鳳太鉛鋅礦集區污染及防治

劉偉　劉強

摘要：鳳太礦集區是我國重要的鉛鋅資源基地，多年來無序開采造成了嚴重的環境問題，主要表現為：土壤重金屬元素超標、地表水污染等問題。根據礦集區污染特征提出了電動修復法、含磷物質修復法和植物修復法，含磷物質修復法可針對土壤重金屬污染的實際狀況施以不同類型的含磷化合物以降低有效態重金屬的含量；電動修復法具有修復時間短、修復徹底、不會引入環境有害物質等優點；超富集植物修復技術簡單、成本低、對環境擾動小，能大面積推廣。

關鍵詞：土壤污染；鉛鋅礦區；修復治理

The Pollution and Prevention of Lead

and Zinc in Fengtai Mining Area

LIU—Wei LIU—Qiang

Shanxi Province Land Engineering Construction Group of Ming Development Co.， LTD， xi'an 710075，China

Abstract： Fengtai mining area is an important lead and zinc resources base in our country， disorderly exploitation have caused serious environmental problems over the years， Its main show is： heavy metal elements is too excessive in soil， Surface water pollution and other issues. Put forward the electric repair method， phosphorus—containing material repair method and the method of phytoremediation according to its pollution features， phosphorus—containing material repair method is subject to different types of phosphorus—containing compounds for the actual situation of heavy metal pollution in order to reduce the content of heavy metals； The electric repair method possesses the advantages of short time， thorough repair， do not introduce environmental harmful substances； Hyperaccumulator repair technique is simple， low cost， small disturbance to the environment， and it could expand widespreadly.

Keywords： soil pollution； lead and zinc mine； repair and treatment

1. 引言

礦產資源的開發，尤其是無序的濫采濫挖必然會導致礦區生態環境的嚴重破壞。鉛、鋅是常見的重金屬污染元素，其特點是能在環境中長時間殘留，伴隨著動植物的攝取而在其內部累積，進入食物鏈，或通過污染大氣進入人體呼吸道，一旦人體鉛鋅含量超標，會造成體內蛋白質及酶等發生強烈反應而失去活性，同時也可能在人體的一些器官中累積，嚴重危害人類健康[4]。

鳳太礦集區位于陜西西部，是我國重要的鉛鋅礦產資源基地，區內已探明八方山—二里河、鉛硐山—東塘子、銀洞粱等大型鉛鋅礦床，已探明的鉛鋅金儲量500多萬噸[5—7]。半個世紀以來的礦產開發，在給當地帶來經濟效益的同時，也不可避免地造成了嚴重的環境危害，土壤重金屬污染問題亟待解決。

2. 污染的主要方式

區內土壤重金屬污染以Pb、Zn、Cd、Cu、Hg和類金屬元素As為主，為多種重金屬元素的復合型污染，其中Pb、Zn、Cd污染最為嚴重。由于該區地理位置較為特殊，常年雨水充沛，這些重金屬元素在水環境中易發生水解，生成氫氧化物、硫化物等沉淀在土壤中，另外尾砂對該區土壤的直接污染也較嚴重，同時，造成污染的重金屬元素之間的相關性也比較顯著。鳳太礦集區污染可以分為以下四個類型。

2.1 水污染

鳳太礦集區位于秦嶺山區，年降雨量大且水系密布，地表徑流匯集速度比較快。區內廣布的采礦、選礦和冶煉企業在整個礦產開發過程中會排放大量廢水，包括礦坑廢水、選礦污水、尾礦庫滲濾水、采礦棄渣淋濾水、冶煉廢水和生活污水等，嚴重威脅著地表水的質量安全。若污水未經正規機構凈化處理而直接排放，不僅直接污染地表水，而且間接污染地下水，導致農田和農作物及河流周邊居民的生存安全和生活質量都受到嚴重影響。

2.2 大氣污染

采礦、選礦及冶煉過程所帶來的粉塵污染是區內大氣污染的主要來源。污染元素以Pb、Zn為主，并伴生有Cu、Cd、As等。區內溝谷縱橫交錯，其中被隨意廢棄的礦渣石堆和未曾覆土還田的尾礦庫是大氣的主要污染源，每逢大風干旱季節，風起塵飛，導致局部范圍內空氣污染異常嚴重；另外，冶煉過程中產生的含Pb煙氣和SO2氣體也嚴重威脅著周邊居民的生活健康。

2.3 植被污染

由于區內礦山開采與選礦和冶煉企業對地表水的長期污染，部分植被不可避免地會對某些重金屬元素進行一定吸收，與此同時，地表水又是山區農作物灌溉的主要水源，這些作物根系在汲取水分的同時，也必定會吸收水中部分有害物質，因此種植的各類作物也都存在重金屬含量超標的高度風險。

