案例正文:
铅锌尾矿重金属污染控制
Heavy Metals Pollution Control of Lead and Zinc Tailings
作者姓名:张增强
工作单位:西北农林科技大学资源环境学院
案例版权:西北农林科技大学
涉及的知识点:重金属污染的特点及危害;土壤重金属污染评价;尾矿修复技术的筛选;矿渣固化修复的优势及特点;固化剂的种类及修复机理。
案例来源:2015年中央重金属污染防治专项
案例真实性:未经过掩饰处理
摘要:我国金属矿山资源极其丰富,每年都有数量巨大的尾矿露天堆放或弃置于尾矿库。尾矿不仅会占用大量的农田堆置浪费资源,还会造成严重的环境污染,并通过食物链,对人体健康构成威胁。本案例以陕西省凤县草凉驿铅锌尾矿为对象,初步采样调查发现,尾矿渣分布及抛洒区域周边农田土壤已受到铅、镉、铜和锌污染;详细调查发现,尾矿重金属污染分布较广,淋出性较强,对周边农作物生产和居民人身健康安全造成较大环境风险,急需对遗留尾矿及周边农田土壤进行修复处理。本案例以工程角度,在前期现场查勘的基础上确定了修复目标与主要任务,并制定了工艺方案和技术路线,明确了工程内容以及施工、监理、验收流程。项目的成功实施说明固化稳定化填埋技术是铅锌尾矿重金属污染控制的一套较为成熟的工艺。
关键词:铅锌尾矿;重金属;污染控制;固化稳定化
Abstract:Metal mine resource is very abundant in China, there are a huge number of tailings discarded in the open air or deposited to tailings pond every year. Tailings not only takes up a lot of farmland, but also cause serious environmental pollution, and pose a threat to human health through the food chain. This case takes lead-zinc tailings located in Caoliangyi, Feng county, Shaanxi province as an example, the initial sampling survey found that the tail slag distribution and scattering area surrounding farmland soil have been contaminated by lead, cadmium, copper and zinc. Following detailed investigation indicated that a wide distribution of heavy metal pollution of tailings and high possibility of leaching down, posed high risk to the surrounding crop production and residents' health and safety. So it's urgent to repair the legacy tailings and the surrounding soil. This case with engineering point of view, based on the previous site survey, remediation goal and main task have been identified, the processing plan and technical route have been made, and