毛鑫磊，曹俊鵬，支冬安，王麗坤

(1.中核通遼鈾業(yè)有限責任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.中國輻射防護研究院，山西 太原 030006)

與地下和露天開采方法相比，地浸采鈾工藝對地表的破壞性小，勞動作業(yè)條件好，有利于環(huán)境保護，為建設綠色礦山奠定了基礎。然而，受地浸采鈾工藝的制約，水冶廠運行期間，產(chǎn)生的樹脂反沖廢水和反滲透濃水會排入蒸發(fā)池，依靠風能和太陽能等自然蒸發(fā)方式進行蒸發(fā)。蒸發(fā)池的建設可能成為潛在的溶液滲漏源和環(huán)境污染源。

地浸采鈾工藝生產(chǎn)運行中，一旦發(fā)生蒸發(fā)池滲漏事故，將導致含鈾溶液滲漏至淺水層，嚴重影響該區(qū)域生態(tài)環(huán)境。因此，蒸發(fā)池蒸發(fā)量的可靠估算及嚴格的防滲漏監(jiān)測等安全管理工作對地浸采鈾的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 蒸發(fā)池廢水來源與控制

1.1 蒸發(fā)池廢水來源

鈾回收工藝是地浸礦山廢液的主要來源。對于CO2+O2地浸采鈾礦山來說，工藝廢水主要來自抽液量大于注液量0.3%[1]，過抽量最終將轉(zhuǎn)化為樹脂反沖廢水、樹脂轉(zhuǎn)型廢水、反滲透濃水、洗滌廢水、沉淀母液等。絕大部分廢水被循環(huán)利用，其中吸附尾液、樹脂反沖洗水返回配制浸出劑，沉淀母液返回配制淋洗劑，反滲透淡水用于灌溉[2]。反滲透濃水將排入蒸發(fā)池。

另外，水冶廠地面沖洗等作業(yè)也會產(chǎn)生一定量的廢水，這些廢水的鈾質(zhì)量濃度<0.1 mg/L。例如：中國某CO2+O2浸出工藝礦山外排工藝廢水主要由3部分組成，其中貧樹脂反沖廢水占廢水總量的20%、轉(zhuǎn)型廢水占76%、洗滌廢水占4%。

1.2 廢水減排控制技術(shù)

為減少廢水排放，中國某CO2+O2地浸采鈾礦山將反滲透技術(shù)成功應用于浸出液處理工藝中。采用吸附尾液反沖轉(zhuǎn)型樹脂，可利用吸附尾液中高濃度HCO3-置換樹脂中的Cl-，去掉轉(zhuǎn)型劑配制工序。

對于產(chǎn)生的轉(zhuǎn)型廢水采用反滲透處理，可實現(xiàn)廢水體積減量約75%；處理后的淡水返回配液池用于配制浸出劑，25%的濃水排入蒸發(fā)池。該工藝從根本上減少了蒸發(fā)池的廢水排入量，降低了滲漏風險[3-5]。

2 蒸發(fā)池安全環(huán)保設施

2.1 蒸發(fā)池施工建設

通常蒸發(fā)池為夯土式結(jié)構(gòu)，深度不超過1.5 m，池壁坡度1∶2。池底、池壁采用黏土墊層，墊層厚60 cm，經(jīng)過碾壓、夯實，滲透系數(shù)一般不大于10-7cm/s，抗壓強度大于0.6 MPa。在黏土之上鋪設2層無紡布，夾1層防滲膜作為防滲襯里；襯里之上加鋪30 cm厚黏土，鋪平壓實，再鋪設1層紅磚作為防護層。

如果設計多個蒸發(fā)池，則在蒸發(fā)池之間鋪設聯(lián)通管，進入各個蒸發(fā)池的廢水量通過分配管路和閥門控制。蒸發(fā)池可利用地形坡度布置，以節(jié)省土方開挖量。浸出液處理廠房至蒸發(fā)池的尾液排放管路盡可能采用自流，每個蒸發(fā)池設1個排放口。通常蒸發(fā)池間距約為5 m[6-7]。

2.2 蒸發(fā)池安全環(huán)保措施

蒸發(fā)池的安全環(huán)保措施：1)在無紡布下層鋪設網(wǎng)狀鋁線或銅線(圖1)，通過測試網(wǎng)狀線兩端的電流檢測蒸發(fā)池是否發(fā)生滲漏；2)在風沙大的地區(qū)，蒸發(fā)池應在迎風面設置擋沙墻，以減少蒸發(fā)池落沙量，保證蒸發(fā)效果；3)蒸發(fā)池四周設置截洪溝，防止雨水流入蒸發(fā)池，同時可防止因蒸發(fā)池內(nèi)廢水溢出而污染地下水；4)為提升蒸發(fā)池防滲性，蒸發(fā)池防滲漏無紡布夾層可選用最新研制的“透氣防滲砂”。

