金属冶选尾矿库渗漏对地下水污染的生态风险评价与控制研究建议书

1、公益性行业科研专项经费项目建议书（格式）项目编号：（不填）项目名称：金属冶选尾矿库渗漏对地下水污染的生态风险评估与控制研究行业主管部门：环境保护部项目建议单位：（公章）环境保护部华南环境科学研究所联系人：朱李华联系电话-mail:年四月填写说明1 本建议书为申请国家公益性行业科研专项项目的主要文件。各项内容必须 认真填写，表内栏目不能空缺，无此项内容时填“ /。”2项目编号说明编号位数1 4位5 7位8 10 位编号含义年度行业主管部门编号流水号示例2008332001释义2008水利流水号为1行业主管部门编号:332-水利部361

2、卫生部326-农业部432国豕林业局418-国家海洋局416国气象局468-国家中医药管理局419 中国地震局467-国家环境保护总局334-国土资源部424家质量监督检验检疫总局3. 项目名称”要简洁、明确，字数不超过20个汉字。4. 项目基本信息表”的内容摘要”包括项目的目标、工作内容及预期成果5. 建议书总篇幅建议控制在5000字以内。6 .书面申报材料一式五份，A4纸打印。项目基本信息表项目编号项目名称金属冶选尾矿库渗漏对地下水污染的生态风险评估与控制研究所属行业环境保护部经费概算960万元实施周期3年所属领域能源资源环境 农业材料 制造业 交通运输信息产业与现代服务业 人口与健康 城

3、镇化与城市发展公共安全与其他社会事业项目与纲要 的衔接性 建 开明确列入纲要环境领域生态脆弱区域生态系统功能的恢复重优先主题基本属于纲要水和矿产资源领域水资源优化配置与综合发利用优先主题的范畴其他（请说明）项目定位应急性培育性基础性创新类型原始创新集成创新引进消化吸收再创新项目完成时的应用类型形成自主研发能力形成规模生产能力局部试点示范较大范围推广应用内容摘要（500字以内）本项目在综合国内外现有研究成果的基础上，针对我国有色金属冶选 尾矿库渗漏对地下水污染问题，建立一套能反映地下水污染范围及程 度的生物监测方法；结合尾矿库特征、地下水流场、水文地质结构、 污染物特征等，筛选地下水风险评价指标

4、，建立基于可拓综合评价指 标法，形成地下水风险评价指标体系；建立基于地下水生态风险评价 模型，应用专家咨询、AHP、主成分分析等多种方法确定地下水污染 警戒线的阈值，提出地下水防控区划分的方法与规范；针对金属冶选 尾矿库特点，研发经济可仃，技术可靠的地下水修复技术，并从制度 创新角度提出地下水污染防控的新思路与策略；在以上研究的基础上，选择典型尾矿库从生物监测、生态风险评价、地下水模拟与功能区划 等角度进行成果应用示范，根据示范基地防控区的划分特点，选择适 宜的污染预防与修复控制的技术进行示范基地的地下水污染防控，项 目成果可为有色金属冶选尾矿库渗漏地下水环境管理提供技术支撑。项目承担单位的建

5、议牵头承担单位建议：环境保护部华南环境科学研究所其他承担单位建议：中国科学院地理科学与资源研究所、中国地质科学院岩溶地质研究所、中山大学（列前三个）、项目立项的必要性及需求分析1项目立项的必要性 （围绕国家中长期科学和技术发展规划纲 要（ 2006-2020 年）重点领域及其优先主题，组织开展本行业应急性、 培育性、基础性科研工作，解决行业科技发展问题的必要性分析） 。矿产资源是不可或缺的重要生产资料。当今人类社会 95%的能源、 80%的工业原材料、 70%的农业生产资料都取自于矿物资源， 人类现实生 活的衣、食、住、行、生活日用、医疗保健等各方面都离不开矿物资源。 然而，金属冶选过程产生的

6、尾矿堆存于尾矿库对环境的影响往往被忽视， 尤其是尾矿库渗漏对地下水污染程度与范围还未引起足够的重视， 因此对 金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测， 提出地下水生态风险评价方法， 进 行生态防控区划分方法研究对地下水污染防治与环境管理具有显著的科 学意义。矿石冶选过程会产生泥浆状的尾矿绝大部分长期堆存在尾矿库， 如每 加工 1吨有色金属矿石所产生的尾矿就达 0.92吨以上。据统计，2009 年 全国现有各类尾矿库 12655 座，其中正常库 7745 座，病险危库 4910 座。自 2005 年以来，每年都有 10 次左右的尾矿坝溃坝事故。 2006 年 4 月30 日，陕西安县的尾矿库溃坝，造成

7、了 17 人死亡，5 人受伤，还造成了 水土氰化物污染。 2007 年 11 月 25 日，辽宁海城尾矿库溃坝， 造成了 13 人死亡， 38 人受伤。2011 年 12 月 8 日，湖北郧西尾矿库泄漏导致 2.3 万人受到影响。 相对于尾矿库的安全事故来说， 尾矿库的渗漏对地下水的 影响更加隐蔽、缓慢、危险性更大。最使人们不安的是，即使在矿山关闭 几十年、上百年甚至更长的时间内， 尾矿淋滤液中重金属对环境生态系统 的严重影响仍然存在。由于有色金属矿体往往伴生着多种金属的硫化矿物 在开采过程中,这些矿物在空气、水和细菌的共同作用下 ,形成硫酸-硫酸高 铁溶液,并溶出矿石中的含铜、铁、铅、锌、镉

