降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的 大型尾矿库重金属Cu౽౵ 迁移模拟分析

考虑降雨 蒸发 蒸腾与地下水耦合作用,以本钢集团 歪头山铁矿尾矿库为例,利用 Geostudio软件中的 SEEP/W、 VADOSE/W 和 CTRAN/W 模块,模拟降雨 蒸发 蒸腾作 用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律. 结果表明:尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈 下降趋势,深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨 蒸发 蒸 腾作用影响;降雨 蒸发 蒸腾作用对重金属污染物的迁移 起干扰作用;重金属污染物Cu２＋ 在０~１０９５d内沿初期坝方 向迁移,重金属 Cu２＋ 浓度随时间推移而增大;考虑降雨 蒸 发 蒸腾作用,一定程度上增加了重金属污染物在１０９５d内 的总移距和平均速度.研究结果为大型尾矿库环境地质评 价和污染预测防治提供依据     

降雨-蒸发与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu2+迁移数值模拟分析

为考虑降雨-蒸发与地下水耦合作用对尾矿坝重金属迁移的影响,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库作为工程背景,应用Geostudio软件,选择SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨和蒸发作用下的尾矿库地下水的渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明,降雨-蒸发作用对尾矿库表层土壤的孔隙水压力有影响,深层土壤基本无影响;考虑降雨-蒸发作用在一定程度上增加了重金属污染物在1825d内的迁移距离和平均迁移速度;重金属污染物Cu2+的浓度随时间推移而升高,考虑降雨-蒸发作用对于重金属污染物浓度起扰动作用;预测重金属污染物粒子在尾矿库土壤中历经7a迁移出露到坡面。研究结果为相似工程案例提供重要参考,为尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供有力的科学依据。     

铜离子在尾矿库坝体中迁移数值模拟*

为了查明重金属污染物在某尾矿库坝体中迁移情况并做出影响性预测，采用数值实验对该重金属尾矿库进行模拟计算，概化尾矿库坝体条件，建立地下水流动模型与地下水污染物（以尾矿浸出液中铜离子为例）迁移模型，利用TOUGH2软件模拟计算得出各个时刻铜离子污染物在坝体中的分布状态。模拟计算结果表明，铜离子污染物在地下水流场中运移以扇形向周围扩散，铜离子污染物在坝体中的运动规律符合地下水流场特征；随着时间的推移，运移范围在坝体内逐渐扩大；随着运移距离的增大，污染物浓度逐渐减小；在2 750 d时，铜离子出露于坝体进入自然环境，并产生影响。结果为尾矿库周边环境污染防治措施提供了依据。     

基于流固耦合理论的尾矿库数值模拟及模型试验研究

以云南省某尾矿库为例,运用流固耦合原理进行尾矿库三维有限元数值模拟,研究尾矿库在正常工况和洪水工况下浸润线高低和孔隙水压力大小变化情况,并运用模型相似理论建立室内尾矿库试验模型,分别在2种工况下进行浸润线和孔隙水压力实际测量。研究结果表明:正常工况下,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差5%,孔隙水压力大小偏差30%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为0.12%、6%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为0.35%、21.20%。洪水工况,数值模拟中考虑流固耦合作用比不考虑流固耦合作用时浸润线偏差10%,孔隙水压力偏差16%;模型试验实测浸润线和孔隙水压力结果与考虑流固耦合作用时偏差分别为4.6%、4.1%,不考虑流固耦合作用时偏差分别为7.3%、11.3%。在2种工况下,数值模拟考虑流固耦合作用时尾矿库内浸润线和孔隙水压力更加接近室内模型试验结果。因此,在数值模拟中考虑流固耦合作用的计算结果更加趋于实际工程情况和满足工程实际要求。     

川南红层地区地下水赋存环境及水化学特征分析——以宜宾市屏山县为例

在对宜宾市屏山县地区地下水水文地质调查的基础上,对屏山地区地层分布、构造及含水特征等地下水赋存环境进行了研究,将地下水分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙层间水和碳酸盐类裂隙溶洞水;通过分析研究区122组水质样品的水化学特征,结合Piper三线图,建立了地下水类型空间分布图;在此基础上,利用相关性分析、主成分分析和离子比例系数分析,解释了地下水的控制性影响因素,揭示了屏山地区地下水化学空间分布特征及成因规律。结果表明:屏山地下水类型主要以HCO_3~--Ca~(2+)、HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+)、HCO_3~--Ca~(2+)·Mg~(2+)和HCO_3~-·SO_4~(2-)-Ca~(2+)·Mg~(2+)型为主,主要受到地层岩性的溶滤作用和大气降雨的影响,对指导川南地区地下水开发利用规划具有重要的现实意义。     

