張 濤，廖長君，蔣林伶，羅緒中，廖妤婕，涂春艷，秦 豪

(廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，廣西 南寧 530007)

礦產(chǎn)資源是人類生產(chǎn)和生活的基本源泉之一，礦產(chǎn)資源的開發(fā)為人類社會經(jīng)濟活動提供豐富的物質(zhì)原料，推動社會經(jīng)濟的發(fā)展，帶動相關(guān)科技與學術(shù)研究的進步[1-2]。然而在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中，大量采礦廢水和選礦廢液的直接排放，廢渣和尾礦等固體廢棄物的堆放和淋濾，使礦山土壤中富集大量的重金屬，嚴重危害周邊生態(tài)環(huán)境[3-5]。

廣西有色金屬資源豐富，素有“有色金屬之鄉(xiāng)”的美稱[6]。由于多年礦產(chǎn)資源不合理的開采，礦山生態(tài)環(huán)境惡化。采選礦產(chǎn)生的大量廢石、廢渣侵占土地，破壞植被，使土質(zhì)、水質(zhì)惡化，引發(fā)一系列環(huán)境問題，亟待修復(fù)[7]。2016年5月發(fā)布的《土壤污染防治行動計劃》指出：加強對礦山等礦產(chǎn)資源開采活動影響區(qū)域內(nèi)未利用地的環(huán)境監(jiān)管，發(fā)現(xiàn)土壤污染問題的，要及時督促有關(guān)企業(yè)采取防治措施。

本文通過對已竣工驗收的廣西某有色金屬礦山的修復(fù)工程概況、修復(fù)工藝、工程施工、二次污染防治、修復(fù)效果評價及驗收等方面的介紹，以期為同類礦山生態(tài)修復(fù)工程提供示范與參考[8]。

1 工程概況

本場地在建廠前，主要以草坡地為主，還包含少量的水田和林地。1996年選礦廠綜合選礦車間建成投產(chǎn)，采用黃藥、硫酸銅和石灰等浮選鉛精礦和鋅精礦。1996年底，因礦石成分復(fù)雜，該選礦廠在原選礦區(qū)域的東南側(cè)另建一套簡易的重選車間，采用重選、浮槽專門用于分選品位高的錫礦，分選后的尾礦排入東北角和西南角的尾礦庫。1999年，選廠因資金和債務(wù)等問題，破產(chǎn)閉礦。但在多年的選礦過程中，礦山內(nèi)遺留的礦渣等固體廢物均未得到妥善處置，已嚴重影響當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和整個區(qū)域景觀。所以，需對礦山進行修復(fù)與植被恢復(fù)，有效控制水土流失，改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境與景觀，從源頭隔絕污染。

1.1 礦區(qū)污染情況

工程前期，開展全面的場地環(huán)境調(diào)查與風險評估工作，確定礦渣、土壤的主要污染物類型、污染程度與污染范圍。根據(jù)鉆探結(jié)果及區(qū)域地質(zhì)資料，場地巖土層在鉆探深度范圍內(nèi)共揭露3個主要工程地質(zhì)層，自上而下分別為：尾礦與礦砂、黏土、碎石黏土。

采樣調(diào)查共計19個土壤和廢渣采樣點，共采集60個廢渣樣品，33個土壤樣品，4個地表水樣，2個地下水樣，3個污水樣和1個飲用水樣。其中廢渣和土樣的分析指標為重金屬砷、銅、鎳、鉛、鋅、汞、鎘、鉻與pH值。調(diào)查結(jié)果顯示，廢渣樣品中重金屬含量均較高，含量最高的污染因子為鋅和砷，分別達20 000 ppm和101 000 ppm。有14個廢渣樣品中主要污染因子有砷、鋅和鎘，屬Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，即按照《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(HJ 557—2010)規(guī)定方法進行浸出而獲得的浸出液中，有一種或一種以上污染物的濃度超過《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中最高允許排放值，或pH值在6～9之外；均未超標的屬Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物。地下水樣品檢測結(jié)果顯示，場地內(nèi)淺層地下水中砷濃度超過《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—93)Ⅲ類標準。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標準，結(jié)果表明3個點位重金屬砷濃度超標，1個點位重金屬鎘超標，其他指標均未超標。場地蓄水池水樣中污染物濃度均未超過《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)最高允許排放值。對照《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)，飲用水中各污染物指標均未超標，可作為生活飲用水。