2.4 土壤污染

因區內以山地、溝谷為主，加之雨水充沛，水土流失問題比較嚴重。河谷兩側的農田臨近水源，農作物產量較高，是當地農作物主產區之一，但由于區內礦山開采與選礦冶煉企業長期對地表水和大氣造成的嚴重污染，引用這些受污染的地表水進行灌溉，導致農田土壤中的重金屬和其它化學污染物質增加，從而使土壤質地，顆粒結構，孔隙度和滲透性，PH等理化性質受到嚴重影響，農作物生長受到抑制。已復墾的尾礦庫因土源缺乏，覆土厚度普遍偏小（多小于0.5m），農作物根系直接扎入有毒的尾礦砂中，難以抑制作物對重金屬等污染物質的吸收。此外，其他大量還未覆土還田的尾礦庫周圍也無一定的遮擋措施，穩定性差，尾礦礦砂隨風飛舞，直接污染到周圍的空氣，嚴重影響農田和農作物的生長。

3. 污染修復

重金屬污染土壤的傳統治理方法主要包括客土法、熱處理法、吸附沉淀法等物理方法和絡合物浸提法、化學淋洗法等化學方法[8]。實際應用中往往因這些方法需用的儀器設備較為復雜，操作難度大，成本太高且大部分方案只能暫時緩解重金屬危害并有可能造成二次污染等限制條件而未得到廣泛應用。目前，在這一方面應用前景較好的修復方法主要有三大類。

3.1 含磷物質修復法

在農業生產中將含磷物質作為無機肥料已得到廣泛應用。近年來，部分研究人員發現了它們的另一個重要用途，即一種廉價有效的重金屬污染土壤修復劑。目前，該領域中學者們關注的熱點是通過利用磷與鉛的相互作用來調控環境中Pb的有效性來修復土壤鉛污染。按照來源，可將用于Pb/Zn污染修復的含磷物質劃分為5大類：磷肥，經磷灰石，無機磷酸與磷酸鹽，磷礦石及骨粉[9-12]。

在鉛鋅污染區，磷肥具有原位修復污染土壤的潛能，其修復Pb污染的主要機理是通過磷肥中的磷與各種非殘渣形態的鉛發生化學反應，生成溶解度極小的磷（氯/羥基/氟）鉛礦沉淀，這樣達到限制植物對鉛的吸收和鉛向食物鏈遷移的效果，從而減少對植物的毒害作用和對人體的潛在危害；此外，關于Zn污染的修復研究認為，土壤中含磷物質對Zn污染修復的主要機理有表面配位、離子交換或生成非晶體物質等，沉淀機制為輔。加強含磷物質修復土壤重金屬污染的研究，對充分利用我國磷礦資源，以及有效治理我國環境重金屬污染具有非常重要的意義。

3.2 電動力學修復法

近十年來電動力學修復技術不斷發展是一種新型的污染土壤修復技術。其基本原理是將電極插入受污染的地下水或土壤區域，施加直流電，形成直流電場，土壤中的污染物通過電遷移、電滲析流或電泳的方式而將重金屬從土壤中分離出來。該技術適宜低滲透性污染土壤的修復，因具有修復時間短、修復徹底、不會引入環境有害物質等優點而受到國內外研究者的廣泛關注[13-14]。

電動力學技術可有效去除地下水和土壤中的重金屬離子。在施加直流電場后，帶正電荷的重金屬離子開始向陽極遷移，其遷移速度比同方向流動的電滲析流快得多，金屬離子的遷移速度與離子半徑有關。離子尺寸愈小，遷移速度愈快，例如：Na>K>Ca>Ni。已有大量的實驗室實驗和現場實驗證明了這項技術的有效性。研究報道的相關離子包括：鉻、鎘、銅、鉛、汞、鋅、鍺、鎳、鈷、鉬、鍶、鈾、釷和鐳。在處理過程中，首先需要將一系列電極按預定的設計置于污染區地下，電極材料一般是惰性的炭電極，以避免額外物質的導入，極區附近的水流需要進行循環，主要目的是輸入需要的配合劑，強化離子的傳輸，控制電極上的反應，避免極化現象和氫氧化物的沉淀等。輸入的循環液還能夠協助重金屬發生脫附和溶解。重金屬離子最終可能沉淀在電極上或者被抽取出來另行處理。

3.3 植物修復技術

在受污染的鉛鋅礦區及其周邊環境中，土壤重金屬污染基本上局限于植物根系分布比較密集的表土層，因此，可考慮采用植物富集技術進行修復。植物修復是近年來新興起的一種治理土壤重金屬污染的有效方法。與傳統方法相比，該項技術省時、省力、無二次污染，既可清除重金屬污染物，還能美化環境、提高土壤肥力、減少水土流失等。因此，受到越來越多國內外環保工作者的青睞，但此項技術的關鍵在于重金屬超積累植物的研究和發現。

鉛鋅礦區用于土壤重金屬污染修復的植物主要有耐性植物和超富集植物[15]。其中超富集植物主要指那些對某些重金屬具有特別的吸收能力，而本身不受毒害的植物種或基因型。目前，具有我國自主知識產權的超積累植物雖時有報道，但數量較少，如As超積累植物蜈蚣草、Zn超積累植物東南景天、Cd超積累植物油菜和寶山堇菜以及Mn超積累植物商陸等[16-17]。

