礦區(qū)土壤重金屬污染治理及生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

戴娟

摘 要：中國共產(chǎn)黨第十八次全國代表大會召開以來，生態(tài)文明備受關(guān)注。在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，礦產(chǎn)資源占據(jù)著重要位置。礦產(chǎn)資源的持續(xù)開發(fā)，對環(huán)境造成了不同程度的破壞，如發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害、耕地減少以及環(huán)境污染等?；诖吮尘埃藗兏雨P(guān)注礦區(qū)污染的恢復(fù)與治理狀況。因此，重點(diǎn)分析礦區(qū)土壤重金屬污染治理情況，提出有效的修復(fù)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行論證，有利于生態(tài)文明的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)土壤;重金屬污染;治理;生態(tài)修復(fù)技術(shù)

中圖分類號：X753;X53文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）16-0126-03

Abstract： Since the 18th National Congress of the Communist Party of China， ecological civilization has attracted much attention. Mineral resources occupy an important position in the social and economic development of our country. With the continuous development of mineral resources， the environment has been damaged to varying degrees， such as geological disasters， reduction of arable land and environmental pollution. Based on this background， people pay more attention to the recovery and treatment of pollution in mining areas. In this regard， this study focuses on the analysis of the mining area soil heavy metal pollution control， put forward effective remediation technology， and combined with the example for demonstration， It is conducive to the construction of ecological civilization.

Keywords： mining area soil;heavy metal pollution;management;ecological restoration technology

礦產(chǎn)資源是人類生產(chǎn)資料與生活資料的重要來源，在推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)階段，我國95%的能源和80%的原材料都依賴于礦產(chǎn)資源供給[1]。因?yàn)殚L期掠奪式的開采以及缺乏對環(huán)境保護(hù)的重視，礦產(chǎn)資源在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長的同時，環(huán)境破壞的問題日益凸顯。在國際第四屆環(huán)境地球化學(xué)討論會中，礦山環(huán)境成為討論的重點(diǎn)。在國內(nèi)第六次全國環(huán)境地球化學(xué)學(xué)術(shù)會議上，礦業(yè)開發(fā)問題受到關(guān)注，其中礦山開發(fā)造成了諸多重金屬污染。在部分長期進(jìn)行礦業(yè)開發(fā)的區(qū)域，重金屬污染及潛在危害不容忽視，應(yīng)想方設(shè)法治理這些亂象[2]。

1 礦區(qū)土壤重金屬污染誘因分析

1.1 礦區(qū)排放廢水

對于大多數(shù)礦區(qū)而言，主要采用地下開采方式獲取礦產(chǎn)資源。為了能夠保證井下生產(chǎn)的安全，需排出大量的礦井水。受地理位置、氣候情況、地質(zhì)構(gòu)造、開采深度及方法等各種因素的影響，礦區(qū)井水水質(zhì)差異較為明顯。礦井水排放增加了土壤重金屬含量，也增加了其不確定性[3]，造成土壤重金屬含量持續(xù)增加。例如，酸性礦井水會加快重金屬溶解速度，提高其毒性。特別是在大量重金屬元素出現(xiàn)協(xié)同功效時，不僅會嚴(yán)重污染土壤，而且會加快作物吸收重金屬的速度，改變作物品質(zhì)。目前，雖然大多數(shù)礦區(qū)會凈化處理礦井水，但是凈化程度有限，依然摻雜著一些污染物，長期灌溉農(nóng)作物會影響土壤環(huán)境[4]。因排放量大、影響范圍廣，再加上認(rèn)識不足及技術(shù)落后等原因，礦井水不斷污染著土壤。因此，各礦區(qū)應(yīng)高度重視，并有效控制礦區(qū)廢水的排放[5]。

1.2 礦區(qū)大氣污染引起的土壤重金屬污染

礦區(qū)開采會嚴(yán)重污染大氣。大氣污染物中包含了大量物質(zhì)，且伴隨著大氣粉塵的沉降而遷移沉淀在地表上，不斷污染土壤。例如，在開采、堆放與加工煤炭的過程中，礦區(qū)及周圍土壤極易受到降雨淋濾和揚(yáng)塵沉降等影響。距離較遠(yuǎn)的地區(qū)，大氣中漂浮的煤塵和煙塵等顆粒物，在干濕降落的影響下漸漸沉降在地表，通過食物鏈和化學(xué)鏈等進(jìn)入生物體，嚴(yán)重影響礦區(qū)周圍居民的安全。

1.3 礦區(qū)固體廢物引起的土壤重金屬污染

煤礦開采時會生產(chǎn)出大規(guī)模的煤矸石，并從地下運(yùn)輸?shù)降乇?。因環(huán)境的變化，這些煤矸石在自然狀況下的風(fēng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，再加上雨水和地表水淋溶的影響，使得煤矸石中的有毒有害重金屬溶出并滲透到土壤中，從而改變了采礦區(qū)土壤重金屬的含量。