1.2 修復(fù)工程量

礦山待修復(fù)的面積約8 000 m2，根據(jù)礦山采樣檢測分析，采用克里金插值法計算各層固體廢物污染范圍，場地內(nèi)尾礦廢渣的總量為19 301.69 m3。按取樣深度作為污染深度計算，該場地的污染土方量約11 642.15 m3，其中約120.33 m3污染土壤浸出重金屬濃度超過《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中最高排放值，建議按Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物處置；詳細方量見表1。

表1 修復(fù)工程量統(tǒng)計表

1.3 修復(fù)目標

礦山內(nèi)的污染土壤及廢渣修復(fù)目標的具體修復(fù)標準值詳見表2。

表2 修復(fù)標準值

礦山內(nèi)重金屬全量超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—1995)三級標準的即為需要清挖和處理，清挖后基坑側(cè)壁與底部的土壤重金屬全量需低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 15618—1995)三級標準值。

Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的渣/土通過固化/穩(wěn)定化處理后，重金屬浸出濃度需滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB 18599—2001)中Ⅰ類工業(yè)固廢定義的標準。

Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物進行原位阻隔覆蓋技術(shù)處理，通過處理后，切斷渣/土與當?shù)丨h(huán)境和人體的接觸途徑，不再具有環(huán)境和安全風險。

2 修復(fù)工藝確定

2.1 修復(fù)技術(shù)確定

結(jié)合本工程尾礦廢渣和污染土壤的污染物程度和性質(zhì)，將處理對象分為兩類：Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物和Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，分別采取不同的修復(fù)技術(shù)。Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物直接在場地內(nèi)進行原位阻隔覆蓋；Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)，先通過固化/穩(wěn)定化技術(shù)的小試和中試，確定固化/穩(wěn)定化藥劑、投加比及修復(fù)時間等，在保證修復(fù)效率的基礎(chǔ)上控制成本和修復(fù)時間，確保修復(fù)工程順利達到Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物的要求，再將修復(fù)后達標的渣/土運至填埋場進行異位阻隔填埋。最后，結(jié)合當?shù)刂参锲贩N，選用耐受重金屬的鄉(xiāng)土先鋒植物構(gòu)建喬灌草植物搭配組合，對修復(fù)后的礦山進行生態(tài)復(fù)綠。

2.2 固化/穩(wěn)定化實驗室小試

供試樣品為待修復(fù)的污染土壤和廢渣，固化/穩(wěn)定化藥劑為重金屬穩(wěn)定材料(B-MSM)。實驗步驟如下：將污染土壤和廢渣風干，挑出其中石塊、植物殘體等雜物，破碎過篩，混勻，縮分后裝入自封袋備用；向需要修復(fù)的渣/土中，按質(zhì)量百分比投加不同的固化/穩(wěn)定化劑，混合均勻后，加入適量的水，保持含水率在30%，養(yǎng)護7 d；分別在1 d、3 d、5 d和7 d時采樣，對采取的樣品按《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(HJ 557—2010)進行浸出，然后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和原子熒光光度計等檢測分析浸出液中的重金屬濃度；根據(jù)修復(fù)目標與修復(fù)成本，確定B-MSM的投加量為2.5%，養(yǎng)護時間為3 d時，達到修復(fù)目標。

