某鈾礦山退役治理后的環境效益分析

鐘齊佳，花 明，羅 姣

(1.東華理工大學 土木與環境工程學院，江西 撫州 344000；2.東華理工大學 地質資源經濟與管理研究中心，江西 撫州 344000；3.環境保護部華南環境科學研究所，廣東 廣州 510655)

鈾資源是重要的戰略資源，也是發展新能源的物質基礎。鈾礦山開采幾十年后面臨著退役，退役之后的環境質量，一直是很多學者比較關注的問題。退役鈾礦山的環境整治，要根據環境整治規劃、設計、管理、決策及污染程度，對環境質量要求目標等結合國家財力和技術水平，制定其環境整治方案，力爭費用最省，所獲得的效果最佳。

1 退役鈾礦山的概況

1.1 退役鈾礦山與退役標準

鈾礦山退役是指對永久中止運行的鈾礦冶設施所做的善后處理，以保證工作人員和公眾免受殘留放射性的照射和其它可能的危害(據GB14586—93)。退役鈾礦山整治，是一項非常復雜而龐大的綜合性工程，需要對礦區的井巷工程、塌陷坑、廢石堆、尾礦庫、貯礦場、水冶廠房、受污染的設備和器材及受污染的農田、水體等，進行徹底的清污、治理和處置，使礦區的環境質量達到退役標準[1]。

我國于1988年頒布了《輻射防護規定》的國家標準，明確規定：“伴有輻射照射的一切實踐和設施的選址、設計、運行和退役，都必須遵守本規定，都必須符合實踐的正當性和輻射防護最優化的原則，并確定個人所受的照射低于相應的劑量限值”。輻射防護三原則是實踐的正當性、輻射防護的最優化和對個人劑量的限制。標準還對個人劑量限值、γ輻射劑量、α表面污染程度、氡析出率等有關輻射防護做了限制標準。經過一系列治理工程后，水環境、土壤環境和大氣環境達到退役標準后，可以宣布鈾礦山退役[2]。

1.2 鈾礦山概況

某鈾礦山位于中國南方，雨水充沛，礦區主要由東、西礦區組成。有露天采場2個，礦井5個,共采出礦石約104萬t(金屬995t)，廢石290萬t,地表存留有大小廢石堆12處，廢石堆裸露面積約17.3萬m2。礦坑污水中鈾、鐳含量較高，治理前，廢石堆氡氣年排放量達6.51×1012Bq。該礦屬于典型的淺部“三下”(村鎮下、河流下、道路下)開采礦床。不僅嚴重威脅橋梁、河流和建筑物的安全，同時影響地方土地開發和利用。退役工程包括二次封閉坑(井)口26個；治理廢石場、工業場地1.5萬m2；建構筑物拆除(處理)9800m2；處置塌陷區6個,約2.4萬m2；注漿4380m3；回填和充填3237m3；擋渣墻1644m，6200 m3；排水溝3025m，3660m3；覆土69700m3；植樹58900棵，植被49500m2；廢石外運87800m3；等等。

1.3 退役鈾礦山治理后的環境效益分析

通過對退役鈾礦山的綜合治理，各個環境指標都達到國家規定的標準，取得了很好的環境效益。為了具有代表性，選取氡析出率、集體有效劑量、土壤恢復改善程度、γ輻射劑量率、公眾個人輻射劑量、水質污染程度、大氣污染程度、植被覆蓋率、土地恢復使用率和礦區生物量，作為衡量退役鈾礦山環境治理效益的指標[3,4]。

輻射環境。以某礦山為例，通過系統的退役治理，地表222Rn析出率已由治理前的平均1.73Bq/m2s降到管理限值(0.74Bq/m2s)以下，其總平均值為0.29Bq/m2s，最高0.48Bq/m2s。氣態流出物所致的最大個人劑量在評價中心的E方位0～1km子區內，從治理前的0.132mSv/a降到治理后的0.0124mSv/a，遠小于0.25 mSv/a的管理限值以下，降低了91.6%；在0～80km范圍內，集體輻射劑量從治理前的0.59人·Sv/a降到治理后的0.179人·Sv/a，降低了69.6%；γ輻射劑量率由治理前的76.3×10-8Gy/h降到了20.68×10-8Gy/h，降低了73%；礦區大氣222Rn濃度從治理前的平均36.4 Bq/m3降到治理后的平均16.18 Bq/m3，降低了56%。

水環境。礦區內地表水系為河流，實施坑口堵水工程和地表治理工程后，整個礦區環境水體質量較治理前明顯好轉，河水水質達到生活飲用水標準。具體的數據見表1。

表1 某退役鈾礦區環境水質量指標值

鈾礦山附近河水中U、226Ra指標，從治理前的0.146 Bq /L、0.076 Bq/L降到治理后的0.037 Bq /L、0.01 Bq/L，pH值上升為7.6，水質達到生活飲用水標準。尾礦水和廢石場滲水中的pH值，由治理前的3.6～4.8降到6.5～7.5，水中BOD、SS和鎘等金屬離子治理后濃度基本達到排放標準。

土壤環境。礦區污染農田的土壤經改種、改水治理后，土壤環境質量較治理前明顯好轉。土壤中的U、226Ra含量較治理前明顯下降，分別為11.1mg/kg和151 Bq/kg，遠低于管理限值。蔬菜中U的含量為0.16mg/kg，低于管理限值(1.5mg/kg)；農田稻谷中U的含量為1.3mg/kg，低于管理限值(1.9mg/kg)。具體的土壤環境質量指標見表2。

