基于信赖域策略寻优的后退虚源法面源氡扩散模型

在使用面源高斯扩散模型模拟铀尾矿库核素氡扩散浓度时,面源积分模型计算复杂,后退虚源模型模拟结果不准确且不具备保守性。针对上述问题,提出了基于信赖域算法的函数与参数寻优方法。通过构建近似后退虚源模型的非线性函数集,将面源积分模型与函数库中每个函数模拟值之间的误差作为目标函数,在信赖域策略下调用函数库并迭代寻优,输出函数库中最优函数与其最优参数值。通过浓度分布对比与拟合测验得出:优化函数在近源处的模拟值略大于面源积分模型,表明优化函数具备一定的保守性;模拟值与面源积分模型的拟合决定系数在近源处高于0.91,大部分区域高于0.98,说明其模拟结果可靠;同时,优化函数保留了后退虚源模型计算简便的特点。此外,根据误差的影响因素分析,优化函数对于面源面积和大气稳定度不变时,能适应其他参数的变化,大大简化了实际氡浓度评估时的计算过程。

某铀尾矿库渗滤液综合处理工艺研究

针对含铀、锰、氨氮等多种污染物的铀尾矿库渗滤液,采用离子交换法回收铀、电絮凝除重金属和气膜回收氨氮工艺进行综合回收处理。验证了离子交换法回收铀的效果;考察了电絮凝法在不同原水pH、曝气时间和电絮凝时间等条件下,对铀、锰等重金属离子的去除效果;研究了在不同氨氮浓度下,气膜对废水中氨氮的分离效果。结果表明,树脂对铀的一级去除率可达95.7%;在不调整原水pH(pH=7.5)和不曝气的条件下,电絮凝效果较好,电絮凝5 min出水中的铀和锰质量浓度分别降至99.79μg/L和0.06 mg/L;当原水中氨氮质量浓度低于297.00 mg/L时,经过气膜一次处理对氨氮的去除率大于99%,出水氨氮质量浓度降至1.91 mg/L。该渗滤液综合处理工艺可实现铀和氨氮的回收,以及多类污染物的达标。

降低铀尾矿库浸润线的技术实践

尾矿库溃坝的主要原因有渗流破坏、坝坡失稳、地震液化和超高堆坝等,尾矿坝内浸润线过高可能产生渗流破坏,严重的将造成坝坡失稳、破坏甚至溃坝。降低坝体浸润线的常用方法存在施工难度大、人工维护成本高、设备维护管理复杂等问题,采用水平排渗方式在接近水平的排渗盲沟内装设水平滤管,以达到降低浸润线的目的。本工程采用在坝体内部打设水平孔,并在孔内安装渗水管形成水平排渗体,排渗管通过坝体外的集水总管形成排渗网;坝体内的水渗入排渗管,然后汇至集水总管,最终通过自流排至坝外。该法具有造价低、能耗小、便于管理等优点,是降低尾矿坝浸润线的切实可行的方法。

基于SBAS-InSAR和BPNN的铀尾矿坝形变智能监测与预测

为提高铀尾矿库退役治理的监测工作效率,提出一个基于小基线合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)技术和反向传播神经网络(BPNN)的铀尾矿库形变智能监测与预测模型。首先,利用SBAS-InSAR技术得到铀尾矿库2020年12月—2022年12月的累计形变量与年均形变速率,并用第一拦水坝的7个全球导航卫星系统(GNSS)监测站验证InSAR监测值的精度;然后,选取铀尾矿库中的雷公塘坝、南坡横坝、战斗坝和松林坝4个坝段的累计沉降量并结合降雨量进行沉降分析;最后,随机提取铀尾矿坝100个沉降点的累积沉降数据,通过BPNN预测铀尾矿坝的形变。结果表明:2年间铀尾矿库的形变速率在-60.06~34.94 mm/a,铀尾矿坝整体处于下沉状态,累计沉降量最大为-46.67 mm。BPNN预测值与实际监测值的平均绝对误差为0.586 mm,均方误差为0.624 mm。