2.3 固化/穩(wěn)定化現(xiàn)場中試

現(xiàn)場中試是將實驗室小試按“逐步放大”原則，在工程現(xiàn)場進行操作。中試是驗證和完善實驗室所確定的工藝條件，在小試篩選出的固化/穩(wěn)定化劑及投加量基礎(chǔ)上，再根據(jù)現(xiàn)場情況增加和減少固化/穩(wěn)定化劑的投加量進行現(xiàn)場操作，控制含水率，確保一體化修復(fù)機將土壤與藥劑混合均勻。將修復(fù)后的渣/土運至養(yǎng)護場，蓋上薄膜，期間根據(jù)含水率情況適當曬水。養(yǎng)護3 d后，采樣送第三方檢測機構(gòu)進行檢測。根據(jù)檢測結(jié)果最終確定B-MSM投加量為3.0%、含水率控制在35%左右及加入B-MSM后在設(shè)備中攪拌停留時間為5 min等工程應(yīng)用參數(shù)，指導后期的工程施工。現(xiàn)場中試相關(guān)照片如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場中試相關(guān)照片

3 工程實施

工程實施主要包括：污染土壤及廢渣的清挖、Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的固化/穩(wěn)定化處理、阻隔工程、生態(tài)復(fù)綠工程及施工廢水處理工程等。

3.1 污染土壤及廢渣清挖

場地內(nèi)尾礦廢渣及污染土壤的清挖，清挖采用機械清除為主、人工清除為輔的方法。清挖以污染類型、污染程度為區(qū)分原則，分區(qū)、分層挖運施工；先對場地內(nèi)的危險廢物進行清挖，再對場地內(nèi)的Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物清挖運輸至處置場修復(fù)，從而避免混合開挖造成交叉污染。

3.2 固化/穩(wěn)定化處理

清挖后的Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物需要先經(jīng)過固化/穩(wěn)定化處理，再運至填埋場填埋，具體流程如圖2 所示。

3.2.1 預(yù)處理

預(yù)處理階段包括污染渣/土的篩分、破碎等。利用ALLU斗對處置場的污染渣/土進行篩分、破碎處理，將破碎后的污染渣/土進行固化/穩(wěn)定化修復(fù)。

圖2 固化/穩(wěn)定化修復(fù)流程圖

3.2.2 固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)

當污染渣/土粒徑達到固化/穩(wěn)定化混合設(shè)備進料要求后，對污染渣/土進行固化/穩(wěn)定化修復(fù)。首先利用挖掘機向一體化修復(fù)機的進料斗供土，按中試確定的最佳質(zhì)量投加比向污染渣/土中添加藥劑，經(jīng)一體化修復(fù)機將污染渣/土與藥劑混勻5 min后，控制含水率在35%左右，運至養(yǎng)護場。

3.2.3 運輸與養(yǎng)護

將修復(fù)處理后的渣/土運至指定待檢區(qū)進行養(yǎng)護，將渣/土堆置成方形土垛，用薄膜覆蓋，堆置養(yǎng)護期間定期采樣檢測渣/土含水率，并根據(jù)情況及時補充水分，維持待檢渣/土含水率在35%左右。

3.3 阻隔工程

阻隔技術(shù)是采用阻隔、堵截、覆蓋及填埋等工程措施，控制污染物遷移或阻斷污染物暴露途徑，使污染物與周圍隔離，避免污染物與人體接觸和隨降水或地下水遷移進而對人體和周邊環(huán)境造成危害，降低和消除地塊污染物對人體健康和環(huán)境風險[9]。在填埋區(qū)建設(shè)倒排設(shè)施、攔渣壩、截洪溝等，用防滲膜進行封場，用35 cm黏土覆蓋表層。填埋場的選址及建設(shè)要求符合《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB 18599—2001)要求。

3.4 生態(tài)復(fù)綠

根據(jù)場地未來規(guī)劃，對污染土壤開挖后的基坑進行回填平整，恢復(fù)至場地原標高，并對整個修復(fù)區(qū)進行平整、植被綠化。按照“適地適樹、適地適草”的原則，在樹草種選擇上以當?shù)貎?yōu)良鄉(xiāng)土樹、草種為主，注意常綠樹種與落葉樹種搭配，生態(tài)樹種與綠化樹種結(jié)合，鄉(xiāng)土樹種與園林樹種融合，按照形式美的構(gòu)圖思路[10-12]。樹、草種應(yīng)具有適應(yīng)性強、根系發(fā)達、耐貧瘠、較強的抗旱能力及改良土壤理化性狀能力，能夠起到防治礦區(qū)水土流失的作用。喬木選種馬尾松、杉木等，灌木選種紅花檵木、毛杜鵑、地念等，藤本選種爬上虎，草本選種狗牙根，形成喬、灌、藤和草立體結(jié)構(gòu)，既能體現(xiàn)樹木群體美，又能烘托樹木個體美，在平臺營造一個生態(tài)型森林藝術(shù)景觀。

