金礦區復合污染土體隔離治理的必要性分析

魏 樣 ，孫嬰嬰 ，盧 楠 ，李 剛 ，閆 波

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司；3.國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西西安710075）

1 研究區概況

我國礦產資源豐富，歷史上，金礦開采已有幾百年。改革開放以來，黃金工業發展迅速。目前已建成的黃金基地有膠東地區、內蒙古地區、小秦嶺地區、陜甘川等，黃金產量逐年攀升[1]。潼關縣小秦嶺金礦位于陜西省關中平原東端，地處華北地臺的渭河小區、金堆城小區接壤帶。主要出露地層有太古界太華群中高級變質巖系和新生界第四紀黃土[2]。近30年來，小秦嶺金礦區域黃金產業經歷了形成崛起—快速發展—持續穩定三個階段，并一直保持全國第三產金大縣的重要位置。黃金產業鏈不斷延伸，在2016年，全年生產黃金高達19噸，黃金產值55億元。但是當前面臨著資源瓶頸、產業鏈延伸不足、金價波動、尾礦排放、科技水平不高、創新能力不強等問題，潼關黃金產業此刻正處在過渡期。

由于潼關縣地處三省交界的山區，區域內溝壑縱橫，地塊規模較小，細碎化明顯。耕地破碎和分散化成為推進土地流轉和土地適度規模經營的主要障礙。此外，由于土壤污染、水土流失以及經濟發展落后等因素，導致區域內耕地質量總體較低，配套設施缺乏，亟須通過金礦區復合污染土體工程隔離治理，治理土壤及農田重金屬污染，全面改善耕地利用的立地條件與生態環境，完善農田水利設施與防洪設施，消除耕地利用的限制因素，不斷提高耕地等級水平，提升耕地綜合生產能力。

2 治理的必要性分析

2.1 區域生態環境脆弱

2.1.1 區域地質環境狀況堪憂

在南部的中低山區，由于基巖裂隙發育，山高坡陡，山區降水量大，殘坡積厚30～80cm，易發生崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。在北部，為黃土斜塬區的溝壑邊部，易發生黃土崩塌、滑坡等地質災害。由于歷史原因，區域地質環境問題非常嚴重。第一，廢棄的選礦尾礦渣場、尾渣庫等會壓占大面積土地，從而污染水、土環境，破壞地形地貌景觀；第二，礦渣型泥石流地質災害及其隱患非常嚴重，采礦廢渣堆占壓林地等土地，破壞地形地貌景觀；第三，存在采空區塌陷及山體邊部衍生的崩塌、滑坡等隱患。另外，河道淤塞廢渣、河流塌岸，影響河道沿線地質環境景觀。

2.1.2 區域土體污染十分嚴重

區域主要污染源為尾礦渣，尾礦渣多沿河道及岸坡隨意堆放，壓占土地資源，且堵塞河道，尾礦渣堆無有效的攔擋或封閉措施，形成的邊坡穩定性差，易產生滑塌，堵塞河道，若遇暴雨、山洪，易被夾帶出溝，污染下游河道。歷史上，潼關金礦區的選礦工藝有混汞法、氰化法等多種，由于選礦的工藝方法不同，所產生的尾渣也不盡相同。通過前期對潼關小秦嶺金礦地區進行現場普探、采樣分析，結果發現該區域土壤污染面積較大，存在 Hg、Cd、Pb、Cu等重金屬污染物，其中僅單 Hg型的污染土壤占總污染土壤面積的67.80%。尾礦渣、氰化渣等重金屬含量極高的廢渣隨意堆放田間地頭、河道周邊、溝谷等，受大風、雨水沖刷淋溶以及河水沖運等作用，一方面對土、水以及大氣環境造成嚴重的污染，另一方面占用大量土地資源，對原有地形、地貌、植被等造成極大破壞，導致水土流失，誘發了泥石流、山體滑坡等次生地質災害。區域內有些零星小塊農田，土壤重金屬污染非常嚴重，導致農作物重金屬嚴重超標，農產品品質極低，給當地農民造成極大的經濟損失[3]。

