金屬礦山重金屬污染廢棄地土壤修復技術(shù)分析

李 洚

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000）

礦產(chǎn)資源作為人們生產(chǎn)生活的基本，這種資源的開發(fā)利用為發(fā)展國民經(jīng)濟起到重要推動力的同時，也引發(fā)了比較嚴峻的環(huán)境問題。中國部分地方礦山資源較豐富，但由于中國現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的金屬礦被開發(fā)，而隨著礦山開發(fā)年份的增長，礦山周圍生態(tài)環(huán)境中土壤有色重金屬污染現(xiàn)狀也日趨嚴峻，并越來越為人類所重視，如果生態(tài)環(huán)境中的土壤重金屬積聚到一定程度，就會造成土壤退化、地表水和地下水的環(huán)境污染，或經(jīng)由植物進入食物鏈被人或動物攝食，從而影響人類身體健康。所以，有必要對這一問題加以密切重視，并采取相應的預防措施。

1 何為重金屬污染

重金屬物質(zhì)污染物指由泥土中重金屬污染或其物質(zhì)所引發(fā)的污染物。重金屬物質(zhì)即比值超過五的金屬材料，(通常指密度超過四點五克每立方厘米的金屬材料)，目前大概有四十五種，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、釩、鈮、鉭、鈦、汞、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。其中錳、銅、鋅等多種重金屬物質(zhì)都是身體生命活動中所急需的微量元件，但很多重金屬物質(zhì)如汞、鉛、鎘等并沒有身體生命活動所急需，甚至任何多種重金屬物質(zhì)若達到一定含量都對人類健康不利，汞，鎘，鉛，砷，鉻稱之為"五毒"元素，含有對汞、鎘、錳、鉛及砷等生物危害性較顯著的重金屬單質(zhì)，及物質(zhì)對自然環(huán)境的污染物影響很大[1]。

2 重金屬污染的特點

重金屬所形成中毒的含量范圍通常較低；在通常情況下，有機重金屬無法被微生物所降解，但可以發(fā)生形式的化學變化；危害性主要與存在的形態(tài)和價態(tài)相關(guān)；重金屬污染物多是復合型污染物，來源相對復雜，常以無機與有機混合物的形態(tài)流入周圍環(huán)境，且同時存在著各種金屬，共同形成相應的協(xié)同效應或拮抗效果，對周圍生物與人類形成重大危害；而有機重金屬經(jīng)過食物鏈實現(xiàn)生物放大，流入體內(nèi)，對人類形成慢性中毒[2]。

3 土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

3.1 土壤重金屬污染呈現(xiàn)區(qū)域性分布

通過對可靠數(shù)據(jù)研究的證實，目前中國土壤重金屬污染總體上呈現(xiàn)出大地區(qū)分布的現(xiàn)象。其中，中國全國的東、中、西地帶因為范圍差異，環(huán)境污染程度也具有一定的差異，而中部地帶環(huán)境污染相對嚴重，東與西地帶的環(huán)境污染則相對較弱。究其原因在于，中東部地帶的煤炭礦井和金屬礦區(qū)數(shù)量較多，在其采礦過程中造成大量土地遭受重金屬的污染[3]。

3.2 以無機元素為主要污染物

現(xiàn)階段，從全國土壤的環(huán)境污染狀況而言，已出現(xiàn)大量土壤點位超標的狀況，大多以無機化學元素成為了重點污染源，其主要涉及鉛、錳、鋅、鎘、汞、鎘、鈷、銅等無機化學元件。而當中，又以鎘元素的超標點位數(shù)量最多。但根據(jù)區(qū)域劃分狀況來看，污染物在區(qū)域間的分配還是具有一定的特殊性。如華南遭受砷、鉛等重金屬污染比較嚴重；東北如吉林、遼寧等老工業(yè)生產(chǎn)基礎地區(qū)，受錳、砷、鉛等重金屬污染比較嚴重；中西部地區(qū)，如云南等地受砷、鉛、鎘等金屬環(huán)境污染比較嚴重。

3.3 土壤重金屬污染治理相對復雜

如果說土地在遭受了重金屬污染之后，是無法輕易分解的，而農(nóng)田一經(jīng)遭受了重金屬污染，就基本無法修復。而與此同時，又因為泥土當中含有膠體，使重金屬物質(zhì)可以進一步富集，所以長此以往，重金屬污染就會更加嚴峻。由于危害人們的正常生產(chǎn)以及生活方式等，因此土地PH值也會出現(xiàn)相應的改變，土地中重金屬含量也會因為化學反應而使其價態(tài)以及形式上都遭到不同程度的危害。此外，由于土壤重金屬污染是人們無法利用感官加以容易辨別的，所以土壤重金屬污染也常常是在很多年之后才被人們發(fā)覺的，這也使得土壤重金屬污染處理難度進一步增加[4]。

