彭道鋒，劉慶成

（東華理工大學(xué)，江西 撫州，344000）

鈾尾礦庫退役后的污染源項調(diào)查方法

彭道鋒，劉慶成

（東華理工大學(xué)，江西 撫州，344000）

從源項調(diào)查的目的、意義、基本內(nèi)容和主要方法等方面進(jìn)行了研究，分析了國內(nèi)該方面研究工作的主要動態(tài)，指出了目前源項調(diào)查工作存在的主要問題，并對退役治理工作提出了合理的建議。

鈾尾礦庫；退役；源項調(diào)查

鈾礦山及其水冶廠在進(jìn)行礦石選冶后會產(chǎn)生大量的廢渣 （即尾礦），礦冶單位通常是選擇有利地形筑壩攔截谷口或圍地形成具有一定容積的尾礦庫，用于存儲尾礦和澄清尾礦水［1］。由于該儲存形式是將尾礦堆積并暴露在自然界中，所以尾礦庫又是一個人造的高勢能泥石流形成區(qū)。由于時時受到大自然的風(fēng)化和侵蝕作用，還可能受到自然災(zāi)害的破壞，因此尾礦庫是一個較大的不安全危險源，在退役后應(yīng)及時給予治理。鈾尾礦是一種放射性活度低但數(shù)量巨大的一類放射性廢物［2］，尾礦中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為72×10-6～740×10-6，鐳質(zhì)量活度約為5.77～48.1 Bq·g-1，釙質(zhì)量活度約為11.1～66.6 Bq·g-1，總α放射性活度約為 15.5～92.5 Bq·g-1［3］。 從總體來看， 這些尾礦只含有全球范圍內(nèi)產(chǎn)生的所有放射性廢物總活度的一小部分，但它占放射性廢物整個體積的90%以上，而且許多處置設(shè)施遠(yuǎn)在當(dāng)前的監(jiān)管要求或技術(shù)和安全改進(jìn)付諸實施之前就已經(jīng)建設(shè)并且開始運(yùn)行，使得生產(chǎn)過程中的環(huán)境保護(hù)滯后于生產(chǎn)，直到各種環(huán)境污染事故不斷被揭露后，不得不采取補(bǔ)救措施進(jìn)行治理，造成巨大的經(jīng)濟(jì)花費(fèi)。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

源項調(diào)查是退役前期工作，即開發(fā)階段的首要構(gòu)成部分，在整個退役過程中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響到隨后的退役方案的確定［4］。作為退役工程不可缺少的一部分，源項調(diào)查本身就是一項獨(dú)立的工作，其結(jié)果為退役方案的制定、環(huán)境影響評價，以及最終的退役實施提供最基礎(chǔ)、最重要的依據(jù)。我國地下水污染調(diào)查與治理研究明顯滯后于發(fā)達(dá)國家，直到2004年才由國土資源部牽頭啟動 “全國首輪地下水污染調(diào)查與評價”，計劃到2010年，基本查明我國地下水水質(zhì)與污染狀況，實現(xiàn)重要城市和地區(qū)地下水水質(zhì)與污染的有效監(jiān)控。環(huán)境保護(hù)總局和國土資源部于2006年7月共同啟動了全國土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治項目，包括8個專題，主要任務(wù)是全國土壤環(huán)境質(zhì)量狀況與評價、全國土壤背景點環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與對比分析、重點區(qū)域土壤污染風(fēng)險評估與安全等級劃分、污染土壤修復(fù)與綜合治理試點、建設(shè)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督管理體系。總體來說，我國鈾礦冶設(shè)施退役監(jiān)測不十分全面，監(jiān)測布點不盡合理，有些礦山僅進(jìn)行了放射性監(jiān)測，而未進(jìn)行非放射性監(jiān)測，不能很好地反映污染狀況的真實性［5］。由于監(jiān)測工作投入不足，致使污染范圍圈定不明，使設(shè)計、治理工作帶有一定的盲目性，尤其是在地下水、土壤、河溝底泥和稻田等的污染治理上。

2 源項調(diào)查的目的、意義和基本內(nèi)容

2004年10月11～15 日，國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）在北京舉行了核設(shè)施退役源項調(diào)查會議，IAEA 3位專家分別介紹了歷史場址的評估、源項調(diào)查的方案設(shè)計和實施程序，以及退役過程中使用的數(shù)據(jù)庫管理模式。結(jié)合IAEA會議內(nèi)容及國內(nèi)鈾尾礦庫的實際情況，針對鈾尾礦庫退役進(jìn)行源項調(diào)查的主要目的，為確定鈾尾礦庫主要污染源、污染物及污染途徑（包括放射性核素和非放射性化學(xué)污染物），確定尾礦庫附近的農(nóng)田、池塘、土壤、地表水和農(nóng)作物的污染情況及γ輻射劑量水平，確定尾礦庫周圍地下水污染情況及污染趨勢，并建立相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫，為退役治理服務(wù)。尾礦庫源項調(diào)查可為退役評估、退役技術(shù)的選擇，退役費(fèi)用的預(yù)算等提供信息，其成果對尾礦庫退役治理具有重要的指導(dǎo)意義，也對其他鈾礦冶設(shè)施的退役治理具有積極的借鑒意義。

