尾矿库重金属污染物迁移的现代数值模拟方法

为了给研究重金属污染物迁移提供指导性的方法和步骤,力求总结出尾矿库重金属污染物迁移的一般性研究方法。以尾矿库重金属污染为研究对象,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,建立污染物迁移数学模型,系统地归纳尾矿库重金属污染物迁移数值模拟软件,对主要污染源进行分析得出结论。结果表明各种研究手段之间存在步步深入,前后承接的联系,由此建立尾矿库重金属污染物迁移的现代数值模拟方法,提出尾矿库重金属污染物迁移的数值模拟方法的一般操作步骤。     

花生壳改性及其对Cu2+的吸附研究

研究了花生壳改性及改性花生壳对溶液中Cu2+的吸附特性及最佳吸附条件.结果表明,热水煮沸、乙醇加热回流可对花生壳有效脱色,脱色后对花生壳进行黄化处理使花生壳的表面及内部结构发生改变,有利于对Cu2+的吸附.以Cu2+初始质量浓度、pH值、时间、温度为影响因素,进行正交试验确定了改性花生壳对Cu2+最佳吸附条件:Cu2+初始质量浓度为20 μg/mL,pH=7,温度为25℃,时间为30min.Cu2+的吸附效率可达98%,吸附量约为2.7 mg/g.     

流-固耦合作用下某尾矿库稳定性数值模拟研究

以南方某铀尾矿库为对象,利用COMSOL有限元软件开展某尾矿库在不同降雨强度下的稳定性分析。结果表明:在不同的降雨条件下,尾矿坝最先可能发生溃坝的是基岩与尾矿坝接触的尾端,其次是尾矿坝与基岩接触的地方。同时,随着降雨强度的增大,尾矿坝的稳定性也会随之下降,位移量会增大,溃坝的可能性也会变大。     

固定食用菌加工废弃物对废水中重金属Cu2+的吸附性能

用聚乙烯醇-海藻酸钠(PVA-SA)将金针菇(Flammulina velutipes)、毛木耳(Auricularia polytricha)、杏鲍菇(Pleurotus eryngii)和平菇(Pleurotus ostreatus)加工废弃物固定制成吸附小球,研究初始p H值、反应时间对Cu~(2+)吸附的影响及吸附特性,并应用到实际废水的处理中。结果表明:固定金针菇、毛木耳、杏鲍菇和平菇废弃物吸附小球的最大吸附率分别为81.3%、60.8%、42.8%和50.0%;伪二级动力学模型比颗粒内扩散模型能更好地描述固定食用菌加工废弃物吸附小球对Cu~(2+)的吸附过程;固定金针菇、毛木耳和平菇废弃物吸附小球的等温吸附过程与Langmuir等温模型拟合度高,吸附过程主要是单层吸附,固定杏鲍菇废弃物小球的等温吸附过程则更符合Freundlich等温模型;扫描电镜(SEM)分析显示,固定金针菇废弃物吸附小球吸附Cu~(2+)后,细胞壁增厚,细胞壁上形成了明显的Cu~(2+)无机沉淀或晶体,表现为物理性吸附。研究表明,固定金针菇废弃物吸附小球对自然废水中Cu~(2+)的去除率为73.11%,具有一定的实际应用价值。     

热-流-固耦合作用下铀尾矿库坝体稳定性数值模拟

为可靠评估铀尾矿坝的稳定性,以我国南方某铀尾矿坝为例,采用基于COMSOL软件的数值模拟方法,对坝体内温度、渗流和应力耦合进行建模分析,分别研究了自重应力、流-固耦合及热-流-固耦合作用下铀尾矿坝的稳定性,分析比较了安全系数、等效塑性及位移。结果表明,耦合降雨会使尾矿坝的安全系数下降4.7%,耦合温度后则进一步降低5.9%;单独改变降雨强度和温度,安全系数都会随之增大而减小,等效塑性应变随之增大而增大。总体而言,在强降雨和高温耦合天气下,该铀尾矿坝处于安全稳定状态,但长时间的强降雨和高温会降低铀尾矿库的安全系数。     

渗流-应力耦合作用下尾矿库稳定性的三维数值分析

尾矿坝稳定性分析对尾矿库运行具有重要的意义,数值模型的建立是尾矿库稳定性分析的关键因素之一。根据某尾矿库工程实际,利用3Dmine与Midas/GTS软件建立了三维数值模型,基于渗流-应力耦合机理,研究了干滩长度对尾矿库坝体稳定性的影响机理。结果表明:1)渗流作用对尾矿库稳定性影响较大;2)在渗流-应力耦合作用下,随干滩长度减小,尾矿坝孔隙水压力逐渐增大,而整体位移量逐渐减小,最大位移区域从尾黏土层逐渐扩大到尾粉土层,尾矿库安全系数逐渐减小;3)得出了适用于该尾矿库的干滩长度与安全系数之间的函数关系。数值模拟结果显示,洪水工况下尾矿库安全系数为1.112 5,小于《尾矿库安全技术规程》规定的二等坝安全系数1.15。因此,应加强尾矿库的安全管理,以保障尾矿库后期的安全运行。     

