生物修復(fù)技術(shù)在煤礦土壤重金屬污染治理的應(yīng)用

杜丹丹 王 金

山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院有限公司 山東 濟(jì)南250013

引言

在我國，煤炭資源都是工業(yè)全面發(fā)展中的主要資源，而我國能源呈現(xiàn)富煤貧油的能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，決定了煤炭資源在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍會是我國主要能源之一。然而，由于使用長時問、大規(guī)模、高強(qiáng)度、粗放式的煤炭開采模式，最終會給開采區(qū)的環(huán)境資源造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。礦山開發(fā)建設(shè)要占用土地，礦產(chǎn)資源開發(fā)中很難避免把占用的土地全部或部分廢棄。尤其是露天煤礦的開采，首先要剝離地表的植被覆蓋層和土壤層，采礦結(jié)束后，原有的宜耕、宜種、宜林、宜牧的土壤不復(fù)存在，造成土壤嚴(yán)重?fù)p失。而且，礦山建設(shè)過程中產(chǎn)生的廢水、粉塵、重金屬等對土壤環(huán)境也有很大的不利影響。重金屬在土壤中的移動性差，難降解，且易在生物體內(nèi)富集并會通過食物鏈對人體造成危害。

1 煤礦區(qū)重金屬污染引起的危害

煤礦周邊重金屬主要通過粉塵遷移沉降、煤矸石風(fēng)蝕淋溶以及煤礦區(qū)酸性廢水外排等方式遷移或富集于土壤造成污染。重金屬污染能直接導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)退化、農(nóng)作物減產(chǎn)及嚴(yán)重威脅動植物健康，重金屬元素易于在土壤中富集，且其穩(wěn)定性強(qiáng)、波及范圍廣，在自然條件下難以降解，富集于土壤中的重金屬通過改變土壤理化特性并影響土壤中營養(yǎng)物質(zhì)直接造成種植的作物品質(zhì)降低，一些Cu、Cd、As、Pb等重金屬超標(biāo)甚至?xí)鹱魑餃p產(chǎn)或絕收。重金屬元素可以被作物吸收，通過食物鏈進(jìn)入人體的各種有毒害元素在體內(nèi)積聚到一定程度能引發(fā)中毒，一些嚴(yán)重的重金屬污染甚至可以通過放射性衰變產(chǎn)生α、β及γ射線，對肝臟、腎臟及肺臟等器官造成損傷甚至癌變。另外，重金屬元素會隨著地表蒸發(fā)和植物蒸騰作用逸散于大氣中，部分會伴隨降雨返回地表匯入地表水和地下水，造成水體污染，且隨著水流運(yùn)動蔓延范圍極廣。重金屬污染隱蔽性極高，一般來說不易被肉眼所察覺，一旦引發(fā)問題將是較為嚴(yán)重且不可逆的巨大危害，引發(fā)嚴(yán)重的土壤、大氣及生態(tài)功能退化。不僅如此，重金屬污染還在一定程度上對土壤中的微生物群落生存環(huán)境發(fā)生改變，減少生物多樣性活力。

2 煤礦土壤重金屬污染生物治理

2.1 植物修復(fù)法 植物修復(fù)法利用特殊植物對土壤重金屬進(jìn)行超富集，降低土壤中的重金屬含量。(1)植物提取。利用植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)土壤中的重金屬并儲存在植物體中，經(jīng)過對植物體的收集處理，可有效減少土壤的重金屬含量。例如研究發(fā)現(xiàn)，遏藍(lán)菜屬植物能有效提取土壤中的鋅和鎘。Brown等人在研究中發(fā)現(xiàn)，遏藍(lán)菜株中的鋅含量為33600 mg/kg，鎘含量為1140 mg/kg，修復(fù)效果顯著。(2)利用植物根系改變周圍的p H值等微環(huán)境條件，改變重金屬的形態(tài)，使其積累于植物根系，達(dá)到清除土壤重金屬的作用。植物修復(fù)技術(shù)相比物理化學(xué)方法具有節(jié)省資金、美化環(huán)境、適用范圍廣、增強(qiáng)土壤肥力等優(yōu)點(diǎn)。不足之處在于具有超富集作用的植物種類較少，而且植物生長比較緩慢，修復(fù)的速率比較低?？蒲腥藛T為解決這一問題，積極探究如何將植物修復(fù)技術(shù)與其他方法相結(jié)合，以達(dá)到更好的修復(fù)效果。例如可以添加螯合劑強(qiáng)化植物的修復(fù)能力。曾做過田間試驗(yàn)，探究絡(luò)合劑EDDS對海州香薷修復(fù)土壤的影響，結(jié)果表明人為添加EDDS能明顯增強(qiáng)海州香薷去除土壤重金屬的能力。

2.2 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù) 物理化學(xué)修復(fù)是指不改變土壤的理化特性，而是直接將土壤中重金屬的賦存狀態(tài)進(jìn)行改變，降低重金屬物質(zhì)在土壤中遷移能力和速率、閉塞或降低其在生物鏈中的通道，隔離其有毒害物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。主要通過客土置換、表土剝離、土壤深耕、化學(xué)固化、土壤淋洗及電動修復(fù)等方法去除或降低重金屬污染物質(zhì)對土壤產(chǎn)生不良影響的方式。物理修復(fù)方法因其操作簡單、不會輕易引起其他負(fù)面作用被廣泛應(yīng)用于我國土壤修復(fù)領(lǐng)域，但適用范圍主要在于受重金屬污染程度較輕的地區(qū)?；瘜W(xué)修復(fù)方法最常用的是通過固定或鈍化重金屬的方式降低其污染程度。此外，由于重金屬理化性質(zhì)的特殊性，較多研究通過在土壤中添加改良劑，利用改良劑與重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物的方式以增強(qiáng)土壤對重金屬的吸附沉淀作用。但部分改良劑的添加，會使土壤中某些金屬的可提取態(tài)含量增加，天然提取高分子化合物改良劑會引起植物中毒等。值得注意的是，物理化學(xué)修復(fù)能較為有效地對重金屬污染面積較小的區(qū)域進(jìn)行土壤修復(fù)，污染面積過大，修復(fù)成本較高，操作過程中可能會破壞土壤結(jié)構(gòu)，部分沉淀物常年積累于土壤中難以外排，對污染土壤不當(dāng)?shù)奶幹萌菀壮蔀樾碌沫h(huán)境污染源，另外會引起土壤結(jié)構(gòu)破壞、生物活性下降和肥力退化等問題。

2.3 動物修復(fù)法 土壤中的動物能起到降低土壤中重金屬含量的作用。例如在考慮蚯蚓耐受性的基礎(chǔ)上使其攝食土壤中的重金屬，之后便可以通過各種方法清除土壤中的此類蚯蚓，達(dá)到清除土壤重金屬的目的。蚯蚓的代謝過程也會使重金屬發(fā)生鈍化，降低毒性。動物修復(fù)技術(shù)方便簡單，節(jié)約資金，但治理效率低，僅適用于污染較輕的土壤。

結(jié)語

越來越嚴(yán)重的重金屬污染威脅著社會的可持續(xù)發(fā)展。雖然目前的修復(fù)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種土壤環(huán)境，但是各種技術(shù)依然存在著不同的局限，所以大力開發(fā)更加高效廉價的新型土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)依然十分必要。除此之外，政府應(yīng)制定更加嚴(yán)格的管控條例，嚴(yán)查工業(yè)排放，督促企業(yè)工廠升級設(shè)備，控制化學(xué)農(nóng)藥使用量，加大土壤保護(hù)宣傳力度，提高人們保護(hù)土壤的意識。