源項調(diào)查的基本內(nèi)容包括：對尾礦庫設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行和關(guān)閉的整個歷史過程中資料的搜集與評估；源項調(diào)查具體技術(shù)路線及實施方案的設(shè)計；源項調(diào)查關(guān)鍵技術(shù)及具體實施程序。歷史資料的評估就是搜集從尾礦庫設(shè)計到源項調(diào)查為止整個歷史時期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)記錄，包括各歷史時期內(nèi)的尾礦中所含放射性核素的種類和數(shù)量及其物理和化學(xué)動態(tài)變化過程；尾礦庫管理及運(yùn)行過程中的事故記錄；原有的放射性調(diào)查報告及監(jiān)測數(shù)據(jù)等。技術(shù)路線及實施方案的設(shè)計在于確定具體的源項調(diào)查目標(biāo)，其中涉及：資料調(diào)研與現(xiàn)場踏勘，監(jiān)測方案的設(shè)計，取樣、分析及現(xiàn)場試驗，污染物運(yùn)移趨勢的模擬及評價，調(diào)查的相關(guān)組織及誤差來源等。源項調(diào)查的具體實施程序，可概括為現(xiàn)場測量→取樣分析→數(shù)據(jù)處理→調(diào)查報告編制。

3 源項調(diào)查的主要方法

3.1 歷史資料的收集和補(bǔ)充

目前退役的鈾礦冶設(shè)施都是較早期建設(shè)的，大多數(shù)已多年沒有進(jìn)行放射性操作工作，由于人員變動，大部分資料已缺失，無法收集完全。針對這些問題，地球物理方法發(fā)揮著越來越重要的作用，它是根據(jù)地下水與其周圍介質(zhì)在物理-化學(xué)性質(zhì)上的差異（如密度、電阻率、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、極化率、放射性），借助一定的裝置和專門的儀器，測量其物理場的分布狀態(tài)，通過分析和研究物理場的變化規(guī)律，結(jié)合地質(zhì)、水文等有關(guān)資料，推斷解釋地下一定深度范圍內(nèi)環(huán)境特征，以達(dá)到檢測的目的。在加拿大某基地的一個9 m×9 m×3.5 m雙層水槽中，采用地表和孔間雷達(dá)、雷達(dá)層析成像、電阻率和中子測井等方法，通過動態(tài)監(jiān)測污染前、后及消除污染后的密度、電阻率和電導(dǎo)率的變化，研究有機(jī)氯溶劑污染地下水的物理-化學(xué)特征，搞清了污染物運(yùn)移所經(jīng)過的地質(zhì)環(huán)境［6］。文富平在某研究所放射性實驗設(shè)施退役工程源項調(diào)查中，提出了加強(qiáng)現(xiàn)場工作中掃描測量和取樣分析的力度，設(shè)置不同深度的多次測量，采用偵查測量、掃描測量和重點測量相結(jié)合的多重工作模式，各模式相互獨(dú)立，很好地解決了歷史資料缺失的難題［7］。

3.2 實地勘察與現(xiàn)場就地測量

進(jìn)行實地勘察與現(xiàn)場就地測量，是鈾尾礦庫退役源項調(diào)查中必不可少的重要方法與手段。由于放射性污染的特殊性，國際上對放射性物質(zhì)的運(yùn)輸具有很嚴(yán)格的管理要求和操作規(guī)范［8］，因此，針對放射性污染源項的調(diào)查大多數(shù)情況下盡可能采取現(xiàn)場就地測量，以避免運(yùn)輸過程中可能造成的輻射泄漏。關(guān)于現(xiàn)場就地測量技術(shù)的研究，國內(nèi)、外進(jìn)行的較多，但大多數(shù)都是基于γ譜儀的直接測量［9-11］，γ譜儀在野外操作時，受到野外各種不確定條件的影響，使其測量結(jié)果與實驗室測量數(shù)據(jù)還有一定的偏差，因此，還需進(jìn)一步加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究，其他方面，如高靈敏度手持式光度計的開發(fā)與研制［12］也為現(xiàn)場就地測量提供了廣闊的研究空間。現(xiàn)場就地測量還包括進(jìn)行輻射劑量的監(jiān)測，輻射劑量監(jiān)測要重視強(qiáng)γ輻射對α、β污染監(jiān)測的影響，要重視監(jiān)測布點、監(jiān)測儀表靈敏度和監(jiān)測范圍。在劑量監(jiān)測方面，使用OSL劑量計可獲得更為廣泛的能量探測范圍和劑量累計，有利于重復(fù)進(jìn)行分析。周程等使用OSL劑量計與TLD劑量計進(jìn)行對比，進(jìn)行輻射劑量監(jiān)測，每次測讀僅損耗約0.2%的輻射信號，監(jiān)測取得了較好的效果［13］。

