小秦嶺金礦區(qū)污損土地調(diào)查及修復(fù)治理技術(shù)

摘要 為了修復(fù)金礦區(qū)污損土地，改善生態(tài)環(huán)境，合理利用土地，本研究以小秦嶺金礦區(qū)污損土地調(diào)查為依據(jù)，提出了綜合利用物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)技術(shù)，結(jié)合土地工程中的土體重構(gòu)科研技術(shù)，對(duì)污損土地進(jìn)行修復(fù)治理。通過(guò)逾6年的實(shí)踐，治理項(xiàng)目取得生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為行業(yè)發(fā)展提供了有益借鑒。

關(guān)鍵詞 土地工程；污損土地修復(fù)；污染調(diào)查；土體重構(gòu)；小秦嶺金礦區(qū)

中圖分類號(hào) X53；X753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）16-0173-03

Survey and Remediation and Treatment Technology of Polluted Land in Xiaoqinling Goldfield

LIU She-tang 1，2

（1 Shaanxi Land Engineering Construction Group，Xi′an Shaanxi 710075； 2 Key Laboratory of Degraded and Unused Land Consolidation Engineering，the Ministry of Land and Resources of China）

Abstract In order to remedy the polluted land in goldfield，improve the ecological environment and use the land rationally，based on the survey of polluted land in Xiaoqinling goldfield，this paper proposed the comprehensive application of physical，chemical and biological remediation technologies，and combined with the scientific soil reconstruction technology of land engineering to accomplish the remediation and treatment of polluted land.With the practices accumulated over a period of more than six years，the pollution control project has achieved the ecological，social and economic benefits and provided significance reference for the industry development.

Key words land engineering；remediation of polluted land；pollution survey；soil mass reconstruction；Xiaoqinling goldfield

礦業(yè)活動(dòng)是一把雙刃劍，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。隨著全球礦產(chǎn)價(jià)格上升，中央及地方礦產(chǎn)勘查投資總額不斷增加，我國(guó)礦產(chǎn)資源總量不斷突破，不斷發(fā)現(xiàn)一大批礦產(chǎn)資源基地，2014年底礦業(yè)開(kāi)發(fā)面積達(dá)到1 008萬(wàn)hm2，僅非油氣類礦山數(shù)量就達(dá)92 061家，產(chǎn)值15 552億元[1]（圖1）。

礦山生產(chǎn)過(guò)程中造成的土地?fù)p毀極為嚴(yán)重，盡管國(guó)家環(huán)保法律法規(guī)提出了“誰(shuí)污染誰(shuí)治理、誰(shuí)開(kāi)發(fā)誰(shuí)保護(hù)”的原則，部分礦山邊開(kāi)采、邊防治，其中已有4.8%得到恢復(fù)，但仍有不少礦企沿用較為野蠻的開(kāi)采模式[2]。從不同礦業(yè)活動(dòng)對(duì)土地?fù)p毀情況來(lái)看，露天采場(chǎng)損毀土地最為嚴(yán)重，占39%，采空沉陷區(qū)占27%，礦石堆及選場(chǎng)占17%，固體廢棄物占13%，礦山建筑占4%。從不同礦種對(duì)土地?fù)p毀情況來(lái)看，非金屬類礦山（如石灰石礦、黏土礦、石墨礦等）損毀最為嚴(yán)重，占42%，能源類（如石油、煤炭等）占41%，金屬類礦山所占比重較小，為17%。

生態(tài)自然環(huán)境自身穩(wěn)定性弱，不合理開(kāi)采對(duì)土壤、大氣、水環(huán)境等多種生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。按照黨的十九大和國(guó)家新《憲法》提出的生態(tài)文明建設(shè)宏偉藍(lán)圖，礦業(yè)活動(dòng)必須堅(jiān)持資源開(kāi)發(fā)利用全過(guò)程環(huán)境控制，實(shí)現(xiàn)與生態(tài)文明、環(huán)境保護(hù)的和諧統(tǒng)一。以“生態(tài)型土地整治+”理念，對(duì)污損土地進(jìn)行修復(fù)治理，因地制宜地規(guī)劃設(shè)計(jì)、有序整治、合理開(kāi)發(fā)顯得尤為迫切。

