T-GRM 094-2024 西北干旱區(qū)有色金屬礦尾礦污染綜合修復(fù)技術(shù)規(guī)范

ICS13.020.40CCSZ00/09GRMTechnicalspecificationforcomprehensivepollutionremediationofnonferrousmetalminetailingsinaridareaofnorthwestChinaIT/GRM094—2024 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4技術(shù)原理 25微生物菌劑 26尾礦固化與表面膠結(jié) 37尾礦庫周邊土壤重金屬修復(fù) 4 5 5 5 6 6 6 7T/GRM094—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出并歸口。本文件起草單位：中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所、浙江工業(yè)大學(xué)、新疆瀚科利達(dá)生態(tài)科技有限公司和新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院。本文件主要起草人：靳正忠何嶄飛李芳國多佳徐新文袁新杰潘響亮張道勇黃斌文方楊小亮施建飛王鑫徐伊婷本文件為首次發(fā)布。1T/GRM094—2024西北干旱區(qū)有色金屬礦尾礦污染綜合修復(fù)技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了西北干旱區(qū)有色金屬礦尾礦綜合污染修復(fù)的技術(shù)原理、微生物菌劑、尾礦固化與表面膠結(jié)、尾礦庫周邊土壤重金屬修復(fù)的技術(shù)要求等。本文件適合于西北干旱區(qū)有色金屬礦尾礦綜合污染修復(fù)（銻元素除外）。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。HJ25.1-2019建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則HJ25.2-2019建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控和修復(fù)監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則HJ25.3-2019建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險評估技術(shù)導(dǎo)則HJ25.4-2019建設(shè)用地土壤修復(fù)技術(shù)導(dǎo)則HJ682-2019建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控和修復(fù)術(shù)語GB36600-2018土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)GB8978污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB13078飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB15618土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）HJ/T20工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范HJ/T166土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ557固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法JGJ/T338建筑工程風(fēng)洞試驗方法標(biāo)準(zhǔn)NY/T395農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范NY/T1377土壤pH的測定3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1有色金屬礦酸性尾礦（Acidtailingsfromnonferrousmetalmines）2T/GRM094—2024有色金屬礦石經(jīng)過選礦或者回收有價元素后留下的呈酸性的固體廢物。3.2尾礦滲濾液（Tailingsleachate）尾礦中含硫礦物在氧氣和水的共同作用下，經(jīng)風(fēng)化、淋溶和微生物作用，同時在降水和地下水的滲流作用下產(chǎn)生的具有低pH值、高電導(dǎo)率、高硫酸鹽和高重金屬濃度的水溶液。