圖1 蒸發(fā)池環(huán)保監(jiān)測網(wǎng)狀線示意圖Fig. 1 Environmental protection monitoring mesh line of evaporation pond

透氣防滲砂是根據(jù)“提高水的表面張力”原理，采用沙漠風積沙為原料，研制的一種具有呼吸功能的防滲材料，如圖2所示。該材料防水、防滲性能顯著，環(huán)保無污染，透氣性好[8]。鋪裝厚度為1 cm的透氣防滲砂的防滲高度達2 m以上；在2 m高水壓下，滲透速率<0.3 kg/(m2·h)，略高于蒸發(fā)速率0.007 kg/(m2·h)。該產(chǎn)品未檢出有毒物、重金屬；在惡劣條件(高溫400 ℃、酸堿浸泡)測試產(chǎn)品的情況下，其仍不會污染環(huán)境。該產(chǎn)品耐候性良好，長期使用的防滲性能下降<30%，且耐堿、耐酸(pH>4的稀酸)。5 cm厚度的透氣防滲砂的透氣性為49；同厚度、同等級粒徑原砂的透氣性為55，同厚度土壤(常用種植土)的透氣性<10。

圖2 透氣防滲砂實物Fig. 2 Physical map of breathable anti-seepage sand

2.3 蒸發(fā)池監(jiān)測井布置

為有效發(fā)揮監(jiān)測井的作用，蒸發(fā)池監(jiān)測井布置應盡量遵循以下原則：1)圍繞蒸發(fā)池四周布置監(jiān)測井，監(jiān)測井距蒸發(fā)池邊界不大于30 m；2)在地下水水流方向下游鄰近的2個監(jiān)測井與蒸發(fā)池邊界形成的夾角應不大于95°，其他鄰近2個監(jiān)測井與蒸發(fā)池邊界形成的夾角應不大于105°；3)監(jiān)測井深度要達到地下淺水層，保證地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

3 蒸發(fā)池安全環(huán)保管理措施

3.1 蒸發(fā)量估算與監(jiān)測

非均勻陸面實際蒸發(fā)主要發(fā)生于土壤-植被-大氣系統(tǒng)內(nèi)，是個復雜且連續(xù)的過程[10]。潛在蒸發(fā)量反映了大氣的蒸發(fā)能力，是蒸發(fā)量計算中應用最廣泛的參數(shù)之一，它是計算實際蒸發(fā)量的基礎。但在實際應用中，很難通過儀器監(jiān)測得出區(qū)域的潛在蒸發(fā)量，往往是通過不同的方法進行估算[11]。

對于形狀規(guī)則的蒸發(fā)池，可將帶刻度的標桿插入平整的蒸發(fā)池底面，定期記錄液面變化情況，估算實際蒸發(fā)量；并結(jié)合蒸滲儀、水熱平衡等測量及計算方法，估算區(qū)域的潛在蒸發(fā)量。蒸發(fā)池所需蒸發(fā)量由廢水量和降雨量組成。根據(jù)當?shù)氐哪昃舭l(fā)量、年均降雨量和工藝廢水年排放量，依據(jù)式(1)計算所需蒸發(fā)面積。

(1)

式中：F—蒸發(fā)池面積，m2；Q—待蒸發(fā)廢水量，m3/a；h—蒸發(fā)量，mm/a；k—蒸發(fā)折算系數(shù)，根據(jù)當?shù)貤l件和所需蒸發(fā)的溶液含鹽量確定；p—降雨量，mm/a。必須注意，式中當?shù)氐恼舭l(fā)量和降雨量以雨水為計算依據(jù)，而含鹽鹵水的蒸發(fā)量比雨水的蒸發(fā)量小。

中國某CO2+O2地浸采鈾礦山本地蒸發(fā)量為1 900 mm/a，平均降雨量為381 mm/a，工藝廢水年排放量為27 659 m3，計算時選取液面蒸發(fā)的折減系數(shù)為0.82，計算得出蒸發(fā)池所需面積為23 499 m2。根據(jù)計算結(jié)果，設計6座蒸發(fā)池，每座池長80 m、寬50 m、深1.5 m，總面積24 000 m2。

3.2 監(jiān)測井監(jiān)管工作

蒸發(fā)池監(jiān)測井監(jiān)管工作主要包括：1)由專(兼)職安全員對各監(jiān)測井現(xiàn)場取樣、送檢，并嚴格對照本底值對數(shù)據(jù)進行分析；2)公司安全環(huán)保管理部門制定年度監(jiān)測計劃，按照監(jiān)測要求對監(jiān)測井進行取樣監(jiān)測；3)由蒸發(fā)池所屬部門對監(jiān)測井實施監(jiān)督管理、取樣工作，確保監(jiān)測井設施完整，無破壞。