1 小秦嶺金礦區(qū)概況

小秦嶺金礦區(qū)位于關(guān)中平原東端潼關(guān)縣，地理位置為東經(jīng)110°08′00″～110°29′00″，北緯34°23′00″～34°38′00″；主要以石英脈型金礦為主，位于秦嶺南部山區(qū)，礦物加工和冶煉位于山外農(nóng)業(yè)區(qū)，金礦開(kāi)發(fā)始于1975年，并于1985—2000年達(dá)到頂峰[3]。

2 農(nóng)田土壤污染和損毀情況

潼關(guān)縣歷史累計(jì)產(chǎn)金94 t，總產(chǎn)值130億元，利稅超過(guò)20億元，為國(guó)家黃金生產(chǎn)和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。但不合理的開(kāi)采模式使該地區(qū)產(chǎn)生了兩大嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題——物理性問(wèn)題與化學(xué)性問(wèn)題[4]。

2.1 物理性問(wèn)題

潼關(guān)縣黃金產(chǎn)業(yè)巔峰時(shí)期分布的采礦坑口逾2 000個(gè)，排放的尾礦渣、廢石約800萬(wàn)t，占?jí)和恋亍⒅脖幻娣e逾200 hm2，礦區(qū)土壤侵蝕規(guī)模達(dá)到3 448.7 t/（km2·年），導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重；采礦活動(dòng)將廢棄的固體礦渣隨意傾倒在山坡上，破壞地貌景觀的同時(shí)占?jí)毫舜罅客恋?，毫無(wú)防護(hù)的尾礦庫(kù)順著山坡自由滾落，不僅阻礙溝底行洪，還為泥石流提供了物源基礎(chǔ)。歷史上潼關(guān)縣曾發(fā)生過(guò)多起泥石流災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)損失慘重、人員傷亡巨大。其中，1994年7月發(fā)生的泥石流災(zāi)害損失最為嚴(yán)重，造成51人死亡，逾100人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失逾1億元；最近一次重大災(zāi)害發(fā)生于2010年7月，造成多人死傷、沖毀民房逾20間。

2.2 化學(xué)性問(wèn)題

小秦嶺金礦區(qū)采用混汞法、氰化法等數(shù)種選礦技術(shù)，由于提金選礦技術(shù)工藝的差異，導(dǎo)致尾礦渣中的重金屬元素含量高。一方面，尾礦渣中的重金屬物質(zhì)隨地表徑流嚴(yán)重污染下游土地；另一方面，高含量尾礦渣、氰化渣隨意堆放在田間地頭、河道兩側(cè)、村前屋后，受大風(fēng)揚(yáng)塵、降水淋溶和河水搬運(yùn)等作用，對(duì)河水、農(nóng)田和大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。再加上礦坑廢水、選廠尾礦漿排放，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)7條河流中氫化物、Hg、Pb、Cd、Cr嚴(yán)重超標(biāo)，其對(duì)土壤和水環(huán)境污染的危害尤為嚴(yán)重。

3 土壤污染調(diào)查與修復(fù)方式

由于各地土壤性質(zhì)、氣候條件、污染程度都不盡相同，并且土壤污染具有復(fù)雜性、多樣性和復(fù)合型特點(diǎn)，而污損檢測(cè)技術(shù)不夠成熟，為確保修復(fù)治理科學(xué)有效、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理，必須做好污染調(diào)查這一基礎(chǔ)性工作。首先進(jìn)行區(qū)域污染調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，其次在調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)上確定場(chǎng)地修復(fù)設(shè)計(jì)方案，最后確定適當(dāng)?shù)男迯?fù)方式。

3.1 土壤污損情況調(diào)查

3.1.1 污損識(shí)別。調(diào)查區(qū)域及周邊存在隨機(jī)積存的殘留物和泥石流隱患以及可能的污染源，包括選尾礦、混磨礦渣、氰化物渣等。

3.1.2 場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查。重點(diǎn)調(diào)查氫化物、Hg、Pb、Cd、Cr是否超標(biāo)，以及對(duì)土壤和水環(huán)境的污染程度。這是基于采樣和分析的污染證實(shí)環(huán)節(jié)，如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)查結(jié)果顯示環(huán)境條件可以接受，環(huán)境調(diào)查則進(jìn)入下一步。