3.3土壤原位修復(fù)（Soilin-situremediation）不移動受污染土壤，在場地發(fā)生污染位置，對原地待修復(fù)或處理的土壤進(jìn)行修復(fù)。3.4微生物固化（Microbialsolidification）利用微生物誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣晶體（Microbiallyinducedcarbonateprecipitation,MICP）膠結(jié)、固化松散顆粒，改善堆體力學(xué)特性，減少水和空氣侵入，降低污染物浸出的過程。3.5微生物膠結(jié)（Microbialcementation）利用微生物及其產(chǎn)物的膠結(jié)功能，對土壤、砂子、尾礦等堆體表面的膠結(jié)強(qiáng)化。3.6微生物菌劑（Microbialagents）目標(biāo)微生物（或有效菌）經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)繁后，制成的固化松散顆粒，改善堆體力學(xué)特性活菌制劑。3.7解脲菌（Ureolyticbacteria）分泌脲酶，快速水解尿素為銨和碳酸根離子的微生物類群。3.8植物纖維毯（Plantfiberblanket）由上下兩層固定網(wǎng)固定秸稈等植物纖維層并縫合制造的，具有抗風(fēng)蝕、抗水蝕、固化地表、防治水土流失、儲存地表水分等功能的毯狀物。3.9植被恢復(fù)（Vegetationrestoration）以礦區(qū)未破壞損毀天然植被生長狀況為恢復(fù)目標(biāo)，通過植物種植和配置，恢復(fù)或重建植物群落或天然更新恢復(fù)植物群落的過程。4技術(shù)原理微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉淀（Microbiallyinducedcarbonateprecipitation,MICP）是基于微生物碳酸鹽成礦的生物膠結(jié)、重金屬鈍化技術(shù)。解脲菌快速水解尿素生成CO32-，并提高微環(huán)境pH；在局部高pH條件下，CO32-與細(xì)胞表面吸附的Ca2+形成方解石（CaCO3）沉淀；方解石有效膠結(jié)以硅酸鹽為主要礦物相的尾礦顆粒。細(xì)胞表面大量產(chǎn)生的CO32-與尾礦和土壤中的重金屬陽離子形成碳酸鹽沉淀，方解石晶格同時扣留重金屬陽離子和陰離子，實現(xiàn)重金屬污染修復(fù)。5微生物菌劑5.1菌種選擇與檢驗解脲菌應(yīng)從微生物菌種保藏中心購買，菌種適應(yīng)性檢驗可參照附錄A執(zhí)行。5.2菌劑規(guī)模化擴(kuò)培3T/GRM094—2024菌劑規(guī)?；瘮U(kuò)培時，應(yīng)取檢驗合格的菌劑，依次進(jìn)行小規(guī)模搖瓶擴(kuò)培和大規(guī)模發(fā)酵罐擴(kuò)培，方法見附錄B。5.3菌粉生產(chǎn)與保藏菌粉擴(kuò)培獲得的菌液應(yīng)通過噴霧干燥方法，將制成。菌粉封裝后，應(yīng)放置于陰涼干燥處，應(yīng)避免潮濕和陽光直射，有效期應(yīng)為1年。6尾礦固化與表面膠結(jié)6.1尾礦分析與診斷a）尾礦采樣應(yīng)按HJ/T20執(zhí)行；b）尾礦pH值分析應(yīng)按NY/T1377執(zhí)行；c）尾礦粒徑應(yīng)利用粒度分析儀測量；d）尾礦淋濾液浸提應(yīng)按HJ557執(zhí)行；e）淋濾液重金屬測量與污染程度診斷應(yīng)按GB8978執(zhí)行；f）尾礦最小起沙風(fēng)速應(yīng)通過風(fēng)洞試驗測量，最小起沙風(fēng)速小于20m/s，應(yīng)判定存在尾礦風(fēng)蝕擴(kuò)散風(fēng)6.2尾礦固化與表面膠施工步驟6.2.1微生物固化膠結(jié)液配置：糖蜜培養(yǎng)基應(yīng)按附錄B的方法配置，再添加2%菌粉（w/w）和2%尿素（w/w），獲得微生物固化膠結(jié)液，應(yīng)在施工現(xiàn)場現(xiàn)用現(xiàn)配。6.2.2場地分區(qū)：場地分區(qū)應(yīng)根據(jù)每日配置的微生物固化膠結(jié)液體積確定，方法見附錄C。6.2.3場地平整：施工前應(yīng)清除場內(nèi)雜物，并對起伏較大處平整。6.2.4生石灰施加：對于pH≤6.5的尾礦，應(yīng)按附錄D方法對pH調(diào)節(jié)。