the content of engineering and construction, supervision, acceptance process have been scheduled. The success of the project implementation indicates that the landfill technology with immobilization and stabilization is a set of relatively mature technology of heavy metal pollution control of lead-zinc tailings.
Key words: lead-zinc tailings; heavy metals; pollution control; immobilization and stabilization
目录
凤县位于陕西省西南部,东经106°24′54″至107°7′30″,北纬33°34′57″至34°18′21″。地连陕甘,又处入川孔道,北依秦岭主脊,南接紫柏山,古栈道贯通全境。县境海拔在915-2739米之间。嘉陵江为境内最大河流,发源于境内代王山南侧,自东北向西南斜贯,在境内长76 km,在县境西南部形成凤州-双石铺宽谷构造盆地,小峪河、安河等为其主要支流,呈枝状分布。属暖温带山地气候,气候垂直差异明显,年平均气温11.4℃,1月平均气温–1.1℃,7月平均气温22.7℃,年平均降水量613.2 mm,无霜期188天。自然常见的植被有主要植被乔木树种有山杨、锐齿栎、茅栗、化香、懈栎、卜氏杨、瓦氏柳、华山松、油松等;林下灌木的优势种主要有杭子梢、黄栌、胡颓子及藤蔓植物等。草被主要由野青茅、大油芒、美丽胡枝子等组成。由于长期的人为干扰,目前高达乔木数量极少,主要以灌木林地和农业用地为主。凤县地下矿产资源十分丰富,地质勘探已发现铅、锌、铜、铁、锑、金等金属和煤、石灰岩、硅石、纳长石、白云石、橄榄石等非金属矿藏100多种。其中铅锌矿贮量350万吨,约占全省的80%,是全国四大基地之一[1]。
凤县经济快速发展,产业初具规模。立足矿产资源优势和产业基础,按照“开采反哺勘查、开发补偿保护、成本体现安全、价格反映稀缺、企业进退有序”的思路[2],以百万吨铅锌冶炼基地建设为目标,大力实施矿业富县、工业强县战略,以实现全县矿业经济的快速健康发展。本项目涉及1个企业,成立于2000年11月的凤县草凉驿有色金属选矿厂主要从事铅锌原矿开采、加工及产品销售,因政府加大环境保护力度及自身经营不善,现已关闭。
集中的大量铅锌选矿活动产生的大量废水、烟尘等已消耗了大部分环境容量[3],如果得不到有效控制管理,将对周边水环境和土壤产生铅锌污染,成为损害人体健康和儿童智力的“罪魁祸首”[4]。更为严重的是,矿厂采用泵体直接抽取尾矿矿浆至周围田地河道随意堆放,长年积累的大量尾矿堆放不但占用了大量的土地,而且尾矿中含有大量可能污染环境的有害物质[5]。尾矿直接携带超标的重金属等污染物质及残存的选矿药剂对环境容易造成污染[6]。在高降雨量季节,尾矿堆向周围环境排放的过剩尾矿水会严重危害农田、淤塞河流、毒害牲畜和鱼类。因此,尾矿的堆放及其对环境的潜在危害早己在全球范围内受到高度重视[3]。
凤县位于嘉陵江流域上游,为保护嘉陵江流域中下游水质安全,对凤县草凉驿铅锌尾矿进行治理,以消除环境风险是十分必要的。从草凉驿到龙王沟不到2 km的距离内就已经堆放了4个大型尾矿堆,且紧邻河道,通过龙王沟流域很容易对嘉陵江上游造成污染。现在原厂已经倒闭,无法实施修复工程。原厂址及尾矿堆已对周围环境造成不同程度污染,亟待修复。
