廣西某有色金屬礦山生態修復工程實例

張 濤，廖長君，蔣林伶，羅緒中，廖妤婕，涂春艷，秦 豪

(廣西博世科環保科技股份有限公司，廣西 南寧 530007)

礦產資源是人類生產和生活的基本源泉之一，礦產資源的開發為人類社會經濟活動提供豐富的物質原料，推動社會經濟的發展，帶動相關科技與學術研究的進步[1-2]。然而在礦產資源開發過程中，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，嚴重危害周邊生態環境[3-5]。

廣西有色金屬資源豐富，素有“有色金屬之鄉”的美稱[6]。由于多年礦產資源不合理的開采，礦山生態環境惡化。采選礦產生的大量廢石、廢渣侵占土地，破壞植被，使土質、水質惡化，引發一系列環境問題，亟待修復[7]。2016年5月發布的《土壤污染防治行動計劃》指出：加強對礦山等礦產資源開采活動影響區域內未利用地的環境監管，發現土壤污染問題的，要及時督促有關企業采取防治措施。

本文通過對已竣工驗收的廣西某有色金屬礦山的修復工程概況、修復工藝、工程施工、二次污染防治、修復效果評價及驗收等方面的介紹，以期為同類礦山生態修復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，采用黃藥、硫酸銅和石灰等浮選鉛精礦和鋅精礦。1996年底，因礦石成分復雜，該選礦廠在原選礦區域的東南側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，選廠因資金和債務等問題，破產閉礦。但在多年的選礦過程中，礦山內遺留的礦渣等固體廢物均未得到妥善處置，已嚴重影響當地的生態環境和整個區域景觀。所以，需對礦山進行修復與植被恢復，有效控制水土流失，改善當地生態環境與景觀，從源頭隔絕污染。

1.1 礦區污染情況

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

采樣調查共計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。調查結果顯示，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類一般工業固體廢物。地下水樣品檢測結果顯示，場地內淺層地下水中砷濃度超過《地下水質量標準》(GB/T 14848—93)Ⅲ類標準。根據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質標準，結果表明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 修復工程量

礦山待修復的面積約8 000 m2，根據礦山采樣檢測分析，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類一般工業固體廢物處置；詳細方量見表1。

表1 修復工程量統計表

1.3 修復目標

礦山內的污染土壤及廢渣修復目標的具體修復標準值詳見表2。

表2 修復標準值

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

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

Ⅰ類一般工業固體廢物進行原位阻隔覆蓋技術處理，通過處理后，切斷渣/土與當地環境和人體的接觸途徑，不再具有環境和安全風險。

2 修復工藝確定

2.1 修復技術確定

結合本工程尾礦廢渣和污染土壤的污染物程度和性質，將處理對象分為兩類：Ⅰ類一般工業固體廢物和Ⅱ類一般工業固體廢物，分別采取不同的修復技術。Ⅰ類一般工業固體廢物直接在場地內進行原位阻隔覆蓋；Ⅱ類一般工業固體廢物采用固化/穩定化技術修復，先通過固化/穩定化技術的小試和中試，確定固化/穩定化藥劑、投加比及修復時間等，在保證修復效率的基礎上控制成本和修復時間，確保修復工程順利達到Ⅰ類一般工業固體廢物的要求，再將修復后達標的渣/土運至填埋場進行異位阻隔填埋。最后，結合當地植物品種，選用耐受重金屬的鄉土先鋒植物構建喬灌草植物搭配組合，對修復后的礦山進行生態復綠。

2.2 固化/穩定化實驗室小試

供試樣品為待修復的污染土壤和廢渣，固化/穩定化藥劑為重金屬穩定材料(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；向需要修復的渣/土中，按質量百分比投加不同的固化/穩定化劑，混合均勻后，加入適量的水，保持含水率在30%，養護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；根據修復目標與修復成本，確定B-MSM的投加量為2.5%，養護時間為3 d時，達到修復目標。

2.3 固化/穩定化現場中試

現場中試是將實驗室小試按“逐步放大”原則，在工程現場進行操作。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/穩定化劑及投加量基礎上，再根據現場情況增加和減少固化/穩定化劑的投加量進行現場操作，控制含水率，確保一體化修復機將土壤與藥劑混合均勻。將修復后的渣/土運至養護場，蓋上薄膜，期間根據含水率情況適當曬水。養護3 d后，采樣送第三方檢測機構進行檢測。根據檢測結果最終確定B-MSM投加量為3.0%、含水率控制在35%左右及加入B-MSM后在設備中攪拌停留時間為5 min等工程應用參數，指導后期的工程施工。現場中試相關照片如圖1所示。

圖1 現場中試相關照片

3 工程實施

工程實施主要包括：污染土壤及廢渣的清挖、Ⅱ類一般工業固體廢物的固化/穩定化處理、阻隔工程、生態復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、污染程度為區分原則，分區、分層挖運施工；先對場地內的危險廢物進行清挖，再對場地內的Ⅱ類一般工業固體廢物清挖運輸至處置場修復，從而避免混合開挖造成交叉污染。

3.2 固化/穩定化處理

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

3.2.1 預處理

預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/穩定化修復。

圖2 固化/穩定化修復流程圖

3.2.2 固化/穩定化修復技術

當污染渣/土粒徑達到固化/穩定化混合設備進料要求后，對污染渣/土進行固化/穩定化修復。首先利用挖掘機向一體化修復機的進料斗供土，按中試確定的最佳質量投加比向污染渣/土中添加藥劑，經一體化修復機將污染渣/土與藥劑混勻5 min后，控制含水率在35%左右，運至養護場。

