廢棄礦山環(huán)境中重金屬污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0102-06

中圖分類號(hào)：X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Ecological Remediation Technology of Heavy Metal Pollution in Abandoned Mine Environment

ChiYongfeng1，HuangWeikun2，YangShaoyuan1，JiangHaitao’，Liu Mingchun1 （1.Fujian Institute of Geotechnical Engineering Survey and Research Co.Ltd.，F(xiàn)uzhou 350108，China; 2.Fujian Yedi Hengyuan Construction Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 3501O8，China）

Abstract：Torducetheenvironmentalrisksofabandonedmines，thispaperresearchedonecologicalrestorationtechologiesfor heavymetalpolutioninbandonedieenvironmentsAdoptingpasedemediationeasuresforeavyetalpolutioninsl，artd withslopereductionandloadreductiontoimproveslopesafety，andthenplantingplants.Aquaticplantswereusedtoadsorbheavymet alsandlsoourappropatemodifedsilicasapurifngagentintothewatertochieveayetaldegradationIevaluatedtheo logicalrestorationefectofwaterodiesfromthreeaspects：pHvalue，chemicaloxygendemand，andtotalsoilposphorusontent，by calculatingthsoilologialrestorationefctasedonteNemeroompreensiepoltionidexanddgradationeexpritalre sultsshowedtatfteremediation，theomprehensivepoltionidexofMerointesudyreaaslowerthan2ndteemoalatef various heavy metals in the soil significantly increased.After restoration，the ΔpH value of the water body is7，and the chemical oxygen demandandtotalphosphoruscontentaresignificantlyreduced.Theremovalrateofheavymetalsniobiumandcopperiscloseto 70% ：

Keywords：abandonedmine；heavymetalpollution；ecologicalrestoration；chemicaloxygendemand；totalphosphoruscontent

前言

廢棄礦山在長(zhǎng)期的開(kāi)采和冶煉過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的重金屬?gòu)U棄物[1]，如廢石、廢渣、尾礦等，這些廢棄物在自然環(huán)境中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的雨水沖刷、風(fēng)化等作用，導(dǎo)致重金屬元素逐漸溶出并滲透到土壤、水體和大氣中，造成了嚴(yán)重的重金屬污染[2-3]。重金屬污染會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，還會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成破壞[4]。加強(qiáng)礦山開(kāi)采和冶煉過(guò)程中的環(huán)境管理，減少重金屬?gòu)U棄物的產(chǎn)生和排放，對(duì)產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行妥善處理，防止進(jìn)入自然環(huán)境[5]。針對(duì)已經(jīng)受到重金屬污染的區(qū)域，可以采用如土壤修復(fù)、水體凈化、植被恢復(fù)等多種方法進(jìn)行治理，同時(shí)加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)估，確保治理效果[6]。

針對(duì)重金屬污染治理問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外諸多研究者作出研究：Bawa-AllahKA以尼日利亞作為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)淡水中的重金屬污染問(wèn)題，確定研究區(qū)域中的重金屬污染水平，研究結(jié)果具有參考性[7]。龍吟等人針對(duì)開(kāi)采硫化物的區(qū)域作出研究，分析研究區(qū)域的污染情況，并提出對(duì)應(yīng)的處理措施[8]。儀小梅提出使用土壤植被修復(fù)技術(shù)治理重金屬污染區(qū)域，并且初步取得成就[9]。江潤(rùn)海等人使用微生物技術(shù)，修復(fù)研究區(qū)域的重金屬污染問(wèn)題，并且獲得可觀成果[10]

文章將對(duì)廢棄礦山環(huán)境中重金屬污染的現(xiàn)狀、影響及治理措施進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1重金屬污染生態(tài)修復(fù)技術(shù)分析及應(yīng)用