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凤县位于陕西省西南部,北纬33°33′57″-34°18′21″,东经106°24′54″-107°7′30″。东与太白县毗邻,南与留坝县、勉县接壤,西与甘肃省两当县相连,北与陈仓区、渭滨区相邻,县城所在地双石铺镇。东北距省城西安市297 km,距宝鸡市102 km。因地连陕甘,又处入川孔道,古故道、连云栈道和今之212省道、316国道、宝(鸡)成(都)铁路贯穿全境,故有“秦蜀咽喉,汉北锁钥”之称。总面积3187平方公里[7]。
凤县处于秦岭褶皱系中部。县境地质构造复杂,具有地层分异明显,构造形变强烈,新构造运动活跃的特点。凤县全境以山地为主,其主要山脉呈东西走向,地势东北高,西南低,海拔在900—2700米之间,嘉陵江自东北向西南穿境而过。嘉陵江、中曲河谷,发育有小型断陷盆地与宽谷坝子,为古今农业集中区,其余为山地,大部分为林草覆盖。位于唐藏镇境内的辛家山透马驹海拔2738.7米,为全县最高点。而温江寺两河口海拔915米,是凤县最低点。全县南北纵跨两个地质构造单元:北部为秦岭加里东褶皱带和加里东褶皱带的西延部分,中部有徽凤中断凹带。境内较大断层有安河断层及凤州、平木断陷盆地。地层自元古代至新生代均有出露,以古生代变质岩分布面积最为广泛,其次是中生代火成岩。第四系风积、坡积黄土广泛覆盖于河谷二级阶地及基岩缓坡区,山区由于海拔高、冰蚀、水蚀、重力侵蚀作用比较强烈,每当山洪爆发、山崩、滑坡、泥石流往往造成灾害。
县境内按形态成因可划分为2个地貌单元。即秦岭南坡中低山地与山间盆地。秦岭中低山地北部位于北秦岭加里东褶皱带的南部,为中等切割的侵蚀中低山地貌。东由太白县入境,西与两当县接界,北至秦岭主脊,南至徽凤盆地之北。包括黄牛铺、唐藏全部及双石铺、凤州、河口、岩湾、平木等乡镇之一部分,共46个村,面积1386.7 km2。
秦岭中低山地南部属中秦岭印支褶皱带之一部,为中等切割的侵蚀剥蚀中低山地貌。东与太白、留坝接壤,西与两当县相邻,北邻安河,南与勉县、留坝交界。由北而南有凤岭、紫柏山两个山系,均呈东西走向。主要山峰有八方山(2204米)、玉皇山(2278米)、大山(2131.9米)、凤岭、紫柏山(2538米)。凤岭山脉与紫柏山之间发育有南星、三岔盆地,面积1084.2平方 km。
山间盆地包括嘉陵江、安河、中曲河、杨家河、野羊河沿岸的山谷盆地,以东河桥、凤州、南星盆地较大。区内有双石铺、凤州、河口、岩湾、平木、三岔、南星等乡镇的50个村,面积692.7平方公里。
凤县土壤垂直分布规律明显。县境内有黄土性土、红土、潮土、淤土、褐土、棕壤、黄棕壤、紫色土、山地草甸土9个土类、20个亚类、54个土属、118个土种。9个土类中,褐土、棕壤、黄棕壤、紫色土、山地草甸土是山地土壤;黄土性土、红土为低山缓坡地带主要土壤,亦分布于坡麓与河流阶地上;潮土、淤土分布于河流两岸 。
黄土性土面积60866.67公顷,占全县土壤面积的19.45%,垦耕为农田的14200公顷。分布于河谷两旁的低山缓坡及阶地上,面积以双石铺、凤州、红光居多,唐藏、黄牛铺、南星、三岔次之,其余乡镇有小面积分布。
红土有红土、二色土两个土种,面积1953.33公顷,其中二色土1933.33公顷,为新老黄土相混母质上形成的幼年土壤。温乡寺乡有近1533.33公顷,其余分布在凤州、河口、平木、南星等乡镇。二色土质地粘重,耕层浅薄,熟化程度差,速效养分缺乏,料礓石含量多,为农业低产土壤。
潮土为自然土壤草甸土,因形成于河川及低阶地上,垦耕历史悠久。主要分布于黄牛铺、凤州、双石铺、河口、岩湾、平木等乡镇。面积1200公顷。为中上水平农业土壤。
淤土面积4800公顷,属中下水平农业土壤。
棕壤为县境主要土类,广泛分布在海拔1500-2200米左右的山地。面积117966.67公顷,占总土地面积的37.69%。
褐土为凤县主要土类之一,面积102846.67公顷。分布在唐藏、黄牛铺、凤州、河口、岩湾、平木、坪坎等乡镇,三岔、南星、温江寺亦有分布。
