礦山集中開采區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀與生態(tài)修復治理方法研究

摘要：礦山集中開采導致土地破壞、水源污染、空氣污染等環(huán)境問題。為了實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，提出礦山集中開采區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀與生態(tài)修復治理方法研究。采用蛇形采集法采集土壤樣品，并使用環(huán)刀實施取樣。通過消解與ICP測試測定土壤樣品的重金屬含量，利用Y譜儀檢測出土壤樣品的放射性核素含量，采用微生物實施鐵礦礦山集中開采區(qū)土壤中重金屬與放射性核素的生態(tài)修復治理方案。結果表明，研究區(qū)域的重金屬污染情況整體比較嚴重。經過三個月的治理，采礦區(qū)內四個采樣點的重金屬含量與放射性核素活度濃度均有所下降。

關鍵詞：礦山集中開采區(qū)；環(huán)境污染現(xiàn)狀；重金屬污染；放射性核素污染；生態(tài)修復治理

中圖分類號：X171 文獻標志碼：B

前言

全球礦產資源的日益減少，礦山開采活動的強度和頻率不斷增加，礦山集中開采區(qū)環(huán)境污染頻發(fā)。這些污染物會對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成直接傷害。因此，對礦山集中開采區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀的研究具有重要的現(xiàn)實意義。通過深入研究和分析，可以了解污染物的種類、分布、遷移轉化規(guī)律及其對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，為制定有效的環(huán)境保護政策和措施提供科學依據(jù)和技術支持。

文獻[1]根據(jù)大寶山礦場的地質、礦產資源分布、礦山開采方式、廢水排放情況等，選擇適用于酸性礦山廢水處理的技術。文獻[2]調查和分析了廢棄礦山AMD污染特征，選擇主動治理技術，如中和處理、活性物質添加、氧化沉淀等，進行廢棄礦山AMD的治理工程，并在此基礎上進行生態(tài)修復工作。文獻[3]根據(jù)礦山項目的具體情況，制定針對性的生態(tài)恢復與治理方案，包括土地復墾、植被恢復、水質凈化、土壤修復等措施，以促進受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復和再生。文獻[4]對泥石流滑坡、采空區(qū)和礦山地面塌陷等問題進行詳細分析，了解其成因、規(guī)模和影響范圍。開發(fā)針對尾礦化學污染的處理技術，使尾礦處理后達到環(huán)境安全標準。

基于上述研究，分析礦山集中開采區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀與生態(tài)修復治理方法。

1研究區(qū)域污染現(xiàn)狀與治理方法

1.1研究區(qū)域

此研究選取某鐵礦礦山集中開采區(qū)作為研究區(qū)域，該礦山位于山區(qū)，地理位置相對偏遠，但周邊建設了較為完善的基礎設施。該礦山主要采用露天開采的方式，利用挖掘機、裝載機等設備實施剝離和采礦作業(yè)。在開采過程中，會產生大量的廢石、尾礦等固體廢棄物，以及廢水、廢氣等污染物。隨著礦山開采的不斷深入，環(huán)境污染問題日益嚴重，對礦山與下游產業(yè)鏈的穩(wěn)定運行和可持續(xù)發(fā)展造成威脅。因此，此研究重點關注該鐵礦礦山的環(huán)境污染現(xiàn)狀，并提出相應的生態(tài)修復治理方法，以期為礦山的綠色發(fā)展和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善提供科學依據(jù)。

1.2土壤樣品采集

采用蛇形采集法在采集點處實施土壤樣品的采集。采樣區(qū)域涵蓋下游選礦廠、道路沿線、居民區(qū)、排土場區(qū)域以及礦體周邊區(qū)域。劃定的采樣區(qū)域具體位于東經109°05′至110°23′，北緯41°62′至41°89′之間?？紤]到露天開采以及當?shù)刂鲗эL向為西北風的特點，共設立了11個采樣點，見圖1。

在每個采樣點，分別采集底層（40～60cm）、中層（20～40cm）和表層（0～20cm）三個土壤樣品，共計33個樣品。采樣點的具體位置通過GPS確定，并使用環(huán)刀實施取樣。采集的土壤中，含水量為5.78±0.06%；有效鉀為87.55±3.54mg/kg；有效磷為8.37±1.22mg/kg；有效氮為72.86±5.36 mg/kg；鉀為13.86±0.52g/kg；磷為0.13±0.03g/kg；氮為0.12±0.05g/kg；有機物為1.62±0.03%；pH為8.52±0.45。

