案例礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

楊 玥 邵 平 潘嘉立(東莞市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，東莞 523000)

案例礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

楊 玥 邵 平 潘嘉立
(東莞市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，東莞 523000)

本文介紹了國內(nèi)外目前常用的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，同時(shí)針對廣東省某礦區(qū)土壤重金屬的污染現(xiàn)狀，提出了運(yùn)用生物技術(shù)來修復(fù)該礦區(qū)已被重金屬污染的土壤，最后對現(xiàn)在生物修復(fù)技術(shù)提出合理性建議及展望。

重金屬污染；土壤；修復(fù)技術(shù)

1 礦區(qū)及污染概況

廣東某礦區(qū)礦界范圍位于沙溪鎮(zhèn)境內(nèi)、南部與翁源縣鐵龍鎮(zhèn)交界，是一座大型多金屬硫化物礦床，礦區(qū)主礦體上部為褐鐵礦體，儲(chǔ)量為2000×104t；下部為大型銅硫礦體，儲(chǔ)量為2800×104t，并伴有鎢、鉍、鉬、金、銀等多種稀有金屬和貴金屬。

自20世紀(jì)70年代以來，該礦及其21條周邊礦在采礦時(shí)采富棄貧且礦種分離不全，采礦廢石堆放過程中的風(fēng)化和淋濾以及選礦、洗礦產(chǎn)生的含有硫、鎘、銅、鋅、鉛等數(shù)種嚴(yán)重超標(biāo)的重金屬污水直接排放到橫石河水中，已造成該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重惡化。

2 國內(nèi)外治理重金屬污染土壤的方法

目前，國內(nèi)外治理土壤重金屬污染的途徑歸納起來主要有3種：一是改變重金屬在土壤中的賦存狀態(tài)，使其穩(wěn)定或固定，降低其活性，使其鈍化，脫離食物鏈，以降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性；二是利用各種技術(shù)從土壤中去除重金屬，達(dá)到回收和減少土壤中重金屬的雙重目的；三是利用各種防滲材料，將污染地區(qū)與未污染地區(qū)隔離，以減少或阻止重金屬的遷移和擴(kuò)散。圍繞這3種治理途徑，各國相繼開發(fā)了物理、化學(xué)和生物治理方法。

(1)物理修復(fù)：物理修復(fù)法是基于物理工程方法，主要包括客土、換土和翻土法、電動(dòng)修復(fù)法和熱處理法3種方法，使重金屬在土壤中穩(wěn)定化，降低其對植物和人體的毒性。

(2)化學(xué)修復(fù)：化學(xué)修復(fù)法主要是指向污染土壤投入改良劑、抑制劑等，調(diào)節(jié)土壤酸堿度與化學(xué)組分，增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量和粘粒的含量，控制反應(yīng)條件，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，使重金屬能以生物有效性較低、毒害程度較弱的形態(tài)在的方法。

(3)生物修復(fù)：生物修復(fù)主要包括植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)三類方法，修復(fù)過程主要是利用動(dòng)物、微生物以及植物的新陳代謝活動(dòng)，吸收土壤中含有的重金屬或改變其形態(tài)，進(jìn)而減小重金屬的污染，凈化土壤。

3 大寶山生物修復(fù)方法與途徑

3.1 客土覆蓋與土壤改良

該礦采礦廢棄地難以恢復(fù)的主要限制性因素是土壤，其生態(tài)恢復(fù)首先要從土壤修復(fù)入手，分兩個(gè)層面：對于土壤層原生裸地必須采取客土覆蓋，確保有足夠土壤層為植被恢復(fù)提供基本的養(yǎng)分支持；對于重金屬超標(biāo)的排土場、采礦坑以及碾軋板結(jié)區(qū)域除覆蓋一定的表土外，還必須采取深層次的土壤改良措施。通過在酸性廢棄地施加不同量的石灰、混合不等量的爐渣、不同品種肥料3種試驗(yàn)得出，在覆土區(qū)，采用加石灰提高土壤pH值，加爐渣減小土壤的容重及降底土壤的板結(jié)程度為最好方案；而通過植穴內(nèi)換土，加入適當(dāng)?shù)氖焓摇⒌究坊蛩蓸淦せ虿菪蓟蚰拘?、適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)肥(5kg左右)和復(fù)合肥(200g左右)，可以改善種植穴土壤的理化性狀，有效提高造林成活率。

3.2 水土保持工程措施

由于采礦活動(dòng)改變了地表原有狀態(tài)，原有植被和土壤對降雨的截留、攔蓄、入滲作用大大減弱，原有蝕積動(dòng)態(tài)平衡被打破，從而產(chǎn)生各類侵蝕現(xiàn)象。因此，必須通過采取降雨截排水工程、攔護(hù)工程，調(diào)控降雨徑流，使土體穩(wěn)定，表層不易流失，才能夠正常發(fā)揮土壤層固有的生態(tài)功能，為植被恢復(fù)提供載體。