6.2.5微生物固化膠結(jié)液施加：a）對于淋濾液超過GB8978限定值的尾礦，應(yīng)進(jìn)行固化處理，應(yīng)按25L/m3的比例加入并攪拌微生物固化膠結(jié)液，方法見附錄E；b）對于最小起沙風(fēng)速小于20m/s的尾礦，應(yīng)進(jìn)行表面膠結(jié)處理，應(yīng)按5L/m2的比例噴灑微生物固化膠結(jié)液，方法見附錄E。6.2.6固化體表層處理：a）對于尾礦固化，應(yīng)首先用振動棒振搗，直至尾礦表面無明顯塌陷、有泥漿出現(xiàn)、不再冒氣泡時，結(jié)束該部位振搗，并立即進(jìn)行下一部位振搗；b）振動棒應(yīng)垂直于尾礦表面插入，插入深度不應(yīng)小于30cm，插點間距不應(yīng)大于0.5m，并快插慢拔均勻振搗；c）可用刮泥板對尾礦表面粗糙部位修補(bǔ)、刮平。6.2.7膠結(jié)體植物纖維毯鋪設(shè)：a）對于尾礦表面膠結(jié)，應(yīng)鋪設(shè)植物纖維毯；b）鋪設(shè)時，兩張相鄰的植物纖維毯邊緣應(yīng)重疊，下風(fēng)向的植物纖維毯應(yīng)鋪設(shè)在下層，重疊寬度不小于10cm，并用專用鎖扣相互搭接，鎖扣間距不應(yīng)大于100cm；c）應(yīng)用錨固釘固定，錨固釘可選用U型釘或T型竹簽，間距不應(yīng)大于100cm。6.3尾礦處理效果評估4T/GRM094—20246.3.1尾礦樣品采集：處理前后1個月、3個月、6個月、12個月和24個月，尾礦采樣應(yīng)按HJ/T20執(zhí)6.3.2監(jiān)測指標(biāo)與方法：a）固化體的無側(cè)邊抗壓強(qiáng)度應(yīng)利用萬能試驗機(jī)測量；b）淋濾液浸提應(yīng)按HJ557執(zhí)行，pH值與重金屬含量應(yīng)按GB8978測量；c）尾礦膠結(jié)層厚度應(yīng)利用游標(biāo)卡尺測量，硬度應(yīng)利用土壤硬度計測量，抗剪切強(qiáng)度應(yīng)利用三頭抗剪儀測量；d）最小起沙風(fēng)速測量應(yīng)按JGJ/T338執(zhí)行。6.3.3驗收標(biāo)準(zhǔn)：尾礦固化后，重金屬淋濾削減率大于95%。7尾礦庫周邊土壤重金屬修復(fù)7.1土壤污染調(diào)查與診斷a）土壤采樣應(yīng)按NY/T395執(zhí)行；b）土壤pH、鹽度和重金屬分析應(yīng)按GB15618和NY/T395執(zhí)行；c）土壤酸堿性、鹽漬化和重金屬污染程度劃分方法見附錄F。7.2土壤修復(fù)施工7.2.1微生物修復(fù)液配置：糖蜜培養(yǎng)基應(yīng)按附錄B的方法配置，再添加2%菌粉（w/w）和0.5%尿素（w/w），獲得微生物修復(fù)液，應(yīng)在施工現(xiàn)場現(xiàn)用現(xiàn)配。7.2.2場地分區(qū)：場地分區(qū)應(yīng)根據(jù)污染程度確定，每個分區(qū)不應(yīng)大于2500m2。7.2.3生石灰施加：對于pH≤6.5的土壤，pH調(diào)節(jié)應(yīng)按附錄D執(zhí)行。7.2.4鹽結(jié)皮鏟除：對于鹽漬化土壤，應(yīng)鏟除土壤表面的鹽結(jié)皮。7.2.5修復(fù)助劑施加：修復(fù)助劑應(yīng)根據(jù)土壤重金屬污染程度（見附錄F施加粒徑1~2mm的（0.2~0.5）kg/m2的骨炭。7.2.6微生物修復(fù)液施加：微生物修復(fù)液宜采用旋耕機(jī)對土壤旋耕，利用噴灑裝置按附錄G的比例噴灑。7.2.7植被恢復(fù)：a）土壤修復(fù)2個月后，在重度污染土中可種植補(bǔ)血草、濱藜等低積累植物，在鹽堿土中可種植堿蓬、濱藜等耐鹽植物；b）應(yīng)鋪設(shè)植物纖維網(wǎng)和滴灌帶等設(shè)施。7.3土壤修復(fù)效果評估7.3.1土壤和植物樣品采集：a）修復(fù)前后1個月、3個月、6個月、12個月和24個月，土壤采樣應(yīng)按NY/T395執(zhí)行；b）植被恢復(fù)后6個月、12個月和24個月，應(yīng)采集植物地上部分。7.3.2監(jiān)測指標(biāo)與方法：a）土壤pH值與可提取態(tài)重金屬含量分析應(yīng)按GB15618、NY/T395和HJ/T166執(zhí)行；b）植物重金屬測量應(yīng)按GB13078執(zhí)行。7.3.3驗收標(biāo)準(zhǔn)：尾礦周邊土壤經(jīng)MICP鈍化后，土壤重金屬總體鈍化率大于80%。5T/GRM094—2024（資料性）菌種適應(yīng)性檢驗方法a）將尾礦、土壤和純水以1:1:4的質(zhì)量比例混合，磁力攪拌15min后，沉淀4h，收集上清液，獲得尾礦-土壤溶液。