1.3土壤樣品處理

將土壤樣品攤放在干凈、通風的晾干架上，注意避免陽光直射。定期翻動樣品，確保均勻受熱和通風，防止發(fā)霉和變質。干燥至恒重后，粉碎并過篩后去除樣品雜質并裝入樣品瓶中。將樣品瓶存放在陰涼、干燥、避光的環(huán)境中，防止發(fā)霉和變質。

1.4環(huán)境污染物含量測定

首先測定土壤樣品的重金屬含量，具體項目包括Mn、Zn、Cu、Pb。具體ICP測試步驟如下：消解后打開電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES），按照儀器操作規(guī)程實施預熱、校準等準備工作；配制一系列不同濃度的Mn、Zn、Cu、Pb標準溶液，按照濃度由低到高的順序依次進樣測試，繪制各元素的標準曲線；將消解后的土壤樣品溶液和空白對照溶液分別進樣測試，記錄各元素的發(fā)射強度值。注意在測試過程中要定期清洗進樣系統(tǒng)，避免記憶效應；根據(jù)各元素的發(fā)射強度值和標準曲線，計算土壤樣品中Mn、Zn、Cu、Pb的含量。同時，利用空白對照的數(shù)據(jù)實施背景校正，提高結果的準確性；然后通過Y譜儀測定土壤樣品的放射性核素含量，測定項目包括238U、232Th、226Ra、40K。具體測定流程如下：稱取500g處理后的土壤樣品，開啟Y譜儀，預熱穩(wěn)定后，實施能量刻度和效率刻度。使用已知活度的標準放射源對Y譜儀實施校準，確保測量準確性。將準備好的土壤樣品放置在Y譜儀的探測室內，確保樣品與探測器之間有良好的耦合。設置24小時的測量時間，開始測量。記錄測量過程中的環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度等，以便后續(xù)數(shù)據(jù)修正。測量結束后，導出Y譜數(shù)據(jù)，使用專業(yè)軟件實施譜線分析和識別。根據(jù)各放射性核素的特征能量峰，確定238U、232 Th、226Ra、40K的峰位和計數(shù)。結合儀器的效率刻度和測量時間，計算各放射性核素的活度濃度。

1.5環(huán)境污染現(xiàn)狀分析

分析研究區(qū)域的環(huán)境污染現(xiàn)狀。其中重金屬污染現(xiàn)狀的測定結果見表1。

從測定數(shù)據(jù)中可以看出，不同采樣點的重金屬含量存在一定的空間差異，研究區(qū)域的重金屬污染情況整體比較嚴重。比較而言，礦山周邊排土場點、礦山采樣點的重金屬污染最嚴重，其次是選礦廠點，最后是礦山公園點與運輸火車站點等相關采樣點。在大多數(shù)采樣點中，隨著土層深度的增加，重金屬含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。這表明表層土壤更容易受到礦山污染的影響。然而，在某些情況下，如存在地下水影響或地質構造復雜的地方，中層或底層土壤的重金屬含量也可能會異常升高。Mn的含量在所有采樣點和土層中相對較高，其次是Zn和Cu，Pb的含量相對較低。放射性核素含量測定結果見表2。

從測定數(shù)據(jù)中可以看出，不同采樣點的放射性核素含量存在差異，研究區(qū)域放射性污染比較嚴重。在大多數(shù)采樣點中，隨著土層深度的增加，放射性核素的含量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。這是由于表層土壤更容易受到礦業(yè)污染源的影響。靠近選礦廠和礦體的采樣點由于采礦活動導致的污染而具有較高的放射性水平。運輸火車站點由于物料運輸和車輛活動，也導致了土壤放射性污染。

2生態(tài)修復治理方法

2.1治理方法設計

設計通過微生物實施鐵礦礦山集中開采區(qū)土壤中重金屬與放射性核素的生態(tài)修復治理方案。具體步驟如下：

（1）篩選出對重金屬Mn、Zn、Cu、Pb與放射性核素238U、232Th、226Ra、40K具有高效吸附、轉化或固定能力的微生物種類。參與篩選的微生物種類包括細菌、如假單胞菌屬（銅綠假單胞菌、惡臭假單胞菌、熒光假單胞菌）、芽孢桿菌屬（枯草芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌）、腸桿菌屬（產氣腸桿菌、陰溝腸桿菌、阪崎腸桿菌）；真菌，如曲霉屬（黑曲霉、黃曲霉、煙曲霉）、青霉屬（產黃青霉、橘青霉）、木霉屬（綠色木霉、哈茨木霉、康氏木霉）；放線菌，如鏈霉菌屬（灰色鏈霉菌、天藍色鏈霉）、小單孢菌屬（橙色小單孢菌、刺孢小單孢菌、井崗小單孢菌）。