1. 1 研究區(qū)概況

文章所研究的廢棄礦山位于中國(guó)中部區(qū)域，該區(qū)域常年受到亞熱帶季風(fēng)氣候影響，年平均溫度與降水量分別為 20% 與 1493.7mm 。地表存在大量裸露巖體，這些巖體大量分散在地表，巖石硬度較高，不適合植被生長(zhǎng)研究區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為堅(jiān)硬，植被生長(zhǎng)困難較大。受到礦藏開(kāi)采影響該區(qū)域土壤與水體中污染較為嚴(yán)重，除了化學(xué)污染物以外，還存在大量重金屬污染，且受開(kāi)采作用影響，地表植被幾乎完全消失，生物多樣性也遭受破壞，居民生活受到嚴(yán)重影響。

1.2生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)具體實(shí)施方案

1.2.1土壤生態(tài)環(huán)境修復(fù)

1.2.1.1 階段性修復(fù)

對(duì)于研究區(qū)域礦山開(kāi)展實(shí)地考察調(diào)查研究，確定礦山周邊土壤特征，制定具有針對(duì)性的重金屬污染治理方法和維護(hù)管理方法。負(fù)責(zé)礦山生態(tài)恢復(fù)的工作團(tuán)隊(duì)需要使用宏觀規(guī)劃策略設(shè)計(jì)修復(fù)方法，考慮資金投入成本，制定詳細(xì)的預(yù)測(cè)、修復(fù)、監(jiān)管計(jì)劃，動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)并管理礦山的污染治理工作，該過(guò)程中需要考慮重金屬污染的分布特征和污染程度，選取合適的技術(shù)修復(fù)生態(tài)環(huán)境，結(jié)合地理信息技術(shù)與環(huán)境科學(xué)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳修護(hù)效果。

1.2.1.2邊坡安全隱患治理

研究區(qū)域礦山長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采，地質(zhì)結(jié)構(gòu)完全遭受破壞，修復(fù)生態(tài)環(huán)境之前，需要先消除礦山結(jié)構(gòu)安全隱患，才能開(kāi)展具體生態(tài)修復(fù)工作。礦山較高坡度較陡，高差較大，因此需要先試用人工結(jié)合機(jī)械設(shè)備對(duì)邊坡削坡減載，將現(xiàn)在的邊坡高度縮減一半，使用機(jī)械設(shè)備把地表裸露的大量堅(jiān)硬巖體清除，清除過(guò)程中保證邊坡穩(wěn)定性不遭受破壞。消減后的邊坡頂部布置高度為 1.5m 的防護(hù)圍欄，確保人員站立安全。削坡減載工作完成后需要為邊坡修建支護(hù)結(jié)構(gòu)，保證邊坡不會(huì)發(fā)生滑坡和水土流失。與坡腳保持 2m 距離后，建造上寬 0.5m_? 下寬1.5m 的擋土墻，根據(jù)邊坡長(zhǎng)度初步設(shè)定擋土墻長(zhǎng)度為1 1638.3m ，埋深設(shè)定為 0.5m 。為實(shí)現(xiàn)邊坡排水，在擋土墻的底部挖掘排水溝，排水溝與坡腳齊平，以便后續(xù)植被布置。

1.2.1.3植被種植生態(tài)修復(fù)

經(jīng)過(guò)上文消減邊坡以后，還需要提升邊坡肥力才能實(shí)現(xiàn)植被生態(tài)修復(fù)?？紤]實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土層結(jié)構(gòu)，使用基材噴射法和燕巢覆綠技術(shù)恢復(fù)邊坡植被，既可以使用植被加固邊坡，還可以恢復(fù)邊坡的生態(tài)結(jié)構(gòu)，施工量較小，降低施工成本?；膰娚涫┕ぶ?，在與坡面垂直的位置鉆孔以梅花形狀按照錨桿并且注漿，錨桿間距設(shè)定為 1m ，每個(gè)錨桿頂部均布設(shè)鐵絲網(wǎng)。完成布設(shè)以后，使用噴射機(jī)向坡面上噴射包含有機(jī)物、保水劑的綠化基材和植被種子（種子多為灌木草種如狗尾草、野薔薇等），噴射厚度設(shè)定為 7.5cm ，對(duì)于坡面拐角區(qū)域，噴射厚度為10cm 左右。噴射完成后，把無(wú)紡布覆蓋在坡面上，避免雨水沖刷導(dǎo)致噴射失敗。邊坡上還會(huì)存在大面積溝槽與裂隙，使用開(kāi)鑿法在這些區(qū)域布置燕巢狀植生坑，該坑深度為 0.5m ，面積為 3.6m² ，回填基質(zhì)土和保水劑，在這些坑中種植藤本植物。植物都種植完畢以后需要安排專門(mén)工作人員每天噴水養(yǎng)活殺蟲(chóng)追肥觀察生長(zhǎng)。

