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“地球医生”开良方

2020-04-22 11:16:17    来源: 中国自然资源报    作者:

随着现代社会的快速发展,人类环境发生了深刻变化:全球气候变暖,臭氧层耗损,酸雨蔓延,森林锐减,大气、水、土壤遭到污染……这一切都在说明一个问题——地球母亲病了。

她的病痛,表现在各个方面,例如地下水超采导致的地面沉降,矿山排放、工业开采造成的土壤污染和水污染。自然资源领域科研人员通过各种技术手段,让城市不塌陷、废水被利用、污地变麦田……在世界地球日这个特别的日子里,让我们一起来了解来自“地球医生”的“治病良方”。

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上海  减压降水位   地面防沉降

坐标:上海

病症:城市地下空间开发中的工程性地面沉降

医生:上海市地质调查研究院

治疗手段:深基坑地面沉降防治技术

治疗方案:从地面沉降灾害防治及地质环境保护角度,深入开展深基坑工程降水引发的地面沉降防治研究,将地质结构组合与深基坑工程降水模式有机结合,提出全市尺度的针对主要降水目的含水层的深基坑降水地面沉降防治综合分区方法。

探索创新原型试验场的设计方法和技术框架,揭示减压降水和人工回灌过程中土体变形机制,基于17个典型基坑案例分析和4700余个数值模型统计,全面掌握全市不同地质分区、不同基坑规模、不同基坑深度、不同帷幕插入深度等条件下坑外水位降深及地面沉降规律。

首次提出深基坑降水地面沉降—地下水位双控指标及方法,形成围护结构与工程降水设计一体化、深基坑降水地面沉降综合监测、浅层地下水人工回灌等关键技术及实施路径,系统集成深基坑减压降水地面沉降防治对策。

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深基坑降水地面沉降防治示范工程现场

治疗效果:地面沉降防治技术应用的实际效果如何,需要在工程实践中检验。为了验证效果,技术人员在上海地铁车站建设工程中,通过围护结构与工程降水一体化设计、地下水人工回灌、地面沉降监测、工程降水井施工及运行优化等综合措施开展了示范应用研究工作。从应用结果来看,深基坑外承压水位降深和地面沉降得到了一定的控制,与同类基坑工程相比,上海地铁车站建设工程引发的水位降深和地面沉降明显较小,达到了良好的应用效果,对同类地区工程建设引发的地面沉降防治工作产生了很好的引领和示范作用。

广东  “生物+工程”  固化重金属

坐标:广东省韶关市曲江区沙溪镇大宝山多金属矿

病症:矿区及周边水土污染严重,地质灾害时有发生

医生: 四川省地矿局909水文地质工程地质队

治疗手段:生物修复+工程修复技术

治疗方案:采取生物修复和工程修复相结合的方式。一是选用植物对重金属矿渣进行固化作用,减少其释放流失问题;二是选取微生物来减少重金属溶出,促进植被生长;三是进行土质修复,改良基质,即加入碱性材料,土壤改良材料按一定比例混入客土之中,作为种植基质,采用乔+灌+草相结合的绿化搭配模式进行综合改良,保证植被的成活率;四是运用工程修复,设计截排水和关键水土保持工程措施,减少水土流失。

在实际工作中技术人员发现,严重的土壤酸化已使富含的金属硫化物形成酸性盐土。为此,他们将改良土壤治理区土壤的强酸性这一难题作为重点攻关,并在小面积土壤反复试验后再大面积推广。最开始植被成活率不到60%,经过不断优化,反复研究改良配方,最终将土壤改良材料按一定比例混入客土之中,作为种植基质,采用乔+灌+草相结合的绿化搭配模式进行综合改良,保证了植被的成活率,当年植被成活率即达到了85%以上,土壤pH值也恢复到7.0左右,由强酸性转换为中性。

治疗效果:经过治理,裸露的山体重新恢复了绿色,呈现勃勃生机。水土流失、泥石流等地质灾害问题也得到有效遏制,边坡稳定性显著增强,成功经受住了多次强降雨等恶劣天气的考验。经过3年养护期,大宝山逐步形成了自维持、不退化的植被系统,如今已是绿草如茵,山花遍地。2018年11月,广东省大宝山多金属矿矿山地质环境恢复治理(石门坳范围一期)项目顺利通过验收,并作为经验在当地复制推广。

