/四英里鈾礦地下水水質(zhì)為不使用類別，采礦和凈化區(qū)域地下水質(zhì)參數(shù)：TDS為2～12 g/L;鈾質(zhì)量濃度為1 mg/L;鐳活度濃度為500 Bq/L;氟質(zhì)量濃度為20 mg/L。根據(jù)相關(guān)管理限值，該地下水不適合飲用、灌溉和牲畜使用。

4.3酸法ISL中的化學(xué)/微生物因素及模型參數(shù)

酸法ISL的自然衰減受巖石-水相互作用以及硫酸鹽還原菌等微生物作用的共同影響。建立3D反應(yīng)-運(yùn)移模型所需參數(shù)的獲取途徑有：實(shí)驗(yàn)室測(cè)試；通過(guò)ISL動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)整與運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比(凈化效應(yīng)明顯處);監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(監(jiān)測(cè)井)。

4.4 ISL礦山關(guān)閉的建模分析方法

建模分析步驟包括：1)礦床勘探/圈礦；2)三維結(jié)構(gòu)建模，劃定區(qū)域尺度和礦體，這個(gè)階段主要數(shù)據(jù)類型有地層、礦體輪廓/品位、地球物理/水文、礦物學(xué)(主要反應(yīng)性礦物質(zhì));3)三維水文建模，確定地下水徑流條件(區(qū)域尺度模型);4)1D-3D反應(yīng)-運(yùn)移建模，在區(qū)域尺度地下水流場(chǎng)模型中嵌入ISL井場(chǎng)，進(jìn)行ISL控制和優(yōu)化；5)采礦后的1D-3D反應(yīng)-運(yùn)移建模，建立采礦水體的3D水文地質(zhì)流場(chǎng)，在空間和時(shí)間上模擬自然衰減的1D-3D反應(yīng)-運(yùn)移，并對(duì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)進(jìn)行評(píng)估；6)進(jìn)行采礦后流體的歸宿預(yù)測(cè)(100年后流體賦存場(chǎng)景如圖2所示)及采后某組分羽流(如0～250年SO42-水平)時(shí)空模擬分析[13]。

圖2 ISL采后100年的流體賦存場(chǎng)景(白堊紀(jì)構(gòu)造，始新世含礦含水層)

4.5采礦后監(jiān)測(cè)

根據(jù)水文流場(chǎng)條件，采礦后將部分的生產(chǎn)井轉(zhuǎn)化為監(jiān)測(cè)井；同時(shí)在井場(chǎng)外，特別是在下游方向設(shè)置專門的監(jiān)測(cè)井，用于衰減效果的監(jiān)測(cè)。

自然衰減(NA)效果是很明顯的，衰減效果已在ISL運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、廢棄井場(chǎng)的監(jiān)測(cè)中得到驗(yàn)證。如果需要，還可實(shí)施增強(qiáng)衰減措施。

5捷克Strá?鈾礦采鈾及修復(fù)

5.1鈾礦床ISL采鈾概況

Strá?鈾礦床采用酸法地浸采鈾，1977年達(dá)到最大產(chǎn)能(約859.5 tU),通過(guò)ISL共生產(chǎn)15 861.8 tU。

造成生態(tài)負(fù)荷較大的原因有：1)從水力學(xué)條件來(lái)看，相鄰區(qū)域存在2種完全不同的采礦方法(深井采礦、化學(xué)浸出);2)采礦前對(duì)巖體水文地質(zhì)和水化學(xué)環(huán)境的勘查不足；3)采礦初期建井粗糙；4)在地下水和工藝溶劑管理方面存在缺陷。

5.2地下水主要污染物

2015年，Cenomanian含水層面積為27.3 km2,受影響的地下水體積超過(guò)3.74億m3,SO42-總?cè)芙饬繛?03萬(wàn)t, SO42-最大質(zhì)量濃度為50～60 g/L;Turonian含水層的局部隔離水體，受影響的地下水體積0.27億m3,SO42-總?cè)芙饬可儆? 500 t。SO42-、NH4+和Al3+是這2個(gè)含水層的主要污染物[14]。