2 礦區(qū)土壤修復(fù)綜合治理

2.1 礦區(qū)土壤環(huán)境系統(tǒng)分析

礦區(qū)土壤環(huán)境非常復(fù)雜，其中區(qū)域地質(zhì)環(huán)境對土壤本底環(huán)境影響很大[6]。煤礦開采過程能夠向地表輸送古物質(zhì)，是地球表生帶物質(zhì)能量循環(huán)的重要組成部分，將引起礦區(qū)土壤環(huán)境發(fā)生較大變化。研究主要從礦區(qū)污染物排放和區(qū)域土地利用等方面出發(fā)，合理劃分土壤重金屬污染區(qū)，包括煤矸石污染區(qū)、礦井廢水污染區(qū)以及大氣降塵污染區(qū)等。采集不同污染區(qū)中的典型土壤樣本，然后分析重金屬含量，在高光譜遙感技術(shù)的支持下，在提取完土壤污染信息后進(jìn)行定量研究，這樣便于掌握土壤重金屬污染的分布狀況和污染因子等。根據(jù)礦區(qū)采區(qū)分布圖與土壤利用現(xiàn)狀圖等形成專門的數(shù)據(jù)庫，涵蓋礦區(qū)土壤重金屬污染的所有信息，進(jìn)而為后續(xù)治理工作的開展創(chuàng)造技術(shù)條件。

2.2 加強(qiáng)礦區(qū)土壤重金屬污染評價并合理劃分土壤功能區(qū)

為充分利用礦區(qū)土壤資源，不僅要深入分析礦區(qū)土壤環(huán)境系統(tǒng)，還要從實(shí)際的土壤類型和污染水平出發(fā)，結(jié)合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995），合理評價礦區(qū)中的土壤質(zhì)量。要根據(jù)風(fēng)險論、生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和地學(xué)等，考慮土壤生態(tài)系統(tǒng)的情況，實(shí)行生態(tài)風(fēng)險評價，以便充分了解重金屬的污染程度。在獲得土壤質(zhì)量評價結(jié)果后，確定應(yīng)用功能與質(zhì)量目標(biāo)，在3S技術(shù)的支持下形成土壤功能區(qū)劃分圖。從土壤重金屬污染治理與恢復(fù)現(xiàn)狀出發(fā)，適當(dāng)調(diào)整土壤功能區(qū)，以獲得準(zhǔn)確、可靠且及時的污染治理工作數(shù)據(jù)。

2.3 運(yùn)用系統(tǒng)-復(fù)合聯(lián)合模式進(jìn)行土壤修復(fù)

煤礦開采的整個環(huán)節(jié)都存在土壤重金屬污染的問題。在煤礦閉礦后，若是未能有效處理煤矸石等固體廢物，將無法消除污染現(xiàn)象。土壤受到重金屬污染后，會對附近植物造成污染，導(dǎo)致重金屬從植物轉(zhuǎn)移到食物鏈?？梢?，礦區(qū)土壤重金屬污染具有持續(xù)性特征，且開采中造成的污染方式多種多樣。在環(huán)保治理過程中，需要堅(jiān)持預(yù)防為主。對于已形成的重金屬污染，必須在向土壤生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移前就采取有效的治理措施。在煤礦開采形成的“三廢”中，尤其要關(guān)注重金屬，避免其對礦區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成污染。

煤礦生產(chǎn)所排放的“三廢”存在很多不確定性，因此加強(qiáng)末端治理顯得尤為關(guān)鍵[7]。在礦區(qū)重金屬污染常用的治理技術(shù)中，主要有物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)等，且不同修復(fù)技術(shù)存在一定的局限性。物理修復(fù)技術(shù)需要消耗大量的能量，處理成本高，工作量大，主要用于小面積污染土壤治理?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)會導(dǎo)致土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，成本投入大，易引起二次污染。生物修復(fù)技術(shù)耗時較長，在降解污染物時形成的部分中間產(chǎn)物毒性大，且受到場地和環(huán)境等影響，修復(fù)效率降低，無法獲得較為穩(wěn)定的修復(fù)效果。

分析重金屬環(huán)境污染可知，環(huán)境中存在很多超富集植物與重金屬耐性植物。利用微生物共生體系能夠有效修復(fù)重金屬環(huán)境污染。要結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥赖惹闆r，選擇相應(yīng)的重金屬耐性植物，為礦區(qū)重金屬污染土壤修復(fù)奠定良好的基礎(chǔ)。靈活運(yùn)用多種修復(fù)技術(shù)，從礦區(qū)土壤重金屬污染的具體情況和涉及范圍出發(fā)，發(fā)揮各種修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，提高生態(tài)效益。

我國礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)象普遍，需要在源頭上加強(qiáng)預(yù)防，并做好末端治理工作，否則難以取得較好的治理效果。為了能夠有效修復(fù)礦區(qū)土壤，應(yīng)結(jié)合各種修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從整體上有效治理土壤重金屬污染問題。