黄棕壤面积14000余公顷,主要分布在南星、温江寺、瓦房坝等乡。坪坎、三岔及双石铺的酒奠梁区域有小面积分布。分普通黄棕壤、生草黄棕壤、黄棕壤性土3个亚类。
紫色土主要分布在各山间断陷盆地周围的白垩系沙砾岩出露地带。面积1693.33公顷。
山的草甸土面积1666.67余公顷,主要分布于药材湾梁、玉皇山、紫柏山、屋梁山等处的山间平缓地带或凹地内。因其海拔高,冻结期长,霜害大,不宜农耕,适于发展牧业。
多样化的土壤类型,为种植栽培多品种农作物提供了十分有利的条件。
凤县属长江流域,以凤岭为界,分属嘉陵江、嘉陵江流域。有1 km以上的河溪714条,总长2394.4 km。各河溪以嘉陵江、中曲河为干流,形成两条树枝状水系网。中曲河发源于夫子岭东,为嘉陵江支流,在凤县境内有支流42条,河流长35 km,年均径流量2.045亿立方米。紫柏山南杨家河,系黑河支流,有支流4条,境内流长21 km,年均径流量1.3245亿立方米。嘉陵江干流在本县境内长72 km,有一级支流52条,二级
支流69条,三级支流19条,年径流量8.25亿立方米。其主要支流有:安河,流长45.1 km,年均径流量1.42亿立方米;小峪河,干流长54 km,年均径流量1.82亿立方米;旺峪河,全长52.5 km,年均径流量1.82亿立方米。全县地表水补给量1.92亿立方米,主要分布在河谷两侧及断陷盆地内。
图2-1 凤县区域河流流域分布示意图[8]
凤县属于秦岭南坡以北亚热带湿润季风气候为基带的山地气候,在大气环流及秦岭阻隔作用影响下,气候特点表现为垂直变化明显,小气候差异大,光热条件不足;降雨集中,分布不均;冬季不严寒,夏季无酷热;气温日差较大,冷暖干湿四季分明。冬季天气干冷少雪,夏季燥热和多雨交替出现,春季升温慢而气候多变,秋季降温快多连阴雨。年平均日照时数为1840.3小时,年平均气温7.9℃-11.4℃,最冷月1月平均气温在-4.7℃-1.1℃,最热月7月平均气温19.4℃-22.7℃。年极端最低气温为-16.5℃,年极端最高气温37.3℃ ;年均无霜期188天,年降水量为555.9-958.7 mm,年均降水613.2 mm,年均湿润指数为0.74,属半湿润状况。对农业生产来说,凤县气候的有利条件是:雨热同季,日照充足,光热水等气候资源与作物生长需求基本匹配。不利因素是气候多变,降水量年际、月际变率大;气象灾害频繁,主要有干旱、雨涝、低温冻害、冰雹、大风等。其中以干旱雨涝、低温冻害危害最大。
自然常见的植被有主要植被乔木树种有山杨、锐齿栎、茅栗、化香、懈栎、卜氏杨、瓦氏柳、华山松、油松等;林下灌木的优势种主要有杭子梢、黄栌、胡颓子及藤蔓植物等。草被主要由野青茅、大油芒、美丽胡枝子等组成。由于长期的人为干扰,目前高达乔木数量极少,主要以灌木林地和农业用地为主。
凤县地下矿产资源十分丰富,地质勘探已发现铅、锌、铜、铁、锑、金等金属和煤、石灰岩、硅石、纳长石、白云石、橄榄石等非金属矿藏100多种。其中铅锌矿贮量350万吨,约占全省的80%,是全国四大基地之一;黄金已探明贮量40吨,远景储量百吨以上;水泥石灰石7.79亿吨,磷灰石11亿吨,透灰石3.5亿吨,石墨储量丰富。
凤县全县辖10镇2乡,150个行政村,2个社区居委会,650个村民小组,2007年末总人口10.6万人,其中农业人口7.58万人,非农业人口3.02万人。
2007年全县完成生产总值249445万元,同比增长17.5%,人均生产总值13782元。完成财税总收入4.27亿元,同比增长76.4%,其中地方财政收入1亿元 。农民人均纯收入2850元人民群众生活水平明显改善。