8、多种金属离子。矿山酸性 废水水量大、酸性强 ,（一般 pH 值在 2-4）、重金属离子含量高的特点 ,同 时，有色金属选冶工艺使用药剂中捕收剂、 抑制剂、萃取剂多为重金属的 络合剂或螯合剂，它们络合铜、镉、汞、锰、铅和铬等有害重金属形成复 合污染，从而改变重金属的迁移过程并增大重金属迁移距离， 油溶性的复 合污染会加速重金属进入地下水的进程。 因此有色金属冶选尾矿库渗漏对 地下水的影响与危害最大。本项目拟选择有色金属冶选尾矿库作为研究对 象，研究有色金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测方法， 筛选地下水生态 风险评价指标， 评价尾矿库渗漏对地下水的生态风险， 建立尾矿库地下水生态风险防控区划分方法

9、， 研发地下水污染防控技术， 为有色金属冶选尾 矿库规范管理与地下水环境管理提供科学依据， 同时该项目研究也具有重 要的理论与应用意义。重金属污染防治 “十二五”规划重点防控的重金属污染物分为两 类：第一类：铅、汞、镉、铬、砷；第二类：铊、锰、铋、镍、锌、锡、 铜、钼等。 5大重点防控行业为： 有色金属矿（含伴生矿）采选业、有色 金属冶炼业 、含铅蓄电池业、皮革及其制品业、化学原料及化学制品制造 业。全国地下水污染防治规划（20102020年）明确提出了我国未来 5-10年的地下水污染监控与防治工作任务，提出 “主要针对典型场地地下 水污染现状及特点，完成50%存在渗漏问题的工业固体废物（包括

10、 危险废物）堆存、垃圾填埋、 矿山开采、 石油化工行业生产（包括勘探开 发、加工、储运和销售）场地的 规范化防渗处理， 完成全国电解锰行业锰 渣库规范化整治和锰矿尾矿库综合整治，初步做到场地覆盖或生态复 垦。 ”国家环境保护“ 十二五”科技发展规划水污染防治领域地下水 污染防治研究与示范强调 “研究地下水污染状况调查评估、 监测模拟预测 和环境风险评价技术， 开展地下水和地表水补排和协同控制技术研究。 研 究工业危废堆存、垃圾填埋、采油、采矿、等污染源对地下水污染的机理及源头控制技术与对策，地下水污染分区防治策略，开展典型污 染场地地下水污染修复技术试点研究 ”。国家中长期科学和技术发展规划纲

11、要（ 2006-2020 年）在环境领 域要求“重点开发岩溶地区、青藏高原、长江黄河中上游、黄土高原、荒 漠及荒漠化地区、农牧交错带和矿产开采区等典型生态脆弱区生态系统的 动态监测技术 ，建立不同类型生态系统功能恢复和持续改善的技术支 持模式， 构建生态系统功能综合评估及技术评价体系。 ”，因此，开展有 色金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测方法研究， 建立地下水生态风险评 价体系，模拟污染物从尾矿库渗漏进入地下水的生态风险， 提出基于风险 阈值的尾矿库区功能区划技术方法与方案， 为有色金属冶选尾矿库渗漏地 下水污染防控提供技术支撑是十分必要的。2分析说明项目实施能够产生的重大经济、社会效益。早在

12、 2006 年第六次全国环境保护大会上温家宝总理就指出， “做好 新形势下的环保工作， 关键是要加快实现三个转变”，其中之一就是要“从 主要用行政办法保护环境转变为综合运用法律、 经济、技术和必要的行政 办法解决环境问题”。2011 年李克强副总理在第七次全国环境保护大会上强调“切实解决影响科学发展和损害群众健康的突出环境问题， 对重点防 控区域采取工程措施集中治理， 加快解决铬渣、 尾矿库等历史遗留问题”。 2012 年 4 月，周生贤部长在全国环保科技大会上指出：必须在进一步强 化污染控制的基础上，积极探索污染控制与质量改善兼顾的中国环境管理 新模式，以环境质量管理“ 倒逼”经济发展方式转

13、变，推进经济社会的长 期平稳较快发展。 加快环境管理的战略转型必须坚持科技先行， 要加快完 善以环境质量标准为核心， 以污染物排放和控制标准、 环境监测和环境管 理技术规范为重要内容的环境标准体系， 不断提高标准体系的科学性、 系 统系、适用性。要以重点科研项目为依托，突破环境质量改善关键技术。本项目针对我国金属冶选尾矿库地下水生物监测方法研究， 提出地下 水生态风险评价的方法体系，根据尾矿库渗漏对地下水生态风险源识别、 模拟、分区，开展其地下水污染环境监督与管理方案支撑技术研究， 具有 非常重要的社会公益价值和应用推广前景； 推广应用金属冶选尾矿库渗漏 地下水污染防控污染全过程控制技术， 可

14、望产生显著的环境效益和经济效、项目目标及主要任务1主要目标（项目目标的涵盖范围要与项目名称相对应；目标应该明确具体，可考核，并在项目实施周期内能够完成。 ）总体目标：本项目拟选择广东韶关大宝山多金属矿与广西阳朔宝丰铅 锌矿尾矿库作为示范基地，针对有色金属冶选尾矿库渗漏对地下水造成污 染的问题，建立地下水污染范围和程度的生物监测方法， 评价尾矿库周边 地下水的污染程度， 提出可操作的生态风险评价指标体系， 建立尾矿库渗 漏对地下水生态风险评价模型， 给出尾矿库周边地下水安全警戒线； 提出 尾矿库渗漏的防控管理技术及已污染地下水的修复技术， 为有色金属冶选 尾矿库渗漏对地下水污染的防控与修复提供技