基于FLO~(2D)与3DMine耦合的尾矿库溃坝灾害模拟

为预测和评价尾矿库溃坝的致灾情况,提高库区防灾减灾能力,建立尾矿库溃坝数值仿真模型。采用FLO2D泥石流模拟软件对湖南某尾矿库进行溃坝灾害过程仿真,并将模拟结果与3DMine数字矿山软件耦合,实时反演溃坝灾害过程。分析结果表明,该尾矿库溃坝时的最大溃决流速为40.2 m/s,下游沟谷最大淹没深度达13.6 m,溃坝瞬时最大冲击应力达100 MPa。三维动态反演了尾矿库溃坝前稳定状态、溃坝后0.01,0.02和0.05 h的尾砂流动状态和淹没范围。根据溃坝泥砂流动强度,对该尾矿库全部溃坝和半溃坝时的灾害程度进行三色图判别。     

考虑悬浮物吸附沉降作用的资江河道放射性核素迁移数值模拟

基于Langmuir吸附动力学方程和最小二乘原理,运用Matlab数学工具,结合测量数据,对吸附解吸速率进行了数值模拟;同时根据资江河道的具体情况,建立放射性核素在河道中迁移转化的分相模型,选择与核素相适应的数值模拟技术,实现核素在水、悬浮泥沙和底泥沙中分布的可视化。结果表明,放射性核素在底泥相和水相中的变化规律相似,底泥沙对核素的吸附量和核素水相质量浓度都随时间推移逐渐增大,随距离增大逐渐趋于0,另外,悬浮泥沙对核素的吸附量在经过水库后会逐渐减小,说明水库具有沉淀悬浮泥沙的作用。验证试验表明模拟结果和试验结果接近,说明所建模型比较合理。     

8-羟基喹啉功能化树脂HQDK-110对Hg2+的吸附性能

8-羟基喹啉对金属离子具有良好的络合性能。研究了一种8-羟基喹啉接枝DK-110的螯合型离子交换树脂HQDK-110对Hg~(2+)的吸附性能,并与DK-110树脂进行比较。考察了不同吸附时间、Hg~(2+)浓度、温度和pH值条件下两种树脂对Hg~(2+)的吸附性能和去除性能。结果表明,HQDK-110和DK-110树脂对Hg~(2+)的适宜吸附p H值为4.5左右。25℃时,HQDK-110和DK-110树脂对Hg~(2+)的吸附容量分别为2.496 mmol/g和2.290 mmol/g。HQDK-110和DK-110对Hg~(2+)的吸附过程更接近于一级动力学方程,其一级吸附动力学常数k1分别为0.009 4 min-1和0.011 8 min-1。吸附过程符合Langmuir等温吸附方程。研究表明,HQDK-110对Hg~(2+)的吸附量和去除率优于DK-110,且树脂的稳定性优于DK-110,湿态树脂比干态树脂具有更好的重复使用性能。     

重金属Cu2+抗性菌的筛选与吸附性能研究

采用富集培养方法从污水处理厂污泥中分离筛选出3株对Cu2+吸附能力较强的菌株,考察pH值、温度和Cu2+初始质量浓度对3株菌吸附能力的影响。结果表明,Z-1-4在pH值为5.0,30℃,Cu2+质量浓度为140 mg/L时吸附效果最好;Z-1-5在pH值为6.0,28℃,Cu2+质量浓度为170 mg/L时吸附效果最好;Z-1-6在pH值为6.0,28℃,Cu2+质量浓度为140 mg/L时吸附效果最好。其中菌株Z-1-5吸附能力最强,吸附容量可达13.68 mg/g。对Z-1-5进行16S rDNA序列分析,初步确定为鞘胺醇单胞菌(Sphingomonas sp.)。     

数字尾矿库系统结构及功能实现方法

我国三等以上尾矿库均建成了尾矿库在线监测系统,为进一步提升尾矿库管控水平,提出可在在线监测系统基础上建设数字尾矿库工程的思路。数字尾矿库工程是借助全数字测量、遥感、地理信息系统或全球定位系统等现代化手段采集基础数据,实现尾矿库地形地势、水文气象、监测监控、调洪、尾矿坝稳定、风险分析、设备设施管理、应急培训等功能有机集成的统一管控平台。在总结数字尾矿库研究现状的基础上,借鉴水利水电工程中数字黄河、数字长江工程建设理论和方法,研究了数字山谷型尾矿库系统的功能和实现方法,提出了数字山谷型尾矿库系统的结构框架,并对数字平台建设、调洪演算实现、坝体稳定在线分析预警及应急培训等子系统的实现方法进行了深入研究,研究成果可为后期数字尾矿库建设提供参考。     

