有色金屬礦山土壤環(huán)境污染治理方式探討

徐松 樊艷云

摘要：礦產(chǎn)資源不僅是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)保障，礦產(chǎn)資源在開發(fā)過程中也會帶來嚴(yán)重的礦山環(huán)境污染問題，特別是土壤污染。在以往的礦山開采中，存在“重采礦、輕保護(hù)”的思想，對廢棄物處理不當(dāng)致使重金屬元素直接或間接進(jìn)入土壤中，并在土壤中累積、遷移、轉(zhuǎn)化，改變了土壤原有的性質(zhì)?，F(xiàn)階段重金屬重大污染事件呈高發(fā)態(tài)勢，對自然生態(tài)和群眾健康造成嚴(yán)重威脅和影響。由于礦山土壤受到污染后，重金屬污染具有隱蔽性、潛伏性、不可逆性、長期性和后果嚴(yán)重性等特點，所以全面加強礦山土壤重金屬污染治理是十分重要的。

關(guān)鍵詞：礦山;有色金屬;土壤環(huán)境污染;治理

前言

在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，礦產(chǎn)資源是十分重要的元素，由于礦產(chǎn)資源在開發(fā)過程中，會帶來嚴(yán)重的土壤環(huán)境污染，如土地退化、肥力衰退、農(nóng)作物減產(chǎn)等，對人體健康及礦產(chǎn)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來了較大影響。土壤污染屬于“看不見的污染”，像大氣污染會通過黑煙滾滾、臭氣熏天等外在形式來警告人們，但是土壤污染很難被人們及時發(fā)現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)土壤污染情況，就會對污染區(qū)域的持續(xù)發(fā)展帶來極大影響。在治理土壤污染中，單純依靠切斷污染源是很難保證土壤的自我修復(fù)，還需要采用合理的土壤污染治理手段，以此保證污染土壤的良好恢復(fù)。

1.礦山開采對土壤環(huán)境的影響

近年來，伴隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦業(yè)也迎來了良好的發(fā)展機遇，在我國，有90%的一次性能源、80%的工業(yè)原料、30%的工農(nóng)業(yè)用水及城鄉(xiāng)用水來源于礦產(chǎn)資源，可以說礦產(chǎn)資源的開發(fā)情況將會直接影響到我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。而礦產(chǎn)資源在開發(fā)過程中，特別是露天開采，會產(chǎn)生大量的廢渣、廢棄物、礦石，其堆放會占據(jù)大量的土地資源，而沒有經(jīng)過處理的廢石、尾礦堆，由于其本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，會造成相應(yīng)的水土流失，甚至還有可能引起地質(zhì)災(zāi)害。在礦石、廢渣等中采礦廢物中，具有相應(yīng)的毒性、酸堿性、放射性，有的還有很多重金屬，這些物質(zhì)會通過水體、大氣等擴(kuò)散，對礦山及周圍的土壤造成極大的破壞，使得生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到極大的影響。礦山廢棄地的土壤結(jié)構(gòu)都比較差，缺乏相應(yīng)的有機質(zhì)含量及植物生長所需的養(yǎng)分，重金屬含量過高，PH值偏低，生物種類少，不利于動植物的生長、活動。在金屬礦山尾礦廢棄地，經(jīng)常會有重金屬污染問題，而在植物生長中，絕大多數(shù)的重金屬都不是植物生長的必須物，銅、汞、鉑、砷、鈾等重金屬不僅會制約植物的正常生長，同時當(dāng)這些重金屬的含量超標(biāo)后，還會對植物造成巨大的傷害。另外，在礦山開采過程中，還會有放射性污染物產(chǎn)生，裸露礦石中的金屬元素會在長期接觸自然條件下出現(xiàn)衰變形成放射性元素，從而隨著雨水沖刷、廢棄物堆積造成土壤污染。

針對有色金屬礦山，土壤污染主要表現(xiàn)在開采、運輸、選礦過程導(dǎo)致礦石及圍巖中的重金屬元素通過廢水、廢氣、粉塵被帶入到礦區(qū)及周邊的土壤。大多礦山在建設(shè)初期由于我國對區(qū)域重金屬污染防控、重金屬污染的控制水平總體較低，導(dǎo)致礦山在發(fā)展歷程當(dāng)中，形成了重金屬污染為主、沿流域污染突出、歷史遺留問題較多的污染格局。有色金屬污染常以某一種元素為主要污染，并伴隨有其他元素的復(fù)合污染的情況，以土壤、地表水、大氣為媒介相互又造成影響。

2.礦山土壤環(huán)境污染治理技術(shù)