4 金屬礦山土壤重金屬污染和危害

4.1 金屬礦山土壤重金屬污染的來源

金屬礦周圍土地中的有害重金屬，除了本身因為地球化學影響而可以導致背景值的偏高外，其它則大多來自于金屬礦業(yè)開挖、洗選、搬運等流程中廢渣、污水的排出和固態(tài)廢棄物的堆積。而露采或坑采的鉆進、開挖爆破，以及金屬礦物裝卸搬運等過程產(chǎn)生的灰塵和揚塵中也帶有巨量的有害重金屬，并通過降雨的淋溶流入周圍土地；而工業(yè)廢水則一般分為坑內(nèi)水，選礦、冶金工業(yè)廢水和尾礦池水等，污水中以酸式居多，以帶有巨量的有害重金屬和放射性、危險元素為特點。有色金屬股份有限公司的工業(yè)固體廢棄物，一般是指在采礦流程中所形成的剝離物質(zhì)和廢石，還有在選煤流程中所排棄的尾礦，而此類工業(yè)固體廢棄物如果在露天存放，很容易迅速風化，并借助降水、酸化等因素影響向礦井周圍傳播，進而造成土壤重金屬污染[5]。

4.2 金屬礦山土壤重金屬污染的特點

與其它污染物形式不同的是，由于金屬礦山含有毒重金屬廢棄物類型很多，而且土壤重金屬污染都有其各自特征，對自然環(huán)境的損害方式和污染程度也都不相同，主要體現(xiàn)為：第一，土壤重金屬污染通常需要經(jīng)過對土地和耕地樣本加以檢測后才能確認，存在滯后性和隱藏。第二個，重金屬物質(zhì)在泥土中并不易于遷移、擴展和稀釋，而是很易在泥土中繼續(xù)積聚并嚴重超標，因而具備難積聚性。第三個，土壤重金屬污染的自我降解過程是相當艱難的，因為積聚在泥土中的土壤重金屬很難靠稀釋效應和自凈作用來去除，因而具備不易治理性和不可逆性。

4.3 金屬礦山土壤重金屬污染的危害

土地被環(huán)境污染后，由于這些廢水能較長時間出現(xiàn)于土地自然環(huán)境中，且無法去除，因此容易被人們所忽略。對土壤重金屬污染的主要影響因素包括：首先，影響植被正常生長發(fā)育[6]。當土地中的重金屬經(jīng)過降雨淋溶作用向下滲入，不但會造成對地下水的環(huán)境污染，而且還會把金屬礦山附近的植被同化，從而影響植被的正常生長發(fā)育。其次，損害人類健康。被環(huán)境污染的土地若徑直裸露于自然環(huán)境中，為人或動物所吸附后，會極大影響人們健康。終于，降低了土地的生態(tài)功效。重金屬污染可顯著影響土地的生化特性，從而減少土壤細菌數(shù)量和活性菌數(shù)量，并降低了土地體系中的生物多樣性，進而影響了土地生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的平衡。

5 土地重金屬污染來源

5.1 工業(yè)生產(chǎn)活動污染

大量礦山、石化、鋼鐵、化工醫(yī)藥、紡織、建筑金屬的表面處理工作與加工和工業(yè)活動中產(chǎn)生的大量的廢氣、廢渣、日常生活廢棄物等，在重力作用下產(chǎn)生的沉降量方式和隨雨水下降到地球表面，再進入土壤。這在中國南部區(qū)域體現(xiàn)的十分明顯。

5.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的污染

化肥和農(nóng)藥長期不合理和過量使用，導致土壤重金屬污染，大部分的農(nóng)藥都含鎘、汞等重金屬，肥料中也存在鎘等金屬，在中國現(xiàn)代化農(nóng)作物中為了高產(chǎn)，肥料的大規(guī)模使用、地膜的大規(guī)模推廣使用以及農(nóng)藥管理的不合理使用，增加了土壤的重金屬污染[7]。

5.3 對城市生活垃圾處理的環(huán)境污染

現(xiàn)階段，全國還有很多大中城市的部分生活垃圾處理問題沒有解決，而是采取直接運輸?shù)娇h城郊區(qū)野地堆積后填埋處置，里面有大量的廢棄電器、電池等富含土中重金屬的垃圾，由于常年日曬雨淋漸溶分解，使大部分有色重金屬滲入土中，形成污染。