15、术与管理支撑。年度目标：2013年：（1）总结现有国内外尾矿库渗漏地下水生物污染防控相关研究进展；制订工作方案，进行野外调研；2) 进行尾矿库地下水生物监测野外调研，提出地下水生物监测的指标体系与监测方法框架；筛选有色金属尾矿库渗漏地下水生态风险评价指标；系统分析整理地下水生态风险评价模型， 筛选适用有色金属冶选尾矿库渗漏的地下水风险评价模型； 总结地下水风险防控区划分方法，提出尾矿库地下水风险防控区划分框架； 编制有色金属冶选尾矿库渗漏地下水污染防控技术研究框架； 对全国有色金属冶选尾矿进行归类，并进行前期考察；3) 发表论文 3-5 篇。2014年：1) 编制地下水生物监测井布设、指标选择

16、、采样技术规范；2) 在示范基地开展有色金属冶选尾矿库地下水生物监测技术方 法验证，提出修改与优化方案；对示范基地进行地下水生态风险评 价，并验证风险评价结果；提出有色金属冶选尾矿库渗漏生态风险 评价优化方案；发布有色金属冶选尾矿库渗漏生态风险评价体系征 求意见稿；3) 建立有色金属冶选尾矿库地下水风险防控区划分方法体系；针对不同的生物种群， 制订尾矿库地下水风险警戒值确定规范； 建立基于生物监测的尾矿库地下水风险评价模型； 开展有色金属冶选尾 矿库渗漏地下水污染制度控制技术研究； 研发 1-2 套有色金属冶选 尾矿库渗漏受污染地下水修复技术； 在示范基地，对尾矿库地下水 生态风险防控区划、利

17、用功能改变与制度控制；4) 发表论文 4-5 篇，申请专利 1-2 项。2015年：1) 受污染地下水修复技术集成应用示范；优化并提交不同类型有 色金属冶选尾矿库渗漏地下水修复技术；2) 提交不同类型有色金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测技术 方法；提出有色金属冶选尾矿库渗漏地下水生态风险评价体系； 提 交有色金属冶选尾矿库渗漏地下水生态风险评价研究报告；3) 提交有色金属冶选尾矿渗漏地下水生物监测技术报告；提交有 色金属尾矿库渗漏地下水生态评价模型； 提交有色金属冶选尾矿库 地下水风险评价模型与警戒确定研究报告； 提交有色金属冶选尾矿 库地下水生态风险防控区划分技术方法；4) 提交咨询报告和结

18、题报告；5) 发表论文 1-2 篇，培养研究生 3-5 名。2研究与开发任务与内容 （主要包括研究重点与开发内容，以及 相应的考核指标。 其内容应与项目目标有直接对应关系， 为实现项目目标 所应进行的重点研究内容不应有遗漏， 也不应包括与项目目标关系度不大 的内容。）2.1 研究与开发内容以金属冶选尾矿库 （铅锌矿、铜矿等金属矿冶选尾矿库 ）为研究对象， 研究反映污染状况的生物监测新方法；基于尾矿库周边地下水水文地质、 埋藏条件、污染源类型与污染物构成， 结合生物监测指标体系建立生态风 险评价模型；采取源头控制与过程阻断相结合的综合防控思路， 研发有色 金属尾矿库渗漏地下水污染防控新技术与政策

19、， 建立尾矿库周边地下水污 染修复关键技术示范基地，项目技术路线图如下图。根据项目研究任务，拟设置四个课题：（1）金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测方法研究（2）金属冶选尾矿库渗漏地下水生态风险评价指标体系研究（3）金属冶选尾矿库渗漏地下水生态风险防控区划分方法研究（4）金属冶选尾矿库渗漏地下水防控及受污染地下水修复技术研发 与修复示范。监测井布设与洗井技术金属尾矿库渗漏对地下水影响资料整理地下水生物监测方法监测指标筛选米样方法样品储存与运输样品分析生态风险评生态风险评价价指标筛选指标阈值确定生态风险评价方法建立生态风险评价等级划分地下水生态风险评价指标体系生态风险评生态风险评价生态风险评价价模

20、型筛选模型参数率定模型运行环境生态风险防护区等级划分策略分区控制地下水生态风险防控区划分方法研究主要研究重点与开发内容：课题 1、金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测方法研究（1）金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测指标选取结合典型有色金属矿区（铅锌矿、铜矿伴生多金属矿等） 金属冶选尾 矿库污染物特征及泄露事故风险特征研究， 选取典型特征污染因子， 重点 研究有色金属冶选特有的酸性废水可能对地下水环境的影响， 选择以土壤 及地下水中微生物（如细菌、真菌、原生动物、藻类等）种类、数量、和 活性为生物监测对象 ,同时选择重金属污染因子（如 Cu、 Cd、Cr、Pb、 Zn、Mn、Hg）、酸碱度、有毒有害浮

21、选药剂（如氰化物、氰铬化物）、DO、 地层结构、渗透性为监测对象。 根据监测对象建立不同类型有色金属冶选 尾矿库地下水生物监测指标。（ 2 ）金属冶选尾矿库渗漏地下水监测采样井布置规程 根据较常见的山谷型、 傍山型尾矿库的分布特点， 结合矿区水文地质 条件分析，确定不同类型尾矿库监测评价范围， 监测层位和监测布点原则。采用示踪剂分析和数值模型技术， 探究不同类型有色金属尾矿库渗漏特征及渗漏污染物在地下水中的水平向 /垂向扩散形式。以现有机民井、常规水质监测井为基础， 研究监测井优化方法。 根据区域地下水流场特征及含 水层分布特点制定优化的监测网络布点原则和不同深度、 不同层位地下水 生物监测采