安徽某硫铁尾矿区农田土壤重金属污染特征

对安徽省某硫铁矿尾矿区农田土壤、农作物进行重金属污染分析和风险评价,为硫矿区农田重金属污染风险管理与土地利用提供理论依据。布设30个采样点采集土壤及其毛豆样品,ICP-MS法测定Cu、Zn、As、Cd、Pb重金属全量,运用单因子指数、综合污染指数、潜在生态风险指数法和生物富集系数法对重金属污染程度进行评价。结果表明,研究区土壤p H值在3. 37～4. 60,均值为4. 03,土壤呈强酸性、酸性。比对安徽省土壤重金属背景值,研究区土壤已明显遭受外源重金属污染;比对GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》风险筛选值,受到Cd、Cu重金属污染,其中60%采样点Cu超标,76. 67%采样点Cd超标,但都远低于标准风险管制值;单因子污染指数评价结果显示该研究区农田以Cu、Cd污染为主;内梅罗综合污染指数评价结果表明研究区农田土壤总体已遭受重金属污染;潜在生态危害指数评价结果显示研究区土壤总体为轻微综合潜在生态危害,Cd在67%以上检测点为中等风险水平、10%为强风险水平。研究区农田农作物毛豆籽粒中Pb、Cd、As质量比均值未超过GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》规定的限量值,其对重金属的富集系数(EF)从大到小依次为Cd、Zn、Cu、As、Pb。     

某铀尾矿库地震和渗流耦合作用下稳定性研究

为了研究某铀尾矿库在不同工况下渗流流态和安全系数,以南方某铀尾矿库为对象,耦合GEO-Studio软件中SLOPE/W和SEEP/W模块,并利用极限平衡理论模拟研究了不同工况下坝体渗流流态和安全系数。结果表明:水流主要通过尾粉土层流过尾矿坝,使水力坡降主要集中在初期坝坡前底部;随着水位上升,坝体中水力等势线越来越稀疏,同时尾矿坝3个渗流截面流速加大; 6~9度地震烈度激励下,尾矿坝安全系数维持在1.23~0.91之间,不能满足规程要求。建议初期坝坡坝底埋设排水管,减小水流对初期坝压力,同时对尾矿坝,特别是尾粉土层进行灌浆加固,提高尾矿坝稳定性。     

单双离子体系中酵母菌对Pb2+的吸附动力学

为了探讨单双离子体系中灭活面包酵母菌吸附Pb2+的动力学,对不同温度、初始浓度的Pb2+单离子体系和不同初始浓度的Cu2+ -Pb2+、Ni2+ -Pb2+双离子体系中灭活面包酵母菌对Pb2+的动力学吸附过程进行了研究.结果表明,不同试验条件下酵母菌吸附Pb2+的动力学过程符合准二级吸附模型.在10℃、20℃和30℃下,随环境温度增高,吸附趋于平衡的时间缩短;而在Pb2+初始浓度为0.5mmol/L、1.0mmol/L和2.0mmol/L的条件下,随初始浓度增大,趋于平衡的时间增长.双离子体系的动力学吸附过程中,相同浓度的Cu2+和Ni2+作用下,Cu2+对Pb2+吸附的影响明显大于Ni2+.研究表明,酵母菌对Pb2+的吸附是一个快速高效的过程,Cu2+、Ni2+等重金属离子的加入明显影响了酵母菌对Pb2+的吸附.     

双组分重金属在分层土壤中的迁移研究

尾矿库用来堆积矿产资源开采过程中产生的矿物废料,其重金属种类多,含量高,储存量大,影响范围广。尾矿长期堆放严重污染库区水生态环境,是目前重金属污染的主要来源之一。以德兴铜矿5号尾矿库为背景,建立了简化的分层土柱模型,研究双组分重金属离子在成层土壤中的运移规律。选择常见的铜、铁离子为污染物,通过测定不同深度处渗滤液中金属离子质量浓度,观测其在分层土柱中的迁移情况。结果表明:土柱中同一深度铜、铁离子质量浓度随时间延长而升高,初始阶段增速较大后逐渐降低;在垂向上,距离污染源越远离子质量浓度越低,且这种关系能用对数函数描述。黏土层对金属离子的迁移能起到有效的阻滞作用,试验结束时对铜、铁离子的阻滞净化效率分别可达88.98%、93.04%,但长期的渗透作用终会使污染物穿透黏土层,并更快地向下发展。双组分重金属离子共存时,迁移过程中金属离子之间会相互影响,与单个铜离子的运移对比,铁离子的加入使渗滤液中铜离子的质量浓度升高,且随着试验进行铜离子质量浓度升高幅度越来越大。铁离子的加入使30 cm深处渗滤液在第7 d时铜离子质量浓度增加了1.13%,第70 d时增大幅度达到8.62%。尝试性提出了防渗层阻滞净化效率的估算方法,反映防渗层工作状态及估计其有效使用时间,为尾矿库重金属污染预防和治理提供参考。     

