有色金屬尾礦庫(kù)對(duì)周邊土壤環(huán)境污染特征評(píng)價(jià)及治理

史國(guó)武

（臨汾市核與輻射安全中心， 山西 臨汾 041000）

有色金屬資源為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了非常重要的貢獻(xiàn)。最近幾年以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)有色金屬的依賴程度越來(lái)越高，這使得有色金屬的開采、冶煉及加工變得更加活躍，以順應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求[1]。但是有色金屬礦中包含有大量的重金屬，所以在有色金屬開采和冶煉過(guò)程中，會(huì)對(duì)附近的土壤造成嚴(yán)重的污染，使得土壤中的重金屬含量出現(xiàn)急劇上升[2]。隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度的不斷增加，以及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注有色金屬尾礦對(duì)周邊土壤環(huán)境造成的污染問(wèn)題[3，4]。針對(duì)該問(wèn)題，一方面需要采用先進(jìn)的管理思想，另一方面需要充分利用最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行處理，只有這樣才能夠更好的防治重金屬污染問(wèn)題，促進(jìn)有色金屬開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展，提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[5，6]。本文主要結(jié)合具體案例，對(duì)有色金屬尾礦庫(kù)對(duì)周邊土壤環(huán)境污染的特征進(jìn)行評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性治理措施。以期本文的研究能在一定程度上降低有色金屬開發(fā)對(duì)環(huán)境造成的不良影響，提升礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量。

1 有色金屬尾礦庫(kù)概況

在對(duì)有色金屬礦區(qū)進(jìn)行開采時(shí)，需要設(shè)置圍地或者筑壩攔截谷口，形成尾礦庫(kù)。主要作用就是在進(jìn)行礦石選別之后，將尾礦以及其他的工業(yè)廢料堆放在該場(chǎng)地。本文所述的有色金屬尾礦庫(kù)海拔高度在100 m 左右，整個(gè)尾礦庫(kù)占據(jù)的面積超過(guò)了150 hm2，尾礦庫(kù)內(nèi)部存儲(chǔ)了大量的有色金屬尾礦。受到技術(shù)水平的限制，現(xiàn)有的技術(shù)水平還無(wú)法有效對(duì)尾礦中的重金屬等污染物進(jìn)行有效處理，不僅導(dǎo)致了大量的資源流失，同時(shí)還會(huì)對(duì)附近的水質(zhì)、土壤、空氣等造成嚴(yán)重的污染。一般而言，尾礦庫(kù)對(duì)環(huán)境造成的污染主要分成兩大部分，分別為工業(yè)廢水和固體棄渣。選礦過(guò)程中會(huì)用到大量的藥劑，這些包含有藥劑的工業(yè)廢水排放后會(huì)與土壤中的其他物質(zhì)發(fā)生作用產(chǎn)生污染；固體棄渣中則包含有大量的重金屬，甚至可能包含有放射性金屬，這些重金屬會(huì)對(duì)附近土壤造成污染，還可能通過(guò)土壤滲透到地下水中對(duì)附近區(qū)域的水質(zhì)造成污染。

2 尾礦庫(kù)周邊土壤污染情況

2.1 土壤樣本采集

為了對(duì)尾礦庫(kù)周邊土壤的污染情況進(jìn)行檢驗(yàn)，需要在附近土壤中采集樣本進(jìn)行檢測(cè)。本研究中共采集得到了5 份尾礦庫(kù)周邊的土壤樣本，其中1 份樣本取自于尾礦庫(kù)中心位置，另外4 份樣本取自于尾礦庫(kù)東南西北4 個(gè)方向，與尾礦庫(kù)距離150 m 的位置。樣本選取會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，在采集樣本時(shí)應(yīng)該遵循隨機(jī)的原則，降低人為因素的干擾。對(duì)采集得到的土壤樣本進(jìn)行烘干處理后對(duì)其重金屬進(jìn)行全面檢測(cè)。通過(guò)直接火焰原子吸收光譜檢測(cè)法對(duì)土壤中的重金屬及其含量進(jìn)行檢測(cè)。已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，這種檢測(cè)方法能夠快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)到土壤中包含的重金屬類型及其含量大小。為了降低檢測(cè)過(guò)程對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，在開展實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格遵循相關(guān)操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 土壤樣本檢測(cè)結(jié)果