22、样井布设方法。（3）金属冶选尾矿库渗漏地下水采样技术规程根据不同类型水生生物生理生化及毒性响应特征， 确定科学合理的生 物采样监测频次和时间节点、 采样深度和采样层位， 制定规范的地下水与 土壤生物采样、保存和分析方法，并在有色金属冶选尾矿库示范基地进行 方法验证。（4）金属冶选尾矿库地下水生物监测方法研究基于地下水和含水层土壤样本开展室内生物毒理性试验分析， 开展光 细菌、噬硫菌的毒性检测分析， 通过微生物监测表征地下水污染状况， 研 究多种重金属因子协同作用下的综合毒理性及其对生物的影响。课题 2：金属冶选尾矿库地下水生态风险评价指标体系研究针对金属冶选尾矿库渗漏可能对地下水造成的不良影响

23、进行地下水 生态风险评价， 为地方各级政府制定金属冶选尾矿库管理措施， 提高金属 冶选尾矿库安全保障程度提供重要科学依据。（1）指标体系构建与筛选 评价指标体系必须能够全面准确地反映地下水生态环境系统的内部 特征、外部状态、系统内部各子系统相互间的联系以及主要目标的实现程 度。在科学把握地下水生态系统健康的概念和内涵的基础上， 按“目标层 要素层指标层” 层次结构，从地下水系统结构特征、生态功能、资源 功能、系统保护以及社会环境等方面选取能够代表有色金属冶选尾矿库的 典型指标， 采用相关分析、主成分分析、聚类分析、公众调查及专家打 分等方法，根据目前和未来自然、社会与经济发展需要， 对整个指标

24、体系 中所有的初选指标精简进行筛选、 优化和精简，构建具有科学性、系统性、 独立性和可操作性的有色金属冶选尾矿库周边地下水风险评价指标体系。（2）指标限值的确定以地下水生态安全为中心，结合国内已有的地下水质量标准GB/T14848-93 ）、国外相关研究成果与标准（如 EPA 标准）和有关毒 理学实验，建立有色金属冶选尾矿库周边地下水风险评价标准（3）评价方法建立与风险等级划分与平常应急体系中巨警、重警、中警、轻警及无警 5 级水平相对应， 将风险水平分为巨险、 重险、中险、轻险及低险共计 5 级，采用分级能力 较强的可拓综合评价指数方法， 建立金属冶选尾矿库周边地下水风险评价 方法。（4）评

25、价指标体系的验证利用已建立的有色金属冶选尾矿库区地下水生态风险指标体系、 评价 标准和风险评价方法，对示范基地有色金属冶选尾矿库区地下水环境进行 风险评价的验证与示范， 优化评价指标体系， 获得示范基地有色金属冶选 尾矿库周边地下水环境生态风险水平， 为有色金属冶选尾矿库环境管理提 出有针对性的对策和建议。课题 3：金属尾矿库渗漏地下水生态风险防控区划分方法研究（1）金属冶选尾矿库地下水防污性能评价对金属冶选尾矿库区地下水系统的天然防污性能进行评价； 基于尾矿 库区特征重金属污染物在地下水中的迁移转化，开展特殊防污性能评价； 综合分析水文地质条件， 地下水资源分布与开发利用程度、 地下水质量与

26、 污染现状以及地下水系统防污性能， 为提出地下水生态防控区划分方法提 供基础。（2）金属冶选尾矿库渗漏地下水污染安全警戒线划分总结国内外现有研究成果， 以地下水环境功能为基础， 针对不同生物 种类与污染物指标， 分析地下水污染的生态安全警戒阈值， 提出尾矿库渗 漏地下水生态安全等级划分方法。（3）尾矿库渗漏对周边地下水生态风险评价模型建立 基于尾矿库区重金属在地下水中的迁移转化模型和地下水生态风险 评价理论，运用 GIS 空间分析技术、三维可视化技术和软件开发技术， 建立尾矿库渗漏对周边地下水的生态风险评价模型。 同时，利用 WebGIS 技术，对区域内所有尾矿库造成的地下水生态风险进行空间叠

27、加分析与模 型建立，构建区域性的地下水生态风险评价模型。（4）尾矿库生态风险防控区划分方法研究根据模型模拟结果，采取专家咨询与层次分析方法， 根据地下水水质 保护目标，对尾矿库区地下水环境进行功能区划； 以生态安全为目标， 根 据生态风险评价结果，开展尾矿库生态风险防控区划分，划分为巨险区、 重险区、中险区、轻险区及低险区等五类。课题 4： 金属冶选尾矿库地下水污染防控关键技术研发与示范（1）研究预防有色金属冶选尾矿库地下水污染的环境管理方法 在广泛调研我国有色金属冶选尾矿库建设、 运行管理情况、 地下水环 境特征和污染状况的基础上， 结合我国现有有色金属冶选矿区尾矿库设计 建设的相关规范和标

28、准、 污染防治管理规定， 分析目前我国有色金属冶选 尾矿库地下水污染成因，提出新建有色金属冶选尾矿库地下水污染防治的 环境管理规范，包括尾矿库设计规范、防渗设施建设要求、 生物监测系统 的构建等，依此预防有色金属冶选尾矿库对地下水的污染， 并通过生物监 测等手段发现污染以便及时进行控制2）制定金属冶选尾矿库地下水污染风险的综合控制策略针对我国有色金属冶选矿区尾矿库渗漏可能或已经导致的地下水污 染问题，在广泛调研国外地下水污染控制方法和案例的基础上， 总结借鉴 其经验，结合我国有色金属冶选尾矿库地下水环境特征、 污染特征、地下 水资源开采利用状况等 , 在前期尾矿库生态风险评价和防控区划的基础