古土壤层对煤矸石淋滤液中典型污染物的防污性能

黄土区是我国重要的煤炭生产区,古土壤层在黄土区包气带中广泛发育。煤炭开采和洗选过程中会产生大量煤矸石,其中露天堆放的煤矸石在长期降水淋滤作用下会释放出含有大量污染物的淋滤液,对矿区周围的地下水造成污染。黄土区煤矸石淋滤液在进入到地下含水层之前,必将流经过古土壤层。要准确评价煤矸石淋滤液对地下含水层的影响,必须确定古土壤层对煤矸石淋滤液中污染物的防污性能。通过开展室内渗透试验和批式吸附试验,研究了古土壤对煤矸石淋滤液中典型污染物Mn~(2+),Zn~(2+),Cu~(2+)和SO_4~(2-)的阻隔情况。渗透试验结果显示,煤矸石淋滤液作用下古土壤试样的渗透系数在0.852×10~(-9)～1.01×10~(-9 )m/s,比使用蒸馏水渗透时得到的渗透系数降低了1.5倍以上。古土壤试样渗透系数之所以会降低,是因为煤矸石淋滤液与古土壤之间发生了化学反应,生成新的沉淀物淤堵了古土壤试样中的孔隙。批式吸附试验结果显示,古土壤能够吸附Mn~(2+),Zn~(2+),Cu~(2+),吸附过程符合非线性的Freundlich模型;古土壤层中黏土矿物与重金属之间的离子交换反应,是古土壤吸附重金属的主要途径。古土壤颗粒呈电负性,与SO_4~(2-)之间存在相互排斥作用,几乎不吸附SO_4~(2-)。使用POLLUTE V7软件模拟预测了煤矸石淋滤液中典型污染物击穿古土壤层的时间,结果显示,厚度为1.0 m的古土壤层对污染物的有效阻隔时间可以达到10 a以上。总体而言,古土壤层具有较强的防污性能,能够限制污染物向含水层迁移,因此在进行黄土区煤矸石堆场地下水环境影响评价及污染防控时,有必要考虑古土壤层产生的影响。     

电气石去除常温废水中Cu~(2+)的试验研究

研究了电气石对酸性废水中Cu~(2+)的吸附作用。考察了试验配水的初始pH值、吸附时间、Cu~(2+)起始浓度等对电气石去除Cu~(2+)的影响。结果表明:电气石能有效地从酸性废水中去除Cu~(2+)吸附速率快,去除率较高。温度为25℃,废水初始pH值为4.0时,采用朗缪尔吸附等温式计算出电气石对Cu~(2+)的最大吸附量为2.49 mg/g。准二级模型较好地拟合了电气石吸附Cu~(2+)的动力学数据。电气石吸附Cu~(2+)过程中存在物理吸附和化学吸附。为今后电气石在酸性重金属废水方面研究及应用提供依据。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌耐重金属离子连续转接驯化试验研究

采用连续转接驯化,对某铀矿山酸性矿坑水分离纯化得到的嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.f)进行了耐Cu~(2+)、Mn~(2+)、Cr~(3+)和Pb~(2+)的驯化试验,考察了该菌株对这些重金属离子的耐受限值及氧化活性。试验结果表明:Cu~(2+)、Mn~(2+)、Cr~(3+)和Pb~(2+)对该菌株的生长抑制作用由大到小的排序为Cr~(3+)Pb~(2+)Cu~(2+)Mn~(2+);50%接种比例的连续转接驯化可以显著提高A.f对重金属离子的耐受限值;驯化后的A.f对Cr~(3+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)和Mn~(2+)的耐受限值分别为2.1、3.5、34.0、45.0 g/L。     

某铁尾矿库周边地下水污染运移预测及控制方案模拟

为了有效控制某铁尾矿库周边地下水污染,揭示降雨量及渗透系数对重金属铁离子在地下水中迁移的影响,以我国某铁尾矿库为例,基于Visual Modflow建立研究区重金属铁离子溶质运移模型,模拟非正常工况下,金属铁离子在地下水中的迁移扩散过程,并模拟分析了地表硬化和增设防渗墙对污染物运移的控制效果。结果表明：随着降雨量和渗透系数的增大,铁离子的迁移速度增大,丰水期铁离子的迁移速度约为枯水期的1.7倍;地表硬化和增设防渗墙均可以有效控制重金属铁离子泄露对下游村庄的影响,且增设防渗墙控制效果较好。研究结果可为预防和管理国内潜在的地下水重金属污染、保护地下水环境提供参考。     