3 實(shí)例分析

3.1 某金礦區(qū)污染現(xiàn)狀

某金礦區(qū)屬于巖金型，因形成過程較為特殊，其礦床常常會出現(xiàn)大量的金屬硫化物，如黃鐵礦、毒砂以及輝銻礦等。針對這一礦區(qū)的開采，普遍采取混汞法和氰化法。因提金選礦技術(shù)差異較大，產(chǎn)生了選礦尾礦、混汞碾渣以及氰化渣等各種尾礦渣。這一礦區(qū)的污染情況主要表現(xiàn)為大量含有重金屬元素的尾渣和氰化渣被隨意地倒在河道兩側(cè)、村前屋后以及田間地頭，在河水搬運(yùn)、降水淋溶、大風(fēng)揚(yáng)塵等影響下，污染了大氣環(huán)境及農(nóng)田。此外，礦坑廢水和選廠尾礦漿沒有通過處理便直接排放，導(dǎo)致該礦區(qū)內(nèi)7條河流中的氰化物、Hg、P、Cd、Cr等重金屬元素嚴(yán)重超標(biāo)，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厝罕姷陌踩?/p>

3.2 礦區(qū)重金屬污染土壤修復(fù)措施選擇原則

土壤重金屬修復(fù)技術(shù)是消除、降低、穩(wěn)定或轉(zhuǎn)化場地中目標(biāo)重金屬污染物的技術(shù)，主要是改變污染物結(jié)構(gòu)，降低毒性、遷移性或數(shù)量[8]，包括物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)及生物技術(shù)。生物技術(shù)和化學(xué)技術(shù)國內(nèi)尚未完全成熟，且投資成本相對較高。目前，物理技術(shù)中的物理隔離法和物理置換法應(yīng)用最廣泛。物理隔離法的重點(diǎn)在于隔離層的選擇，結(jié)合治理區(qū)域的具體情況，選取恰當(dāng)?shù)娜贤翞楦綦x層，實(shí)現(xiàn)化學(xué)性能穩(wěn)定與隔水的效果，避免重金屬揮發(fā)滲透到表土層中。物理置換法則是采取深翻的方式，改變地表土壤耕植條件。相關(guān)研究表明，土壤垂直方向上重金屬含量超標(biāo)深度達(dá)60 cm時，物理置換法無法修復(fù)土壤。可見，物理隔離法是目前最合理的方法。

3.3 某礦區(qū)重金屬污染土壤修復(fù)措施

結(jié)合礦區(qū)實(shí)際情況，物理隔離法具體覆土措施為底部尾礦渣推平壓實(shí)、中部覆蓋10 cm隔離層、上部覆蓋40 cm凈土壓實(shí)層、頂部覆蓋30 cm凈土耕植層。重構(gòu)的土體剖面如圖1所示。

3.3.1 礦渣場地清理。全面清理與外運(yùn)選礦廢渣和堆積的尾礦等，并在清理后平整與壓實(shí)。填坑過程中，適當(dāng)壓實(shí)底部，壓實(shí)系數(shù)大于0.95。此外，根據(jù)地形調(diào)整場地整體坡度，坡度不得超過5°，同時將場地整理成臺階型。

3.3.2 鋪設(shè)三合土隔離層。清理平整選礦廢渣后，在上面鋪設(shè)隔離層。隔離層的目的在于阻止殘留污染物滲透，避免出現(xiàn)二次污染。隔離層以2∶3∶5的比例混合黏土、石灰以及中砂，將其制作成三合土。值得注意的是，為了能夠提高修復(fù)質(zhì)量，三合土配比必須嚴(yán)格按照比例制作。施工過程中，隔離層壓實(shí)度大于0.95，隔離層厚度大于10 cm。

3.3.3 鋪設(shè)凈土壓實(shí)層。鋪設(shè)完成三合土隔離層后，在上面鋪設(shè)凈土層。凈土層由沒有被污染的干凈黃土制作而成。鋪設(shè)過程中，凈土層壓實(shí)度大于0.90，厚度大于40 cm。

3.3.4 鋪設(shè)凈土耕植層。鋪設(shè)凈土壓實(shí)層后，在上面鋪設(shè)耕植層。耕植層由松散的干凈黃土構(gòu)成，壓實(shí)度大于0.83，厚度大于30 cm。值得注意，土料中不得包含植物根系，涂料中結(jié)核量需大于2%，水溶鹽含量需大于3%。

3.4 修復(fù)效果

有機(jī)重構(gòu)礦渣土體可有效改善土壤，不僅能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能夠增加農(nóng)民收入?，F(xiàn)階段，這一治理項(xiàng)目已經(jīng)廣泛開展，示范區(qū)總面積大于1 000.00 hm2。一期工程已經(jīng)竣工，新增加建設(shè)用地超2.00 hm2，新增耕地超66.67 hm2，新增林地超33.33 hm2。

4 結(jié)語

我國提出了生態(tài)文明戰(zhàn)略，重視對環(huán)境的保護(hù)。針對當(dāng)前重金屬對土壤的污染情況進(jìn)行分析，提出了針對性的治理措施，確保生態(tài)文明建設(shè)順利開展，構(gòu)建美麗中國。

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