稀土矿区环境调查SMAIMA方法体系、评价模型及其应用——以赣南离子吸附型稀土矿山为例

本文以赣南典型稀土矿区为重点调查研究对象,以岩(矿)石-风化壳-尾矿-水为系统,采用多学科多方法协同,对离子吸附型稀土(简称iRee)资源开采涉及到的水资源-环境效应进行了系统研究。提出了对采矿过程中的环境效应进行调查、检测、评估的工作方法体系,即:野外调查(S)—实验测试(M)—特征分析(A)—指标体系构建(I)—模型研究(M)—综合评价(A),简称SMAIMA工作法。自2011年以来连续6年分季度系统采集550多件样品,积累了近3万个可靠数据,为iRee矿区及周边水质采样、特征分析、水污染源鉴别提供了依据。通过对iRee矿区及周边地表水中REE及理化指标时空变化特征的综合分析,查明了污染的原因、途径。建立了针对iRee矿区的水环境质量评价指标体系,构建了针对iRee矿区的水环境模糊综合评价模型。在水环境评价的基础上,针对赣南稀土矿区的环境特点,进一步构建了包括自然地理、基础地质、开发占地以及地质环境在内4大类、13小类的二级评价指标体系,首次研建了基于支持向量机(SVM)的iRee矿山环境效应定量评价模型。运用该评价模型,对龙南、安远、寻乌三个不同类型的稀土矿区(以龙南代表重稀土矿区、以安远代表中稀土矿区、以寻乌代表轻稀土矿区)的矿山环境进行了综合评价分级,进而提出了iRee矿山环境保护和治理恢复的对策建议。     

新型灭螺药氯代水杨胺环境行为研究Ⅰ——土壤吸附和淋溶特性

测定与评价新型灭螺药氯代水杨胺在土壤中的吸附和淋溶特性,为该药进行农药登记提供环境影响资料。依据中华人民共和国国家标准《化学农药环境安全评价试验准则》土壤吸附试验和土壤淋溶试验方法进行了土壤吸附试验,结果表明氯代水杨胺在潮土中的吸附常数(K_d)为17.606,吸附系数(K_(oc))为1 222.6,水土比为100︰1时,氯代水杨胺在红土和黑土中的吸附率大于80%。土壤淋溶试验结果显示,氯代水杨胺在潮土中R_f(R_f表示物质在两相中分配系数相关的数值)=0.158;红土中R_f=0.085:黑土中R_f=0.085。根据《化学农药环境安全评价试验准则》农药土壤吸附性等级划分标准和在土壤中的移动性等级划分标准,氯代水杨胺在潮土中的吸附性能为中等吸附,在水土比为100︰1时,氯代水杨胺在红土、黑土中的吸附率大于80%。氯代水杨胺在潮土土壤中的移动性为不易移动;在红土土壤和黑土土壤中的移动性均为不移动。结论为,在p H相对较低的红土和黑土环境中,氯代水杨胺的吸附能力较强,移动性较弱,表明新型灭螺药氯代水杨胺对环境的影响较小。     

低压气体吸附实验在页岩孔隙结构表征中的应用

页岩孔隙结构特征直接影响气体在其中的吸附和运移。以长宁示范区下志留统龙马溪组下部富有机质页岩样品为例,利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、低压CO2气体吸附及低压Ar气体吸附等实验,对长宁示范区开发主体层段富有机质页岩的孔隙结构进行定性描述和定量表征。结果表明:长宁示范区富有机质页岩主要发育有机质孔隙,页岩孔隙结构非均质性强,平均比表面积为42.19m2/g,平均孔体积为0.059 1cm3/g,孔径小于2nm的微孔提供页岩60%以上的比表面积,是页岩气主要的吸附场所;孔径大于10nm的介孔和宏孔提供页岩70%以上的孔体积,是页岩气主要的储存场所。改进的气体吸附法可实现对页岩纳米级孔径分布的连续定量表征,研究结果对了解富有机质页岩纳米级孔隙结构特征、评价页岩含气性具有指导意义。     

