一种矿冶区“渣-土-水”体系重金属迁移风险预测方法技术

本发明专利技术公开了一种矿冶区“渣

【技术实现步骤摘要】
一种矿冶区“渣
‑
土
‑
水”体系重金属迁移风险预测方法


[0001]本专利技术属于环境污染防治
，涉及一种快速评估矿冶区地下水污染风险的方法，具体涉及一种矿冶区“渣
‑
土
‑
水”体系重金属迁移风险预测方法。

技术介绍

[0002]土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。
[0003]重金属是指密度大于4.5g/cm3的金属，如Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Hg等；As属于类金属，但由于其化学性质和环境行为与重金属多有相似之处，故在讨论重金属环境污染时往往将As包括在重金属范围内。
[0004]冶炼过程中会产生大量水淬渣、中和渣和挥发窑渣等冶炼废渣，含有大量As、Cd、Cu、Pb、Zn等重金属，在雨水淋滤作用下会通过下渗释放迁移至周边土壤和地下水，危害周边环境和人体健康。明确矿冶区“渣
‑
土
‑
水”体系重金属迁移特性对其环境影响评估和污染防治具有重要意义。
[0005]目前，矿冶区渣堆场地下水重金属污染风险评估方法多采用设置监测井定期取地下水样品，分析重金属含量后进行地下水风险评估。但是，矿冶区剖面土层组成复杂，监测井按需布设难度较大；同时，监测井取样耗时长、成本高、随机性强，难以准确、快速得到污染地块地下水重金属浓度，易发生地下水污染风险评估偏差，导致后期地下水重金属污染防控成本难以控制。<br/>
技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种矿冶区“渣
‑
土
‑
水”体系重金属迁移风险预测方法，快速、准确、经济地评估矿冶区渣堆场地下水重金属污染风险。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种矿冶区“渣
‑
土
‑
水”体系重金属迁移风险预测方法，包括：
[0009]步骤1，采集矿冶区渣堆场疑似污染区域地表的雨水淋溶液样品和地下预测深度以上各土层的土壤样品，检测各采集样品的多种重金属含量；
[0010]步骤2，检测矿冶区渣堆场疑似污染区域地下各土层的深度以及土壤的多种参数；
[0011]步骤3，根据检测得到的土层重金属含量、土层深度和土壤各参数各自的数据特征，进行蒙特卡洛模拟，获得N组呈各自数据分布区间的土层重金属含量、土层深度和土壤各参数数据，以解决传统质量平衡模型在参数研究上采用固定数值造成结果误差较大的问题；
[0012]步骤4，针对地下每个土层，将步骤3所得每组土层第i种重金属含量作为质量平衡模型的初始输入项，将每组土层深度和其中土壤各参数作为质量平衡模型的输入参数，按照预设时间步长迭代计算，预测该土层下边界在预测时间t1输出第i种重金属的通量；
[0013]其中，地下第1个土层上边界在初始时刻t0输入第i种重金属的通量，根据地表的
雨水淋溶液样品的第i种重金属含量确定得到；并将第j土层下边界在预测时间t1输出第i种重金属的通量，作为第j+1个土层上边界在预测时间t1输入的第i种重金属的通量；
[0014]步骤5，根据预测深度最后一个土层下边界在预测时间t1输出的第i种重金属的通量，计算预测深度最后一个土层下边界在预测时间t1的第i种重金属的浓度，即为预测深度地下水在预测时间t1的第i种重金属浓度；i＝1，2，
……
；
[0015]步骤6，按照单因子指数法对预测深度地下水在预测时间t1的每种重金属污染风险进行表征，并按照内梅罗污染指数法对预测深度地下水在预测时间t1的重金属综合污染风险进行表征。
[0016]进一步地，步骤2检测的土壤参数包括土壤密度、土壤含水率、土壤固
‑
液分配系数、水力渗透系数、水力弥散系数。
[0017]进一步地，土层深度通过现场测定获得，土壤密度采用环刀法测定，土壤含水率采用烘干法测定，土壤固
‑
液分配系数采用静态批实验测定，水力渗透系数采用圆盘入渗仪测定，水力弥散系数采用柱淋溶实验测定。
[0018]进一步地，检测各采集样品的多种重金属含量，具体检测方法为：雨水淋溶液和剖面土层样品进行预处理：将雨水淋溶液经0.45μm滤膜过滤，剖面土层土壤样品过100目筛后采用HNO3‑
HCl
‑
H2O2消解；采用电感耦合等离子体质谱仪，对将预处理后的渣堆雨水淋溶液及剖面土层土壤样品中的重金属含量进行分析，得到各样品的重金属含量。
[0019]进一步地，地表的雨水淋溶液样品，是指针对堆积于地表的矿石冶炼相关产物得到的雨水淋溶液；所述矿石冶炼相关产物包括但不限于矿渣、固废、废石和尾砂。
[0020]进一步地，所述质量平衡模型计算方式为：
[0021][0022]C
t
＝ρCk
a
