3.2.4生物修復

懷俄明州的1個ISL礦山使用了生物修復技術。生物修復利用礦體中天然存在的細菌提供相似的還原條件，實現與添加化學還原劑相同的效果。生物修復技術是有效的，特別是對于像硒和鈾這樣的組分；但主要表現為短期效果，長期效果不明顯。

使用生物修復技術前，應先在井場內進行大量小型試驗，調整優化技術參數后可在井場更大的區域內應用。地下水生物修復技術具有良好的應用前景，可作為整體修復措施的一部分使用[7]。

3.2.5地下水再循環和自然衰減

地下水再循環可將井場內部的溶液混合，以分散可能存在的滲流峰值。該修復措施可以有選擇地使用。

自然衰減從未被監管機構認為是修復或BPT的主要方法。該方法對含水層不進行任何抽除，地下水中的污染物在向下游運移時簡單地衰減。歸宿-運移模型分析和最近的測試表明，下游環境對鐳-226、鈾和硒具有顯著的自然衰減能力。自然衰減在ISL修復中應得到更多的應用，特別是在采用了其他修復技術之后，事實上它也是NRC執行ACL的基礎。

3.3可實現的修復結果

盡管期望將所有組分都修復到背景水平，但由于采礦過程中的地球化學變化，實際上只有大約85%的地下水組分可修復到背景水平。如果不能達到背景水平，懷俄明州以采礦前的地下水使用類別作為修復標準，開采前礦體內的地下水是不飲用類別，只適合工業用途，那么在修復后通常所有組分會滿足修復要求。

在地下水修復所監測的30個化學組分中，通常有5～8個組分高于使用級標準，一般包括：鈾、硒、鐳-226、TDS、砷、錳。此時，必須通過建模分析，說明這些組分不會遷移到井場之外并影響可用的地下水，這是執行ACL的基礎。在懷俄明州進行的所有修復模型預測都表明，在非飲用水礦體中殘留的高于飲用水標準的組分不會遷移到井場之外的地下水使其降低使用等級。

截至2009年，在美國沒有任何1項ISL修復措施能夠成功將含水層修復到本底狀態。通常在監測末期，修復期間減少的污染物又通過緩慢解吸、再氧化以及從低滲透區向高滲透區緩慢移動等繼續增加。這就需要進一步研究并應用新的修復技術，如生物修復和受監控的自然衰減等。

由于地下水修復所需的費用占地浸鈾礦山環境治理及退役成本的很大一部分，因此，需要慎重估算必要的處理水量。估算地下水修復費用時，可以根據以前非常規鈾生產設施退役的經驗，進行類比并確定一個保守的處理量。

3.4修復后穩定性監測

在所有修復階段完成后，需要進行一段時間的監測，以確保井場得到修復，化學組分保持穩定。這一時期的監測稱為穩定性監測，通常持續1年。每2個月從監測井中取樣1次，并在井場內建立化學組分基準線，在監測結束時評估變化趨勢。美國環保署擬將穩定性監測時間提高到12年，但仍在討論中。

監測表明，大部分化學組分在1年后都基本保持穩定，僅出現小幅波動；但其中的鈾濃度會增加。使用歸宿-運移模型分析表明，隨著時間的推移和地下水的遷移，鈾濃度實際上可以得到自然衰減。

3.5歸宿-運移分析建模

使用歸宿-運移模型，可以分析在井場修復中不能降低到本底或使用級別水平的組分對下游地下水的影響程度。例如：在懷俄明州Irigaray井場修復模型分析中，分別使用了MODFLOW、MODPATH和MT3DMS軟件建立數值模型；該模型基于對流傳質考慮組分凈化，將地球化學反應因素的影響降到最低，分析結果偏保守，對井場下游組分的預測過高。如果考慮地球化學輸入的話，PHREEQC模型可能更加適用。

Irigaray井場修復分析模型的輸入參數為導水性、水力梯度、有效孔隙率、擴散性以及一些化學組分的分布系數，適用于鈾、硒、鐳-226和錳元素的分析。根據時間的推移，分析井場邊界之外的地下水是否符合標準要求。修復后的歸宿-運移模型分析如圖1所示。結果顯示，不能修復到本底或使用級別水平的鈾不會影響到下游的地下水。修復結束時，井場內鈾質量濃度為2.1 mg/L,井場外鈾質量濃度(本底)為0.016 mg/L。

圖1歸宿-運移模型分析鈾濃度變化

3.6 ISL廢水管理與處置

美國ISL采鈾廢水的主要來源有：井場生產的抽大于注，通常為平均流量的0.5%～3.0%;越界流散控制；工藝廢水；地下水修復時抽取的溶浸液。這些廢水含有浸出液、放射性物質和浸出的礦物質，不同的廢液應考慮不同的處置方案。

廢水處置方案有:1)蒸發池蒸發；2)處理與地表排放，不包括反滲透濃水、工藝水排放或工藝廢水；3)深井注射(EPA Ⅰ類注射),適用于所有含鈾廢水，包括反滲透濃鹽水、工藝廢水，被認為是最有效的ISL廢水處置方法；4)淺井注射(EPA Ⅴ類注射),只用于處理不影響較淺區域現有水質的廢水；5)土地灌溉。

4澳大利亞貝弗利/四英里鈾礦關閉修復

4.1澳大利亞ISL管理導則

澳大利亞ISL管理導則由澳大利亞地球科學組織制定。每個ISL鈾礦的運行/修復方案都是獨有的，礦山修復的最佳實踐是：1)在可接受的時間內實現環境影響最小化修復目標的技術應用；2)平衡不同的主動處理方案(包括基礎設施、能耗和廢水產生的影響)、自然衰減以及附加措施增強的自然衰減(附加措施包括地下水抽除、化學還原處理、生物修復等)。