古菌群落视角评估某退役铀尾矿库的治理效果

为了尝试从微生态-古菌群落视角,评估中国西北某铀尾矿库退役治理效果,本研究在前期尾矿库表层覆土0~5 cm和5~15 cm两个垂向剖面放射性核素、重金属/类金属分布特征研究的基础上,通过16S rRNA基因扩增子测序技术对土壤古菌群落进行测序分析,采用生物信息学方法研究铀尾矿库及毗邻区域土壤古菌群落特征及其对环境因子的响应。结果表明:在尾矿库与毗邻区域,尽管土壤中4个优势菌门和3个优势属呈现不均匀分布,但尾矿库内外土壤古菌优势群落结构基本已无显著差异;土壤古菌群落的α多样性(Chao1、ACE和Shannon指数)和β多样性(PCoA)分析显示群落间已不存在差异,群落组成已具有相似性;冗余分析结果表明,土壤pH、TN(总氮)、TOC(总有机碳)、232Th、EC(电导率)是影响优势菌群的主要环境因子,但并未造成库区内外土壤菌群结构的显著改变。尾矿库与毗邻区域的土壤古菌群落已无明显差异,说明尾矿库内外土壤古菌群落并未受到放射性核素、重金属/类金属的显著影响,反映出尾矿库退役治理效果良好。

铀尾矿库滩面覆盖技术国内外现状

随着铀矿开采和冶炼工业的发展,铀尾矿库的数量不断增加。铀尾矿库对周边环境具有潜在危害,其退役治理迫在眉睫。铀尾矿库滩面覆盖是目前公认的有效方法之一,也是大多数实际退役工程采用的主要技术。笔者分析了铀矿库滩面覆盖技术的国内外现状,对铀尾矿库退役治理中的常用材料、技术措施及治理成效进行了阐述,旨在为铀尾矿库滩面覆盖工程提供技术参考。

基于北斗的铀尾矿库综合监控平台设计

针对铀尾矿库退役治理中的安全监测需求,以某铀尾矿库第一拦水坝为试点,通过在铀尾矿库坝体表面、铀尾矿库库区等关键点位部署北斗位移监测终端和各类传感器,实现对尾矿库的实时监测和表面形变趋势、坝体沉降趋势、库区水位变化趋势等的预测预警,提前预测坝体的稳定性,掌握坝体的安全情况。在智能监控和防范体系指导下开发的基于北斗系统(BDS)的综合监测平台,为该铀尾矿库退役治理提供了先进技术手段,变被动“监督”为主动“监控”。研究结果可为其他铀尾矿库的安全监测和智能防范提供参考。

MVR处理中性地浸采铀矿山蒸发池废水技术研究

采用自然蒸发工艺时,单靠蒸发池面积的增加不足以处理大量的放射性废水。以某中性地浸采铀矿山的电渗析浓水和蒸发池废水为研究对象,采用MVR蒸发工艺,考察了不同压力和温度下的冷凝水水质情况和蒸发效果。结果表明,冷凝水可达到排放或回用标准,减容率达95%;在0.07 MPa、90℃时,MVR的蒸发效果最好。

基于铀尾矿库核素监测的WSN粒子群优化路由算法

为提高铀尾矿库无线传感器网络(WSN)现有路由算法的网络寿命,提出一种基于铀尾矿库核素监测的WSN粒子群优化路由算法(EBPSO)。首先,在簇头(CH)选举阶段,考虑传感器节点的能量、簇内节点距离、CH到基站的距离等参数,利用粒子群优化(PSO)算法选出最合理的CH,并将筛选出来的CH节点应用于铀尾矿库核素监测组建WSN;其次,在数据传输阶段,提出转发节点的选择方法;然后,用能量阈值重分簇方案来减少能量消耗;最后,对比基于PSO优化模糊C均值的分簇路由算法(POFCA)、低功耗自适应分簇(LEACH)以及高效非均匀分簇算法(EEUC)性能。结果表明:在网络生命周期上,EBPSO算法比POFCA、LEACH、EEUC分别提升1.7%、24.7%、9.2%。EBPSO算法能够延长网络生命周期,适用于铀尾矿库核素监测应用场景。

铀尾矿库氡析出机理及其影响因素研究进展

氡来源于土壤、铀尾矿、岩石等多孔射气介质,铀尾矿库滩面是尾矿堆积或沉积体与大气环境直接接触的暴露面,氡气从该交界面析出并经大气弥散而污染周边环境,覆盖处置是滩面控氡的主要手段。本文以典型铀尾矿库滩面为例,综述氡析出机理及其影响因素,阐述了多孔射气介质固有特性及外部气象环境条件对铀尾矿库滩面氡析出的影响机制。结果表明,国内外学者已对多孔射气介质固有特性影响氡析出的规律开展了大量研究,但由于实验尺度、研究方法存在差异,矿物颗粒特征影响氡析出机制的解释仍存在争议,外部气象环境等因素对铀尾矿库滩面氡析出的影响机制尚不明确。为此,提出今后研究的关注点:(1)真实条件下,氡析出过程的合理表征形式;(2)开展大尺度实验探究多孔介质固有特性对铀尾矿库滩面氡析出的影响机制。