3.3 取樣分析

由于就地測量的一些局限性（一些放射性核素不能直接進(jìn)行現(xiàn)場就地測量或就地測量準(zhǔn)確度較差），為了確保源項調(diào)查結(jié)果的可靠性，還需要取樣進(jìn)行實驗室分析。源項調(diào)查中所采集的樣品應(yīng)具有代表性，其數(shù)量應(yīng)盡可能滿足源項估算時所需的最大準(zhǔn)確度和最高精密度。在鈾尾礦庫源項調(diào)查中需要采取的樣品包括：尾礦砂、土壤、地表水、地下水和周邊生物等［14］。地下水污染源項調(diào)查，首先在分析地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、地下水整體流向，以及交通與施工的便利程度、尾礦庫結(jié)構(gòu)、尾礦庫運(yùn)行簡史、地球物理探測數(shù)據(jù)等的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步布點監(jiān)測，然后據(jù)此結(jié)果開展更進(jìn)一步的測井布置、設(shè)計、施工和取樣分析。土壤污染源項調(diào)查要綜合采用放射狀、均勻、帶狀布點法，采樣點自尾礦壩體起隨距離增加由密漸疏，首先根據(jù)尾礦庫結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)期間的壩體滲漏情況，初步確定農(nóng)田土壤污染調(diào)查的重點范圍，然后對所要進(jìn)行的大面積污染區(qū)域進(jìn)行初步污染調(diào)查，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更詳細(xì)污染調(diào)查并進(jìn)行剖面取樣分析。

取樣結(jié)束后，應(yīng)立即按照 《HJ/T 61-2001輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行樣品預(yù)處理，處理后送入實驗室進(jìn)行分析。在以前的鈾尾礦庫退役實踐中，污染源項包括有放射性核素和非放射性化學(xué)污染物［15］。不同的尾礦庫中非放射性化學(xué)污染物種類不盡相同，John M等人對尾礦中的As源項進(jìn)行研究，認(rèn)為其對地下水會造成長期的影響［16］，劉雨芳等人在研究中也發(fā)現(xiàn)鈾尾礦庫中的重金屬元素對生態(tài)環(huán)境的影響不容忽視，其中包括Cd、 Pb、 Cu、 Zn、 Mn、 Cr和 Ni［17］。 在進(jìn)行非放射性化學(xué)污染源項調(diào)查時，應(yīng)先對尾礦砂、尾礦庫中的水進(jìn)行全分析，包括pH、水溫、電導(dǎo)率、 溶解氧、TDS、 SO42-、 Cl-、 NO-3、 氨氮、HCO-3、 F-、 Ca、 Mg、 Na、 K、 Fe、 Cu、Zn、 Mn、 Cd、 Cr、 Pb、 Ni和 As等 24項， 從中篩選出會對環(huán)境造成影響的污染源項，對于這些源項再展開全面的調(diào)查。目前，國家已經(jīng)對化學(xué)污染物的分析方法形成了各自的標(biāo)準(zhǔn)，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠，原則上建議均使用標(biāo)準(zhǔn)方法，或者至少要抽取一定的樣品使用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行比照實驗。對于放射性污染源項調(diào)查，由于放射性核素會自發(fā)進(jìn)行衰變，形成一系列子體，在這些子體中，有些壽命較短，不能建立長期平衡，它們對環(huán)境的影響主要是由其母體的活度來決定，因此，在進(jìn)行調(diào)查時，主要考慮的是長壽命的核素， 包括 U、226Ra、230Th、210Po和210Pb等，此外還應(yīng)考慮總α和總β放射性活度。新的放射性核素分析技術(shù)，目前仍然是研究的熱點，Luo M B 2010年研究了使用EESIMS技術(shù)分析水樣中的鈾，該技術(shù)具有分析時間短，且可同時進(jìn)行同位素分析等優(yōu)點［18］；Carvalho F P 2007年使用α譜儀進(jìn)行總α放射性活度的測定，并以此推斷出了各主要核素的活度［19］，這些新的方法和手段使得我們對于放射性核素含量的分析更加快捷，但其可靠性還需進(jìn)行檢驗。