3.3 適生物種篩選

物種選擇是植被恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵，而做好廢棄地立地條件分析是物種選擇的前提。該礦區(qū)采礦廢棄地的共同特征是：土壤重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，且貧瘠酸化，pH值在4.0以下，土壤保水、保肥的能力差，不利于大多數(shù)植物生長發(fā)育。一方面，盡管通過客土覆蓋和土壤改良措施可以起到一定的調(diào)節(jié)作用，但當(dāng)植物生長到一定階段，其根系不斷伸展逐漸穿過表土層，與重金屬高的下覆層接觸會(huì)導(dǎo)致其根系受害或中毒，輕則導(dǎo)致植被生長不良，不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；重則導(dǎo)致大面積植被死亡，使植被恢復(fù)徹底失敗。另一方面，廢棄地養(yǎng)分貧乏，影響植被的快速恢復(fù)和長期穩(wěn)定。因此，所選植物種首先應(yīng)適應(yīng)不同區(qū)域的立地條件特征，不僅具有適應(yīng)酸性土壤、抗重金屬強(qiáng)的特性，還應(yīng)具有固氮、耐瘠薄的特性。那些在礦區(qū)廢棄地上自然定居的植物，能適應(yīng)廢棄地上的極端貧瘠條件，這一類鄉(xiāng)土植物應(yīng)該優(yōu)先考慮。

3.4 恢復(fù)進(jìn)程與空間配置

遵循天然植被進(jìn)展演替規(guī)律是植被恢復(fù)的基本原則。據(jù)調(diào)查，該礦區(qū)及周邊植被的演替規(guī)律為：次生裸地—草叢(五節(jié)芒群落)—灌草叢(夾竹桃—五節(jié)芒群落)—針葉林(馬尾松林等)—針闊葉混交林(馬尾松、泡桐等混交林)—常綠落葉闊葉混交林(南酸棗、山蒼子、荷木林，荷木、黃樟、楓香林)—典型常綠闊葉林(栲樹、鹿角栲、荷木林)或竹林(毛竹林)。在自然狀態(tài)下，次生裸地將逐漸進(jìn)展演替到典型常綠闊葉林類型；相反，在人為干擾條件下，常綠闊葉林將逆向演替到草叢、灌草叢甚至次生裸地。自然條件下的進(jìn)展演替是極其漫長的，而人為干擾下的逆向演替卻可以是快速的，如礦山開采直接從林地演變成次生裸地；適當(dāng)?shù)娜藶榇胧┛杉铀俅紊愕叵蛏秩郝溲萏?。由此可見，植被恢?fù)不能違背自然規(guī)律，不能超越階段，由低級到高級，由簡單到復(fù)雜，草、灌先行，優(yōu)先引入適應(yīng)性強(qiáng)的先鋒草、灌，充分依靠植被的自然恢復(fù)力，通過積極的人工干預(yù)措施加快恢復(fù)進(jìn)程，縮短天然恢復(fù)時(shí)間，視立地條件的改善程度引入喬木類，有步驟、有計(jì)劃地形成多物種混交的喬、灌、草立體結(jié)構(gòu)，逐步演替至當(dāng)?shù)仨敿壢郝?，能夠自我維持其生態(tài)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)該礦區(qū)采礦廢棄地植被恢復(fù)的終極目標(biāo)。

4 土壤重金屬污染修復(fù)存在問題以及展望

物理、化學(xué)等方法對于礦山土壤的修復(fù)存在耗能、耗錢、對土壤結(jié)構(gòu)損害較大等缺點(diǎn)，從保護(hù)生態(tài)環(huán)境出發(fā)，這些方法均對礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)作用不明顯，而植物修復(fù)成本較低，可以穩(wěn)定土壤、控制污染、改善景觀、減輕污染對人類的健康威脅，所以在修復(fù)礦山土壤重金屬污染的過程中，植物修復(fù)技術(shù)被越來越多的采用。盡管植物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染中得到廣泛的應(yīng)用，但在植物修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)性研究方面的工作仍有待加強(qiáng)：尋找、篩選和培育對重金屬具有超積累能力的植物；如何將能使植物生物量增大、生長加快和生長周期縮短的基因轉(zhuǎn)移到超積累植物中，并使之得到相應(yīng)的表達(dá)，使其不僅能克服自身的生物學(xué)缺陷，而且能保持原有的超積累特性，提高植物修復(fù)重金屬污染土壤的效率；如何通過應(yīng)用化學(xué)試劑(如絡(luò)合劑)、微生物或土壤改良劑、酸堿調(diào)節(jié)劑等增加目標(biāo)重金屬的生物有效性，提高植物吸收速率；如何采取合理種植、科學(xué)施肥、深耕等耕作管理措施與技術(shù)，提高植物生物量或增加收割次數(shù)，從而提高植物修復(fù)的效率。

近年來，我國金屬礦業(yè)迅速發(fā)展，所造成的重金屬污染日益加劇，植物修復(fù)技術(shù)的研究更具有廣闊的市場，并逐步走向商業(yè)化，同時(shí)我國有廣袤的國土、豐富的資源、復(fù)雜多樣的地理?xiàng)l件，蘊(yùn)藏著大量超富集植物，為我國開展有關(guān)植物修復(fù)技術(shù)的研究提供了良好的基礎(chǔ)。

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Review on Heavy Metal Pollution Repair Technology of Soil in A Mining Area

YANG Yue WANG Yang PAN Jiali
(Dongguan Water Group Co.，Ltd，Dongguan，523000)

This paper introduced the remediation technologies of soil heavy metals pollution at home and abroad. According to pollution status of heavy metals in mining area soil，biotechnology have been used to repair polluted soil in of a Guangdong Province Mine and surrounding areas. Finally，reasonable suggestions and prospects about bioremediation technologies were given.

Heavy metals pollution；soil；remediation technology

楊玥，碩士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)工程與環(huán)境修復(fù)

X21

A

1673-288X(2017)01-0164-02

引用文獻(xiàn)格式：楊 玥 等.案例礦區(qū)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：164-165.