3.2.3 運輸與養護

將修復處理后的渣/土運至指定待檢區進行養護，將渣/土堆置成方形土垛，用薄膜覆蓋，堆置養護期間定期采樣檢測渣/土含水率，并根據情況及時補充水分，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境造成危害，降低和消除地塊污染物對人體健康和環境風險[9]。在填埋區建設倒排設施、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要求符合《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB 18599—2001)要求。

3.4 生態復綠

根據場地未來規劃，對污染土壤開挖后的基坑進行回填平整，恢復至場地原標高，并對整個修復區進行平整、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地優良鄉土樹、草種為主，注意常綠樹種與落葉樹種搭配，生態樹種與綠化樹種結合，鄉土樹種與園林樹種融合，按照形式美的構圖思路[10-12]。樹、草種應具有適應性強、根系發達、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、藤和草立體結構，既能體現樹木群體美，又能烘托樹木個體美，在平臺營造一個生態型森林藝術景觀。

3.5 施工廢水的處理

為確保現場待檢渣/土滲濾以及部分未及時回用廢水得到妥善處置，在現場修復區設置一體化廢水處理設施用于處置現場廢水。由于本項目周圍1 km范圍內并無施工用水設施，因此，處理后的水作為配藥或固化/穩定化修復工序的回用水。在廢水處理設施中加入混凝劑進行沉淀，上清液作為回用水用于固化/穩定化技術修復用水，確保現場無廢水外排。絮凝沉淀后的出水定期進行抽樣監測，監測指標為懸浮物、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，做到不污染周邊環境。清挖過程中，遇到大風天氣，應停止土方開挖作業，并對裸露的污染渣/土進行覆蓋；出現揚塵時，應采用灑水車進行灑水作業。

4.2 污染渣/土運輸的污染防治

采用環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；如發現運輸過程污染渣/土散落，應組織人員清理與收集，防止發生二次污染。

4.3 污染渣/土暫存的污染防治

清挖后Ⅱ類一般工業固體廢物運輸至處置場內的暫存區。暫存區地面應硬化或鋪設HDPE膜防滲，并做引水溝；對于暴露在空氣環境中污染渣/土的裸露表面采取邊開挖邊鋪設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生，保證污染物不進入周邊環境。

4.4 修復環節的污染防治

經固化/穩定化修復后的污染渣/土，運輸至待檢區堆放，做好防水、防塵和養護等工作。經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 修復效果評價與驗收

本工程竣工后，通知業主、環境監理,并邀請具有相應檢測資質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唯一發布的北京地方標準《污染場地修復驗收技術規范》(DB 11/T783—2011)，驗收流程圖如圖3所示。

圖3 污染場地修復驗收工作程序

5.1 開挖基坑側壁驗收

開挖基坑側壁驗收，采用等距離布點方法，根據邊長確定采樣點數量。本工程基坑周長約為180 m，土壤采樣點數量為5個。同時修復深度為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。總計采樣點數量為5個，每個點采集4個土壤樣品，一共20個土壤樣品。經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《場地調查報告》建議修復目標值即清挖邊界。

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測，采用網格布點的方法，一般隨機布置第一個采樣點，然后構建通過此點的網格，在每個網格交叉點采樣。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《場地調查報告》建議修復目標值即清挖邊界。

5.3 修復后渣/土的驗收

固化/穩定化修復后的Ⅱ類一般工業固體廢物，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檢測資質的第三方檢測機構的專業人員進行采樣及分析檢測，驗收評判標準為場地修復目標值。本工程共采集14個處理后樣品的浸出試驗結果見表3。經固化/穩定化修復后污染渣/土浸出液中目標污染物的濃度值及pH值均達到修復目標要求，修復效果良好。

表3 浸出試驗結果

注：ND表示檢測結果低于檢出限

6 修復效益評價

6.1 經濟效益評價

工程竣工后，可以避免由于廢渣造成污染產生的經濟損失，具體表現在以下幾方面。

1) 可以避免因地表水或地下水污染而造成的附近農產品質量和產量下降。

2) 避免當地的地表水和地下水受到污染，為當地經濟的健康可持續發展提供基礎條件。

3) 減少因水體污染、土壤污染等造成當地居民身體健康受損、醫療費用增加、勞動生產效率下降等現象。

4) 該場地可用于農家樂的開發建設，不僅可以維持當地綠水青山、景色秀美的自然景觀，也為當地開發旅游等提供基本保證。

6.2 環保效益評價

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

2) 保障當地居民生產安全和飲水安全，對維護區域經濟健康可持續發展，避免礦區對周圍環境造成污染等具有重要意義。

3) 環境保護和生態平衡是21世紀人類對現代化認識的重要成果。環境保護和生態平衡包括：全民的計劃生育行動，對森林、耕地、水土的保護措施，資源的節制使用和廢物的回收利用等內容。本項目為環境治理項目，持續穩定地遏制重金屬對人、動植物的繼續危害，對當地的環境保護和生態平衡起著重要的作用。

7 結 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，根據修復目標與修復成本，篩選出合適的固化/穩定化劑B-MSM；根據中試結果，確定B-MSM投加量為3.0%、含水率控制在35%左右及設備的攪拌停留時間為5 min等工程應用參數，保證了修復工程質量且降低修復成本。

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，最后進行礦山生態復綠，既經濟環保，又具有較好的推廣應用價值。