铀矿冶尾矿库对环境的安全问题,是直接关系到我国乃至世界核工业生存的问题,其中因"返酸"现象导致放射性核素对地下水环境的污染是主要危害之一。本课题以我国南部某铀尾矿库为对象,以库中铀和镭为污染源,采用理论分析、现场监测、试验分析和数值仿真等方法,首先实验研究尾矿"返酸"核素析出的规律,结合多年来对库区地下水水质监测数据,运用三维潜水流及溶质运移耦合模型,考虑弥散度、阻滞系数、水文地质条件等因素,对核素的迁移行为进行数值仿真,揭示库中核素对地下水环境污染机理。在此基础上,根据核素污染的环境效应、污染影响因素、库坝筑填材料及地球化学环境等条件,建立风险评价的指标体系和综合评价标准,利用支持向量机(SVM),结合DRASTI改进模型,得出核素对库区地下水环境污染风险评价的方法,并提出事故预防措施。本研究成果将为我国铀尾矿库安全运行、事故预防、退役治理和库区生态环境修复提供理论和技术指导。
uranium tailings;groundwater;radionuclide;pollution mechanism;risk assessment
本研究以中国南部某大型铀矿冶尾矿库为研究对象,以库中铀为主要污染源,以地下水动力过程和放射性核素的环境效应为研究目标,揭示不同时空尺度的水、土动力要素相互作用下核素迁移规律和污染机理,为铀矿冶尾矿库的安全运行、退役治理及库区地下水修复等提供的理论依据和工程技术指导。 本课题研究的主要内容一是对南方某典型铀尾矿库,在长期对库区地下水质进行监测数据上,通过有针对性钻井扩大监测范围,丰富了监测样本空间,分析了铀在地下水环境中在时间、空间位置上变化趋势;二是利用静态吸附实验和动态柱实验,研究了土层介质参数,如分配系数、孔隙率、弥散度、含水率、pH、铀的浓度等因素对核素迁移的影响;三是通过对土中一些典型物质,如腐殖酸、羧甲基纤维素、木屑等物质对铀吸附性能的机理进行了研究,并分别对其进行改性作了对比延伸研究,为铀对水环境的污染效应提供了理论支持;四是对尾矿库库区地质实测资料,合理地确立了边界条件,建立了铀尾矿库核素在地下水中的迁移模型,通过与实测数据进行了模型校正;五是通过DRASTIC模型的改进,结合GIS和层次分析法(AHP)建立了铀尾矿库核素U(VI)对地下水污染风险评价模型,并对未来进行了预测分析;六是研究了酸雨对铀尾矿库废渣中核素析出的影响,主要研究了酸雨强度(pH)对铀尾矿库核素析出系数和穿透曲线的影响。 本项目执行期间,所有工作均按计划进行,原定研究计划和内容全部完成,同时根据项目的需要,开展了一些拓展研究土壤协同微生物对核素迁移的影响研究,以及铀尾矿中核素固定方法的研究。 整个项目取得了预期的成果,已发表了国际期刊论文3篇(另外2篇在审稿中)、国内核心期刊论文12篇、一般期刊论文2篇(期中SCI收录1篇、EI收录4篇),专著2部,专利2项,已培养6名硕士研究生(另有三名硕士研究预计2017前毕业)。