3.5 施工廢水的處理

為確?，F(xiàn)場待檢渣/土滲濾以及部分未及時回用廢水得到妥善處置，在現(xiàn)場修復(fù)區(qū)設(shè)置一體化廢水處理設(shè)施用于處置現(xiàn)場廢水。由于本項目周圍1 km范圍內(nèi)并無施工用水設(shè)施，因此，處理后的水作為配藥或固化/穩(wěn)定化修復(fù)工序的回用水。在廢水處理設(shè)施中加入混凝劑進行沉淀，上清液作為回用水用于固化/穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)用水，確?，F(xiàn)場無廢水外排。絮凝沉淀后的出水定期進行抽樣監(jiān)測，監(jiān)測指標為懸浮物、砷、鎘、鉛、鋅等，處理后廢水中的指標達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)一級標準。

4 二次污染防治

4.1 污染渣/土清挖的污染防治

污染渣/土清挖時，做到不污染周邊環(huán)境。清挖過程中，遇到大風天氣，應(yīng)停止土方開挖作業(yè)，并對裸露的污染渣/土進行覆蓋；出現(xiàn)揚塵時，應(yīng)采用灑水車進行灑水作業(yè)。

4.2 污染渣/土運輸?shù)奈廴痉乐?/h3>

采用環(huán)保渣土車運輸污染渣/土，合理控制裝載量，嚴密苫蓋斗篷，防止重金屬粉塵造成空氣污染以及污染渣/土遺撒。載重車輛出場之前，用高壓水沖洗輪胎，避免攜帶污染物出場；運輸路線盡量避開居民集中區(qū)；如發(fā)現(xiàn)運輸過程污染渣/土散落，應(yīng)組織人員清理與收集，防止發(fā)生二次污染。

4.3 污染渣/土暫存的污染防治

清挖后Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物運輸至處置場內(nèi)的暫存區(qū)。暫存區(qū)地面應(yīng)硬化或鋪設(shè)HDPE膜防滲，并做引水溝；對于暴露在空氣環(huán)境中污染渣/土的裸露表面采取邊開挖邊鋪設(shè)HDPE膜的方式，盡量減少污染渣/土裸露面積，控制揚塵，同時最大限度地減少滲濾液的產(chǎn)生，保證污染物不進入周邊環(huán)境。

4.4 修復(fù)環(huán)節(jié)的污染防治

經(jīng)固化/穩(wěn)定化修復(fù)后的污染渣/土，運輸至待檢區(qū)堆放，做好防水、防塵和養(yǎng)護等工作。經(jīng)第三方檢測單位取樣檢測合格后，運輸至指定填埋場進行異位阻隔填埋。

5 修復(fù)效果評價與驗收

本工程竣工后，通知業(yè)主、環(huán)境監(jiān)理,并邀請具有相應(yīng)檢測資質(zhì)的第三方檢測單位進行采樣及分析檢測。本項目驗收程序參考國內(nèi)唯一發(fā)布的北京地方標準《污染場地修復(fù)驗收技術(shù)規(guī)范》(DB 11/T783—2011)，驗收流程圖如圖3所示。

圖3 污染場地修復(fù)驗收工作程序

5.1 開挖基坑側(cè)壁驗收

開挖基坑側(cè)壁驗收，采用等距離布點方法，根據(jù)邊長確定采樣點數(shù)量。本工程基坑周長約為180 m，土壤采樣點數(shù)量為5個。同時修復(fù)深度為4 m，分3層0～0.2 m、0.2～3.0 m和3.0～4.0 m進行采樣，采樣深度分別為0.2 m、2 m、3.0 m和4.0 m?？傆嫴蓸狱c數(shù)量為5個，每個點采集4個土壤樣品，一共20個土壤樣品。經(jīng)第三方檢測單位采樣檢測，20個土壤樣品中砷、鎘、鉛和鋅全量均低于《場地調(diào)查報告》建議修復(fù)目標值即清挖邊界。