3.1.3 編制調(diào)查環(huán)境報(bào)告。若調(diào)查確認(rèn)污染事實(shí)，需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估或污染修復(fù)時(shí)，則要進(jìn)行場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查測(cè)定。主要是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和土壤、地下水修復(fù)過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試。

3.1.4 調(diào)查結(jié)果。由圖2可見(jiàn)，礦區(qū)高危險(xiǎn)度以上的礦渣型泥石流隱患溝占總數(shù)的74.6%，防治刻不容緩。

3.2 污染土壤修復(fù)技術(shù)與方式選擇

在對(duì)土壤污損情況調(diào)查清楚的基礎(chǔ)上，必須將土壤修復(fù)技術(shù)與土地整治工程深度融合，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)治理。

3.2.1 土壤修復(fù)。著重于消除、降低、穩(wěn)定或轉(zhuǎn)化場(chǎng)地中目標(biāo)污染物的處理、處置技術(shù)，包括物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物學(xué)技術(shù)。物理修復(fù)是通過(guò)物理過(guò)程（如機(jī)械分離、揮發(fā)、點(diǎn)解和解吸）來(lái)消除、減少、穩(wěn)定或轉(zhuǎn)化土壤污染物?；瘜W(xué)修復(fù)是通過(guò)化學(xué)品或制劑與污染物的氧化、還原、吸附、沉淀、聚合反應(yīng)，將土壤或地下水中的污染物分離、降解、轉(zhuǎn)化或穩(wěn)定成低毒、無(wú)毒和無(wú)害的形式，或形成沉淀去除。生物修復(fù)是指利用植物、動(dòng)物和微生物吸收、降解、轉(zhuǎn)化土壤和地下水中污染物，將污染濃度降到可接受水平，或?qū)⒂卸?、有害物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒和無(wú)害物質(zhì)，包括穩(wěn)定污染物，減少其擴(kuò)散到周圍環(huán)境[5]。

3.2.2 修復(fù)技術(shù)選定。在分析前期污染地環(huán)境調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦區(qū)及周邊特征條件、目標(biāo)污染物、修復(fù)目標(biāo)、修復(fù)范圍和修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)短，選擇確定修復(fù)總體思路。依據(jù)污染土地具體情況，按照固定模式，在實(shí)驗(yàn)室和田間進(jìn)行實(shí)際土壤修復(fù)技術(shù)篩選以及應(yīng)用條件、修復(fù)效果評(píng)估和環(huán)境安全評(píng)測(cè)[6]。

3.2.3 實(shí)施“生態(tài)型土地整治+”。土地整治是指對(duì)低效利用、不合理利用、未利用以及生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)和自然災(zāi)害損毀的土地進(jìn)行整治以提高土地利用效率的活動(dòng)。以土體重構(gòu)技術(shù)為依托，從系統(tǒng)視角出發(fā)，將礦區(qū)修復(fù)與土地生態(tài)整治視為完整系統(tǒng)，對(duì)土地、灌排水、道路、林網(wǎng)進(jìn)行整治，對(duì)地表土體進(jìn)行復(fù)墾、改良，即對(duì)山、水、田、林、湖、草、石以及人居的系統(tǒng)進(jìn)行治理開(kāi)發(fā)。修復(fù)思路和模式確定后，從主要技術(shù)指標(biāo)、修復(fù)工程成本和適應(yīng)性措施中選擇可行性的方案，確定科學(xué)有效、實(shí)用經(jīng)濟(jì)的修復(fù)治理方案[7]。

4 小秦嶺礦區(qū)污損土地修復(fù)治理

2012年以來(lái)，國(guó)土資源部和財(cái)政部為小秦嶺金礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理提供了一定的資金，主要用于農(nóng)業(yè)土地污染治理，小秦嶺礦區(qū)污損土地修復(fù)治理被指定為國(guó)家礦山地質(zhì)環(huán)境治理示范項(xiàng)目[8]。