4.2地下水水質

貝弗利/四英里鈾礦地下水水質為不使用類別，采礦和凈化區域地下水質參數：TDS為2～12 g/L;鈾質量濃度為1 mg/L;鐳活度濃度為500 Bq/L;氟質量濃度為20 mg/L。根據相關管理限值，該地下水不適合飲用、灌溉和牲畜使用。

4.3酸法ISL中的化學/微生物因素及模型參數

酸法ISL的自然衰減受巖石-水相互作用以及硫酸鹽還原菌等微生物作用的共同影響。建立3D反應-運移模型所需參數的獲取途徑有：實驗室測試；通過ISL動態模擬，實現參數調整與運行數據的對比(凈化效應明顯處);監測數據(監測井)。

4.4 ISL礦山關閉的建模分析方法

建模分析步驟包括：1)礦床勘探/圈礦；2)三維結構建模，劃定區域尺度和礦體，這個階段主要數據類型有地層、礦體輪廓/品位、地球物理/水文、礦物學(主要反應性礦物質);3)三維水文建模，確定地下水徑流條件(區域尺度模型);4)1D-3D反應-運移建模，在區域尺度地下水流場模型中嵌入ISL井場，進行ISL控制和優化；5)采礦后的1D-3D反應-運移建模，建立采礦水體的3D水文地質流場，在空間和時間上模擬自然衰減的1D-3D反應-運移，并對長期監測進行評估；6)進行采礦后流體的歸宿預測(100年后流體賦存場景如圖2所示)及采后某組分羽流(如0～250年SO42-水平)時空模擬分析[13]。

圖2 ISL采后100年的流體賦存場景(白堊紀構造，始新世含礦含水層)

4.5采礦后監測

根據水文流場條件，采礦后將部分的生產井轉化為監測井；同時在井場外，特別是在下游方向設置專門的監測井，用于衰減效果的監測。

自然衰減(NA)效果是很明顯的，衰減效果已在ISL運行、實驗室試驗、廢棄井場的監測中得到驗證。如果需要，還可實施增強衰減措施。

5捷克Strá?鈾礦采鈾及修復

5.1鈾礦床ISL采鈾概況

Strá?鈾礦床采用酸法地浸采鈾，1977年達到最大產能(約859.5 tU),通過ISL共生產15 861.8 tU。

造成生態負荷較大的原因有：1)從水力學條件來看，相鄰區域存在2種完全不同的采礦方法(深井采礦、化學浸出);2)采礦前對巖體水文地質和水化學環境的勘查不足；3)采礦初期建井粗糙；4)在地下水和工藝溶劑管理方面存在缺陷。

5.2地下水主要污染物

2015年，Cenomanian含水層面積為27.3 km2,受影響的地下水體積超過3.74億m3,SO42-總溶解量為303萬t, SO42-最大質量濃度為50～60 g/L;Turonian含水層的局部隔離水體，受影響的地下水體積0.27億m3,SO42-總溶解量少于7 500 t。SO42-、NH4+和Al3+是這2個含水層的主要污染物[14]。

5.3修復目標

環境修復目標為：1)使巖體環境修復到確保波希米亞北部白堊紀土侖階含水層的持續可用狀態；2)鉆孔和地表設施退役；3)將井場地表納入生態系統，考慮區域生態系統的穩定性和城市規劃。2011年在風險分析的基礎上，基于數百個逆數值計算、水文地質、平流和反應性運移模型分析，確定了修復參數目標值并經當局批準(表3),此后每5年更新風險分析并重新得到確認。

表3地下水修復參數目標值

5.4修復方法

主要修復方法：1)從地下抽取污染水并利用地表處理工藝進行處理，以得到工業用產品和生態可儲存產物；2)將污染物的原位固定和地下水化學條件擬合，用于后續受監測的自然衰減(在整個修復過程完成后)。

地表處理工藝包括：1)化學提取。采用離子交換法吸附水中的鈾，用HNO3進行淋洗，用銨鹽進行沉淀，最大輸入量為4.2 m3/min, 輸出產量為13 kgU/h。2)蒸發和結晶。將溶浸液在3個蒸發器中進行加熱蒸發，并在4個結晶器中進行銨-鋁-硫酸鹽結晶。從化學站輸入的最大流量為2.5 m3/min(每個蒸發器),輸入溶液的TDS約為60 g/L。3)中和。在母液再生站及中和站NDS10,采用石灰乳兩級中和，濾餅運至尾礦庫，凈水注入到前Hamr I采區和排入Ploucˇnicecˇnice河；在中和站NDS6,采用石灰乳中和，濾餅進入尾礦庫，水加氯后排入Ploucˇnicecˇnice河。

5.5修復監測與管理

修復監測和管理的主要手段包括：建立地下水監測井網；巖心取樣分析；地球物理方法、編錄；水化學監測、混合采樣、分區抽樣；數學建模(地下水流場、對流運移、反應性運移);修復參數目標值的統計評價；確認/更改TVRP的風險分析。

6結語與啟示

1)應加強對ISL采礦后的環境影響及地下水修復技術的研究，制定相關法規和標準，對修復工作做出規定并進行監管。

2)應根據每個礦山開采使用的浸出類型、水文地質條件、修復目標、成本等綜合研究確定其地下水修復方案，通常采用的技術有：地下水抽除；抽水、處理、凈水回注；化學還原；生物修復；自然衰減或修復后的自然衰減等。自然衰減(包括修復后的自然衰減)應采用歸宿-運移模型數值模擬方法，進行采礦后流體的歸宿預測及采后羽流時空模擬分析，并結合其他方法及相關標準，對下游含水層的風險進行評估和論證。