高温制备土霉素菌渣生物炭对铀尾矿库渗排水中铀的吸附效果与机理

以土霉素菌渣(oxytetracycline fermentation residue,OFR)为原料,在300~900℃(间隔100℃)条件下制备生物炭,研究高温(800~900℃)制备OFR生物炭对废水中铀的吸附效果与机理。结果表明:对于不同温度下制备的生物炭,随着温度的升高,OFR生物炭表面功能基团逐渐减少,Ca晶体形态由CaC2O4(300~400℃)转变为CaCO3(500~700℃)、CaO(800~900℃),而这也导致了吸附效果的变化。当制备温度升至800~900℃时,OFR生物炭10 min吸附即可对南方某铀尾矿库渗排水中的铀达到98%以上去除率,且高温制备的OFR生物炭在较宽的pH范围(4.0~9.0)与铀初始浓度(0.8~3.0 mg/L)下,均能稳定达到大于98%的去除率,处理后上清液中铀浓度远低于铀矿冶辐射防护和辐射环境保护规定的排放标准。因此,高温制备OFR生物炭在铀尾矿库渗排水原位处理方面,展示了较好的应用前景。

土壤电荷特性对NH_(4)-D树脂修复铀污染土壤的研究

为解决铀尾矿库中铀元素迁移污染周围环境的问题,采用氨基磷酸螯合树脂D418制备出NH_(4)-D材料,通过表面电荷特性实验、毒性浸出实验和形态分析实验,考察了铀污染土壤固化效果与土壤电荷变化之间的关系。结果表明,土壤中铀的固定效率和电荷变化受土壤pH、固定剂投加量(n)的影响。随pH和投加量(n)的增加,固化后土壤表面负电荷数增大,电荷密度增强,在pH=5和n=6%时,出现铀最佳固定效率83.67%、最大负电位(φ)=-17.345 mV和最大负电荷密度(SCN)=1.142 cmol/kg;与CK组对比,NH_(4)-D增强了土壤中铀由不稳定的可交换态向稳定的残渣态转换。NH_(4)-D表现出对污染土壤中U(Ⅵ)有较好的固定和富集效果。

某尾矿库区水环境中放射性核素铀的变化特征及影响因素

选取铀矿区尾矿库周边排放水、渗滤水以及浅层地下水为研究对象,通过现场调查、取样分析、研究铀的含量变化、存在形态以及影响因素。采用地球化学模型PHREEQC-Ⅱ计算水环境中铀的赋存形态。通过SPSS数据处理软件对排放水、渗滤水、浅层地下水中的各化学指标进行相关性分析。结果表明,水环境中近100%的为U(Ⅵ),三组水样中铀主要以UO_2F^+、UO_2F_2、UO_2OH^+、UO_2(CO_3)_2^(2-)、(UO_2)_2CO_3(OH)_3~–和UO_2(OH)_2的形态赋存于水环境中,并且铀浓度含量受HCO^(3-)、SO_4^(2-)等阴离子以及氧化还原电位影响显著。

某铀尾矿库周边地下水的水化学特征分析

选取某铀尾矿周边地下水作为研究对象,对比分析地下水与排放水在主要水化学成分、水化学参数、水化学类型及放射性元素铀和微量元素氟含量上的差异,探明铀尾矿库对其周边地下水的影响程度.分析结果表明:地下水主要水化学成分为HCO-3和Na+,水化学类型以HCO3·Cl-Ca·Na为主,排放水主要水化学成分为SO2-4和Ca2+,水化学类型以SO4-Ca为主.说明在主要水化学成分、水化学参数、水化学类型上,可能尾矿库对地下水的影响不大;地下水中铀和氟含量分别超过美国EPA标准和我国《地下水质量标准》,超标率分别为100%和85.7%.可能是受矿山开釆产生的废石和铀尾矿库堆积的矿砂及p H的影响,说明尾矿库对地下水铀、氟含量的增加有一定影响.

