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黔西南汞铊矿废弃物污染释放原位防控研究

黔西南汞铊矿废弃物污染释放原位防控研究

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作者：李鑫龙贵州大学

学位级别：硕士

贵州省兴仁市滥木厂汞铊矿是国内典型伴生As、Sb类金属的Hg-Tl矿床,该矿区开采铊矿和汞矿至今已有300多年开采历史,在矿产开采及冶炼过程中产生的大量采冶废渣、尾矿、废石等废弃物（以下统称汞铊矿废弃物）长期大量露天堆存在环境中,... 详细信息

贵州省兴仁市滥木厂汞铊矿是国内典型伴生As、Sb类金属的Hg-Tl矿床,该矿区开采铊矿和汞矿至今已有300多年开采历史,在矿产开采及冶炼过程中产生的大量采冶废渣、尾矿、废石等废弃物（以下统称汞铊矿废弃物）长期大量露天堆存在环境中,经过强烈的风化和雨水淋溶作用,汞铊矿废弃物中Hg、Tl、As、Sb等大量高毒性污染物持续进入到周边及下游土壤、水体环境中,对周边的人群健康及环境生态造成潜在危害。因此,有效阻控该区域大量露天堆存的汞铊矿废弃物中高毒性污染物的释放迁移对保护周边及下游地区的生态环境安全显得日益重要。矿产采冶废弃物堆场的污染控制及生态恢复对减少矿山环境影响、改善矿山环境生态具有重要意义。因植被恢复技术相对传统物理化学处理技术的二次污染风险低、成本效益高且环境友好等优势,可大范围应用于矿山尾矿生态环境修复,而废弃物堆场恶劣的植生环境往往成为限制植被恢复的主要因素,因此,针对滥木厂露天堆置的汞铊矿采冶废弃物,本文通过现场调查取样研究来掌握废弃物污染释放特征,另通过植生改良-先锋植物三叶草（Trifolium repens L.）与黑麦草（Lolium perenne L.）联合调控作用对废弃物污染物释放进行原位控制研究,以期为多金属矿山采冶废弃物堆场的污染释放原位控制与环境生态修复提供理论依据。取得的主要研究结果如下:（1）滥木厂汞铊矿区六种矿产采冶废弃物均具有较强的酸化特征与较高的生物毒性。其中W2废弃物中总硫含量、净产酸量及其浸出液对细菌发光强度的抑制率均最高。相关性分析表明废弃物中硫酸根含量和总硫含量均与酸溶态重金属含量呈负相关关系,但总硫与酸溶态重金属含量的负相关系数均高于硫酸根,因此,降低并延缓废弃物中硫的氧化对废弃物中生物有效性高的酸溶态金属的控制具有积极意义。此外形态分析表明不同类型废弃物及周边农田土壤中的典型高毒性污染物均以残渣态为主要赋存形态,但农田土壤中不稳定组分的Tl、Hg、As和Sb含量分别为18.9～66.1 mg/kg、8～22.2 mg/kg、23.1～57.1 mg/kg和0.59～3.2mg/kg,依然存在着较大的环境生态风险。（2）植生改良-先锋植物联合调控研究结果表明,对照组废弃物淋滤3次所得淋滤液中Hg、Tl含量平均为14.8μg/L和170.6μg/L,As和Sb含量平均为22.1μg/L和4.9μg/L,在雨水淋溶下具有持续释放进入环境的风险;联合调控作用使淋滤量减少27.4%～29.4%,并显著降低了淋滤液的氧化还原电位与生物毒性。此外联合调控可对废弃物中Tl和Hg的释放有明显的抑制效果,其中淋滤液Tl含量降为对照的12.2%～54.1%,10%碳酸盐岩添加量并混种三叶草与黑麦草处理组组淋滤液Tl含量为19.6μg/L,效果最好;5%、10%碳酸盐岩添加量并种植三叶草与混种处理组淋滤液中Hg含量显著低于对照水平（p＜0.05）,较对照降低34.5%～47.9%;而联合调控则促进废弃物中As、Sb释放,相关性分析表明,植生改良剂添加引起的废弃物基质中溶解性有机质含量增加与植物诱导下游离氧化铁的溶解可能是导致As、Sb释放的关键因素。（3）植生改良-先锋植物联合调控可显著改善废弃物基质的生境,促进废弃物基质向良性方向发展。联合调控后废弃物种养分（AN、TN、AP、TP、OM）含量与基质酶（蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶）活性显著增加,并且废弃物中硫酸根含量与净产酸量显著降低（p＜0.05）。此外形态分析表明联合调控促使汞铊矿废弃物中残渣态Hg、Tl含量分别由15 mg/kg、184.6 mg/kg上升至15.4～19.1mg/kg和184.9～191.1 mg/kg,使其向稳定的残渣态转变,但引起废弃物中伴生As、Sb的活化。而针对废弃物中含量最高的Tl,以控制其释放迁移、植物地上部积累风险及改善矿产废弃物堆场生态景观等角度分析,5%碳酸盐岩与牛粪协同改良并种植三叶草的（S5）处理组效果最佳。综上,植生改良-先锋植物联合调控对汞铊矿废弃物联合调控可显著抑制部分高毒污染物的释放,降低淋滤液的生物毒性,并改善废弃物恶劣的植生环境,但需考虑所加植生改良剂是否会引起的As、Sb活化与释放带来的环境风险。因此,该联合调控对废弃物中Tl、Hg释放的原位控制有良好的效果。

关键词：汞铊矿废弃物碳酸盐岩高毒性污染物植生改良剂先锋植物迁移转化

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