3.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是源項調(diào)查研究中的一項重要工作，包括數(shù)據(jù)的維護(hù)與管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評估與審核和數(shù)據(jù)結(jié)果分析等。目前，數(shù)據(jù)的維護(hù)與管理大多是采用數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，Microsoft Access數(shù)據(jù)庫是一個桌面關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它結(jié)合了Microsoft Jet Database Engine和圖形用戶界面兩項特點，能夠存取Access/Jet、 Microsoft SQL Server、 Oracle 或者任何ODBC兼容數(shù)據(jù)庫內(nèi)的資料，是用于維護(hù)與管理源項調(diào)查數(shù)據(jù)較好的系統(tǒng)平臺。

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與審核對于給出正確的源項調(diào)查結(jié)果至關(guān)重要，應(yīng)建立完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和審核機(jī)制，嚴(yán)格把好審核關(guān)，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)的有效性。在通常情況下，還可通過誤差分析，選擇合適的統(tǒng)計檢驗方法，可以評判源項調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)的不確定度主要來源包括源項調(diào)查設(shè)計誤差和測量誤差，設(shè)計誤差是沒有抓住調(diào)查單元中的可變因素；測量誤差可能包括系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差，隨機(jī)誤差影響精密度，而系統(tǒng)誤差導(dǎo)致偏差。

結(jié)果分析主要是要獲取各區(qū)域污染源項之間的內(nèi)部關(guān)系，以及各污染物含量之間是否存在關(guān)聯(lián)，為制定退役治理方案服務(wù)。分析方法可以采用聚類分析、因子分析和時間序列分析，聚類分析是一種建立分類的多元統(tǒng)計分析方法，能按照在性質(zhì)上的親疏程度在沒有先驗知識的情況下進(jìn)行自動分類，類內(nèi)部在特征上具有相似性，而不同類間的差異性較大，這就為分類治理提供依據(jù)；因子分析可以解決各污染物之間的主次關(guān)系，明確主要污染源項，可提出具有針對性的治理方案；時間序列分析是研究事物發(fā)展變化規(guī)律的一種量化分析方法，可分析污染物的變化趨勢，從而對未來環(huán)境狀況進(jìn)行合理的預(yù)測。綜合聚類分析、因子分析和時間序列分析方法，得出源項調(diào)查結(jié)果可為尾礦庫退役治理方案的制定提供科學(xué)的依據(jù)。

4 存在的問題及建議

自20世紀(jì)80年代，我國陸續(xù)有鈾礦山關(guān)閉實施退役以來，已經(jīng)在這方面積累了大量的退役經(jīng)驗，使退役策略逐步走向完善。但由于建設(shè)初期沒有考慮到退役和環(huán)境治理問題，因此遺留下來大量隱患和難題，導(dǎo)致源項調(diào)查缺少足夠數(shù)據(jù)，不少退役項目文件在經(jīng)過較長時間的審查和修改后仍未順利通過，使得退役治理工作受到嚴(yán)重影響。因此，還需持續(xù)開展源項調(diào)查工作，以及對源項調(diào)查中涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深入研究。

1995 年，IAEA出版的《放射性廢物管理原則》規(guī)定：“放射性廢物的產(chǎn)生量必須保持在可實現(xiàn)的最小量，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計措施、運(yùn)行和退役實踐使放射性活度量和廢物體積量兩方面都要最小”。因此，今后的鈾礦冶工程建設(shè)項目，在各個階段中均必須考慮將來的退役和環(huán)境治理問題，統(tǒng)籌制訂各個階段的源項調(diào)查工作計劃，貫徹 “退役治理必須貫穿于工程始末”的新理念。

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Technology of source term investigation in uranium tailings decommission

PENG Dao-feng，LIU Qing-cheng
（East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou，Jiangxi 344000，China）

The research is carried out from the aspects of purpose， significance， basic content and main methods of source term investigation in the paper.Main status on this aspect has been analyzed in China， the main problems on the present source term investigation have been pointed out， and some reasonable suggestions on the decommission and remediation have been put forward.

uranium tailings； decommission； source term investigation

TL752.2

A

1672-0636（2010）04-0224-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.04.007

江西省自然科學(xué)基金資助項目（2009GZH0002）

2010-07-28；

2010-08-30

彭道鋒（1976—），男，江西撫州人，副教授，在讀碩士研究生，研究方向：放射性環(huán)境化學(xué)。E-mail:pengdaofeng@yahoo.com.cn