淺談第Ⅱ類尾礦庫防滲及生態(tài)修復(fù)設(shè)計

＊劉永濤趙文君

（1.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司 貴州 550081 2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院 貴州 550005）

淺談第Ⅱ類尾礦庫防滲及生態(tài)修復(fù)設(shè)計

＊劉永濤1趙文君2

（1.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司 貴州 550081 2.貴州省林業(yè)科學(xué)研究院 貴州 550005）

隨著社會需求的日益增強(qiáng)，礦業(yè)在我國得到了長足發(fā)展，但礦物加工過程中產(chǎn)生的尾礦，占用了大量的土地并對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成了一定程度上的破壞，特別是第Ⅱ類尾礦庫，其堆存的固體廢物往往含有酸、堿及放射性或重金屬元素等物質(zhì), 這些物質(zhì)會通過水體對周邊環(huán)境造成污染。防滲系統(tǒng)是第Ⅱ類尾礦庫極其關(guān)鍵的組成部分,它能有效的將尾礦庫內(nèi)的尾礦及礦漿水與周邊土壤隔離,防止環(huán)境的污染。尾礦庫閉庫后采取行之有效的生態(tài)修復(fù)措施，對于降低污染，保護(hù)周邊環(huán)境也具有積極的作用。本文重點探討了環(huán)保防滲系統(tǒng)中防滲層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時對第Ⅱ類尾礦庫閉庫后污染防治及生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)設(shè)計進(jìn)行了探討。

第Ⅱ類尾礦庫;防滲;生態(tài)修復(fù)

尾礦庫是堆存礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場所，也是一個具有高勢能的人造泥石流危險源和環(huán)境污染風(fēng)險源。隨著國家環(huán)保要求的不斷提高和人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，尾礦庫的環(huán)保防滲問題和尾礦庫閉庫后生態(tài)修復(fù)問題日益得到重視。目前我國關(guān)于尾礦庫的專業(yè)設(shè)計規(guī)范對環(huán)保防滲設(shè)計內(nèi)容表述較為寬淺，尾礦庫生態(tài)重建的研究也還有很大空間。因此，尾礦庫的環(huán)保防滲設(shè)計和生態(tài)修復(fù)設(shè)計是一個值得探討的課題。

1.尾礦庫的分類

根據(jù)堆存尾礦性質(zhì)的不同，可以將尾礦庫劃分為三類，其中堆存第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物的尾礦庫為Ⅰ類庫，堆存第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的尾礦庫為Ⅱ類庫，堆存危險廢物的尾礦庫為危險廢物庫。

由于Ⅰ類尾礦庫存儲的尾礦不含有或者含有的有害物質(zhì)對周邊環(huán)境影響較小，故沒有環(huán)保防滲要求。而第Ⅱ類尾礦庫中堆存的尾礦對周邊環(huán)境具有一定的危害，需要采取防滲措施,防止其對周邊水體和土壤造成污染。儲存危廢的尾礦庫需按照相關(guān)規(guī)范要求做特殊的處理。

2.第Ⅱ類尾礦庫防滲設(shè)計

第Ⅱ類尾礦庫防滲最基本的目的是防止?jié)B濾液的滲漏而對周邊環(huán)境造成危害，當(dāng)場地條件不具備自然防滲要求的情況下，需采用人工材料進(jìn)行防滲，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程實踐，第Ⅱ類尾礦庫可參照以下要求進(jìn)行防滲設(shè)計。

(1)基礎(chǔ)處理

①基礎(chǔ)應(yīng)平整、壓實、無裂縫，表面應(yīng)無積水及尖銳雜物；②基礎(chǔ)層結(jié)構(gòu)須穩(wěn)定，邊坡坡度一般控制在1∶2.5以下，否則需增加保護(hù)層；③若庫盆內(nèi)存在破斷層、碎帶、落水洞及其他不良地質(zhì)問題，需進(jìn)行處理；④若地下水水位較高，需采取措施對地下水進(jìn)行引排；⑤基礎(chǔ)需分層碾壓，壓實度一般不小于93%，回填區(qū)壓實度一般不小于90%。

(2)防滲襯層一般可分為單層襯層和雙層襯層結(jié)構(gòu)。一般情況下采用單層防滲結(jié)構(gòu)，當(dāng)場址下游存在環(huán)境敏感點時，可采用雙層防滲結(jié)構(gòu)。

①單層襯層防滲結(jié)構(gòu)及設(shè)計要求

A.結(jié)構(gòu)層次從上至下一般分為防滲層、基礎(chǔ)層和地下水導(dǎo)排層。

B.單層襯層防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計可參照如下要求：

a.采用 HDPE 土工膜作為防滲材料，HDPE 土工膜厚度一般不小于1.5mm；b.HDPE土工膜下采用壓實粘土作為保護(hù)層，壓實系數(shù)同地基層，厚度不小于60cm，當(dāng)堆存固廢顆粒粒徑大于1cm時，膜上應(yīng)增加一定厚度的土工布作為保護(hù)層；c.應(yīng)杜絕在壓實粘土中頂面出現(xiàn)較大礫石顆粒。