大洋富钴结壳对重金属阳离子吸附性能的研究

研究考察了大洋富钴结壳对/几种重金属阳离子的吸附行为。结果表明,在pH 1.5～2.0的范围内,大洋富钴结壳对Pb~(2+)具有较强的选择性吸附作用,而对Co~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)Ni~(2+)和Mn~(2+)的吸附均较弱;当pH>2.0以后,大洋富钴结壳对上述重金属阳离子均具有较强的吸附作用。人工模拟混合废水的吸附试验也验证了单一废水的试验结果。大洋富钴结壳对Ph~(2+)、Co~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)和Mn~(2+)的吸附容量(mg/g富钴结壳)分别约为232、39、61、85、52、48和39。     

比奥固结理论下基于有效应力法的尾矿库稳定性分析

抗滑稳定计算是尾矿库安全评价的重要内容。由于无法有效估算因尾矿库上升而引起的超静孔隙水压力,目前常采用总应力法进行稳定性分析。然而,尾矿库的整个生命周期内,均可能存在超静孔隙压力,且该部分超静孔隙压力的影响不可忽视。以某平地型尾矿库为例,基于比奥固结理论,采用有限单元法定性分析尾矿库断面堆坝期和退役期超静孔隙压力的产生和消散,并以此进行有效应力法的稳定性计算。结果表明：1)超静孔隙压力在堆坝末期达到最大,约为130 kPa,全部消散需要约28 a; 2)在堆坝末期,利用有效应力法计算的抗滑稳定安全系数为1.486,随着坝体有效应力的增长,超静孔压全部消散后的安全系数达到1.648,增长幅度约为11%;3)采用有效应力法可以较为细致地考虑尾矿库上升过程中超静孔隙水压力对坝体稳定性的影响,且结果更为科学可靠。     

硫酸铵浸出离子型稀土矿对土壤和地下水污染的研究现状

我国的离子型稀土矿多采用硫酸铵原地浸出工艺富集,该工艺对土壤和地下水均会造成污染。根据硫酸铵原地浸出稀土矿的机理和工艺现状,分析了在浸出过程中对土壤和地下水环境所造成的氨氮污染、重金属污染、稀土元素污染及酸化等。总结了浸矿中所产生的NH_4~+、SO_4~(2-)、H~+、重金属离子、稀土离子等污染物在土壤和地下水中的迁移及转化路径。各污染物随浸出液通过渗透作用进入土壤和地下水,在此过程中,部分NH_4~+被氧化为NO_2~-、NO_3~-,SO_4~(2-)被还原为S~(2-)以及与Ca~(2+)反应生成CaSO_4。     

降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性的影响

为研究降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线分布、负孔隙水压力消散、稳定性的影响, 采用Geo-studio软件中的seep模块模拟短时间特大暴雨、长时间小强度降雨两种工况下边坡的入渗规律, 并结合花岗岩残积土遇水软化的特性以及饱和-非饱和理论对现有的饱和-非饱和抗剪强度理论、土体重度进行修正, 最后将渗流计算的孔隙水压力导入到FLAC^3D中对路堤稳定性进行数值模拟, 结果表明:花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线随降雨历时增加由坡脚逐渐上升;相同降雨量下, 长时间小强度降雨对边坡内部水位线上升的影响明显大于短时间特大暴雨工况;综合考虑负孔隙水压力的消散、软化效应、土体重度变化等因素的影响, 短时间特大暴雨对边坡稳定性影响较小, 长时间小强度降雨对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性影响较大。     

某尾矿库自然状态下水土污染地质灾害模拟研究

采用ComsolMultiphysics软件进行渗流场数值模拟,研究某尾矿库在自然状态下地下环境中污染物运移特征。二维和三维溶质迁移场数值模拟结果表明,100 a内尾矿库下灰岩中地下水的F、As和Zn的浓度满足二类水标准,同时分析得出了当前污染物浓度分布规律和将来污染物浓度分布规律等,可为尾矿库地下环境污染评价和治理提供依据。     

响应面法优化铁尾矿砂对铜(II)的吸附条件

以铁尾矿砂作为水体沉积物污染修复覆盖材料,研究了不同pH值、转速下铁尾矿砂对水相中Cu~(2+)去除情况,得出水相pH值在3～5时有利于Cu~(2+)去除率的提高;静态吸附与动态吸附相比有显著差异,转速为180 r/min时,铁尾矿砂对水相中Cu~(2+)去除率最高。使用Box-Behnken设计了响应面试验,研究了水相pH值、温度、Cu~(2+)初始浓度以及铁尾矿砂投加量4个因素对水相中Cu~(2+)去除作用,建立了铁尾矿砂对水中Cu~(2+)去除率的回归模型。其中各因素对响应值的影响次序为:温度>投加量>初始浓度>pH值。模型验证结果预测去除率与试验值偏差仅为0.08%,能够很好预测去除率变化情况。     

