鳳太鉛鋅礦集區(qū)污染及防治

劉偉　劉強

摘要：鳳太礦集區(qū)是我國重要的鉛鋅資源基地，多年來無序開采造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，主要表現(xiàn)為：土壤重金屬元素超標(biāo)、地表水污染等問題。根據(jù)礦集區(qū)污染特征提出了電動修復(fù)法、含磷物質(zhì)修復(fù)法和植物修復(fù)法，含磷物質(zhì)修復(fù)法可針對土壤重金屬污染的實際狀況施以不同類型的含磷化合物以降低有效態(tài)重金屬的含量；電動修復(fù)法具有修復(fù)時間短、修復(fù)徹底、不會引入環(huán)境有害物質(zhì)等優(yōu)點；超富集植物修復(fù)技術(shù)簡單、成本低、對環(huán)境擾動小，能大面積推廣。

關(guān)鍵詞：土壤污染；鉛鋅礦區(qū)；修復(fù)治理

The Pollution and Prevention of Lead

and Zinc in Fengtai Mining Area

LIU—Wei LIU—Qiang

Shanxi Province Land Engineering Construction Group of Ming Development Co.， LTD， xi'an 710075，China

Abstract： Fengtai mining area is an important lead and zinc resources base in our country， disorderly exploitation have caused serious environmental problems over the years， Its main show is： heavy metal elements is too excessive in soil， Surface water pollution and other issues. Put forward the electric repair method， phosphorus—containing material repair method and the method of phytoremediation according to its pollution features， phosphorus—containing material repair method is subject to different types of phosphorus—containing compounds for the actual situation of heavy metal pollution in order to reduce the content of heavy metals； The electric repair method possesses the advantages of short time， thorough repair， do not introduce environmental harmful substances； Hyperaccumulator repair technique is simple， low cost， small disturbance to the environment， and it could expand widespreadly.

Keywords： soil pollution； lead and zinc mine； repair and treatment

1. 引言

礦產(chǎn)資源的開發(fā)，尤其是無序的濫采濫挖必然會導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。鉛、鋅是常見的重金屬污染元素，其特點是能在環(huán)境中長時間殘留，伴隨著動植物的攝取而在其內(nèi)部累積，進(jìn)入食物鏈，或通過污染大氣進(jìn)入人體呼吸道，一旦人體鉛鋅含量超標(biāo)，會造成體內(nèi)蛋白質(zhì)及酶等發(fā)生強烈反應(yīng)而失去活性，同時也可能在人體的一些器官中累積，嚴(yán)重危害人類健康[4]。

鳳太礦集區(qū)位于陜西西部，是我國重要的鉛鋅礦產(chǎn)資源基地，區(qū)內(nèi)已探明八方山—二里河、鉛硐山—東塘子、銀洞粱等大型鉛鋅礦床，已探明的鉛鋅金儲量500多萬噸[5—7]。半個世紀(jì)以來的礦產(chǎn)開發(fā)，在給當(dāng)?shù)貛斫?jīng)濟效益的同時，也不可避免地造成了嚴(yán)重的環(huán)境危害，土壤重金屬污染問題亟待解決。

2. 污染的主要方式

區(qū)內(nèi)土壤重金屬污染以Pb、Zn、Cd、Cu、Hg和類金屬元素As為主，為多種重金屬元素的復(fù)合型污染，其中Pb、Zn、Cd污染最為嚴(yán)重。由于該區(qū)地理位置較為特殊，常年雨水充沛，這些重金屬元素在水環(huán)境中易發(fā)生水解，生成氫氧化物、硫化物等沉淀在土壤中，另外尾砂對該區(qū)土壤的直接污染也較嚴(yán)重，同時，造成污染的重金屬元素之間的相關(guān)性也比較顯著。鳳太礦集區(qū)污染可以分為以下四個類型。

2.1 水污染

鳳太礦集區(qū)位于秦嶺山區(qū)，年降雨量大且水系密布，地表徑流匯集速度比較快。區(qū)內(nèi)廣布的采礦、選礦和冶煉企業(yè)在整個礦產(chǎn)開發(fā)過程中會排放大量廢水，包括礦坑廢水、選礦污水、尾礦庫滲濾水、采礦棄渣淋濾水、冶煉廢水和生活污水等，嚴(yán)重威脅著地表水的質(zhì)量安全。若污水未經(jīng)正規(guī)機構(gòu)凈化處理而直接排放，不僅直接污染地表水，而且間接污染地下水，導(dǎo)致農(nóng)田和農(nóng)作物及河流周邊居民的生存安全和生活質(zhì)量都受到嚴(yán)重影響。