1.2.2水體生態(tài)環(huán)境修復(fù)

1.2.2.1水生植物生態(tài)修復(fù)方法

研究區(qū)域中的廢棄礦山長(zhǎng)期開(kāi)采導(dǎo)致周?chē)w出現(xiàn)嚴(yán)重重金屬污染，按照研究經(jīng)驗(yàn)，選擇種植濕地植物，實(shí)現(xiàn)水體中的重金屬消解。按照經(jīng)驗(yàn)選取菱白、澤瀉、黃菖蒲等適合當(dāng)?shù)貧夂虻乃参镉酌纾谠囼?yàn)室中的水箱中短暫儲(chǔ)存幼苗，恢復(fù)幼苗運(yùn)輸中根系發(fā)生的損傷，把恢復(fù)后的幼苗轉(zhuǎn)移至營(yíng)養(yǎng)液（pH值為5）之中，間隔4d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，完成7次更換后完成培養(yǎng)。將培養(yǎng)后的植株轉(zhuǎn)移至試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)受到污染的水體中。相關(guān)工作人員需要負(fù)責(zé)水體中植物的后續(xù)維護(hù)，避免植物遭受蟲(chóng)害，還需要保證水體容量。

1.2.2.2化學(xué)材料修復(fù)水體生態(tài)環(huán)境

除了布置水生植物降解水體中的重金屬污染，還可以在水體中導(dǎo)入適量改性硅烷化二氧化硅作為凈化劑，該凈化劑能夠在水體中發(fā)揮吸附作用。

1.3 修復(fù)效果驗(yàn)證

1.3.1土壤修復(fù)效果評(píng)價(jià)

土壤重金屬污染修復(fù)評(píng)價(jià)使用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù) I 評(píng)價(jià)：

式（1）中， P_i 表示 χ_i 污染物的單項(xiàng)污染指數(shù)，P_imax 為污染指數(shù)最大值。

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)數(shù)值范圍，判斷研究區(qū)域修復(fù)后污染程度： _！I 值小于0.7，代表該區(qū)域完全清潔， I 值介于0.7至1.0之間，代表該區(qū)域較清潔，I值介于1.0至2.0之間，代表該區(qū)輕度污染，I值介于2.0至3.0之間，代表該區(qū)中度污染，1值超過(guò)3.0，代表該區(qū)重度污染，

土壤中重金屬污染物去除率計(jì)算如式（2）所示：

式（2）中， w₀ 表示土壤中重金屬污染物原始濃度， w_t 表示生態(tài)恢復(fù)后污染物濃度。

1.3.2水體修復(fù)效果評(píng)價(jià)

從 pH 值、化學(xué)需氧量和土壤總磷含量三個(gè)方面評(píng)價(jià)水體生態(tài)修復(fù)效果。

2 結(jié)果

2.1土壤污染內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)

在研究區(qū)域礦山布置15個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為測(cè)點(diǎn)1-測(cè)點(diǎn)15，監(jiān)測(cè)這些測(cè)點(diǎn)生態(tài)修復(fù)前后內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1中的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)可以看出，研究區(qū)域?yàn)榻?jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)時(shí)，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的指數(shù)數(shù)值在3.00～5.00 之間，屬于重度污染。經(jīng)過(guò)文章方法修復(fù)治理以后，該區(qū)域中的各個(gè)測(cè)點(diǎn)均低于2.0，屬于完全清潔和較為清潔的環(huán)境，說(shuō)明使用文章方法對(duì)研究區(qū)域重金屬污染治理后土壤污染得到顯著緩