Freeze-thaw effects on sorption/desorption of dissolved organic carbon in wetland soils

The effects of freeze-thaw cycles on sorption/desorption of dissolved organic carbon (DOC) in two wetland soils and one reclaimed wetland soil were investigated. DOC concentrations added were 0-600 mg/L. Laboratory incubations of sorption/desorption of DOC had been carried out at -15℃ for 10 h, and then at +5℃ for 13 h. Soil samples were refrozen and thawed subsequently for 5 cycles. Initial Mass model was used to describe sorption behavior of DOC. The results indicate that freeze-thaw cycles can significantly increase the sorption capacity of DOC and reduce the desorption capacity of DOC in the three soils. The freeze-thaw effects on desorption of DOC in soils increase with the increasing freeze-thaw cycles. The conversion of natural wetlands to soybean farmland can decrease the sorption capacity and increase the desorption capacity of DOC in soils. Global warming and reclamation may increase DOC release, and subsequently increase the loss of carbon and the emission of greenhouse gas.     

马氏珠母贝育珠细胞小片和珠核处理技术研究Ⅱ:不同处理液在广东徐闻的育珠效果

通过海区插核育珠试验,对不同处理液匹配组进行进一步优化、筛选,找出适于广东育珠海区的育贝小片处理液及与之匹配的珠核处理液。结果表明:1)匹配适宜的处理液有降低吐核率的作用,8个试验小组中W0、Y3组的吐核率仅31%~32%,明显低于对照组的46.2%(P<0.01),说明匹配液有明显增加组织亲和力、降低吐核率的效果;2)育珠贝的死亡主要发生在育珠前期,与贝的吐核行为有关;3)小片处理液中,C类药物成分对吐核率的高低有影响,0.6%C2不适宜添加到处理液中,而1%C3添加到处理液中有降低吐核率的效果;4)筛选出W0、W1、Y3三组适宜的匹配方案,即W0、W1、Y3三种小片处理液与核处理液C3匹配适宜,其中W0匹配组育珠效果最佳,即成活率为57.8%,百贝收珠数为101.2粒、优珠率为67.5%,比传统处理组(对照组)有明显提高;5)对W0、W1、Y3三组的不同育珠时限(8、10、13个月)的育珠情况进行了比较,当育珠期延长至1年时,Y3组育珠效果良好;6)利用评价指数(即优质珍珠数占手术贝总数的比例)可评判育珠效果,与分析、综合评估结论一致,前者可量化评判数值,使评判更加直观,简易。     

多孔介质固液耦合相似材料的研制

为研究地下结构与富水多孔岩体的相互作用问题,根据模型试验相似理论,研制出了一种多孔介质固-液耦合相似材料,该材料由中粗砂、水泥、透水混凝土增强剂合水按一定配比均匀拌和压制而成。运用正交试验设计原理进行配比试验,制作模型小试件,进行了单轴抗压强度、渗透系数、重度、弹性模量、泊松比等参数测试,找出了相似材料各成分对配比试件的影响特征,可根据需要在物理模拟试验中选取不同配比。该配方力学指标稳定,满足一次性浇筑大尺寸模型试件的要求,适用于进行结构与围岩体耦合失效破坏模式的大型物理模拟试验,为富水条件下地下结构风险评估提供了相似试验材料     