铁尾矿-煤矸石-污泥复合烧结砖的制备与特性

以铁尾矿和煤矸石为主要原料,掺加部分污泥及其他辅料制备铁尾矿-煤矸石-污泥复合烧结砖,分析了铁尾矿、煤矸石、污泥与其他辅料的矿物组成、化学成分及粒度特征,考察了铁尾矿、煤矸石和污泥配比、坯体成型压力、烧结温度对烧结砖质量的影响,借助XRD、SEM、ICP等手段分析了烧结砖中重金属离子的固化效果与微观结构。结果表明:铁尾矿-煤矸石-污泥复合烧结砖的制备条件以铁尾矿∶煤矸石∶污泥∶页岩配比为54∶30∶6∶10,成型压力20 MPa为宜;烧结温度1 100℃,保温时间3.0h。制品经过高温烧结后,物料中重金属被固化或部分挥发,重金属离子浸出率大小为:Pb~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)Cr~(3+),且符合GB5085.3—2007的规定。显微分析表明:未烧砖坯断面多为离散颗粒、大小和排列均无序;高温烧结后新生成的玻璃晶相明显增加而呈现液相固结,显微表面更加平整均匀致密。     

大脚岭铅锌矿尾矿库重金属污染迁移的无损探测与评价

有色资源矿山开发利用的环境负效应之一就是重金属的污染,其重金属离子的迁移与探测是重金属污染的重要研究方向之一。采用探底雷达的分层界限探测技术、岩土取样和荧光分析技术,对湖南省湘江流域的某尾矿库重金属离子下向迁移展开系统的对比研究,系统布置探测线和取样点,分析尾矿库重金属下向迁移的规律。分层探测表明,复垦土壤与尾砂层的分界较为明显,尾砂层与下层土壤分界在探地雷达上没有反应。主要重金属污染物为砷、镉、铅,在取样的不同深度样品中砷、镉、铅浓度都显著超标,铬浓度符合标准。尾矿库内的重金属主要以下向的重力迁移为主,存在少量的上向吸附迁移。     

粉煤基沸石对Cu~(2+)吸附行为的实验研究

研究了粉煤基沸石对水溶液中重金属铜离子的吸附特性。结果表明,在温度35℃,pH值在3~5,液固比200∶1,初始浓度800 mg/L条件下,粉煤基沸石对Cu~(2+)基本达到吸附饱和,饱和吸附量122 mg/g;Langmuir模型和Freundlich模型可描述粉煤基沸石对Cu~(2+)的吸附特性;粉煤基沸石对铜离子的吸附行为是氢氧化铜沉淀和离子交换吸附共同作用的结果。     

焙烧联合碳酸钠改性尾煤基吸附剂的制备及其对Cu(Ⅱ)的吸附

尾煤基吸附剂的开发不仅可以降低重金属离子废水的处理成本,还能够解决尾煤堆积造成的环境生态问题,实现尾煤高附加值利用。以浮选尾煤(TC)为原料,通过氮气氛下焙烧联合碳酸钠改性制备了一系列尾煤基吸附剂,研究了各种尾煤基吸附剂对Cu~(2+)的吸附性能,并采用XRD、FTIR及SEM等分析手段对吸附剂的吸附性能进行表征。结果表明:当焙烧温度为800℃,焙烧时间为1 h, Na_2CO_3溶液浓度为1.0 mol/L,Na_2CO_3溶液改性时间为2 h时,制得的吸附剂CNTC对水体中Cu~(2+)去除的效果最好;当CNTC投加量为3 g/L,25℃下吸附时间为4 h时,对初始浓度为50 mg/L的废水中Cu~(2+)的去除率可达99.8%,实现了废水中Cu~(2+)的有效去除;对Cu~(2+)的吸附主要包括物理吸附,以及Na~+与Cu~(2+)的离子交换,含氧官能团—OH、Si—O与Cu~(2+)的化学吸附。     

降雨作用下曼家寨东帮采场岩质边坡渗流规律分析

降雨是影响露天矿山失稳的主要因素。针对曼家寨东帮采场岩质边坡在降雨过后曾发生局部垮塌、出现坡面裂缝现象,结合饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-studio中的SEEP/W模块对该边坡典型剖面进行降雨过程渗流规律分析。通过对降雨作用下孔隙水压力、暂态饱和区变化规律进行分析,得出如下结论:降雨条件下边坡表层区域受降雨影响严重,影响区域与影响程度受降雨时间与降雨强度共同控制;暂态饱和区是考虑降雨作用下边坡失稳的重要因素,持续的降雨作用会在边坡表面形成一定范围的暂态饱和区,降雨历时相同时,降雨强度越大形成暂态饱和区面积越大;降雨对坡脚处孔隙水压力及暂态饱和区的影响要大于坡顶区域,在进行相关边坡治理防护时要重点考虑坡脚位置。