對(duì)采集到的土壤樣本進(jìn)行水磨精選后，其整體上呈現(xiàn)出白色特征。如下頁(yè)表1 所示為檢測(cè)得到的土壤中包含的重金屬類型及其含量。為了橫向?qū)Ρ任驳V庫(kù)周邊土壤中重金屬含量與本地區(qū)其他位置土壤中重金屬含量情況，表中還給出了本地區(qū)土壤中重金屬含量的背景值。從表中數(shù)據(jù)可以看出，重金屬砷、汞、鉻的含量與本地區(qū)其他位置對(duì)應(yīng)元素的含量相比較而言略高，但是高出的幅度不大。說(shuō)明尾礦庫(kù)對(duì)周圍土壤中砷、汞、鉻含量的污染不是非常嚴(yán)重，在可以接受范圍內(nèi)，對(duì)于這幾種重金屬只需要采取簡(jiǎn)單措施處理即可。但是鉛、鎘元素的含量卻非常高，與本地區(qū)其他位置的土壤相比較而言，這兩種元素含量高出10 多倍。由此可以看出，尾礦庫(kù)對(duì)周圍土壤中的鉛和鎘含量的污染非常嚴(yán)重。在治理土壤污染情況時(shí)，需要對(duì)這兩種元素進(jìn)行重點(diǎn)整治，以降低這兩種重金屬元素對(duì)土壤的污染程度。

表1 尾礦庫(kù)周邊土壤重金屬含量檢測(cè)結(jié)果 mg/kg

3 尾礦庫(kù)土壤環(huán)境污染特征

本研究中基于地質(zhì)累積指數(shù)法對(duì)尾礦庫(kù)周圍土壤中的重金屬污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，該種方法最開始被提出時(shí)，主要作用是對(duì)沉積物中的重金屬污染情況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)?；谠摲N方法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，考慮到了本地區(qū)自然成巖作用下的元素含量背景值，同時(shí)還考慮到的可能對(duì)元素含量造成影響的各種外界影響因素，包括人為因素的影響。污染評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中，B和C分別表示沉積物中的元素含量背景值以及對(duì)應(yīng)的實(shí)際檢測(cè)值，k表示外部因素可能對(duì)元素含量背景值造成影響的系數(shù)，本研究中取0.7。根據(jù)污染評(píng)價(jià)指數(shù)大小可以將其劃分成為不同的等級(jí)，具體見(jiàn)表2。

表2 污染評(píng)價(jià)指數(shù)等級(jí)劃分情況

基于尾礦庫(kù)周圍土壤中重金屬的含量，定性分析了幾種重金屬的污染程度。將表1 中的相關(guān)檢測(cè)參數(shù)代入到以上公式中，就可以計(jì)算得到各重金屬元素對(duì)土壤的污染評(píng)價(jià)指數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)重金屬對(duì)土壤污染程度的定量評(píng)價(jià)。如表3 所示為尾礦庫(kù)周邊土壤重金屬污染評(píng)價(jià)指數(shù)。由表3 中數(shù)據(jù)可以看出，所得結(jié)果基本與前文中的定性分析一致。砷、鉻、汞三種重金屬的污染程度并不是非常嚴(yán)重，其污染指數(shù)的平均值均介于0~1 范圍內(nèi)，根據(jù)表2 中的標(biāo)準(zhǔn)，屬于輕度污染。只有很少一部分樣本的污染指數(shù)介于1~2 之間，屬于中度污染。對(duì)于鉛元素，除1 個(gè)樣本的指數(shù)為2.90，屬于中強(qiáng)度污染外，其他樣本的指數(shù)均介于3~4 之間，屬于強(qiáng)度污染。鉛的污染評(píng)價(jià)指數(shù)平均值為3.45，屬于強(qiáng)度污染范圍。對(duì)于鎘元素的污染評(píng)價(jià)指數(shù)，介于3.90~6.27 范圍，平均值為4.86，介于強(qiáng)度污染和非常嚴(yán)重污染之間的范圍，個(gè)別樣本污染評(píng)價(jià)指數(shù)達(dá)到了6.27，屬于非常嚴(yán)重污染。