2.2土壤重金屬污染去除率分析

選擇修復(fù)治理前，重金屬污染最為嚴(yán)重的測(cè)點(diǎn)10，作為去除率試驗(yàn)分析的對(duì)象，計(jì)算分析鈷、鋅、鉻、鎘、鉛、鋸、砷、汞、銅等重金屬元素的降解變化，各個(gè)重金屬在不同修復(fù)時(shí)長(zhǎng)下，重金屬去除率變化見(jiàn)圖1。

從圖1能夠看出，隨著生態(tài)修復(fù)時(shí)長(zhǎng)增加，土壤中各個(gè)重金屬去除率呈現(xiàn)出顯著上升變化趨勢(shì)，說(shuō)明消減邊坡并種植大量植物，能夠有效實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域土壤中重金屬的降解，以便逐漸實(shí)現(xiàn)廢棄礦山環(huán)境中土壤重金屬污染生態(tài)修復(fù)。圖1（b）和圖1（c）中，重金屬鋸和重金屬銅的去除率較高，接近 70% ，說(shuō)明這兩種重金屬在文章所使用的修復(fù)技術(shù)處理下，更容易被降解。

2.3水體修復(fù)效果評(píng)價(jià)結(jié)果

評(píng)價(jià)研究區(qū)域水體在不同修復(fù)處理時(shí)長(zhǎng)下，水體修復(fù)前后pH值、化學(xué)需氧量和土壤總磷含量變化，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2（a）中能夠看出，經(jīng)過(guò)文章方法修復(fù)后，水體的pH值由原來(lái)的2～3轉(zhuǎn)為7，水體由酸性轉(zhuǎn)為中性，水體酸堿度得到平衡。圖2（b）和圖2（c）顯示，經(jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)以后，水土的化學(xué)需氧量與總磷含量也發(fā)生明顯降低，說(shuō)明水體環(huán)境得到改善，水體生態(tài)環(huán)境得到良好的治理。

2.4水體重金屬含量變化

經(jīng)過(guò)文章方法修復(fù)后，水體中各個(gè)重金屬去除率變化見(jiàn)圖3。

從圖3能夠看出，使用水生植物種植與適量改性硅烷化二氧化硅凈化處理后，水體中的各個(gè)重金屬隨著修復(fù)時(shí)長(zhǎng)增加去除率均出現(xiàn)顯著升高，說(shuō)明使用文章設(shè)計(jì)的生態(tài)修復(fù)方法能夠顯著治理環(huán)境中水體的重金屬污染，使得生態(tài)環(huán)境得到恢復(fù)。圖3（a）中鈷金屬去除率最高，圖3（b）中鎘、鉛、鋸三種重金屬去除率較為接近，圖3（c）中銅金屬的去除率最高。綜合分析圖3后發(fā)現(xiàn)，使用適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)修復(fù)技術(shù)，能夠有效緩解重金屬污染問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

廢棄礦山中的重金屬污染主要來(lái)源于采礦、冶煉等工業(yè)活動(dòng)，這些活動(dòng)導(dǎo)致大量重金屬元素進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，生態(tài)修復(fù)技術(shù)是解決廢棄礦山重金屬污染問(wèn)題的有效手段。文章采用生態(tài)修復(fù)技術(shù)，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行了系統(tǒng)治理。針對(duì)土壤污染，通過(guò)階段性修復(fù)、邊坡安全隱患治理和植被種植，顯著降低了內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，提高了重金屬去除率，有效修復(fù)了土壤生態(tài)環(huán)境。對(duì)于水體污染，運(yùn)用水生植物吸附和化學(xué)材料凈化，使水體pH值趨于中性，化學(xué)需氧量和總磷含量明顯降低，水體重金屬去除率顯著上升。驗(yàn)證了生態(tài)修復(fù)技術(shù)在解決廢棄礦山重金屬污染問(wèn)題上成效顯著，為實(shí)現(xiàn)廢棄礦山生態(tài)環(huán)境的全面恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展提供了支持。

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