[00132508]攀枝花尾矿库区土壤重金属污染防控屏障技术研究

本研究首先对尾矿库区土壤重金属空间分布特征和土壤质量进行评价,其次将在钒等重金属与关键介质的相互作用研究基础上,研发固化剂原位处理技术、径流扩散阻断技术及生物修复技术,形成专门针对尾矿库区土壤重金属污染治理的工程屏障技术体系,建立阻滞重金属迁移的人工工程地球化学屏障。 （1）尾矿库区土壤重金属空间分布特征及土壤质量评价 本项目对攀枝花钒钛磁铁矿尾矿库及周边区域表层土壤重金属分布特征,土壤剖面重金属分布特征和钒、镉、铬等重金属污染影响的范围和程度进行了监测评价。探讨了不同物理化学条件影响下,重金属元素在环境介质中的迁移、转化与归趋,确定了复合环境因素影响下重金属污染的临界条件及影响因子。 （2）污染监测及临界条件、影响因子的确定 全面掌握研究区地质、地球化学基础资料,根据水文地质调查情况划分监测单元,综合考虑地势、风向等因素,初步界定库区土壤重金属污染范围。在监测单元内用系统随机布点法进行样品采集。测定样品钒、镉、铬等重金属含量、赋存形态及同位素比值,对污染的扩散和影响范围进行监测。对废渣、土壤、水系沉积物样品采用光学显微镜、SEM、XRD、电子探针分析。采集不饱和和饱和带水样,现场测定pH值,实验室分析化学成分。开展动态淋滤实验,研究介质条件改变情况下重金属的迁移速率。系统研究单一重金属单一介质的吸附特征,测定吸附等温线及pH-吸附量曲线,确定控制重金属浓度的关键介质;确定各污染元素与关键介质之间吸附参数。 （3）重金属原位固化剂研究 进行原矿性质及尾矿成分分析。对废渣主要化学成分、形貌、结构、成分进行分析。确定其矿石组分及主要重金属元素组成。开展稳定剂的筛选研究。开展动态淋滤柱和静态吸附试验,向尾矿中投放不同比例的化学稳定剂（消石灰、胡敏酸,或粘土矿物）,结合重金属形态分析技术,研究钒、镉、铬在不同pH值、不同粒度下的浸出特征,筛选出能够高效抑制尾矿中钒、镉、铬活化迁移的化学稳定剂。 （4）重金属径流扩散阻断材料研究 ①尾矿库区天然屏障吸附、滞留钒、镉、铬的优势及缺陷性研究。在库区重金属淋滤液渗流途径上采集系列岩土样品,对其进行物相组成、表面电荷特征及形貌等表征分析,通过静态吸附试验,查明天然岩土样品对钒、镉、铬的吸附-滞留效果,对库区天然屏障吸附滞留的优势及缺陷性进行分析和评价。 ②屏障物料的筛选实验。通过静态模拟实验,通过测定地下水介质中钒、镉、铬在各种屏障土质及屏障添加剂中的吸附分配比Kd,研究重金属在这些屏障材料中的吸附、滞留、扩散性质以及在地下水中的行为,为钒、镉、铬工程屏障筛选出适宜的重金属钝化剂材料。 ③屏障持久性实验。将优选的屏障材料建造成系列岩土柱渗流体（即屏障模拟体）,进行模拟淋溶实验,对重金属钝化剂的有效性和持久性进行评估。 （5）重金属污染土壤的生物修复技术 ① 重金属吸附固定材料研制。采集该区域易获取生物材料制备高比面积多孔生物碳,采用物理、化学的方法进行改性优化,通过室内模拟重金属污染物吸附固定实验,研究生物炭对尾矿库区土壤重金属吸附固定能力以及辅助植物修复重金属能力。 ② 高吸水性材料研制。采用淀粉、纤维素、树脂等天然和合成改性材料,研究添加至污染土壤后的保水性能和促进植物生长的情况,优选有利于尾矿库区生物修复栽种超富集植物的高吸水性材料。 ③（超）集植物和耐受经济作物的筛选。采用野外调查和种子库筛选法筛选。选取在研究区广泛分布、具较强富集能力和较高生物产量的植物种类,进行矿区重金属生物地球化学异常植物筛选。开展富集植物生物学适应特性和富集机制研究。评价生物有机肥施用对重金属富集植物修复污染土壤效果。 （6）污染治理的有效性、持久性跟踪评价及预测 计算矿物溶解度,根据水样化学资料确定在库区、渗流区及背景区可能的溶解和沉淀的矿物,并与同一区域所采的土样和尾矿样品进行对比;模拟土壤对有毒有害元素的吸附作用,建立反应--迁移模型。根据水文测试资料定义初始和边界条件,模拟该区被重金属污染的含水层在污染修复计划实施过程中的地球化学演化,包括水流、物质迁移和化学反应过程的相互作用。对尾矿库区土壤重金属污染治理的有效性和持久性进行跟踪评价及预测。