②雙層襯層防滲結(jié)構(gòu)及設(shè)計要求

A.結(jié)構(gòu)層次從上至下為主防滲層、檢測層、次防滲層、保護(hù)層、基礎(chǔ)層和地下水導(dǎo)排層。

B.雙層襯層防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計可參照如下要求：

a.主、次防滲層均采用HDPE土工膜作為防滲材料，主防滲層土工膜厚度小于1.5mm，次防滲膜厚度不小于1.0mm；b.HDPE 土工膜下采用壓實粘土作為保護(hù)層，壓實粘土壓實系數(shù)不小于93%，厚度不小于60cm；c.檢測層可采用復(fù)合土工排水網(wǎng)或一定厚度的粗顆粒料；d.壓實粘土中頂面不含有礫石顆粒。

(3)錨固系統(tǒng)

①錨固可采用錨固溝型式，且每隔10～20m設(shè)置一錨固平臺。②錨固溝采用矩形斷面，斷面尺寸大于0.8 m×0.8 m，且距離邊坡邊緣不小于1.0m。

(4)地下水收集導(dǎo)排系統(tǒng)

當(dāng)場址區(qū)地下水位對防滲工程可能會產(chǎn)生影響時，應(yīng)增加地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。

一般情況下，地下水導(dǎo)排系統(tǒng)采用以下幾種形式：

①地下盲溝：在防滲系統(tǒng)下部布設(shè)盲溝，盲溝內(nèi)填充碎石、粗顆粒料等填充物，盲溝具體尺寸、間距、埋深和坡度可根據(jù)滲流計算確定；②碎石導(dǎo)流層：為防止淤堵，在碎石層兩側(cè)鋪設(shè)反濾層，碎石層厚度一般應(yīng)大于30cm，碎石粒徑一般在（1～3）cm；③土工復(fù)合排水網(wǎng)導(dǎo)流層：其導(dǎo)流原理同碎石導(dǎo)流層，其具體規(guī)格應(yīng)根據(jù)地下水的滲流量及堆渣高度確定。

(5)防滲膜的材質(zhì)、鋪設(shè)及焊接要求

①HDPE防滲膜的性能要符合GB/T17643的要求，其密度要大于0.94g/cm3，厚度不小于1.5mm，滲透系數(shù)不大于1×10-13g·cm/cm2·s·Pa。②防滲膜鋪設(shè)要平坦，邊坡須進(jìn)行錨固，盡量避免構(gòu)筑物穿插。③防滲膜焊接時接縫最好平行于拉應(yīng)力大的方向，坡度大于10%的坡面和坡腳1.5m范圍內(nèi)盡量不要有橫向接縫，斜坡上鋪設(shè)時不要出現(xiàn)水平方向接縫，其接縫應(yīng)從上到下，接縫盡量設(shè)在平面處。

3.生態(tài)修復(fù)設(shè)計

生態(tài)修復(fù)指在人工條件下對原有破壞生態(tài)環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)、重建和修整使其更符合社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)不僅僅簡單地對原生態(tài)環(huán)境進(jìn)行人為的恢復(fù)，還要進(jìn)行修整、重建，符合社會發(fā)展的需要。

(1)尾礦庫的基質(zhì)改良技術(shù)

因尾礦性質(zhì)不同，而需采取不同的基質(zhì)改良方法。對于酸性尾礦，通常采取與石灰進(jìn)行混合的方式進(jìn)行處理；對于堿性尾礦，可采用氯化鈣、石膏等作為調(diào)整劑進(jìn)行處理。對于含有重金屬元素的尾礦，可采用污染原位控制的方法進(jìn)行整治，原位控制的原理是在尾礦表層混合一層能與重金屬反應(yīng)而固定的物質(zhì)，降低重金屬的擴(kuò)散。根據(jù)相關(guān)研究，豬糞、石灰、蘑菇渣等多種材料及耕植土混合煤渣或粉塵都能較好的改良鉛鋅尾礦庫環(huán)境，含鐵鉛物質(zhì)的赤泥也能夠較好的對重金屬污染土壤進(jìn)行治理。

重金屬固定后，可采用覆土或者基質(zhì)改良的方式進(jìn)行尾礦庫的整治，為后期植被恢復(fù)做準(zhǔn)備。

在尾礦表面覆蓋一層耕植土壤,為植被恢復(fù)創(chuàng)造條件，土層厚度一般根據(jù)尾礦庫的恢復(fù)利用方向確定。若恢復(fù)成農(nóng)業(yè)用地或者林地，覆蓋的土壤一般要控制在50cm以上，若恢復(fù)成草地或則灌木林地，覆土厚度一般在30cm左右。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在尾礦基質(zhì)中添加生物或微生物，對尾礦環(huán)境也具體較好的改良效果。通過植物與微生物耦合下的生物礦化與生物團(tuán)聚作用，使尾礦渣生物毒性迅速消失，動植物群落建立，污染物向周邊環(huán)境釋放遷移率大幅降低。菌根真菌聯(lián)合植物與微生物修復(fù)是國內(nèi)較通用的技術(shù)，即把重金屬耐性植物接種菌根真菌或直接利用細(xì)菌和微生物固定、抽取土壤中的重金屬來修復(fù)污染土壤。如球囊菌門的菌以及叢枝菌根真菌基因Glomus，可用于重金屬污染環(huán)境的改良。另外，土壤中蚯蚓可增加土壤中有效態(tài)重金屬的含量，從而能夠使植物更多的吸收土壤中的重金屬。