富集培養(yǎng)：將采集的微生物樣本接種到含有重金屬污染或放射性核素污染物培養(yǎng)基中，實施富集培養(yǎng)。微生物細胞表面帶有負電荷，能夠吸引帶正電荷的重金屬離子，通過靜電作用、絡合作用或離子交換等方式將重金屬吸附在細胞表面或內部。且某些微生物能夠利用重金屬作為酶促反應的底物或輔因子，通過氧化還原、甲基化、去甲基化等生物化學過程改變重金屬的價態(tài)或形態(tài)，從而降低毒性。微生物在生長過程中會產生多糖、蛋白質等高分子物質，這些物質能夠與重金屬離子結合形成不溶性的沉淀物，將重金屬固定在土壤中?；诖酥鸩皆黾又亟饘傥廴疚锘蚍派湫院怂匚廴疚锏臐舛?，篩選出能在高濃度污染物中生長的微生物。

從富集培養(yǎng)物中分離出單一的微生物菌落，通過劃線分離法實施純化。測定純化后的微生物對目標污染物的吸附、轉化或固定能力，初步篩選出具有潛在應用價值的微生物種類。篩選出以下具有高效處理能力的微生物種類，處理重金屬污染物的微生物：細菌（銅綠假單胞菌、蠟狀芽孢桿菌）；真菌（煙曲霉、產黃青霉）。處理放射性核素污染物的微生物：放線菌：灰色鏈霉菌、刺孢小單孢菌。

優(yōu)化培養(yǎng)基：根據(jù)篩選出的微生物的營養(yǎng)需求，優(yōu)化培養(yǎng)基的組成，包括碳源、氮源、微量元素等。并確定最佳的培養(yǎng)條件，如溫度、pH值、氧氣含量、光照等，以提高微生物的生長速率和對目標污染物的處理效率。在優(yōu)化后的條件下實施擴大培養(yǎng)，以獲得足夠的微生物數(shù)量用于后續(xù)的生態(tài)修復治理。采用凍干保存的方法保存微生物菌種。需要時，實施菌種的復蘇和活化。

（2）土壤調理：通過添加有機物質、營養(yǎng)鹽和土壤改良劑，改善研究區(qū)域土壤環(huán)境，提高微生物的活性和生存能力。

（3）微生物投加與監(jiān)測：將培育好的微生物按一定比例投加到受污染土壤中，并定期監(jiān)測土壤中的重金屬和放射性核素含量，以評估治理效果。

（4）經過一段時間的富集后，土壤中的微生物會與重金屬形成復合體。采用土壤淋洗技術，將微生物-重金屬復合體從土壤中洗脫出來，完成后續(xù)處理。

其中投放比例通過實驗室試驗確定。在小試中，設置不同的微生物投加量，然后定期監(jiān)測土壤樣品中污染物的含量變化，以確定最佳的投加比例。真菌中，銅綠假單胞菌、蠟狀芽孢桿菌、煙曲霉和產黃青霉各占土壤質量的1%、0.5%、0.2%和0.2%；放線菌微生物中灰色鏈霉菌和刺孢小單孢菌各占土壤質量的1%和0.5%。

2.2生態(tài)修復治理結果分析

對于設計的生態(tài)修復治理方案，測試三個月后采礦區(qū)內四個采樣點的重金屬污染含量與放射性核素污染物含量，觀察實際治理效果。測試結果見圖2。

經過三個月的治理，采礦區(qū)內四個采樣點的重金屬含量均有所下降。盡管各采樣點之間的治理效果存在一定差異，但整體治理效果較好。經過治理，各采樣點的放射性核素活度濃度同樣有所下降。與重金屬污染治理相似，各采樣點之間的放射性核素污染治理效果也存在差異。相信經過長久的治理，會收獲更好的生態(tài)修復治理效果。

3結束語

在礦山開采與環(huán)境保護之間的緊張關系，以及恢復受損生態(tài)系統(tǒng)的迫切需求下對礦山集中開采區(qū)環(huán)境污染現(xiàn)狀與生態(tài)修復治理方法實施了深入研究。經過較長時間的研究，取得了一系列顯著的研究成果：本次研究詳細測定了礦山集中開采區(qū)土壤樣品的重金屬含量與放射性核素含量。同時，提出了針對性的生態(tài)修復治理策略，并通過實際應用驗證了有效性。通過研究結果表明：在三個月的治理過程中，采礦區(qū)內四個采樣點的重金屬含量均呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，驗證了微生物治理方法能夠有效地吸附、轉化或固定土壤中的重金屬離子，從而降低了重金屬在土壤中的濃度和可移動性。這些策略不僅有助于恢復受損的生態(tài)系統(tǒng)，還可以為礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。