29、上，研究不同风险区域的地下水污染控制方案， 包括长期监测、 地表水控 制、工程控制及制度控制等， 去除污染源， 切断污染的传播和人群暴露途 径，降低风险，并开展不同地下水污染控制方法的适用性分析和可行性研 究，制定适合我国国情的金属冶选尾矿库的地下水污染控制策略。（3）开发尾矿库影响区污染地下水的抽出处理回注（或回用） 治理技术针对尾矿库及周边不同生态风险防控区内的污染地下水，开展抽出 - 处理-回注（或回用）技术研究，研究地下水抽提井的最佳布设方式，实 现最大限度的水力控制， 将污染控制在有限范围内； 基于地下水风险水平 高低，研究确定最佳的处理和回注（或回用）方式；结合有色金属矿山冶选废水

30、处理及回用系统，开展抽提地下水和矿区废水的综合处理工艺流程 的集成应用研究及优化， 实现最大限度的地下水资源回收利用， 减少矿区 水的使用量，节约生产成本， 同时通过一定的回注确保地下水的补给， 避 免地面沉降。（4）典型尾矿库地下水污染区防控与修复技术集成与示范通过资料收集和现场踏勘， 选择历史资料丰富、 具有一定环境影响和 社会影响、且存在明显污染亟待治理的典型金属冶选尾矿库， 开展地下水 污染修复勘查、 生态风险评价和生态风险防控区划分， 根据调查评价和防 控区划分结果， 分区域制定地下水污染控制和治理的综合防治方案， 并开 展地下水抽出 -处理-回用的现场小试、中试研究和工程示范，解决

31、技术应 用的关键难点。2.2主要考核指标：（1）形成一套规范的监测指标筛选、监测井优化与洗井、样品采集 与保存、样品分析的地下水污染的生物监测方法；（2）根据尾矿库特征，结合社会经济与自然条件、地下水质、地下水水文结构等给出尾矿库渗漏对地下水污染的生态风险评价与分类系列指标；（3）根据地下水生态风险评价模型模拟结果，划分基于不同风险水平的地下水警戒线，提出尾库矿生态风险防控区划分方法；（4）根据选择的铅锌矿与多金属矿尾矿的特点，开发 2-3 套尾矿库渗漏对地下水污染的防控及修复技术。3项目的技术关键、技术难点、创新点3.1本项目拟解决的技术关键与难点：（1 ）建立有色金属冶选尾矿库渗漏地下水生

32、物监测方法。尾矿库区地下水环境重金属污染指示生物物种选取； 库区重金属污染物影响下 的地下水水生生物毒性效应及生理生化响应特征分析， 尾矿库地下水监 测井建井优化与洗井技术。（2 ）地下水生态风险评价筛选与模型建立。结合有色金属冶选尾矿库的特点及影响地下水质变化的因素、 区域自然社会经济条件， 筛选尾 矿库渗漏地下水生态风险评价指标， 建立有色金属尾矿库地下水生态风险评价体系。综合地下水文、地质结构、埋藏条件、污染源类型与污染物 构成，结合生物监测指标体系，建立地下水环境风险模型的建立。（3）地下水多金属及药剂污染复合污染抽出 -处理 -回用修复技术研究。3.2 创新点：基于生物监测指标体系的

33、生态风险评价模型： 金属冶选尾矿库渗漏地下水生物监测技术研究，建立能反映尾矿库渗漏的地下水生物监测体系。选取典型有色金属尾矿库区地下水环境重金属污染指示生物物种，分析库区重金属污染物影响下的地下水水生生物毒性效应及生理生化响应特征，建立金属冶选尾矿库地下水污染生物监测方法，结合地下水文、地质结构、埋藏条件、污染源类型与污染物构成等指标体系，建立金属冶选尾矿库地下水生态风险评价模型。开发适合我国国情的金属冶选尾矿库地下水污染综合防控方法：本项目针对该类地下水污染以预防为主，采用源头控制和过程阻断相结合的综合防控思路，针对受污染地下水应用抽出处理 回用，实现污水与矿冶废水联用处理与再利用工艺。三、

34、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础 1国内外技术发展趋势与现状、专利等知识产权及相关技术标 准情况分析。矿山生产过程中，产生了大量的尾矿砂与残矿， 主要采取露天堆放的 方式处置，经过降雨淋滤，尾矿中的重金属污染物很容易进入基础土层继 而进入地下水中。虽然污染物的迁移能力各异， 但是随着时间的迁移，各 种污染物最终都会渗入地下水水体中， 污染物随着地下水流动而迁移与弥 散促使大面积的地下水环境受到污染。尾矿库淋溶水对地下水的污染程度取决于尾矿堆或者尾矿库的渗透 能力，此外还取决于渗入的雨量、 尾矿堆或者尾矿库底部及其下游地层的 表土性质、岩性、岩层隔水或含水性。 考虑到尾矿库中渗

35、漏水会发生各种 生物化学物理作用 ,可以将尾矿库中的污染物进入地下水分为以下几个阶段：1）污染物从尾矿排放口流入尾矿库的运输过程。 尾矿浆的流动速度 快并且时间短，只有水的流动和尾砂的沉降。2）污染物于尾矿库内的存放阶段。废水的自然降解成为主要作用， 降解量大小取决于废水停留的时间、 尾矿库的库容量以及降解速率。 通过 对尾矿主要硫化矿物的氧化反应机制的研究， 硫化物的氧化作用会释放一 定量的氢离子、铁离子和硫酸根离子，尾矿具有自身的酸化能力， 从而使 尾矿渗透水不断酸化，加速了重金属离子向环境的释放迁移速率。同时， 尾矿在氧化作用下形成硬化层，一定程度上组织了下层尾矿与氧气的接 触，导致堆放