5.2 開挖基坑底部驗收

針對清挖后的基坑底部土壤進行驗收監(jiān)測，采用網(wǎng)格布點的方法，一般隨機布置第一個采樣點，然后構(gòu)建通過此點的網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格交叉點采樣。本工程基坑面積約為3 576 m2，坑底土壤采樣點位不少于6個，坑底共18個土壤樣品。經(jīng)第三方檢測單位采樣檢測，18個土壤樣品中砷、鎘、鉛和鋅全量均低于《場地調(diào)查報告》建議修復(fù)目標值即清挖邊界。

5.3 修復(fù)后渣/土的驗收

固化/穩(wěn)定化修復(fù)后的Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，按照每500 m3采集1個混合樣品的頻率采樣檢測，所有樣品的采集均由具有相關(guān)檢測資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)的專業(yè)人員進行采樣及分析檢測，驗收評判標準為場地修復(fù)目標值。本工程共采集14個處理后樣品的浸出試驗結(jié)果見表3。經(jīng)固化/穩(wěn)定化修復(fù)后污染渣/土浸出液中目標污染物的濃度值及pH值均達到修復(fù)目標要求，修復(fù)效果良好。

表3 浸出試驗結(jié)果

注：ND表示檢測結(jié)果低于檢出限

6 修復(fù)效益評價

6.1 經(jīng)濟效益評價

工程竣工后，可以避免由于廢渣造成污染產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1) 可以避免因地表水或地下水污染而造成的附近農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量下降。

2) 避免當?shù)氐牡乇硭偷叵滤艿轿廴?，為當?shù)亟?jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)條件。

3) 減少因水體污染、土壤污染等造成當?shù)鼐用裆眢w健康受損、醫(yī)療費用增加、勞動生產(chǎn)效率下降等現(xiàn)象。

4) 該場地可用于農(nóng)家樂的開發(fā)建設(shè)，不僅可以維持當?shù)鼐G水青山、景色秀美的自然景觀，也為當?shù)亻_發(fā)旅游等提供基本保證。

6.2 環(huán)保效益評價

1) 工程竣工后，清除遺留污染廢渣/土約3.1萬m3，從根本上消除區(qū)域內(nèi)的環(huán)境隱患。

2) 保障當?shù)鼐用裆a(chǎn)安全和飲水安全，對維護區(qū)域經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展，避免礦區(qū)對周圍環(huán)境造成污染等具有重要意義。

3) 環(huán)境保護和生態(tài)平衡是21世紀人類對現(xiàn)代化認識的重要成果。環(huán)境保護和生態(tài)平衡包括：全民的計劃生育行動，對森林、耕地、水土的保護措施，資源的節(jié)制使用和廢物的回收利用等內(nèi)容。本項目為環(huán)境治理項目，持續(xù)穩(wěn)定地遏制重金屬對人、動植物的繼續(xù)危害，對當?shù)氐沫h(huán)境保護和生態(tài)平衡起著重要的作用。

7 結(jié) 論

1) 本工程完成了有色金屬礦山選礦遺留下的所有Ⅱ類一般固體廢物、Ⅰ類一般固體廢物的處理，共計30 943.84 m3。

2) 通過實驗室小試，根據(jù)修復(fù)目標與修復(fù)成本，篩選出合適的固化/穩(wěn)定化劑B-MSM；根據(jù)中試結(jié)果，確定B-MSM投加量為3.0%、含水率控制在35%左右及設(shè)備的攪拌停留時間為5 min等工程應(yīng)用參數(shù)，保證了修復(fù)工程質(zhì)量且降低修復(fù)成本。

3) 對有色金屬礦山選礦遺留下的重金屬污染渣/土。按污染程度分別進行處置，最后進行礦山生態(tài)復(fù)綠，既經(jīng)濟環(huán)保，又具有較好的推廣應(yīng)用價值。