5.4 物流污染

重點是高速公路物流和鐵路物流。在交通方面，由于中國車輛的增加，由于汽油運輸在中國交通運輸?shù)闹鲗У匚?，汽車尾氣的鉛污染問題已經(jīng)比較嚴重。

5.5 城市污水灌溉

因為中國北方地區(qū)的旱災、缺水現(xiàn)象嚴重，所以城市污水灌溉問題嚴重。污水雖然經(jīng)一定處理后，但卻存在了不少重金屬離子，并隨著污水灌溉而流入泥土中，工業(yè)發(fā)展地方大量利用地下水，影響農(nóng)作物澆灌用水，但可以利用經(jīng)處理后的污水澆灌，直接污染了土壤[8]。

6 金屬礦山土壤重金屬污染的治理途徑

6.1 物理方法

物理修復，是指利用物理或化學方法消除環(huán)境中廢物的技術(shù)。主要包括了溫度力修補、蒸汽浸提法修補等化學熱處理，以及電動力學修補、壓裂法修補、機械穩(wěn)定性修復、物理分離等工程處理技術(shù)。通常情況下，熱處理技術(shù)主要針對汞污染物，作用較為顯著，但工作量很大，費用也較高，且容易使土壤中有機質(zhì)的含量和土壤水遭受損害。

6.2 物理化學方法

物理化學方法一般包括三類：一類是土地電子修復法。這是一種新興的經(jīng)濟型土地修復，在不攪動土地的技術(shù)基礎上，在含有污染土壤的電解池二端使用直流電壓產(chǎn)生電荷梯度，土地中的土地重金屬物質(zhì)經(jīng)由電子轉(zhuǎn)移、電滲流以及電泳等的路徑，被送往位處于電解池二極的電子處置室中并經(jīng)過更進一步的處理過程，進而達到對污染土壤樣品的減污以及凈化。另一類則是土壤淋洗法。是指通過使用有機水或無機酸等淋洗溶液，把土固相中的重金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)移至溶液中，而后再將含有土中有機重金屬的廢物進行收集處置。方法一般是玻璃化技術(shù)法，對一些特殊重金屬物質(zhì)，使用電極反應過程中加熱使重金屬物質(zhì)污染過的土壤融化，在凝結(jié)后生成相對比較穩(wěn)定的玻璃態(tài)物[9]。

6.3 化學方法

化學修復技術(shù)是指通過添加在泥土中的生化修飾劑萊姆、沸石、鈣鎂磷肥等與污染進行生化直接反應，以高效減少泥土中重金屬物質(zhì)的水溶性、彌散性和生態(tài)有效性，使得泥土中的有機重金屬從單質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶物質(zhì)，進而使土壤污染物被完全降解或毒性被消除或減少的化學修復工藝[10]。

6.4 農(nóng)業(yè)方法

農(nóng)作物生態(tài)恢復是近年來興起的土壤修復技術(shù)，是指因地制宜地調(diào)整一些耕地管理制度，在重金屬污染土地中栽種不能排入食品鏈的植被，并選用可以減少土壤重金屬污染的肥料，如增施可以穩(wěn)定土地重金屬物質(zhì)的有機肥等舉措來減少土壤重金屬污染，進而改變土地中有機重金屬的生物學活力，從而減少其生態(tài)有效性，減少土地有機重金屬由土地向糧食作物的轉(zhuǎn)移，進而起到減少其危害性的目的。

6.5 生物方法

污染土地的生態(tài)恢復主要包括了植物修復技術(shù)、微生物恢復技術(shù)以及動物恢復技術(shù)。植物恢復技術(shù)是指使用天然生長環(huán)境或通過遺傳工程培養(yǎng)的植物植株以及共存有機微生物系統(tǒng)，去除污染的各種環(huán)境治理技術(shù)。微生物學恢復技術(shù)，是指運用土地中特定細菌的生物活力對重金屬物質(zhì)產(chǎn)生吸收、沉積、抗氧化和還原等功能，將重金屬物質(zhì)分子轉(zhuǎn)變?yōu)榈投净瘜W物質(zhì)，進而減輕土地中重金屬物質(zhì)的毒害。而動物恢復技術(shù)則是指運用土地中特定動物能夠吸收重金屬物質(zhì)的特點，在一定程度上減少或污染土壤中重金屬濃度。和其它解決重金屬污染的技術(shù)手段比較，生物修復技術(shù)設備較簡單、投入較低、且無二次污染問題，但治療效率較低。