2.2 大氣污染

采礦、選礦及冶煉過程所帶來的粉塵污染是區(qū)內(nèi)大氣污染的主要來源。污染元素以Pb、Zn為主，并伴生有Cu、Cd、As等。區(qū)內(nèi)溝谷縱橫交錯，其中被隨意廢棄的礦渣石堆和未曾覆土還田的尾礦庫是大氣的主要污染源，每逢大風(fēng)干旱季節(jié)，風(fēng)起塵飛，導(dǎo)致局部范圍內(nèi)空氣污染異常嚴(yán)重；另外，冶煉過程中產(chǎn)生的含Pb煙氣和SO2氣體也嚴(yán)重威脅著周邊居民的生活健康。

2.3 植被污染

由于區(qū)內(nèi)礦山開采與選礦和冶煉企業(yè)對地表水的長期污染，部分植被不可避免地會對某些重金屬元素進(jìn)行一定吸收，與此同時，地表水又是山區(qū)農(nóng)作物灌溉的主要水源，這些作物根系在汲取水分的同時，也必定會吸收水中部分有害物質(zhì)，因此種植的各類作物也都存在重金屬含量超標(biāo)的高度風(fēng)險。

2.4 土壤污染

因區(qū)內(nèi)以山地、溝谷為主，加之雨水充沛，水土流失問題比較嚴(yán)重。河谷兩側(cè)的農(nóng)田臨近水源，農(nóng)作物產(chǎn)量較高，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)之一，但由于區(qū)內(nèi)礦山開采與選礦冶煉企業(yè)長期對地表水和大氣造成的嚴(yán)重污染，引用這些受污染的地表水進(jìn)行灌溉，導(dǎo)致農(nóng)田土壤中的重金屬和其它化學(xué)污染物質(zhì)增加，從而使土壤質(zhì)地，顆粒結(jié)構(gòu)，孔隙度和滲透性，PH等理化性質(zhì)受到嚴(yán)重影響，農(nóng)作物生長受到抑制。已復(fù)墾的尾礦庫因土源缺乏，覆土厚度普遍偏?。ǘ嘈∮?.5m），農(nóng)作物根系直接扎入有毒的尾礦砂中，難以抑制作物對重金屬等污染物質(zhì)的吸收。此外，其他大量還未覆土還田的尾礦庫周圍也無一定的遮擋措施，穩(wěn)定性差，尾礦礦砂隨風(fēng)飛舞，直接污染到周圍的空氣，嚴(yán)重影響農(nóng)田和農(nóng)作物的生長。

3. 污染修復(fù)

重金屬污染土壤的傳統(tǒng)治理方法主要包括客土法、熱處理法、吸附沉淀法等物理方法和絡(luò)合物浸提法、化學(xué)淋洗法等化學(xué)方法[8]。實際應(yīng)用中往往因這些方法需用的儀器設(shè)備較為復(fù)雜，操作難度大，成本太高且大部分方案只能暫時緩解重金屬危害并有可能造成二次污染等限制條件而未得到廣泛應(yīng)用。目前，在這一方面應(yīng)用前景較好的修復(fù)方法主要有三大類。

3.1 含磷物質(zhì)修復(fù)法

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將含磷物質(zhì)作為無機肥料已得到廣泛應(yīng)用。近年來，部分研究人員發(fā)現(xiàn)了它們的另一個重要用途，即一種廉價有效的重金屬污染土壤修復(fù)劑。目前，該領(lǐng)域中學(xué)者們關(guān)注的熱點是通過利用磷與鉛的相互作用來調(diào)控環(huán)境中Pb的有效性來修復(fù)土壤鉛污染。按照來源，可將用于Pb/Zn污染修復(fù)的含磷物質(zhì)劃分為5大類：磷肥，經(jīng)磷灰石，無機磷酸與磷酸鹽，磷礦石及骨粉[9-12]。

在鉛鋅污染區(qū)，磷肥具有原位修復(fù)污染土壤的潛能，其修復(fù)Pb污染的主要機理是通過磷肥中的磷與各種非殘渣形態(tài)的鉛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶解度極小的磷（氯/羥基/氟）鉛礦沉淀，這樣達(dá)到限制植物對鉛的吸收和鉛向食物鏈遷移的效果，從而減少對植物的毒害作用和對人體的潛在危害；此外，關(guān)于Zn污染的修復(fù)研究認(rèn)為，土壤中含磷物質(zhì)對Zn污染修復(fù)的主要機理有表面配位、離子交換或生成非晶體物質(zhì)等，沉淀機制為輔。加強含磷物質(zhì)修復(fù)土壤重金屬污染的研究，對充分利用我國磷礦資源，以及有效治理我國環(huán)境重金屬污染具有非常重要的意義。

