植物与三维技术修复铀厂址

美国能源部Office of Legacy Management（DOE-LM）正在利用前沿技术，让科学家以虚拟方式查看其位于亚利桑那州（Arizona）的Monument Valley加工厂址地下情况。该厂址曾运营一座铀水冶厂。

通过追踪厂址下方硝酸盐羽流的规模和迁移情况，DOE-LM正在评估一项植物处理方案的有效性。

在科罗拉多州（Colorado）Rifle的一处原铀水冶厂址，植物同样是环境修复的关键。DOE-LM正在那里种植和播撒植被，旨在减少到达地下处置单元的地下水量。

Monument Valley水冶厂由Vanadium Corporation of America于1955年至1968年建造并运营。在水冶作业开始前及作业期间，该厂址从Navajo Nation租赁。1968年租约到期后，厂址的全部控制权归还Navajo Nation。尽管厂址的尾矿堆已于1992年移除，但地下水中仍残留污染物，尤其是硝酸盐。

硝酸盐的主要来源一度被认为是原水冶厂址下方的土壤。1998年至2016年，DOE团队采用一种称为植物修复的工艺，利用植物清理这些尾矿堆下土壤。

其设想是，植物将切断污染源，地下水中的硝酸盐羽流最终会缩小。植物修复方法非常有效，使这些尾矿堆下土壤中的氮减少了80%。

然而，即便尾矿堆下土壤已基本清理干净，地下水中的硝酸盐羽流仍在继续扩大。其扩散面积越来越大、深度也不断增加，LM科学家惊讶地发现，羽流中的硝酸盐总量在22年间增加了一倍。

“这让我们的团队意识到，我们最初对厂址的认识——即我们所称的厂址概念模型（CSM）——需要更新，”LM Monument Valley厂址经理Joni Tallbull说，“一定还存在另一个此前未被识别的硝酸盐来源。”

为深入研究数据，LM使用名为Earth Volumetric Studio的三维可视化软件建立厂址的详细模型。这使他们能够“看到”地下各层、地下水位以及硝酸盐羽流随时间发生的变化，并帮助他们确定哪些方面缺少数据、哪些区域需要进一步调查。

随后，他们开展了针对性现场调查，从不同地点采集沉积物样品。他们分析了这些样品中的不同化学物质和土壤组分，并研究污染物在土壤中的迁移速度。调查结果彻底改变了原有认识。

“我们在地下深处的饱和带，也就是地下水所在区域，发现了不连续的黏土层，”Tallbull说，“这些黏土层中储存着大量氨，氨正在缓慢但持续地转化为硝酸盐，不断为日益扩大的羽流提供补给。”

LM的分析表明，通过“硝化”过程，储存在黏土层中的氨实际上可在数十年间使硝酸盐羽流中的氮含量增加一倍。

“这是一项重大发现，”Tallbull说，“它使关注重点从原有尾矿堆下土壤转移到这些饱和带黏土层，因为后者才是硝酸盐目前持续产生的主要来源。”

该项目证明，使用先进三维工具并开展针对性调查，可帮助LM更好地认识复杂环境问题，并制定更有效的清理方案。

Monument Valley植物修复工作的目标是硝酸盐，而DOE-LM另一处厂址的植被恢复工作则重点防止水渗入水冶厂尾矿处置单元。早在1924年，科罗拉多州西部城镇Rifle附近就开始进行钒加工。相关作业于1932年停止，但在1942年恢复，当时该水冶厂除加工钒矿石外，也开始加工铀矿石。

Old Rifle水冶厂于1958年关闭后，附近的New Rifle水冶厂开始铀加工，并持续运营至1973年。1988年，科罗拉多州从Union Carbide Corporation手中取得Rifle的两处水冶厂址；目前所有权由Rifle市持有，厂址则由DOE-LM管理。

2024年，DOE-LM在Rifle的水冶厂尾矿处置单元安装了一套抽水系统（Radwaste Solutions，2025年秋季刊，第54页），随后启动了名为Rifle Enhanced Cover Application Pilot Test（RECAP）的项目。

RECAP的主要目标是试验采用蒸散（ET）增强型覆盖层进行水管理的更高效方法。这类覆盖层利用植物和土壤自然吸收水分并将其释放到大气中，从而减少渗入处置单元的水量。与持续抽水相比，这是一种更主动、更长期的解决方案。

RECAP有三个关键目标：

了解水源：包括追踪水的来源，例如降雨、排水模式和地下水流。

因地制宜制定解决方案：项目将结合Rifle厂址的具体工程和环境条件。

提供高效策略：团队正在寻找能够利用现有设施、降低成本并符合现行法规的改进措施。

这一方法建立在LM另一处厂址此前取得的成功基础上。在科罗拉多州大章克申（Grand Junction），类似的植被恢复工作使水的下渗量减少了93%。这一成果是通过强化土壤蓄水、植物生长以及水分蒸发和蒸腾等自然过程实现的。