36、在下层的尾矿由于氧气接触不充分， 氧化作用不强， 形成次 氧化层。在堆放过程中，尾矿主要发生的作用是淋溶。3）污染物通过向下迁移阶段。随着存放时间的延长，污染物会在重 力的作用下向下迁移并发生各种物化作用， 污染物的组成成分都将发生变 化。张汉波等在 2003 年研究了不同堆积时间的铅锌矿渣堆，埋深在 10、30、60cm 的重金属含量变化情况，结果表明由于雨水的淋溶作用和酸化， 矿渣堆表层的重金属随着堆积时间延长而减少。 因此污染物在重力作用下 将不断地向下运移至浅层甚至深层地下水中。4) 污染物横向扩散阶段。污染物除了向下运移， 同时还会因毛细压 力的作用使其部分横向扩散， 莫时雄在研究中

37、提到重力作用比较明显， 会 形成一个以泄露体为核心的作用带， 在非饱和区向下运移后污染锋面到达 地下水水位上方并累积至高边界， 从而局部饱和度增高导致横向扩散。 即 使含水介质的吸附和地下水的稀释作用会降低污染物质的浓度， 但是渗透 水在坝外含水层的运移流动的绕坝污染现象， 横向扩散最终污染尾矿库周 围的地下水，使得污染范围扩大。目前，国内外有关地下水的研究主要集中在地下水监测、风险评价、 地下水模拟、地下水防控技术 4 个方面。(1)地下水监测方法研究美国早在 20 世纪 80 年代就开展了“国家水质评价计划”。到 2001Geoehemist ,1994, 9(4):677-687年，全美

38、2/3以上的含水层系统都进行了地下水有机、无机多指标的调查 评价，同时启动了第二轮全国水质评价工作。在欧洲，法国从 1902年就 建立了地下水质监测系统，部分国家地下水质监测从上个世纪 7080年 代开始。各国监测地下水的目的不同，监测指标与方法差异很大，例如荷兰的 主要监测农业土地(如化肥)的过度使用对潜水地下含水层的威胁。葡萄 牙、西班牙或英国则用监测网来调查滨海地区海水的入侵。Sracek等(2010)以波兰Smolnica煤矿废渣堆为例对地下水进行监测认为废渣堆 对下游非控制区的地下蓄水层硫酸盐、氯化物、钠离子等的影响很大。 Merington G等1通过对加拿大某尾矿堆积地区和没有尾

39、矿堆积地区湖中 沉积物As和Pb浓度的比较认为湖中沉积物孔隙水中 As浓度比湖水中 As浓度高4个数量级，As、Pb是从尾矿输入的。1992年，Di Gregorio F和Massoli-Novelli R对意大利Sardinia地区的仍在使用的或者已经废1 Merington G. The transfer date of Cd , Cu , Pb and Zn from two historic metallifecus mine in the U K J.APPIied 弃的尾矿库进行了调查， 并进一步分析了土壤和水中重金属含量， 研究表 明尾矿周围的土壤或者河流中的 Pb, Zn, C

40、d, Cu 含量均偏高。加拿大曾对 几百年前关闭的部分酸性水的产生和持续时间进行研究。 Paulson 对美国 的Coeur dAlene矿区受尾矿库影响的地下水和下游地表水中的金属离 子及硫酸根离子进行监测， 证明地下水中的污染物随着雨水的淋洗、 渗透 延伸至周围地下水的过程中浓度会被稀释。 Buseli 和 Lu 用电法和电磁法 对矿区的地下水渗漏情况进行长期监测， 随着时间的变化，与地质结构相 关的水文地质过程对渗透行为造成影响，但是该方法的整合能解决该问 题。Holmstrom等对Laver和Stekenjokk矿山尾矿淋滤对比实验研究得 出重要结论：为了防止尾矿重金属淋滤进入到周围环

41、境， 使尾矿始终保持 中性或者接近中 性的 pH 值是 非 常重要的。 Schippers 等研究了 selebi-phikwe 附近已历经 32 年的尾矿库，按照目前矿石被氧化的速度， 预测在 80 年之内尾矿库所有的磁黄铁矿都将被氧化。 Astom 实验研究了 暴露地表条件下含 Al、Co、Cr、Cu 等重金属离子的迁移。由于水体中重金属污染的复杂性及重金属污染种类的多样性， 常规水 质理化监测方法是无法很好地反映重金属对水体的污染程度以及各毒性 物质的综合影响， 无法反映重金属沿食物链的累积效应。 利用生物监测方 法则可以较好的反映出不同污染物协同作用对生物产生的综合效应并对 低浓度甚至

42、是痕量污染物迅速做出反应， 有利于做到早期发现及时预报预 警，有利于测定那些剂量小、长期作用产生的慢性毒性效应。从 20 世纪初开始，针对水环境污染的生物监测方法就开始发展起来。 随着现代生物学的发展， 生物监测从传统意义上的种群、 群落信息变化反 映环境质量逐步发展到分子水平。 通过利用不同生物水平上的指示生物对 环境污染或变化所产生的反应，来判断环境污染的程度。1909 年， Kolkwitz 和 Marson 首先提出了污水生物系统和不同污染 区的指示生物，为水环境生物监测技术的运用提供了依据。 到20 世纪30 年代，随着工业社会的发展， 污染日益严重，由环保需求引发的环境监测 开始受

43、到重视，人们开始研究工业化对自然动植物种群的影响； 20 世纪40 到 70 年代，人们开始研究化学物质和废水对水生生物如鱼类、蚤类、 藻类等的影响。 早期的生物监测主要是对生物形态、 生理或发育与繁殖的 变化、种群数量、群落生态系统的变化观察和统计。 传统的生物监测方法 需要复杂的人工操作，实验周期较长，难以开展原位、实时监测工作，在 实际应用中具有一定的局限性。到 20 世纪 80 年代，随着生物和现代电 子科技的发展，生物信息检测的数字化、智能化技术被广泛地研究应用， 在传统生物监测的基础上，建立了在线水体生物监测技术。目前针对水体重金属污染的生物监测方法主要包括：（1）水生植物监测方法