关于环境监测中重金属污染现状及对策研究

随着我国经济正在不断发展,环境污染问题也在日益加剧,严重影响生态环境的稳定发展。尤其是重金属污染,会危害人们的身体健康,而且重金属一旦进入人体,就难以有效地排除。因此,相关环境部门应该重视重金属污染处理,提高环境监测的效率,制定针对性监测与处理方案,避免其影响人们的正常生活。基于此,本文分析了环境监测中重金属污染的现状,并阐述了相关对策,仅供参考。     

改性海泡石对Cu~(2+)和Zn~(2+)混合溶液吸附效果研究

用HCL和HNO3对天然α-型海泡石进行改性,450℃下焙烧制得改性海泡石,改性不仅提高了海泡石化学活性,而且由于方解石矿物的消解使样品中海泡石含量从67%提高到约85%。利用改性海泡石对质量浓度为40 mg/L的Cu SO4和Zn SO4的混合溶液进行吸附,结果表明,改性海泡石的吸附性能可提高约2.3倍;0.4 mol/L的HCL改性后的海泡石和0.5 mol/L的HNO3改性后的海泡石对Cu2+和Zn2+的吸附情况最好,吸附率都达到了100%,结果符合离子干扰的规律。通过经济分析得出,HCL改性后的海泡石效果最好、也最经济。     

膨润土负载壳聚糖对Cu2+的吸附作用

将壳聚糖与膨润土结合,研制出一种复合吸附剂,并用于溶液中Cu2 的脱除,取得很好的效果,脱除率达到70%以上.通过X-射线衍射实验研究了改性膨润土的结构和改性机理.结果表明,膨润土的片状层结构未发生变化,壳聚糖仅吸附在膨润土的内外表面.该吸附剂具有投药量少、稳定性高、操作简单、无再次污染等优点.     

改性膨润土的制备及对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)的去除效果研究

本研究采用两种提纯方法并以Mg-Al、Fe-Al(1)、Fe-Al(2)聚合羟基物为改性剂对膨润土进行提纯和改性。通过对膨润土改性过程中的悬浮液浓度、柱撑温度、老化温度、老化时间等影响因素的考察,系统研究了不同制备条件对改性膨润土去除Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)的效果,并通过XRD分析了提纯和改性方法对膨润土结构的影响。实验结果表明,利用六偏磷酸钠提纯后制得的Mg-Al改性膨润土对Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)的去除效果较原土分别提高了24.94%、40.37%和6.80%,其主要影响因素分别为:老化时间和柱撑温度。     

铜、镉对鮸鱼幼鱼鳃丝Na^＋ -K^＋ -ATPase和肝脏SOD酶活性的影响

以鮸鱼（Miichthysmiiuy）幼鱼为研究对象,研究了Cu^2＋和Cd2＋对鮸鱼幼鱼鳃丝Na^＋-K^＋-ATPase和肝脏SOD酶活性的影响。以6个Cu^2＋浓度（0.01mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L和0.8mg/L）和6个Cd^2＋浓度（0.005mg/L、0.025mg/L、0.05mg/L、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L）对鮸鱼幼鱼进行8d染毒。结果表明,Cu^2＋和Cd^2＋各处理组鱼鳃丝Na^＋-K^＋-ATPase活力随取样时间的变化显著（P〈0.05）,且呈峰值变化,在1d时达到最大值,然后缓慢下降,最后各处理组酶活力趋于稳定。两种重金属离子对鮸鱼鳃丝Na^＋-K^＋-ATPase活力的影响在同一取样时间各处理组间的差异也显著（P〈0.05）,其影响程度与重金属的浓度呈负相关,且Cd2＋浓度为0.4mg/L时,在第8天酶活力与对照组的差异不显著（P〉0.05）。Cu^2＋和Cd2＋在1～8d对鮸鱼鳃丝Na^＋-K^＋-ATPase活力的诱导率表现为Cu^2＋〉Cd^2＋。低浓度组Cu^2＋和Cd^2＋曝露时,鮸鱼肝组织中SOD活性变化在短时间内不明显（P〉0.05）,但随着时间的延长,SOD活性提高,与对照组差异显著（P〈0.05）,导致“毒物兴奋效应”。高浓度Cu^2＋和Cd^2＋曝露时,随着时间的延长和浓度的增强,肝组织SOD的活力抑制越明显（P〈0.05）。