泥石流浆体与大颗粒冲击力特征的试验研究

开展了密度为1 400～2 200 kg/m3的泥石流浆体、浆体与大颗粒混合流体的冲击力试验,获取了流速为2.8～4.9 m/s条件下31组冲击力试验数据。采用小波分析方法有效地去除了冲击力数据中的噪声信号,依据离散傅里叶变换（FFT）为基础的频谱分析结果,将低频泥石流浆体冲击和高频大颗粒冲击的临界频率值界定为2 Hz,实现了浆体和大颗粒冲击信号的分离。目前水动力学公式中待定系数α缺乏统一的确定方法,以不同地区157组泥石流观测和试验数据为基础,建立了待定系数?与流体Fr数的幂函数关系,形成可表征不同流态,且弱化尺度效应的浆体动压力计算公式。与泥石流浆体平滑信号相比,大颗粒冲击压力具有一定随机性。泥石流大颗粒冲击次数与频率随大颗粒的质量比增加而增大,其质量比从0.05增至0.21时,冲击总次数从1 305次增至2 838次,冲击频率从82次/s增至195次/s,且龙头段大颗粒的冲击频率高于后续泥石流体。测得大颗粒的压力约为60 kPa,是相同密度和流速下浆体动压力的3倍。随着大颗粒比例的增加,上部1#和2#传感器测得大颗粒冲击频率增加量明显高于下部3#～6#。说明随着流体中大颗粒比例上升,颗粒物质多集中于泥石流上部或表层运动,也佐证了泥石流运动中大颗粒多集中在龙头顶部的认识。对大颗粒和浆体冲击规律的分析可为固液两相流运动机制研究和防治工程设计以及承灾体易损性定量评估提供合理参数。     

基于标准压缩模量和液限推求地基土全压力段压缩模量的分析方法

以京沪高铁深厚地层细粒土固结试验数据为基础,以e-lgp曲线包含分式函数的复合函数表达和土体液限与压缩指数的线性关系为依据,提出了基于土体基本物性指标标准压缩模量E1?2和液限wL推求正常固结原状地基土全压力段压缩模量的简化方法,其适用性得到了京津城际铁路试验数据的验证。结果表明,Harris函数能较好地描述土体压缩的e-lgp曲线特征,E1?2和wL能分别反映曲线低压力段割线斜率和高压力点切线斜率,建立的地基土压缩模量估算方法具有良好精度,其中,100～1 000 kPa常压力段的误差均值仅为7.89%,高压力段约为13.70%,只在低压力段变异性较大;研究成果提供了缺少e-lgp曲线情况下简便快速获取土体压缩模量的新途径。     

煤层气与页岩气吸附差异性分析

查明页岩气与煤层气的吸附差异对指导其勘探开发具有重要意义。通过测试不同成熟度和有机质(TOC)的煤与页岩的等温吸附曲线,结果表明:TOC含量是影响页岩吸附的主要因素,成熟度相当的煤与页岩相比,煤的吸附量远远大于页岩,主要是由于成藏特征、物质组成和孔隙结构不同造成的;页岩吸附过程中出现的异常吸附可能有其他的吸附理论支撑。      

有机氯代烃在壤土中的吸附和解吸特性

选取三氯乙烯(TCE)、顺-1,2-二氯乙烯(cis-1,2-DCE)、1,1,1-三氯乙烷(1,1,1-TCA)、1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)4种常见的有机氯代烃,通过批次实验研究其在壤土中的吸附和解吸特性。结果表明:4种有机氯代烃在壤土中的吸附平衡时间约为3 d;在本文研究的整个浓度范围内,4种有机氯代烃的吸附等温线基本呈线性趋势,但更符合Freundlich模型。对于有机氯乙烯而言,TCE在壤土中的吸附特性较为显著,线性分配系数K_d为0.624 L/kg,其次是cis-DCE,K_d为0.238 L/kg;对于有机氯乙烷而言,1,1,1-TCA在壤土中的吸附特性较为显著,K_d为0.520 L/kg,其次是1,2-DCA,K_d为0.353 L/kg。这进一步表明4种有机氯代烃化合物在壤土中的吸附特性与化合物本身的疏水性有关。通过Abdul、Dobbs、Rao和Cong经验公式估算lgK_oc值发现,Abdul估算所得lgK_oc比实测值偏小,Cong估算lgK_oc比实测值偏大,Dobbs和Rao与实测值更为接近;说明 Dobbs和Rao经验公式更适用于预测有机氯代烃化合物在壤土的吸附特性。另外,研究发现有机氯代烃的解吸过程具有明显的滞后性,吸附特性较强的物质,其解吸较为缓慢。