44、，受水体重金属污染影响，水体植物的种类 和数量及特征也将发生改变 , 严重时会表现出相应的重金属中毒的症状。 1990 年杨红玉等通过研究发现， Cd 可以破坏某些绿藻的叶绿素 , 引起光 合作用下降。孔繁翔等在 1997 对重金属影响下的羊角月牙藻生长进度、 蛋白质含量、ATP水平进行了测试研究，发现不同浓度的Zn等重金属对 羊角月牙藻的生长有明显的影响。 1998 年陈愚等人对于沉水植物（红线草、金鱼藻）进行了研究， 结果表明一定浓度的 Cd 能诱导硝酸还原酶活 性，从而破坏其抗氧化防御系统。 2001 年浩云涛等对电镀厂附近水塘中 分离纯化得到的一株椭圆小球藻 （ Chlorella e

45、llipsoidea ） 进行了研究，发现 不同浓度的重金属 Cu、Zn、Ni、Cd 对该藻生长和叶绿素 a 含量产生明 显影响，以及该藻对重金属离子的吸附富集作用。（2）水生动物监测方法。水体重金属污染的指示动物一般选用底栖 动物中的环节动物、 软体动物、 固着生活的甲壳动物以及水昆虫。 通过研 究一定生态系统中浮游动物的种类、 组成、数量的变动以及生物量的分布， 采用生物污染指数和生物多样性指数，从而评价水体污染程度。Winn er等 于 1980 年调查了美国俄亥俄州受铜污染的两条河流 , 严重污染的河段以 摇蚊虫幼虫占优势 , 中污染河段以石蚕和摇蚊虫为主 , 轻污染和清洁河段 以蜉蚴

46、与石蚕占优势。 黄玉瑶、任淑智等以河蚬作为指示动物对蓟运河的 Hg 污染进行了监测，结果表明，河蚬体内的 Hg 含量可以反映蓟运河的Hg 污染程度与变化。在美国、法国、澳大利亚和英国等国家，也纷纷利用贻贝和牡蛎作为指示生物监测海洋重金属污染。 由于鱼类的呼吸系统与 水环境之间有着最广的界面， 是受污染最敏感的界面， 可以反映水体重金 属污染情况，而且经过调查研究，内陆河捕集到的淡水鱼体内重金属和采 样点底泥中的含量呈正相关性关系。（3）微生物监测方法。微生物方法主要通过生物种群多少来表征重 金属污染程度。 该方法多应用于有机污染监测， 在重金属监测方面应用正 处于不断开发当中。微型生物群落（P

47、FU ）监测方法就是建立在观测微型 生物群落结构变化基础上的水质监测方法。同时 , 微生物群落也多应用于 室内毒性试验， 用于预防废水和化学物质对水体微生物的毒性， 为制定相 应的安全浓度和最高允许浓度提出群落水平的基准。可以看出，针对水环境的生物监测尤其是重金属监测方法得到了广泛 的应用，并取得了较好的应用效果。 但也存在一些问题，其中监测标准化 问题影响较突出。由于所选择的指标生物生活在自然环境中 , 除受到污染 物影响外，同时还受到气候、地理位置、季节、土壤环境、病虫害等因子影响，因此只有确立了标准化的监测方法， 才会使结果具有可比性。 同时 生物监测方法主要仍是应用于地表水体或海洋环境

48、中， 由于地下水环境的 复杂性以及地下地表环境的差异性， 对于地下水污染的生物监测方法 仍鲜有研究。(2) 地下水风险评价指标体系进展生态风险评价是由风险评价发展而来，风险评价始于 20 世纪 70 年 代末 80 年代初的美国，最初的风险评价主要用于单一化学污染物对环境 和人类健康影响的毒理研究 (Cairns et al. ，1978；Dickson et al. ，1979)。 20 世纪 80 年代末，生态风险评价的工具和方法在一些研究中开始出现 (Bascietto et al.， 1990)，但内容仍然侧重生物生态毒理研究，尺度一般 限于单一种群或者群落。 20 世纪 80 年代初

49、，美国橡树岭国家实验室受美 国环保局(USEPA)委托，进行人类健康影响评价，在此研究中发展和应用 了一系列针对组织、 种群、生态系统水平的生态风险评价方法， 并将此方 法类推到人体健康的致癌风险评价中， 这一研究在强调所有相关生物组织水平的同时，也指出生态风险评价应该评价确定影响的可能性 (ONeill et al.，1982 ；Suter et al. ，1983；Barnthouse et al. ， 1987) 。目前，美国 大部分生态风险评价仍然使用 1998 版生态风险评价指南作为研究标 准。欧洲的生态风险评价研究与美国的生态风险评价有较大不同， 其研究 主要是在新化学品评价的基础

50、上发展起来的。 澳大利亚生态风险评价研究 集中在对化学污染物和重金属对土壤的影响上， 澳大利亚国家环境保护委 员会于 1999 年也建立了一套比较完善的土壤生态风险评价指南，其 B5 部分是生态风险评价指南专题 (AG，1999) 。其他国家比如加拿大、南非 和新西兰等，其生态风险评价研究大多按照美国 1998 版生态风险评价 指南展开，并在此基础上对评价流程和具体操作方法进行适合本国的调 整和改进(Claassenetal , 2001 ; Taylor& Chenier , 2003)。生态风险评价 在我国刚刚处于发展阶段 ,基于国外的生态风险评价研究和实践 ,我国学 者对于生态风险评价的