3种植物-人工湿地对铀尾矿库浸渍水修复效果比较

铀尾矿库浸渍水是核工业发展过程中产生铀浓度较高的工业废水,以芦苇-人工湿地(CW)、香蒲-CW、菖蒲-CW为试验组,以无植物-CW为对照组,比较研究了不同植物-CW修复铀尾矿库浸渍水的效果。结果表明,水力停留时间为36 h,经过5次循环后,3个试验组中的植物生长均未受到明显的抑制作用,各级植物-CW出水铀质量浓度均低于50μg/L,达到国家排放标准(GB 23727-2020),不同植物对铀的修复效果从高到低依次为香蒲>菖蒲>芦苇,3种植物对铀的富集系数(BCF)分别为47.16、44.60、36.68。其中铀尾矿库浸渍水经过香蒲-CW 3次循环处理后,各级CW出水铀质量浓度均低于50μg/L;经过5次循环处理后,最后一级CW出水的铀质量浓度降低至18.10μg/L,显著低于其他植物-CW的最后一级的出水铀浓度;其基质固定浸渍水中铀总量达到3.62 mg,显著高于其他处理模式。研究表明,香蒲-CW是一种具有潜在应用前景的修复铀尾矿库浸渍水的方法。

基于离散相模型的铀尾矿砂大气迁移数值模拟

基于不可压缩N-S方程和离散相模型(Discrete Phase Model,DPM),用数值方法研究了粒径为10μm、50μm、100μm、150μm的铀尾矿库滩面颗粒在0.5m/s、1 m/s、2m/s和4m/s风速下的运动轨迹和沉降规律。结果表明,颗粒的运动轨迹同时受到风速和粒径的影响,不同粒径的颗粒在不同风速下运动轨迹相差较大,粒径为10μm的颗粒比粒径为150μm的颗粒在尾矿库下风向的运动随机性要大得多。在同样的大气迁移距离内,0.5 m/s风速下10μm粒径的颗粒所花的时间是4m/s风速的12倍。在相同的风速下,10μm粒径颗粒的迁移距离要远大于150μm粒径颗粒的迁移距离,且150μm粒径颗粒大部分在尾矿库下风向800m内沉积。

某铀尾矿库周围农田土壤重金属污染与评价

为能够定量评价铀尾矿库周围农田土壤重金属污染程度,采用地积累指数和内梅罗污染指数2种方法相结合来进行土壤中重金属污染综合评价。研究结果表明,铀尾矿库周围部分农田土壤中重金属Cd、Ni、As、Cu、Hg、Zn含量存在积累和超标情况,尤以Cd的超标率最大,Ni和As次之;Pb、Cr含量能够满足标准限值要求。总体上,铀尾矿库周围农田土壤中未受重金属污染(清洁、尚清洁)、轻度污染的分别约占1/3;土壤受重金属中度污染占21.4%,重污染占12.2%。主要污染因子为Cd,其次是Ni和As,该区大部分土壤环境质量未受到Cr、Pb、Cu和Zn的影响。铀尾矿库周围土壤正以Cd、Ni、As等重金属复合污染的形式出现积累,应加强对铀尾矿库周围农田土壤重金属的污染防治。

某铀尾矿库周边地表水中铀和钾分布特征与评价

选取我国南方某铀尾矿库周边地表水为研究对象,分析周边地表水中的铀和钾的含量及其与水化学参数pH、Eh和电导率之间的关系,研究铀和钾的污染特征与影响因素,最后进行单因子污染评价。结果表明,尾矿库本身放射性水平高,采样点铀和钾的平均含量分别是江西省背景值的14.68倍和2.02倍。皮尔逊系数计算结果说明铀和钾具有相同的来源和迁移特征,单因子评价结果显示污染最严重位置处于尾矿库坝体底部和水处理厂出口。但所有样品铀含量均未超出《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》限值,除最近采样点外,周边地表水其他采样点铀含量均符合国际饮用水标准。

某铀尾矿库周围农田土壤重金属污染潜在生态风险评价

为能够定量评价铀尾矿库周围农田土壤重金属污染程度及其潜在生态危害性,采用Hakanson潜在生态风险指数法对土壤中重金属进行综合污染评价。结果表明,铀尾矿库周围部分农田土壤中重金属Cd、Ni、As、Cu、Hg、Zn含量存在积累和超标情况,尤以Cd的污染最严重,Ni、As次之;Pb、Cr含量能够满足标准限值要求。潜在生态风险评价结果显示,铀尾矿库周围农田土壤重金属潜在生态风险较高,主要潜在生态风险因子为Cd,其次是Hg、As,Cr、Pb、Ni、Cu、Zn并不构成潜在生态风险。铀尾矿库周围农田土壤中较高水平的Cd在构成环境污染的同时,也构成了较严重的生态危害,应加强对重金属Cd、Hg的生态风险防治。

铀尾矿库滩面含水量分布与氡析出率预测

描述了中国核工业集团公司衡阳铀厂尾矿库滩面的含水量分布,以及含水量与氡析出率的关系。给出含水量与深度呈指数关系分布,与距离呈线性关系分布。并通过对排干水后尾矿库含水量测算,给出了该铀厂尾矿库表面氡析出率预测结果。