“十一五”期间,凤县进一步完善城乡卫生服务体系,96所村卫生室规范化建设任务达标。新型农村合作医疗制度,实现行政区域全覆盖,参合人数逐年增加,稳定在每年2万户7万余人参合,参合率始终保持在98%以上。实现了“五苗”接种率达95%、“两脑”接种率达90%的工作目标。2006年11月,凤县被陕西省爱卫会命名为省级卫生县城, 2007年9月被全国爱卫会命名为国家卫生县城。2009年获得免疫规划省级先进县称号。2009年,获得全市妇幼卫生先进县称号。
2010年,凤县教育以布局调整为突破口,先后撤并各类学校134所,形成了全县1所高中、1所职中、2所初中、15所小学的一乡一校教育均衡发展新格局,基本实现了教育资源优化、布局合理、城乡一体,均衡发展的目标。全县适龄儿童入学率达到了100%,适龄少年入学率达到了99.4%,小学、初中辍学率分别为0、0.8%。优化了教师队伍结构,使全县高中、初中、小学专任教师学历合格率分别达到88%、96%、100%。
2006-2010年,五年来凤县累计完成交通基础设施建设投资35409.03万元,比“十五”12239.2万元投资增长189%,实现了100%的乡镇通油路,100%的建制村通公路,98%的村通水泥路,100%的乡镇、95%的行政村通班车。全县共发展城市公交线路6条,发往宝鸡市客运车43辆,跨县客运车辆10辆,通乡通村车辆44辆。建成乡镇五级客运站5个,重点城镇客运站2个,标准化候车亭101个。基本实现了农村公路“路站运一体化”的发展总目标,群众出行难的问题得到了彻底解决。国道G316天水路拓宽改造、国道G316县城过境段改线道路及安沟大桥的新建,为下一步县城主城区东扩西移奠定了良好的基础。相继完成S212-秦岭-岩湾、月亮湾、连云寺至瓦房坝、双唐红旅游公路改建工程、辛家山-通天河四级公路改建工程、灵官峡索桥、通天河旅游景区红花铺桥梁及道路工程等项目,直接服务于通天河、紫柏山、月亮湾公园、嘉陵江源头、灵官峡等景区,现在通往景点的道路四通八达,为全县旅游经济的大发展奠定了基础,为游客提供了便捷的交通条件。
《重金属污染综合防治“十二五”规划》指导思想:以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导,深入贯彻科学发展观,以防止重金属污染、保障人民群众生命健康为目标,突出重点地区、重点行业和企业,加大产业结构调整力度,健全法规标准体系,强化环境执法监管,提高健康危害监测和诊疗能力,严格环境准入,依靠科技进步,完善政策措施,从源头抓起,扎实做好重金属污染综合防治工作,切实维护人民群众利益和社会和谐稳定,确保生态环境安全。
《重金属污染综合防治“十二五”规划》共划分14个重点省份(包括陕西省)、138个重点区域(包括凤县),4452个重点企业,重点项目共分为污染源综合治理、落后产能淘汰、民生应急保障、技术示范、清洁生产、基础能力建设、解决历史遗留污染问题试点等七类。要求通过各项重点项目的实施,重点区域的重点重金属污染物排放总量比2007年减少15%,环境质量有所好转;非重点区域的重点重金属污染物排放总量不超过2007年水平。重金属污染得到有效控制。
凤县是国家重金属污染防治工作重点区域,嘉陵江是长江的主要支流,为保证长江及嘉陵江中下游流域水体环境质量和水质安全。《陕西省重金属污染综合防治“十二五”规划》将草凉驿铅锌尾矿修复示范工程列为“陕西省重金属污染综合防治规划区域综合防治项目”。
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先后有多家企业在该区域(陕西省宝鸡市凤县红花铺镇境内)从事矿产活动,据了解,其中有1家涉重金属倒闭企业,为凤县草凉驿有色金属选矿厂。凤县政府为了更大程度的保护环境,保证嘉陵江中下游水质安全,早已将凤县草凉驿有色金属选矿厂进行关闭,并将对该区域历史遗留产生的无主尾矿实施重金属污染治理工程。
凤县草凉驿有色金属选矿厂于2000年11月6日在红花铺镇草凉驿注册成立,公司成立之初主要经营铅锌选矿产品、铅锌原矿开采,注册员工人数为120人,注册资本976万元人民币。年营业额