51、方法进行了探讨。 殷浩文认为水环境的生态风险评 价程序可分为 5 个部分 :源项分析、受体评价、暴露评价、危害评价和风险表征。付在毅等对区域生态风险评价的特点和方法进行了讨论 ,对评价方法和步骤进行了探讨 ,他们将区域生态风险评价步骤概括为 6 个部分:研 究区的界定与分析、受体分析、风险识别与源项分析、 暴露与危害分析及 风险综合评价。生态风险评价方法包括物理方法、 数学方法、计算机模拟方法及区域 生态风险评价方法等，其中物理方法包括比值法和暴露 -反应法。数学方 法包括模糊数学方法 （Heuvelink 和 Burrough ，1993；杨思全和陈亚宁 , 1999；白海玲和黄崇福, 20

52、00；Roussel et al.,2000 ；Enea& Salem,2001） 、 灰色系统理论（李自珍等， 2002 ；吴泽宁等， 2002 ；衷平等， 2003 ）、 马尔可夫预测法（郑文瑞等， 2003 ）、概率风险分析方法（石璇等、2004 ） 及机理模型。计算机模拟方法包括人工神经网络模型（ 郭宗楼和刘肇,1997;李双成和郑度 , 2003 ；陈辉等， 2005） 和蒙特 -卡罗模拟法 （Hunsaker et al., 2001 ；Chow etal., 2005 ；Mingetal. ，2005） 。生态环境风险评价又可分为单因子评价和多因子综合评价两种类型，其中多因子综合

53、评价方法如层次分析法、 灰色关联度、人工神经网络、 模 糊综合评价及物元分析法等已在实际应用中取得了良好的成效。 地下水环 境生态系统具有层次的复杂性、动态变化的随机性 ,系统往往存在不少模 糊现象以及灰色信息，所以模糊综合评价法和灰色综合评价法在地下水环 境风险评价中具有很广阔的前景； 而对于小尺度的地下水生态风险亦可采 用人工神经网络评价法。人工神经网络方法具有自学习等智能化特点 ,能 够用于统计资料较全、单层次、多方案综合评价 ,可以较好的模拟评价专 家进行综合评价的过程(孙才志等， 2009 )。(3) 地下水风险模拟及防控区研究进展 地下水污染物迁移影响因子研究。国内学者主要采用模拟

54、土柱实验、 现场实验等方式对尾矿库中重金属污染物在地下水中的运移机制进行研 究。杨冰仪等对广东粤北地区典型的几类尾矿废石等矿山废弃物进行酸雨 淋洗的模拟实验认为尾矿废水中的 pH 是影响重金属溶出的重要因素之 一，提高 pH 值可以大大降低重金属溶出浓度。蓝崇钰等证明酸度的提高可以增加尾砂矿中重金属（Pb、Zn、Cu和Cd）的溶出。杨丽琴等研究 尾矿库矿水重金属 Cu、 Pb 离子仅在表层部分下渗。 王一先等利用自行设 计的大口径淋滤柱开展淋滤实验和静置浸泡 （溶解）实验研究表明矿山尾 矿排放水酸性取决于矿床脉石矿物、 赋矿的岩石及其次生蚀变的酸缓冲能 力。张晶等对某铀矿尾矿坝周边不同水平距离

55、的水体的 pH 值以及部分重 金属元素进行测试分析， pH 值越低越能促进重金属溶出，重金属污染与 水平距离成反比，污染进程由近及远，与垂直深度成正比， 有累积沉淀现 象。张永伟等对近海的某金矿尾矿库进行研究， 结果表明拟建尾矿库坝基 座在淤泥质砂质黏土层上。数值模拟研究污染物在地下水中的迁移规律是一种必要的手段。 基于 尾矿库中地下水污染物迁移规律的复杂性， 而用数值模拟方法研究尾矿库 污染物在国内还处在起步阶段。 张金辉等以某矿山谷型尾矿库为例， 运用 二维有限元模拟了库内地下水分布及流动， 结合水文地质条件进行分析和 讨论，地下水的流动特征控制了核素向周围环境扩散与迁移。 林达等对我国南

56、方某矿区的水文条件进行概化， 并运用二维潜水流及溶质运移耦合模 型，对库中U (W)的迁移过程进行了数值仿真，通过对比水头的测量值 与模拟值，探讨了弥散度、阻滞系数和迁移时间对 U (W)在尾矿库地域 地下水中迁移规律的影响。鲍松雪等采用事故树和鱼刺图对尾矿库重金属 污染进行分析， 找出主要污染源， 并建立污染物迁移数学模型以预测污染 物迁移过程。核素迁移研究主要有实验室模拟、 野外现场试验和直接针对 核事故的核素迁移调查及研究等方法， 核素进入地下水流后迁移主要有分 子扩散迁移、 渗流迁移、渗流弥散迁移。 谢水波等对矿区的实际情况进行 概化，利用溶质反应-输运模拟软件PHREEQC- H以U

57、 (W)为目标对尾 矿库区地下水中的迁移规律， 并就参数对模拟的影响进行分析。 李和莲等 通过对铀尾矿库中的放射性核素和重金属等有害物质进行研究， 随着渗水 进入含水层后， 将随地下水的运动而进行迁移。 并采用二维稳定流数学模 型对铀尾矿库周围地下水流场进行概化，用 Galerkin 有限元法模型进行 求解(4) 地下水防控技术与污染修复技术研究进展美国早在1972年就颁布了清洁水法(The Clean Water Act(CAA), 是最早关于水污染控制的法案， 旨在限制污染物排入地表水中， 间接保护 地下水。后来又陆续颁布了 安全饮用水法案，资源保护与回收法 和 超级基金法，对地下水的污染保护和治理进行了立法。 1975 年，欧盟 制定了欧洲水法，后又陆续制定了水框架指令和地下水指令 ， 对地下水保护作了专门规定， 提供了地下水保护指南， 设定了污染物的界 限值，确定了如何识别和抑制污染恶化趋势。我国直到 2011 年