3.2 電動力學(xué)修復(fù)法

近十年來電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)不斷發(fā)展是一種新型的污染土壤修復(fù)技術(shù)。其基本原理是將電極插入受污染的地下水或土壤區(qū)域，施加直流電，形成直流電場，土壤中的污染物通過電遷移、電滲析流或電泳的方式而將重金屬從土壤中分離出來。該技術(shù)適宜低滲透性污染土壤的修復(fù)，因具有修復(fù)時間短、修復(fù)徹底、不會引入環(huán)境有害物質(zhì)等優(yōu)點而受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注[13-14]。

電動力學(xué)技術(shù)可有效去除地下水和土壤中的重金屬離子。在施加直流電場后，帶正電荷的重金屬離子開始向陽極遷移，其遷移速度比同方向流動的電滲析流快得多，金屬離子的遷移速度與離子半徑有關(guān)。離子尺寸愈小，遷移速度愈快，例如：Na>K>Ca>Ni。已有大量的實驗室實驗和現(xiàn)場實驗證明了這項技術(shù)的有效性。研究報道的相關(guān)離子包括：鉻、鎘、銅、鉛、汞、鋅、鍺、鎳、鈷、鉬、鍶、鈾、釷和鐳。在處理過程中，首先需要將一系列電極按預(yù)定的設(shè)計置于污染區(qū)地下，電極材料一般是惰性的炭電極，以避免額外物質(zhì)的導(dǎo)入，極區(qū)附近的水流需要進(jìn)行循環(huán)，主要目的是輸入需要的配合劑，強化離子的傳輸，控制電極上的反應(yīng)，避免極化現(xiàn)象和氫氧化物的沉淀等。輸入的循環(huán)液還能夠協(xié)助重金屬發(fā)生脫附和溶解。重金屬離子最終可能沉淀在電極上或者被抽取出來另行處理。

3.3 植物修復(fù)技術(shù)

在受污染的鉛鋅礦區(qū)及其周邊環(huán)境中，土壤重金屬污染基本上局限于植物根系分布比較密集的表土層，因此，可考慮采用植物富集技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。植物修復(fù)是近年來新興起的一種治理土壤重金屬污染的有效方法。與傳統(tǒng)方法相比，該項技術(shù)省時、省力、無二次污染，既可清除重金屬污染物，還能美化環(huán)境、提高土壤肥力、減少水土流失等。因此，受到越來越多國內(nèi)外環(huán)保工作者的青睞，但此項技術(shù)的關(guān)鍵在于重金屬超積累植物的研究和發(fā)現(xiàn)。

鉛鋅礦區(qū)用于土壤重金屬污染修復(fù)的植物主要有耐性植物和超富集植物[15]。其中超富集植物主要指那些對某些重金屬具有特別的吸收能力，而本身不受毒害的植物種或基因型。目前，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的超積累植物雖時有報道，但數(shù)量較少，如As超積累植物蜈蚣草、Zn超積累植物東南景天、Cd超積累植物油菜和寶山堇菜以及Mn超積累植物商陸等[16-17]。

4. 展望

近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)意識逐漸提高，對重金屬污染修復(fù)治理也有更高的歷史要求。2016年5月28日，國務(wù)院發(fā)布《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”）則為礦區(qū)污損土地的治理提供了牢固的政策支撐。

鳳太礦集區(qū)鉛鋅開采后遺留的環(huán)境問題頗多，大量礦坑及龐雜的礦渣石堆長期威脅著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境及周圍居民的生活。針對礦產(chǎn)開發(fā)引起的各種環(huán)境問題加大研究，是科學(xué)指導(dǎo)環(huán)境保護及環(huán)境治理工作順利展開的重要前提，尋找高效低成本的污染治理方法則是生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵，含磷物質(zhì)是一種廉價有效的重金屬污染土壤修復(fù)劑，可通過施加不同類型的含磷化合物來降低重金屬污染土壤中有效態(tài)重金屬的含量；電動修復(fù)法具有修復(fù)時間短、效果徹底且不會引入環(huán)境有害物質(zhì)、造成二次污染等優(yōu)點；超富集植物修復(fù)成本低、技術(shù)簡單、成本低、對環(huán)境擾動小，便于大面積推廣，是一項很有前景的修復(fù)技術(shù)。

5. 結(jié)論

污損土壤修復(fù)是一個復(fù)雜工程系統(tǒng)，它需要不同工作手段配合才能順利進(jìn)行，鳳太礦集區(qū)土壤污染主要表現(xiàn)為重金屬元素含量超標(biāo)，現(xiàn)有的修復(fù)方法從經(jīng)濟合理性來看，植物修復(fù)技術(shù)以其獨特的環(huán)保性與持久性更容易達(dá)到標(biāo)本兼治的效果，但是針對不同重金屬的元素的超富集性研究還需進(jìn)一步深入，在植物修復(fù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)及電動修復(fù)才能夠更徹底的恢復(fù)土壤原有的健康標(biāo)準(zhǔn)。

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