b）按培養(yǎng)基說明書配置NB培養(yǎng)基，培養(yǎng)基高溫滅菌后，以20%的體積比加入上述尾礦-土壤溶液，以1%體積比的接種率接種解脲菌。c）在好氧、30℃、pH和轉(zhuǎn)速150r/min條件或按菌種說明書培養(yǎng)條件下?lián)u瓶培養(yǎng)48h，測量菌液OD600值。d）OD600值大于0.5應(yīng)為合格，可進(jìn)行后續(xù)流程；否則應(yīng)更換菌劑，重復(fù)上述步驟。（資料性）菌劑的規(guī)模化擴(kuò)培方法取合格的菌劑，首先在實驗室搖瓶中擴(kuò)培，獲得2L菌液。培養(yǎng)過程如下：按照培養(yǎng)基說明書配置20L規(guī)模的NB培養(yǎng)基（或菌種說明書上推薦培養(yǎng)基），培養(yǎng)基高溫滅菌后，以1%體積比的接種率接種菌劑，在好氧、30℃、pH和轉(zhuǎn)速150r/min條件下?lián)u瓶培養(yǎng)48h。取上一步獲得的菌液，然后再次在實驗室搖瓶中擴(kuò)培，獲得20L菌液。培養(yǎng)過程如下：將糖蜜10g/L、硫酸銨5g/L、碳酸氫鈉5g/L、磷酸二氫鉀0.5g/L和氯化鈉5g/L依次溶解在純水中，配置20L糖蜜培養(yǎng)基；培養(yǎng)基高溫滅菌后，以2%接種率接種上一步菌液，在好氧、30℃、pH和轉(zhuǎn)速150r/min條件下?lián)u瓶培養(yǎng)48h。取上一步獲得的菌液，最后在工業(yè)發(fā)酵罐中擴(kuò)培，獲得工程所需規(guī)模的菌液。培養(yǎng)過程如下：按照上一步方法，在1t規(guī)格的發(fā)酵罐中配置1m3糖蜜培養(yǎng)基；培養(yǎng)基高溫滅菌后，以2%接種率接種上一步菌液，在好氧、30℃、pH、轉(zhuǎn)速200r/min和曝氣量1.0L/min條件下發(fā)酵培養(yǎng)48h。可采用更大規(guī)格的發(fā)酵罐或多次發(fā)酵，獲得工程所需規(guī)模的菌液。（資料性）場地分區(qū)方法對于尾礦固化，按照下式計算每塊場地分區(qū)的面積：Ap=Vms÷kms÷dt其中，Ap為每個場地分區(qū)的面積，m2；Vms為每日配置的微生物固化膠結(jié)液體積；kms為微生物固化膠結(jié)液的施加比例，建議為25L/m3；dt為尾礦固化深度，m。對于尾礦表面膠結(jié)，按照下式計算每塊場地分區(qū)的面積：6T/GRM094—2024Ap=Vmc÷kmc其中，Ap為每個場地分區(qū)的面積，m2；Vmc為每日配置的微生物固化膠結(jié)液體積；kmc為微生物固化膠結(jié)液的施加比例，建議為5L/m2。（資料性）酸性尾礦和土壤的pH調(diào)節(jié)方法對于酸性（pH≤6.5）尾礦和土壤，需施加生石灰將pH調(diào)節(jié)至6.5~7.5之間。可通過現(xiàn)場小試實驗確定生石灰用量，步驟如下：取尾礦或土壤10g，加入90mL純水，震蕩；加入10滴溴百里酚蘭溶液（0.1%的20%乙醇-水溶液），緩慢加入生石灰（細(xì)度>100目），并持續(xù)震蕩，直至溶液黃色變?yōu)榫G色，記錄生石灰用量；最后計算每千克尾礦或土壤所需生石灰量。每平方尾礦或土壤所需的生石灰用量可根據(jù)下式計算：M=d×ρ×m其中，M為每平方尾礦或土壤所需的生石灰用量，kg/m2；d為尾礦固化或土壤修復(fù)深度，m；ρ為尾礦或土壤的堆積密度，g/cm3；m為每千克尾礦或土壤pH中和所需的生石灰量，kg/kg。（資料性）微生物固化膠結(jié)液施加方法尾礦固化：針對顆粒粗（粒徑<50μm的比例小于5%）的尾礦，可采用滲透灌漿的方法將微生物固化膠結(jié)液注入尾礦堆中，灌漿孔以等邊三角形排列，孔距設(shè)為2m，灌漿壓力為0.5MPa；針對顆粒細(xì)（粒徑<50μm的比例大于5%）、深度大（>1m）的尾礦，可采用高壓旋噴法將微生物固化膠結(jié)液注入尾礦堆中，注漿孔以等邊三角形排列，孔距設(shè)為1m，注漿壓力為20MPa；針對顆粒細(xì)（粒徑<50μm的比例大于5%）、深度?。?lt;1m）的尾礦，直接噴灑微生物固化膠結(jié)液，并采用表面機(jī)械攪拌的方法將微生物固化膠結(jié)液和尾礦混合。微生物固化膠結(jié)液的施加比例為25L/m3尾礦。尾礦表面膠結(jié)：利用噴灑裝置，以后退的移動方式將微生物固化膠結(jié)液均勻地噴灑在尾礦表面，施用量為5L/m2。根據(jù)噴灑裝置的噴灑覆蓋寬度、噴灑流量，計算噴灑裝置的移動速度，公式如下：v=Q÷W÷K其中，v為噴灑裝置的移動速度，m/min；Q為噴灑流量，L/min；W為噴灑覆蓋寬度，m；K為固化膠結(jié)液施用量，L/m2。土壤酸堿性、鹽漬化和重金屬污染程度的劃分方法7T/GRM094—2024土壤pH