5.3修復(fù)目標(biāo)

環(huán)境修復(fù)目標(biāo)為：1)使巖體環(huán)境修復(fù)到確保波希米亞北部白堊紀(jì)土侖階含水層的持續(xù)可用狀態(tài)；2)鉆孔和地表設(shè)施退役；3)將井場(chǎng)地表納入生態(tài)系統(tǒng)，考慮區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和城市規(guī)劃。2011年在風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，基于數(shù)百個(gè)逆數(shù)值計(jì)算、水文地質(zhì)、平流和反應(yīng)性運(yùn)移模型分析，確定了修復(fù)參數(shù)目標(biāo)值并經(jīng)當(dāng)局批準(zhǔn)(表3),此后每5年更新風(fēng)險(xiǎn)分析并重新得到確認(rèn)。

表3地下水修復(fù)參數(shù)目標(biāo)值

5.4修復(fù)方法

主要修復(fù)方法：1)從地下抽取污染水并利用地表處理工藝進(jìn)行處理，以得到工業(yè)用產(chǎn)品和生態(tài)可儲(chǔ)存產(chǎn)物；2)將污染物的原位固定和地下水化學(xué)條件擬合，用于后續(xù)受監(jiān)測(cè)的自然衰減(在整個(gè)修復(fù)過(guò)程完成后)。

地表處理工藝包括：1)化學(xué)提取。采用離子交換法吸附水中的鈾，用HNO3進(jìn)行淋洗，用銨鹽進(jìn)行沉淀，最大輸入量為4.2 m3/min, 輸出產(chǎn)量為13 kgU/h。2)蒸發(fā)和結(jié)晶。將溶浸液在3個(gè)蒸發(fā)器中進(jìn)行加熱蒸發(fā)，并在4個(gè)結(jié)晶器中進(jìn)行銨-鋁-硫酸鹽結(jié)晶。從化學(xué)站輸入的最大流量為2.5 m3/min(每個(gè)蒸發(fā)器),輸入溶液的TDS約為60 g/L。3)中和。在母液再生站及中和站NDS10,采用石灰乳兩級(jí)中和，濾餅運(yùn)至尾礦庫(kù)，凈水注入到前Hamr I采區(qū)和排入Ploucˇnicecˇnice河；在中和站NDS6,采用石灰乳中和，濾餅進(jìn)入尾礦庫(kù)，水加氯后排入Ploucˇnicecˇnice河。

5.5修復(fù)監(jiān)測(cè)與管理

修復(fù)監(jiān)測(cè)和管理的主要手段包括：建立地下水監(jiān)測(cè)井網(wǎng)；巖心取樣分析；地球物理方法、編錄；水化學(xué)監(jiān)測(cè)、混合采樣、分區(qū)抽樣；數(shù)學(xué)建模(地下水流場(chǎng)、對(duì)流運(yùn)移、反應(yīng)性運(yùn)移);修復(fù)參數(shù)目標(biāo)值的統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)；確認(rèn)/更改TVRP的風(fēng)險(xiǎn)分析。

6結(jié)語(yǔ)與啟示

1)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)ISL采礦后的環(huán)境影響及地下水修復(fù)技術(shù)的研究，制定相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)修復(fù)工作做出規(guī)定并進(jìn)行監(jiān)管。

2)應(yīng)根據(jù)每個(gè)礦山開(kāi)采使用的浸出類型、水文地質(zhì)條件、修復(fù)目標(biāo)、成本等綜合研究確定其地下水修復(fù)方案，通常采用的技術(shù)有：地下水抽除；抽水、處理、凈水回注；化學(xué)還原；生物修復(fù)；自然衰減或修復(fù)后的自然衰減等。自然衰減(包括修復(fù)后的自然衰減)應(yīng)采用歸宿-運(yùn)移模型數(shù)值模擬方法，進(jìn)行采礦后流體的歸宿預(yù)測(cè)及采后羽流時(shí)空模擬分析，并結(jié)合其他方法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)下游含水層的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估和論證。