6.6 土壤淋洗法

使用淋洗液可以把土地固相含量中的土壤重金屬遷移至土地液象學中，然后再將含有土地中有機重金屬的廢物進行回收處理。該工藝技術(shù)的重點在所于對淋洗液的正確選用，即既能提煉土地中有機重金屬物質(zhì)又不損傷土地內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但一旦選用得不好，新引進的淋洗液很有可能性會產(chǎn)生第二次環(huán)境污染。

6.7 玻璃化技術(shù)法

使用電極加溫將重金屬物質(zhì)危害的土層融化，凍結(jié)后產(chǎn)生比較穩(wěn)定的玻璃態(tài)化合物。使用時，必須先在土層內(nèi)埋沒金屬材料或石墨等導電物質(zhì)。因為在通常條件下玻璃外殼十分穩(wěn)固，普通的化學試劑無法打破它的分子結(jié)構(gòu)，所以玻璃化工藝對一些特定重金屬物質(zhì)(如放射性廢物)是十分合適的。但是玻璃化工藝相對較復雜，實際使用中容易產(chǎn)生難以達到統(tǒng)一的熔融和地下水的滲入等現(xiàn)象，并且熔化過程必須耗費巨大的能源，這導致該工藝生產(chǎn)成本很高，影響了其廣泛應用。

7 環(huán)境重金屬污染物防治技術(shù)的展望

在各種修復技術(shù)中，工程修復技術(shù)盡管效益好，但是收費高昂，無法進行大面積污染土地的修復，并且往往造成土壤結(jié)構(gòu)損傷、生態(tài)活力減弱和土壤肥力衰退。而農(nóng)業(yè)措施盡管周期較長，但僅適合于輕微環(huán)境污染的土壤。生態(tài)恢復費用較低，但同時也能產(chǎn)生相當?shù)慕?jīng)濟效益，還產(chǎn)生了相應的生態(tài)效益，是一個較為理想的農(nóng)業(yè)方案，但同時又面臨著對土壤中肥力、氣候、水分、鹽度等的天然和人為條件要求較嚴苛、對一種或二種以上土壤中重金屬的選擇性修復困難等問題。植物恢復術(shù)成為一項新型有效、綠色廉價的生物恢復途徑，已經(jīng)被科學家和政府部門接受并采用，并逐漸進入商業(yè)化。雖然有著上述這些困難，但重金屬污染土壤的植物修復技術(shù)成為一項新型的環(huán)境友好類植物修復技術(shù)，在今后環(huán)境污染防治中能夠起到難以取代的效果。工程方法、物理恢復和生化治理等重金屬方法污染土地，但弊端較多，規(guī)?；幚韺ξ廴就恋夭⒉粚嶋H，同時還會損傷土壤結(jié)構(gòu)，從而減少農(nóng)業(yè)生態(tài)功能，使土壤的肥力下降，而農(nóng)業(yè)生態(tài)措施則因周期較長，效益并不突出。生態(tài)修復技術(shù)因其安全性，良好的社會、生態(tài)等綜合價值已得到社會廣泛認可，且使用前景廣泛。以下幾點將是未來探討的重點。

7.1 超累積植物篩選與培育

超累積植株一般生長發(fā)育較遲緩，生物量少，對環(huán)境的適應能力也較差，但仍可以吸收一些重金屬。所以，篩選和栽培吸收能力較強，吸附土壤中重金屬種類較多，而且微生物含量較大的植株是生態(tài)恢復的一種重點。

7.2 基因工程技術(shù)的應用

把遴選和培育出的超累積植物和細菌基因組，引入生物量大、繁殖速率快、環(huán)境適應性好的植株中去已經(jīng)實現(xiàn)，所以通過運用植物遺傳工程技術(shù)增強的植株修復能力，將獲得突破性發(fā)展。

7.3 生物修復綜合技術(shù)的研究

重金屬污染對土地的恢復是一項整體性的系統(tǒng)工程，因此需要多重修復技術(shù)。植物修復技術(shù)加上化工、微生物和農(nóng)業(yè)生態(tài)等措施，可以提高土壤重金屬的生物學有效性，從而促進了植株的繁殖與吸收，可以更好地提升土壤重金屬恢復的效果。因此生物修復綜合科技發(fā)展前景巨大。

8 結(jié)語

近年來，由于金屬礦產(chǎn)快速發(fā)展，所產(chǎn)生的重金屬環(huán)境污染日益加劇，而目前的對重金屬污染土壤的修復技術(shù)很多雖然很多，但都有其局限，難以達到預想效果，所以，還必須把各種土壤修復技術(shù)科學地結(jié)合起來綜合運用，揚長避短，才能取得良好的經(jīng)濟效益。