+θC
ꢀꢀꢀ
(2)
[0023]式中，C
t
为矿冶区剖面土壤中某重金属在t年后的含量，为重金属输入通量；为重金属输出通量；C
s
为雨水淋溶液重金属浓度，W
s
为雨水淋溶液体积；q为水力渗透系数，C为土壤液相的重金属浓度，D为弥散系数，θ为土壤含水率，z为土层深度，k
a
为土壤中重金属固
‑
液分配系数。
[0024]进一步地，对每种重金属污染风险进行表征的方法为：
[0025]按照单因子指数法，计算步骤3的每组数据所对应的每种重金属的污染指数：
[0026][0027]式中，P
i
为第i种重金属的污染指数；C
i
为第i种重金属的检测浓度；C
si
为第i种重金属的标准浓度；
[0028]针对N组数据，累积第i种重金属污染指数大于1的占比，并将累积概率计为第i种重金属超标的发生概率。
[0029]进一步地，对重金属综合污染风险进行表征的方法为：
[0030]在计算得到每种重金属的污染指数后，再按照内梅罗污染指数法，计算步骤3的每组数据所对应的重金属综合污染指数：
[0031][0032]式中，P为重金属综合污染指数；P
imax
为所有重金属的污染指数中的最大值；P
iavg
为所有重金属的污染指数的平均值；
[0033]当P&lt;0.59时，水质类别为I类；当0.59≤P&lt;0.74时，水质类别为II类；当0.74≤P&lt;1时，水质类别为III类；当1≤P&lt;3.50时，水质类别为IV类；当P≥3.50时，水质类别为V类；
[0034]统计N组数据中各类水质的占比，若达到I类水质的占比达到预设值，则认为地下水污染风险低。
[0035]进一步地，检测与预测的重金属种类包括但不限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿冶区“渣
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土
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水”体系重金属迁移风险预测方法，其特征在于，包括：步骤1，采集矿冶区渣堆场疑似污染区域地表的雨水淋溶液样品和地下预测深度以上各土层的土壤样品，检测各采集样品的多种重金属含量；步骤2，检测矿冶区渣堆场疑似污染区域地下各土层的深度以及土壤的多种参数；步骤3，根据检测得到的土层重金属含量、土层深度和土壤各参数各自的数据特征，进行蒙特卡洛模拟，获得N组呈各自数据分布区间的土层重金属含量、土层深度和土壤各参数数据；步骤4，针对地下每个土层，将步骤3所得每组土层第i种重金属含量作为质量平衡模型的初始输入项，将每组土层深度和其中土壤各参数作为质量平衡模型的输入参数，按照预设时间步长迭代计算，预测该土层下边界在预测时间t1输出第i种重金属的通量；其中，地下第1个土层上边界在初始时刻t0输入第i种重金属的通量，根据地表的雨水淋溶液样品的第i种重金属含量确定得到；并将第j土层下边界在预测时间t1输出第i种重金属的通量，作为第j+1个土层上边界在预测时间t1输入的第i种重金属的通量；步骤5，根据预测深度最后一个土层下边界在预测时间t1输出的第i种重金属的通量，计算预测深度最后一个土层下边界在预测时间t1的第i种重金属的浓度，即为预测深度地下水在预测时间t1的第i种重金属浓度；i＝1，2，
……
；步骤6，按照单因子指数法对预测深度地下水在预测时间t1的每种重金属污染风险进行表征，并按照内梅罗污染指数法对预测深度地下水在预测时间t1的重金属综合污染风险进行表征。2.根据权利要求1所述的重金属迁移风险预测方法，其特征在于，步骤2检测的土壤参数包括土壤密度、土壤含水率、土壤固
‑
液分配系数、水力渗透系数、水力弥散系数。3.根据权利要求2所述的重金属迁移风险预测方法，其特征在于，土层深度通过现场测定获得，土壤密度采用环刀法测定，土壤含水率采用烘干法测定，土壤固
‑
液分配系数采用静态批实验测定，水力渗透系数采用圆盘入渗仪测定，水力弥散系数采用柱淋溶实验测定。4.根据权利要求1所述的重金属迁移风险预测方法，其特征在于，检测各采集样品的多种重金属含量，具体检测方法为：雨水淋溶液和剖面土层样品进行预处理：将雨水淋溶液经0.45μm滤膜过滤，剖面土层土壤样品过100目筛后采用HNO3‑
HCl
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H2O2消解；采用电感耦合等离子体质谱仪，对将预处理后的渣堆雨水淋溶液及剖面土层土壤样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭驰，郭朝晖，姜智超，肖细元，徐锐，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：