基于GCL的煤矸石酸性淋滤液中污染物迁移与截污性能研究

The pollutants in the coal gangue acid leachate have made serious impact on the surrounding environment around the mining area. It is an effective method to reduce the production of coal gangue acid leachate by building the normal coal gangue disposal site. This project proposes the pollution control technology of coal gangue acid leachate based on Geosynthetic Clay Liners. By conducting penetration test, diffusion test and adsorption test, the migration mechanism of pollutants of coal gangue acid leachate in GCL is revealed, and the migration parameters of typical pollutants in GCL are determined. Based on this, the migration model of coal gangue acid leachate in GCL is established to analyze the influence of working conditions on the pollutants removal performance of GCL and evaluate the technical feasibility of GCL as the bottom liners of coal gangue disposal site. The research results will provide theoretical basis for designing the seepage control system and environmental risk assessment of coal gangue disposal sites in China, which has important significance for accelerating the construction of green mines and ecological civilization construction of coal mine areas.

煤矸石酸性淋滤液中的污染物严重污染矿区周围的环境，考虑将煤矸石填埋到正规的处置场中，是从源头上减少煤矸石酸性淋滤液产生的有效方法。本项目提出基于土工合成黏土衬垫（Geosynthetic Clay Liner，GCL）的煤矸石酸性淋滤液污染控制技术，拟通过开展室内渗透试验、扩散试验和吸附试验，揭示煤矸石酸性淋滤液中污染物在GCL中的迁移机制，确定典型污染物在GCL中的迁移参数；在此基础上利用数值模拟软件建立煤矸石酸性淋滤液中污染物在GCL中的迁移模型，并分析工况条件对GCL截污性能的影响，评价GCL作为煤矸石处置场底部衬垫层的技术可行性。研究成果将为我国煤矸石处置场防渗系统的设计与环境风险评估提供理论依据，对于加快建设绿色矿山以及煤矿区生态文明建设具有重要的意义。

针对煤矸石酸性淋滤液的污染问题，为了降低其对矿区周围地下水环境的影响，本项目提出了基于土工合成黏土衬垫（Geosynthetic Clay Liner, GCL）的煤矸石酸性淋滤液源头控制方法，研究了GCL中煤矸石酸性淋滤液的迁移机制和截污性能，并以此为依据评价了GCL作为煤矸石处置场底部衬垫层的可行性，结论如下：.1）通过开展室内渗透试验，研究了煤矸石酸性淋滤液作用下天然钠基膨润土GCL（GCL-N）和人工钠化膨润土GCL（GCL-S）的渗透性能；当有效应力≥50 kPa时，两种GCL均可作为煤矸石处置场底部衬垫层的建设材料。.2）通过室内扩散试验，探讨了煤矸石酸性淋滤液中重金属及硫酸盐在人工钠化膨润土GCL中的扩散性能，并使用有限层法计算软件POLLUTE V7对污染物随时间变化的曲线进行拟合，确定了典型污染物在GCL中的扩散系数，均低于污染物在传统实黏土衬垫层中的扩散系数，因此GCL能够有效地控制污染物的扩散迁移。.3）开展了室内批式吸附试验，分析了土水比、溶液pH值等影响因素对酸性淋滤液中重金属的去除效果；针对酸性淋滤液中重金属和有机物的复合污染问题，研究了初始污染物浓度、接触时间、溶液pH值等影响因素对酸性淋滤液中复合污染物的去除效果，并探讨了GCL中改性膨润土对重金属和有机物同时去除的吸附特性。从吸附性能角度考虑，GCL可以作为煤矸石处置场衬垫层的建设材料。.4）根据渗透、扩散和吸附试验的数据和分析结果，利用有限层法模拟软件POLLUTE V7对煤矸石酸性淋滤液中污染物在GCL中的迁移过程进行了数值模拟。讨论了不同工况条件（GCL性质、污染物迁移参数、酸性淋滤液特性、淋滤液水头以及衬垫层底部含水层性质）对GCL截污性能的影响，提出了基于土工合成黏土衬垫的煤矸石酸性淋滤液截污关键技术。.5）考虑使用GCL与其他衬垫材料构建复合衬垫层，研究了GCL与黄土复合衬垫层对煤矸石酸性淋滤液中典型污染物的截污性能。结果显示，在GCL下部铺设黄土层可有效延长污染物击穿复合衬垫层的时间，从而更有效地控制煤矸石酸性淋滤液中污染物的迁移。