表3 尾礦庫(kù)周邊土壤重金屬污染評(píng)價(jià)指數(shù)

4 尾礦庫(kù)對(duì)土壤環(huán)境污染的治理

4.1 合理利用植物修復(fù)

已有的研究表明，部分植物對(duì)重金屬污染具有很好的修復(fù)作用。比如景天的根系可以對(duì)土壤中的鋅元素進(jìn)行很好的富集，苧麻可以有效富集鉛、鎘元素等。此外，植物根系還能夠加固土壤的穩(wěn)定性。由于尾礦庫(kù)附近的土壤比較特殊，所以很難直接在土壤中種植以上植物，需要在地面覆蓋一層耕土，并添加適量的微生物后再種植對(duì)應(yīng)的植被。對(duì)尾礦庫(kù)周邊土壤污染問(wèn)題進(jìn)行治理的最終目的是提升環(huán)境質(zhì)量，確保相關(guān)區(qū)域的土壤能夠進(jìn)行再利用。所以，進(jìn)行土壤污染治理時(shí)，可以考慮對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行復(fù)墾，種植一些農(nóng)作物，提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2 基于先進(jìn)技術(shù)提取尾礦中的重金屬

基于上文分析可以看出，尾礦庫(kù)對(duì)周邊土壤的污染主要是重金屬污染。所以如果能夠?qū)ξ驳V庫(kù)中重金屬的含量進(jìn)行有效控制，就能夠顯著降低對(duì)土壤的污染程度。重金屬本來(lái)就屬于重要的資源，主要是受技術(shù)水平限制，無(wú)法對(duì)尾礦中的重金屬進(jìn)行有效提取。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，對(duì)于尾礦庫(kù)中包含的大量重金屬，可以利用最先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行提取再利用。通過(guò)這樣的方式不僅能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也能夠提升資源的利用率，促進(jìn)有色金屬開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 強(qiáng)化監(jiān)督和管理

本文所述的有色金屬尾礦庫(kù)已經(jīng)停止使用，但是其對(duì)周邊土壤、空氣、水質(zhì)的污染將會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)造成了非常不利的影響。對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，政府部門是監(jiān)督和管理的主體，有必要成立專門的部門或委托專業(yè)的第三方機(jī)構(gòu)對(duì)尾礦庫(kù)周邊環(huán)境污染進(jìn)行綜合評(píng)估，強(qiáng)化監(jiān)管。根據(jù)“誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的基本原則，通過(guò)法律手段和行政手段責(zé)令相關(guān)企業(yè)對(duì)其進(jìn)行治理。

5 結(jié)語(yǔ)

尾礦庫(kù)是進(jìn)行有色金屬開發(fā)中的伴隨產(chǎn)物，主要作用是對(duì)選礦中產(chǎn)生的固體棄渣進(jìn)行堆積。受技術(shù)水平限制，有色金屬選礦產(chǎn)生的固體棄渣中包含有大量的重金屬，時(shí)間長(zhǎng)久后，固體棄渣中的重金屬就會(huì)慢慢滲透到尾礦庫(kù)附近的土壤中，對(duì)土壤造成嚴(yán)重的污染。對(duì)某有色金屬尾礦庫(kù)周邊土壤進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，鉛和鎘元素嚴(yán)重超標(biāo)，分別屬于強(qiáng)度污染、介于強(qiáng)度污染和非常嚴(yán)重污染之間。結(jié)合筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出尾礦庫(kù)周邊土壤環(huán)境污染問(wèn)題治理措施，對(duì)于保護(hù)土壤環(huán)境具有重要的實(shí)踐意義。