河南  地质修复手段多 油污土地变麦田

坐标:河南省濮阳市中原油田

病症:石油土壤污染

医生:河南省地矿局第一地质环境调查院

治疗手段:石油类土壤污染原位地质综合修复技术

治疗方案:通过种植苜蓿、黑麦草等适宜植物,分别采用吸附、深翻及淋洗的土壤高盐治理方法,使修复区土壤含盐量降低85%;创建适宜微生物繁衍的地质环境,以微生物修复技术与植物的协同作用,再与自行研制的营养液相配合,辅以物理和化学法,使修复区石油烃降解达85%以上。治理技术也从最初单一植物修复法到原位地质综合修复技术、再到生物强化修复技术,治理研究逐步深入、修复技术逐渐完善成熟,形成了一套经济、实用的治理方法,独创性地完成了石油类原位地质生态修复技术的研发。

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油污土壤治理后农作物采样

2013年,技术团队承担了濮阳县八公桥镇1500亩石油污染土地治理项目,针对治理区存在的污染问题,采取降盐、油污土地修复、土壤改良等综合工程措施对污染土地进行治理。

治疗效果:2015年,治理示范区小麦获得丰收,亩均产值900余斤;盐污、油污达到治理预期目标,土壤pH值、有机质、氮、磷、钾等常规指标达到植物生长的一般要求。经过对比分析,排除因小麦品种不同的因素影响,治理区麦田小麦与周边地区小麦成分含量上无明显差异,经检测完全符合国家《粮食卫生标准》,鉴定成果整体达到了国内领先、局部达到了国际先进水平。2018年,该技术入选河南省科技厅等组织编制的《河南省节能低碳与环境污染防治技术指导目录》。2019年,该院申报的濮阳市(采油区)地下水环境调查项目入选了中央生态环境资金项目储备库,并批准实施。目前,该院正按照《濮阳市生态保护和高质量发展规划》的编制要求,进行土壤污染治理研究报告编制和“十四五”水土污染防治项目的谋划。

广西  海水淡化新应用  锰矿废水成资源

坐标:广西壮族自治区崇左市大新县下雷镇大新锰矿

病症:锰矿废水废渣污染

医生:自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所

治疗手段:锰矿废水连续反应结晶技术

治疗方案:在锰矿废水治理方面,将高效提溴、连续反应结晶、离子交换以及膜分离等技术结合起来,应用于锰矿废水处理,在脱除废水中锰、镁、钙、硫酸根、氨的同时,实现副产氢氧化锰、氢氧化镁、碳酸钙、硫酸铵以及水的资源化利用,避免了原有废水处理工艺的环境污染风险。

在锰矿废渣治理方面,采用海水(高含盐水)连续反应结晶技术,通过分段结晶和控制反应条件,实现废渣无害化处理以及硫酸钙、硫酸镁、氢氧化铁等的资源化利用。

此外,控制结晶和多效蒸发浓缩技术还可应用于一水硫酸锰制备。

2019年12月24日,由天津海水淡化与综合利用研究所和中信大锰矿业有限责任公司联合建立的锰资源综合利用技术联合实验室、成果转化基地,在大新锰矿揭牌成立。该实验室的建立将为提高我国的锰资源综合利用率和产品附加值、降低过程能耗等方面提供强大的技术支撑,同时为助力企业技术升级和绿色矿山建设提供了良好的服务平台。该实验室将推进新技术、新产品、新装备的研发和成果转化,实现尾矿渗滤液、生产废水资源化利用,尾渣洗涤及锰资源回收利用,源头治理金属锰矿渣资源化利用,引领行业健康发展。

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锰矿废水连续反应结晶技术研发

治疗效果:每年可从废水中回收氢氧化锰、氢氧化镁和碳酸钙等无机盐产品8000余吨,降低能耗30%以上,年节电115万度;实现废渣无害化处理和硫酸钙、硫酸镁、氢氧化铁等资源化利用,废渣年排放量可减少15万~21万吨。硫酸锰制备车间技术改造后,产品中钙镁杂质去除率达97.5%,年节约蒸汽1.2万吨,品质提升后的高纯硫酸锰售价将提高1倍,预计年产值翻一番,达到6000万元。

(本版文图由本报记者周强、王娟、罗会江,特约记者李慧、叶茜、杜佳音,通讯员朱岩、王琼、黄鑫磊提供。)

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关键词: 地球日
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