3.3 蒸發(fā)池安全環(huán)保管理規(guī)定

制定了適用于蒸發(fā)池日常安全環(huán)保管理的《蒸發(fā)池安全環(huán)保管理規(guī)定》，明確水冶車間是蒸發(fā)池的管理部門，對蒸發(fā)池的安全使用情況負責，并要求：1)吸附值班人員每班組要對蒸發(fā)池安全狀況(護坡狀況、圍欄狀況、液位情況等)進行1次巡視檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時向車間管理人員匯報并做好記錄；2)向蒸發(fā)池排放廢水時，由專人看守外排廢水管道出水口，防止發(fā)生泄露，并建立《外排廢水記錄》；3)車間每月對蒸發(fā)池進行1次防滲漏電流檢測；4)車間每旬至少要對蒸發(fā)池安全運行狀況進行1次安全檢查；5)每年要聯(lián)系資質(zhì)單位對蒸發(fā)池開展1次異味檢測；6)每2月要對監(jiān)測井取樣分析1次，每半年對蒸發(fā)池水取樣分析1次。

3.4 蒸發(fā)池運行管理措施

采取如下管理措施保障蒸發(fā)池的安全可靠運行[12]：1)地浸采鈾礦山蒸發(fā)池僅接受工藝廢水，嚴禁排入其他雜物及生活垃圾、廢水等；2)蒸發(fā)池采用一次建成、分批投入運行的生產(chǎn)方式，以保障地浸采鈾礦山運行期間蒸發(fā)池的有效運行；3)定期對蒸發(fā)池進行巡檢及防滲漏檢測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時上報處理，并特別注意汛期或融雪對蒸發(fā)池周邊排水設施的影響；4)定期維護蒸發(fā)池檢漏設施，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時報警，并進行修復治理。

4 蒸發(fā)池廢水惡臭控制技術(shù)

4.1 蒸發(fā)池廢水臭味的產(chǎn)生

在生產(chǎn)運行過程中，蒸發(fā)池內(nèi)廢水經(jīng)過長期的靜置與蒸發(fā)，廢水中的各種離子、有機物等的濃度逐漸升高。在夏秋季節(jié)，因氣溫較高滋生大量綠色藻類與蚊蠅，散發(fā)令人難以忍受的臭味[13]。

臭味和滋生的蚊蠅、細菌等，會對長期處于此環(huán)境作業(yè)的人員健康帶來負面影響；同時對周邊環(huán)境也會產(chǎn)生一定的污染。

4.2 蒸發(fā)池惡臭的控制

分別在臭味污染物產(chǎn)生的前端與末端采取相應措施，控制臭味污染物，使其達標。

前端控制方案：1)改變水體pH，破壞藻類與厭氧細菌生長環(huán)境，抑制、滅殺厭氧細菌與藻類的生長；2)增加廢水中溶解氧含量，抑制、滅殺廢水中的厭氧細菌，減少厭氧發(fā)酵過程產(chǎn)生的臭味；3)向廢水中加入相應的除藻試劑，消除廢水中的藻類因正常新陳代謝產(chǎn)生的臭味。

末端控制方案：向蒸發(fā)池廢水中加入化學試劑，利用試劑吸附、凈化廢水散發(fā)的臭味氣體。此方法投入成本較高，仍需進一步研究。

5 蒸發(fā)池安全環(huán)保管理成效

通過對內(nèi)蒙古某地浸采鈾工藝中的蒸發(fā)池實施防滲漏監(jiān)測、惡臭治理等安全環(huán)保管理，取得以下主要成效：1)通過定期用刻度標桿實地監(jiān)測液位，結(jié)合蒸滲儀、水熱平衡等測量及計算方法，估算實際蒸發(fā)量，實現(xiàn)了對蒸發(fā)池防滲監(jiān)管；2)引進“透氣防滲砂”新型材料，提高了蒸發(fā)池的防滲系數(shù)；3)通過鋪設網(wǎng)狀鋁線或銅線網(wǎng)，并定期進行電流檢測，有效避免了蒸發(fā)池滲漏的發(fā)生；4)合理布置監(jiān)測井，并加強監(jiān)管，制定年度監(jiān)測計劃，按監(jiān)測規(guī)定進行取樣監(jiān)測，強化了蒸發(fā)池的防滲管理；5)通過蒸發(fā)池惡臭治理，抑制了惡臭氣味對周邊環(huán)境、工作人員的影響；6)該地浸采鈾礦山運行10余年無環(huán)境保護事件、環(huán)境輿論事件發(fā)生。

6 結(jié)論

內(nèi)蒙古某地浸采鈾礦山通過建設防滲系數(shù)高的蒸發(fā)池，并對蒸發(fā)池實施防滲漏檢測、異味控制、定期環(huán)境監(jiān)測及巡查等安全環(huán)保管理工作，有效控制了蒸發(fā)池滲漏、環(huán)境污染的風險，為環(huán)境友好型地浸采鈾方法提供了安全環(huán)保保障。