由于有色金屬礦山大多集中于人口稀少、交通不便的山區(qū)，在治理礦山土壤環(huán)境污染時，未大多是采用工程措施、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)及農(nóng)藝調(diào)控措施。工程措施是指通過機械工程的方式降低土壤中重金屬含量;物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是對土壤中的重金屬賦存狀態(tài)進(jìn)行改變，將其重金屬的活性，鈍化重金屬，使其可以脫離食物鏈，降低重金屬的毒性;植物修復(fù)技術(shù)主要是通過特殊植物對土壤中的重金屬進(jìn)行吸收，隨后在去除該植物;農(nóng)藝調(diào)控措施主要指采取農(nóng)藝方法控制農(nóng)田重金屬污染。

2.1工程措施

利用物理的方法進(jìn)行污染土壤的修復(fù)，主要包括客土法、翻耕混勻法、去表土法、表層潔凈土壤覆蓋法等?？屯练ǎ〒Q土法）指重污染土壤則多采用客土或換土的方式，但換出的土壤應(yīng)進(jìn)行妥善處理;稀釋法（翻耕混勻）指在污染土壤中加入大量未被污染的土壤來降低重金屬含量;去表土法指將受到重金屬污染的表層土壤清除，然后進(jìn)行翻耕;深耕翻土法（旋耕法）指污染程度輕、土層厚、面積小的污染場地可采用深耕翻土的方法。農(nóng)田重金屬污染工程治理技術(shù)由于涉及工程量大，費用高，只適宜用于小面積的、污染嚴(yán)重的土壤修復(fù);對于大面積農(nóng)田重金屬污染修復(fù)不僅需要大量的人力、物力，成本高，而且容易引起農(nóng)田肥力減弱，耕層破壞。

2.2 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.2.1 化學(xué)固化

對于化學(xué)固化，主要是在土壤中加入相應(yīng)的添加劑、固化劑，使得土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，通過重金屬吸附、沉淀作用，改變土壤中的重金屬存在形態(tài)，降低重金屬的遷移。當(dāng)污染土壤中的重金屬得到固定后，一方面可以減少重金屬向土壤深層、地下水的遷移，另一方面還可以促進(jìn)植被重建。化學(xué)固化的關(guān)鍵在于選擇哪種固化劑，常用的固化劑有沸石、石灰、鋼渣、磷肥、海綠石等，對于不同的固化劑，其固定重金屬的機理是有所不同的，如石灰主要是利用重金屬的水解反應(yīng)，與碳酸鈣共沉淀反應(yīng)機制，來降低土壤中的重金屬?；瘜W(xué)固化可以將重金屬固化在原位，能極大的降低成本。但是化學(xué)固化并不是一種長久的方法，這種方法只是改變了重金屬在土壤中的形體，但重金屬依然是存在與土壤中，土壤依然無法恢復(fù)到最初狀態(tài)，還需要采用后續(xù)的方法對其進(jìn)行處理。

2.2.2 土壤淋洗

主要是利用提取劑，將土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的液相中，土壤經(jīng)過提取劑淋洗后，使用清水進(jìn)行沖洗，可以去除殘留的提取劑，然后將土壤歸還原位進(jìn)行利用，而還有重金屬的液相廢水，則需要進(jìn)一步進(jìn)行處理，重新收回重金屬、提取劑。在土壤淋洗中，提取劑的選擇是最為關(guān)鍵的，目前，常用的土壤重金屬提取劑有鹽酸、硝酸、硫酸、草酸、磷酸、氫氧化鈉、EDTA等，其中EDTA的使用范圍很廣，幾乎可以應(yīng)用在所有的重金屬污染治理中，但是EDTA的成本比較高，其回收也比較困難。而有機酸，如草酸則是天然的提取劑，對環(huán)境沒有污染，同時容易被生物降解，在清除重金屬上也比較穩(wěn)定，值得推廣。

2.2.3 電動修復(fù)

對于電動修復(fù)，主要是通過直流電壓對受到污染的土壤進(jìn)行處理，在土壤的導(dǎo)電性下，形成相應(yīng)的電場梯度，而土壤中的污染物質(zhì)會在電場作用下，出現(xiàn)電滲流、電遷移、電泳等情況，進(jìn)入到電極兩端，從而達(dá)到去除土壤中重金屬的目的。實際中，土壤中的鉛、鋅、銅、鎳、鈾等重金屬及有機化合物都可以通過電動力學(xué)進(jìn)行去除，特別是在低滲性土壤中，去除效果更加。目前常用的電動修復(fù)技術(shù)有Lasagna技術(shù)、電動力學(xué)生物修復(fù)、陽極陶土外罩法等。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)主要是利用部分植物的能忍耐、超量積累重金屬的性質(zhì)，通過植物對土壤中的污染物進(jìn)行提取、揮發(fā)、根際過濾等，隨后再對植物進(jìn)行灰化處理，根據(jù)不同的作用機理，可以將植物修復(fù)技術(shù)分成植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定等幾種情況。