4. 展望

近年來，隨著生態文明建設意識逐漸提高，對重金屬污染修復治理也有更高的歷史要求。2016年5月28日，國務院發布《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”）則為礦區污損土地的治理提供了牢固的政策支撐。

鳳太礦集區鉛鋅開采后遺留的環境問題頗多，大量礦坑及龐雜的礦渣石堆長期威脅著當地生態環境及周圍居民的生活。針對礦產開發引起的各種環境問題加大研究，是科學指導環境保護及環境治理工作順利展開的重要前提，尋找高效低成本的污染治理方法則是生態恢復的關鍵，含磷物質是一種廉價有效的重金屬污染土壤修復劑，可通過施加不同類型的含磷化合物來降低重金屬污染土壤中有效態重金屬的含量；電動修復法具有修復時間短、效果徹底且不會引入環境有害物質、造成二次污染等優點；超富集植物修復成本低、技術簡單、成本低、對環境擾動小，便于大面積推廣，是一項很有前景的修復技術。

5. 結論

污損土壤修復是一個復雜工程系統，它需要不同工作手段配合才能順利進行，鳳太礦集區土壤污染主要表現為重金屬元素含量超標，現有的修復方法從經濟合理性來看，植物修復技術以其獨特的環保性與持久性更容易達到標本兼治的效果，但是針對不同重金屬的元素的超富集性研究還需進一步深入，在植物修復的基礎上，結合化學及電動修復才能夠更徹底的恢復土壤原有的健康標準。

參考文獻：

[1] 李璇瓊， 李永樹， 盧正. 礦產資源開發的重金屬污染分布特征研究—以雅礱江流域某銅礦區為例[J]. 礦產保護與利用， 2016（01）.

[2] 梁君思， 鄭禮肖. 生態文明視角下贛南地區的礦產資源開發與污染治理[J]. 黃海學術論壇， 2014（1）.

[3] 陳軍， 成金華. 中國礦產資源開發利用的環境影響[J]. 中國人口·資源與環境， 2015， 25（3）：111—119.

[4] 王慶文. 土壤鉛鋅污染對青菜的生理響應及重金屬累積效應的影響[J]. 環境科技， 2009， 22（05）：11—13.

[5] 曾令高， 張均， 胡鵬，等. 陜西鳳太礦集區鉛鋅礦的礦體定位規律研究[J]. 地質找礦論叢， 2011， 26（01）：1—7.

[6] 胡喬青， 王義天， 王瑞廷，等. 西秦嶺鳳太礦集區八方山—二里河鉛鋅（銅）礦床成礦地質特征與礦床成因探討[J]. 地質與勘探， 2013， 49（01）：99—112.

[7] 向婷婷， 李春蘭， 劉雁. 鳳太礦集區金鉛鋅礦地球化學特征及找礦方向[J]. 物探與化探， 2004， 28（03）：245—248.

[8] 儲彬彬， 羅立強. 南京棲霞山鉛鋅礦地區土壤重金屬污染評價[J]. 巖礦測試， 2010， 29（01）：5—8.

[9] 張曉云， 李蘊成， 宋正蕊，等. 蘭坪縣某鉛鋅礦周邊主要蔬菜水果重金屬污染狀況調查分析[J]. 微量元素與健康研究， 2010， 27（3）：34—36.

[10] 王碧， 謝正苗， 孫葉芳，等. 磷肥對鉛鋅礦污染土壤中鉛毒的修復作用[J]. 環境科學學報， 2005， 25（09）：1189—1194.

[11] 陳世寶， 朱永官. 不同含磷化合物對中國芥菜（Brassica Oleracea）鉛吸收特性的影響[J]. 環境科學學報， 2004， 24（04）：707—712.

[12] 王碧玲. 含磷物質修復鉛鋅礦污染土壤的機理和技術[D]. 浙江大學， 2008.

[13] 錢暑強， 金衛華， 劉錚. 從土壤中去除Cu2+的電修復過程[J]. 化工學報， 2002， 53（03）：236—240.

[14] 王守忠， 劉云國， 李欣，等. 改進電動力技術去除鉛鋅礦尾砂中的重金屬[J]. 化工環保， 2008， 28（04）：331—335.

[15] 韋朝陽， 陳同斌. 重金屬超富集植物及植物修復技術研究進展[J]. 生態學報， 2001， 21（07）：1196—1203.

[16] 王學禮， 常青山， 侯曉龍，等. 三明鉛鋅礦區植物對重金屬的富集特征[J]. 生態環境學報， 2010， 19（01）：108—112.

[17] 吳雙桃， 吳曉芙， 胡曰利，等. 鉛鋅冶煉廠土壤污染及重金屬富集植物的研究[J]. 生態環境學報， 2004， 13（02）：156—157.

[18] 郭靈俊， 章培春， 袁偉明，等. 內蒙古高爾旗中——大型銀鉛鋅多金屬礦床地質特征[J]. 西部資源， 2015（2）：195-198.