(2)植物的篩選與種植

在尾礦上種植重金屬耐性植物及豆科固氮類植物，利用植物根系來累積重金屬或改變重金屬形態(tài)，減少尾礦重金屬毒性，降低重金屬向周圍環(huán)境轉(zhuǎn)移，增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改善動植物生存空間，為土壤中微生物提供生存繁衍的環(huán)境，可有效減少對周邊環(huán)境的污染程度。尾礦庫生態(tài)修復(fù)植物應(yīng)結(jié)合尾礦的恢復(fù)方向，選擇抗逆性強(qiáng)、耐瘠薄、能夠吸收或者固定有害元素的植物，特別是在重建初期應(yīng)重點考慮鄉(xiāng)土植物作為先鋒植物。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，豆科及禾本科植物可作為優(yōu)選先鋒植物，如紫花苜蓿、三葉草等禾本科植物具有很強(qiáng)的固氮能力，能有效增加土壤中氮含量，有效改良尾礦環(huán)境，這些綠肥植物更替后，可增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤的孔隙率。也有些植物生命力強(qiáng)、生物量大，對重金屬有較強(qiáng)的抗性，且具有一定的吸收固定作用，如沙棘、紫穗槐、刺槐、黑麥草、夾竹桃等。另外，植物篩選過程中要注重物種多樣性，使用混合種，建立喬、灌、草、藤多層配置格局，逐漸形成自維持生態(tài)系統(tǒng)。

4.結(jié)語

防滲系統(tǒng)設(shè)計是在設(shè)計第Ⅱ類尾礦庫時的關(guān)鍵一環(huán)，對于保障尾礦庫安全，防治發(fā)生污染事故具有非常重要的作用。生態(tài)修復(fù)設(shè)計植物生境的形成及生態(tài)系統(tǒng)的建立能有效控制尾礦庫后期污染，極大改善水域、土壤、大氣等生態(tài)環(huán)境。相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)提高環(huán)境保護(hù)意識，結(jié)合尾礦的不同性質(zhì)及當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境條件，采取有針對性的設(shè)計方案，真正做到因地制宜、因害設(shè)防、預(yù)防為主、效益優(yōu)先。

[1]G18599-2001,一般工業(yè)固體廢物貯存處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S]．國家環(huán)境保護(hù)總局．

[2]DB52/865-2013,貴州省一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S]．貴州省環(huán)境保護(hù)廳．

[3]趙英姿．淺談尾礦庫防滲措施與生態(tài)重建[J]．礦業(yè)工程,2007, 6(5):55-57．

[4]沈樓燕,林武．尾礦庫環(huán)保防滲措施設(shè)計問題探討[J]．中國礦山工程,2009,10(38):47-49．

[5]李斌．尾礦庫環(huán)保防滲措施設(shè)計探討[J]．有色冶金設(shè)計與研究,2009,30(1):10-11．

[6]鄒蓮花,王贛江,葛鑫．金屬礦山固體廢物的鑒別與處置方法探討[J]．有色冶金設(shè)計與研究,2007,23(3):50-54．

劉永濤（1982～），男，中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，研究方向：環(huán)保設(shè)計及生態(tài)修復(fù)設(shè)計。

(責(zé)任編輯 牛玉娟)

Discussion of the Seepage-proofing and Ecological Remediation Design for the II Type of Tailings Pond

Liu Yongtao1, Zhao Wenjun2

(1. Guiyang Engineering Co. Limited, Power Construction Corporation of China, Guizhou, 550081 2.Guizhou Forestry Academy, Guizhou, 550005)

With the increasing of social demand, mining industry had got substantial development in China, however, the tailings produced during the process of mineral processing occupied a large amount of land and caused a certain degree of damage to the local ecological system, especially for the Ⅱ type of tailings pond, the storage of its solid waste often contained acid, alkali and radioactive or heavy metal elements, which substances will cause pollution to surrounding environment through the water. Seepage-proofing system was the extremely key part of the Ⅱ type of tailings pond and it can effectively isolate the tailings and ore pulp water in tailings pond from the surrounding soil and prevent the environmental pollution. After the tailings pond getting closed, taking the effective ecological restoration measures had a positive role in reducing pollution and protecting the surrounding environment. This paper mainly discussed the structure design of seepage-proofing layer in environmental seepage-proofing system, and also discussed pollution prevention and treatment and ecological system modification design after the Ⅱ type of tailings pond getting closed.

the II type of tailings pond；seepage-proofing；ecological remediation

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