4.1 修復(fù)內(nèi)容

小秦嶺金礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理工程具體分為3期，實(shí)施內(nèi)容見(jiàn)表1。該修復(fù)治理工程資金落實(shí)及設(shè)計(jì)依據(jù)前述內(nèi)容確定后，市縣國(guó)土部門以及項(xiàng)目建設(shè)、實(shí)施部門針對(duì)重金屬超標(biāo)土壤分布區(qū)域采取土體有機(jī)重構(gòu)技術(shù)，即在已污損土壤分布區(qū)采用覆土、隔離等技術(shù)，最大程度地消除了重金屬對(duì)土壤的污染，主要進(jìn)行了以下3項(xiàng)修復(fù)工程。

4.1.1 污染物隔離、降解工程。在修復(fù)項(xiàng)目區(qū)，重新開(kāi)挖70 cm耕層覆土和10 cm石灰土墊層，采用10 cm石灰土墊層分離重金屬污染，確保栽培作物安全；70 cm耕植土為下層40 cm壓實(shí)黃土和上層30 cm不壓實(shí)的凈黃土，土體疏松，使土體得到有機(jī)重構(gòu)，利于雨水下滲和水土保持。

4.1.2 新增建設(shè)用地工程。拆除廢棄選礦設(shè)施，對(duì)于選礦廠污染土地，整平后覆蓋黃土，作為建設(shè)用地。

4.1.3 復(fù)墾還田工程。清理村前屋后、田間地頭、河道兩側(cè)的尾礦渣及廢棄尾礦庫(kù)；對(duì)于面積較大的尾礦渣（場(chǎng)），進(jìn)行推平、碾壓、覆蓋黃土，在保障農(nóng)產(chǎn)品安全的前提下，恢復(fù)耕地。

4.2 修復(fù)治理主要工藝

在上述三大項(xiàng)工程具體實(shí)施過(guò)程中，綜合解決固廢污染問(wèn)題成為重中之重，項(xiàng)目建設(shè)和實(shí)施方著重應(yīng)用物理隔離法和物理置換法進(jìn)行污損土地修復(fù)治理，取得了較好效果。

4.2.1 物理隔離法。物理隔離法實(shí)際施工工藝看似簡(jiǎn)單，但其關(guān)鍵在于隔離層的選擇。

考慮隔離層要具有惰性、有害物質(zhì)含量低、滲透系數(shù)小、價(jià)廉易得等特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選擇黃土、熟石灰、細(xì)沙組成的“三合土”作為隔離層，起到隔水作用，防止重金屬揮發(fā)或隨毛細(xì)管作用向表土層遷移。同時(shí)，熟石灰可改善土壤pH值，降低土壤中Pb、Cd的生物有效性[9]。

物理隔離法具體操作如下：一是整平現(xiàn)場(chǎng)堆渣，進(jìn)行高處挖低，低處填高，整平碾壓處理；二是鋪設(shè)“三合土”墊層隔離，“三合土”墊層厚10 cm；三是在“三合土”墊層上部覆土，底部壓實(shí)素土厚40 cm，上部松散有機(jī)土厚30 cm，見(jiàn)圖3（a）～（c）。修復(fù)治理后如圖3（d）所示。

4.2.2 物理置換法。物理置換法主要通過(guò)深翻，將地表以下一定深度內(nèi)土壤翻至地表，改變地表土壤耕植條件。應(yīng)結(jié)合大氣污染型、河水灌溉型、污水灌溉型和尾礦渣淋溶型土壤垂直方向重金屬含量變化情況進(jìn)行置換，若土壤垂直方向上重金屬含量超標(biāo)深度超過(guò)60 cm，則深翻換土無(wú)法修復(fù)土壤。

4.3 覆土厚度選擇

精準(zhǔn)選擇隔離層、凈土層、耕作土層的覆土厚度是影響土地修復(fù)治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)擬復(fù)治理農(nóng)田的區(qū)域試驗(yàn)，在同一覆土厚度下，檢測(cè)不同農(nóng)作物中重金屬含量，以及在不同覆土厚度（30、50、70、90 cm）條件下，檢測(cè)同一農(nóng)作物中重金屬含量，最終確定主要農(nóng)作物安全覆土厚度及尾礦渣場(chǎng)地復(fù)墾技術(shù)方法。