2.3.1 植物提取

主要是通過超級累植物，在土壤中富集一種、多種重金屬，將其轉(zhuǎn)移到植物的地上莖葉、根部可收割部位，對其進(jìn)行收割集中處理。植物提取可以分成持續(xù)性植物提取和誘導(dǎo)植物提取兩種類型，對于前者是利用超級累植物吸收土壤中的重金屬，達(dá)到降低重金屬含量;對于后者主要是通過螯合劑來促進(jìn)普通的植物吸收重金屬。植物提取可以將土壤中的鋅、鉛、鎘、鎳、銅、鉬、234U、238U、239Pu、137Cs等重金屬和放射性元素去除。目前可用于植物提取的植物有很多種，如蜈蚣草、魯白、酸模、龍葵、東南景天、大葉井口邊草等。

2.3.2 植物揮發(fā)

主要是利用植物將環(huán)境中的一些揮發(fā)性污染物去除，植物通過吸收這些污染物，將其轉(zhuǎn)變成氣態(tài)物體從土壤中溢出，然后再進(jìn)行處理。自然界有狠毒哦植物可以將污染土壤中的毒性化合態(tài)硒轉(zhuǎn)變成誤讀的二甲基硒，減輕了硒對土壤系統(tǒng)的毒性。而對于植物揮發(fā)技術(shù)，只能應(yīng)用在處理揮發(fā)性污染物中，所以其應(yīng)用范圍比較狹小，同時污染物轉(zhuǎn)移到大氣中，依然會對人體帶來一定的風(fēng)險，其應(yīng)用比較受限制。

2.3.3 植物穩(wěn)定

主要是利用植物根系的吸收能力、巨大表面積將土壤中的重金屬去除，從而降低重金屬的生物有效性，防止其進(jìn)入到食物鏈、地下水中。利用植物穩(wěn)定性可以有效的去除土壤中的鉛、鉻，同時還可以有效的通過根際環(huán)境的改變來改變土壤中污染物的化學(xué)形態(tài)，如將高毒性的六價鉻轉(zhuǎn)變成無毒性的三價鉻。目前，植物穩(wěn)定這種技術(shù)在廢棄礦山復(fù)墾工程、尾礦庫植被重建中有比較廣泛的應(yīng)用。

2.4農(nóng)藝調(diào)控措施

農(nóng)藝調(diào)控措施主要指采取農(nóng)藝方法，如水分管理、施肥調(diào)控、低累積品種替換、調(diào)節(jié)土壤pH值、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等措施來控制農(nóng)田重金屬污染，直接或間接達(dá)到修復(fù)農(nóng)田重金屬污染的目的。主要包括更改種植模式、施肥調(diào)控等。更改種植模式可一定程度上調(diào)劑重金屬離子的有效性，進(jìn)而降低中暑的危害。例如為了降低土壤鎘的毒性，一般修復(fù)措施可采用旱地改水田種植模式。施肥調(diào)控是指施用的肥料降低重金屬的有效性，減少其對作物的危害和降低植物體內(nèi)的吸收。農(nóng)藝調(diào)控措施具有操作簡單、費用較低、技術(shù)較成熟，缺點是修復(fù)效果有限，僅適應(yīng)于農(nóng)田重金屬輕微和輕度污染的修復(fù);其中，種植結(jié)構(gòu)調(diào)整有可能導(dǎo)致農(nóng)民難以接受及影響糧食數(shù)量安全。

總結(jié)

綜上所述，礦山土壤環(huán)境污染不僅會對礦業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展帶來極大影響，同時還會對礦區(qū)周圍的土壤環(huán)境帶來極大威脅。因此，在實際修復(fù)工作中需考慮多方面的因素，如修復(fù)目標(biāo)、修復(fù)周期、修復(fù)成本、土壤性質(zhì)、修復(fù)后土壤用途、污染物種類和性質(zhì)、污染物濃度水平等，從而選擇科學(xué)、合理的治理手段，對其進(jìn)行高效的治理。有色金屬礦山土壤重金屬多呈復(fù)合性污染，在選擇修復(fù)技術(shù)的時候除針對造成污染的元素進(jìn)行治理外，還要考慮修復(fù)技術(shù)對其他元素的治理效果，盡可能選取可對多種重金屬元素進(jìn)行治理的技術(shù)，考慮采取多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行修復(fù)治理，彌補各種治理技術(shù)的缺點，才能進(jìn)一步取得好的治理效果。

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