表2 土壤環境質量指標

鈾礦山塌陷坑、廢石堆、尾礦庫、貯礦場、水冶廠房等經過整治，覆土種植之后各項重金屬含量都能達到標準。礦區土壤由于酸法浸鈾使pH值偏低，經過退役治理后基本上能達到6.5左右。

其他環境指標。礦區退役工程植樹58900棵，植被49500m2，植被覆蓋率達到84%，礦區的大氣環境也明顯變好。如TSP和SO2濃度基本降到0.2mg/m3和0.15 mg/m3以下；通過退役治理后，以前征用的土地(包括農田、荒山荒坡地和公益林地)重新種植和恢復生產，土地恢復使用率達到90%。由于礦區在山區，且環境和周邊地區環境相同，退役后的礦區由于周邊的生物遷入而繼續繁衍，使生物量基本恢復開采前的水平。

2 退役鈾礦山綜合環境效益計算

2.1 用層次分析法確定綜合環境效益各項指標的權重

綜合環境效益計算從自然環境和生態環境出發，分析評價退役鈾礦山區域治理后的效果。鈾礦山治理效益計算系統，是一個相互關聯和制約、多因素構成的系統。而層次分析法(簡稱AHP法)[5]是一種定性與定量分析相結合的多目標決策方法，常用于求解服從某一總目標的多目標的權重，或求解多個因素對所關聯的另一因素的權重。其方法步驟如下：

(1)建立效益計算指標體系。合理選擇評價指標體系及控制指標量，是建立退役鈾礦山環境質量評價體系的關鍵。經過系統分析、研究鈾礦山各因素之間的關系，選取10個代表性的指標因子，建立退役鈾礦山環境效益計算指標體系，見圖1。

圖1 退役鈾礦山環境效益分析框架圖

(2)構造判斷矩陣。判斷矩陣P是表示本層所有的因素針對上一層某一個因素的相對重要性的比較。判斷矩陣的元素aij用Santy的1-9標度方法給出。

(3)對應于判斷矩陣最大特征根λmax的特征向量，經歸一化(使向量中各元素之和等于1)后記為W。W的元素為同一層次因素對于上一層次某因素相對重要性的排序權值，這一過程稱為層次單排序。W計算方法，可以歸結為采用平均近似法計算判斷矩陣的特征值和特征向量。對結果進行一致性檢驗：

式中，CI為一致性指標，其值越大表示判斷矩陣一致性越差；λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣的階數；CR為隨機一致性比例；RI為平均隨機一致性指標，見表3。當CR<0.1時，判斷矩陣的不一致程度在容許范圍之內，可用其歸一化特征向量作為權重量，否則要重新構造判斷矩陣，對判斷矩陣加以調整。

表3 平均隨機一致性指標對照表

(4)層次總排序及一致性檢驗。計算某一層次所有因素對于最高層(總目標)相對重要性的權值，稱為層次總排序。這一過程是從最高層次到最低層次依次進行的。

2.2 綜合效益各項指標的歸一化處理

退役鈾礦山環境各項指標的量綱不同，而且有些指標間的數量級存在明顯的差異，這給環境治理效益的分析帶來很大的難題。為了縮小指標間的數量級和統一量綱，本文采用極值法處理各個指標，進行歸一化處理。[6]根據所選取的10個指標的數量級和量綱，將其分為2類：

(1)正向指標，即針對極大型指標值的處理，歸一化公式為：

ui=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(2)負向指標，即針對極小型指標值的處理，歸一化公式為：

ui=(xmax-xi)/(xmax-xmin)

式中，ui為第i種指標的歸一化指標值；xi為第i種指標的實際指標值；xmin、xmax分別為同類指標中實際最小值和最大值。由于退役治理后，鈾礦山的各項環境指標都達到退役的標準，本文中大部分指標，是以廢物處理率作為鈾礦山退役治理的效益值[7]。

2.3 結果與分析

2.4 指標的權重確定和歸一化處理

通過計算和歸一化處理，得到各項指標的權重。

表4 環境效益指標的權重和歸一化指標值

2.5 退役鈾礦山治理綜合效益的計算

退役鈾礦山環境治理的綜合指數等于各個指標分值加權之和，即：

F=∑Wj·uj

式中，F是退役鈾礦山環境治理效益的綜合指數；uj是歸一化指標j的數值；Wj是指標j的權重值，即通過層次單排序獲得的數值。所得的環境綜合效益指數可以從指數對照表(表5)來評定環境效益的好壞。

表5 環境效益綜合指數對照表

所以環境效益綜合指數為：

F=∑Wj·uj=0.1639×0.8681+0.1437×0.6960+…+0.0714×0.6000=0.7985

也即是退役鈾礦山的效益為0.7985，說明此鈾礦退役治理的總體效果較好。但集體有效劑量、土壤改善程度和礦區生物量治理效果不明顯，需要進一步治理。在以后的工作中，需要對鈾礦山進行后評估。

3 結語

退役鈾礦山環境效益分析是對鈾礦山全面退役治理后，從自然環境和生態環境的角度，來評價鈾礦山退役治理的效果，在數學的角度上給出一種評價等級。本文以某鈾礦山為例，應用層次分析方法計算得到退役治理的環境效益，認為此鈾礦山的治理效果較好，但也存在著不足之處。因所選取的指標不夠全面，沒有全面的分析經濟和社會效益，后續研究中應進行深入調查，獲得可靠數據予以分析。在分析過程中，僅僅是一個鈾礦的效益分析，在縱橫向比較上，需要在后續研究中繼續深入探討。

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