由表2～3可知，30、50、70、90 cm覆土厚度土壤重金屬含量均符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）。不同農(nóng)作物安全覆土厚度以70 cm為最佳，通過(guò)試驗(yàn)以及綜合類比考慮，確定了物理隔離法具體覆土措施為底部尾礦渣推平壓實(shí)+中部10 cm隔離層+上部40 cm凈土壓實(shí)+頂部30 cm凈土。在確定恰當(dāng)?shù)母餐梁穸群螅\(yùn)用隔離法及土體重構(gòu)融合的工藝工程，在項(xiàng)目區(qū)大力推廣應(yīng)用，加快了修復(fù)治理進(jìn)程。由于正確選擇了區(qū)域內(nèi)適宜生長(zhǎng)的農(nóng)作物種類，使該治理區(qū)域修復(fù)基本達(dá)到了預(yù)期效果。

4.4 修復(fù)治理效果

經(jīng)過(guò)逾6年的探索實(shí)踐，小秦嶺金礦區(qū)經(jīng)治理后環(huán)境得到了極大改善，恢復(fù)土地面積可觀，土地平坦，農(nóng)作物及植被生長(zhǎng)情況良好，還原了青山綠水，提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。工程、生態(tài)環(huán)境管理和農(nóng)田水利建設(shè)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了新的生態(tài)環(huán)境體系，不僅優(yōu)化了土地利用結(jié)構(gòu)，而且保護(hù)了生物多樣性[10]。金礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境治理一期工程新增建設(shè)用地2.20 hm2，新增耕地93.00 hm2，新增林地38.27 hm2；二期工程新增耕地用地520.00 hm2、林地173.33 hm2、建設(shè)用地104.67 hm2。

2014年以來(lái)，陜西省政府組織有關(guān)單位，對(duì)以關(guān)中地區(qū)為主的污損土地修復(fù)治理進(jìn)行了探索和實(shí)踐，已累計(jì)完成土地整治和新增耕地2.4萬(wàn)hm2，其中關(guān)中地區(qū)1.6萬(wàn)hm2。通過(guò)土地污染防治，改善了土地環(huán)境質(zhì)量，新增了建設(shè)和發(fā)展用地，探索實(shí)踐出了加快土壤污染治理、加快生態(tài)恢復(fù)的有益之路。

5 結(jié)語(yǔ)

陜西省政府機(jī)構(gòu)和土壤修復(fù)治理有關(guān)單位在工程實(shí)踐和科研探索中發(fā)現(xiàn)，目前土壤修復(fù)行業(yè)處于產(chǎn)業(yè)初始成長(zhǎng)期，土壤修復(fù)資金來(lái)源及責(zé)任主體急需有效落地，推廣可行技術(shù)與加大人才培養(yǎng)是行業(yè)發(fā)展當(dāng)務(wù)之急。

國(guó)務(wù)院于2016年5月印發(fā)了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確了土壤污染防治工作全面戰(zhàn)略部署，確定了治理與修復(fù)重點(diǎn)，明確“到2020年，受污染土地治理與修復(fù)面積要達(dá)到1 000萬(wàn)畝?！边@意味著4 500億元的環(huán)保產(chǎn)業(yè)新增產(chǎn)值市場(chǎng)正在逐步形成。黨的十九大報(bào)告和2018年新《憲法》明確指出，要加大自然生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境保護(hù)力度，切實(shí)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，提出“綠水青山就是金山銀山”。鑒于土壤環(huán)境狀況不容樂(lè)觀，且國(guó)內(nèi)仍有少量土壤污染事件發(fā)生的現(xiàn)實(shí)，基于人民群眾對(duì)美好生活的向往與發(fā)展不充分、不平衡之間的主要矛盾，必須堅(jiān)持資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的基本國(guó)策，強(qiáng)力推進(jìn)生態(tài)工程，為構(gòu)筑國(guó)家生態(tài)安全屏障和建設(shè)美麗中國(guó)做出貢獻(xiàn)。

6 致謝

本研究得到中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心礦山環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)徐友寧研究員等科研人員的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。

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