2.1.3 區域水體污染不容樂觀

在采礦和選礦時引起的尾礦渣侵占土地、壓占農田、堵塞河道，選礦區尾礦廢水排入河中，引起河流水體產生嚴重的重金屬污染。按照生產過程和礦業開發工藝技術，可將產生的污染源劃分為采礦、選礦、“三小”提金等類型，對區域內的地下水的污染類型分為間歇入滲型、連續入滲型、注入徑流型。間歇入滲型的污染途徑主要是廢石、尾礦渣堆等經降雨或農田灌溉，引起重金屬等污染物淋溶進入地下水。連續入滲型是指尾礦廢水排入河道，引起污染物在河漫灘等地連續不斷下滲。注入徑流型是污染物通過廢水處理井注入引起污染。因此，造成區域地下水受到嚴重污染，從而危及人體健康。

2.2 區域內可利用耕地資源緊缺

土地是人類生存與發展的重要物質基礎，耕地是人類賴以生存的基本條件，是農業生產的根基所在，耕地保護和糧食安全始終是事關國計民生的重大戰略。我國作為人口大國，糧食安全保障必須立足基本自給，因此必須保證耕地安全。近幾年的中央“一號文件”相繼提出加快土地綜合整治、加強水利基礎設施建設、搞好生態建設等有關土地整治內容。雖然陜西省耕地保護重要區主要集中在關中平原，但隨著西咸新區、“關天經濟區”等重要經濟圈的建設與發展，關中平原地區將成為陜西省工業化和城市化集聚發展的重點區域，故而會引起建設用地擴張與耕地保護之間的突出矛盾，導致耕地占補平衡的難度不斷增大。地處關中東部的潼關縣，水熱資源豐富，但是由于長期的礦產資源開發，在引發土壤污染的同時，影響了該區域在提高耕地質量和提升糧食產量方面的潛力。

2.3 農業基礎設施薄弱，經濟發展落后

農田基礎配套設施落后、農業生產條件差是制約當前農業與農村可持續發展的主要瓶頸，這一狀況既不利于土地的集約化經營，也不利于農民的生產性增收。由于長期采礦、冶煉，導致潼關縣泥石流等地質災害頻發，在溝道壩地水毀嚴重、田間道路年久失修、灌排設施不配套、溝道與溝坡生態環境防護措施不到位等問題突出，導致昔日被譽為“保命田”的壩地，如今多數難以耕種，土地利用率不高，農作物產量低而不穩，農民收入得不到保障。如何解決潼關縣土壤重金屬污染、耕地嚴重損毀、水土流失嚴重、農田基礎設施薄弱等制約因素，加強基本農田假設和夯實農業發展基礎，成為潼關縣農業發展的關鍵。通過開展金礦區復合污染土體修復治理工程，治理污染土地、損毀土地，完善田、壩、渠、路、林等基礎設施，落實土壤改良、地力培肥等措施，完善農田灌排溝渠、道路、林網等基礎設施，改善農業生產條件，提高土地利用率是潼關縣增加耕地面積，提升耕地質量的必要舉措。

3 治理措施

土壤重金屬污染治理主要途徑包括：一是改變重金屬污染物在土壤中的存在狀態，降低其遷移性和生物可利用性；二是利用生物或工程技術從土壤中直接去除污染物；三是改變種植制度，避免污染物通過食物鏈進入生物或人體內，從而危及健康。目前重金屬污染土體的改良修復主要有物理修復、化學修復和生物修復三種。但這些修復技術均有一定的應用條件或投入成本過高的條件限制，難以用于較大面積或較嚴重污染土體的修復，往往是理論上可行，實際則難以實施。對于礦區零散的礦渣、尾礦堆積以及污染物擴散造成的大范圍污染土體，仍需探求具有可實施性的高效快速的控制與修復技術。

潼關金礦區重金屬復合污染土體工程隔離治理，主要是通過采取工程手段封存、隔絕受重金屬污染的土壤，利用隔離修復材料阻隔重金屬遷移擴散，最大程度消除受污染土壤對周邊環境帶來的二次危害。通過對采礦廢渣堆、尾礦廢渣堆、受污染土壤的修復治理工作，峪道內及附近的村民的生活、財產安全有了保證。礦區的生態環境在很大程度上得到了修復，治理工程的實施對于保護生態環境、維護小秦嶺水源涵養地、保護生物多樣性等均具有重要意義。研究所開發的技術適用于多種重金屬復合污染土體的隔離修復，適用于礦山尾礦渣及其排土場區域的重金屬污染土壤治理與修復，也可用于垃圾、危險廢物填埋場等區域的隔離層處理，以及有毒重金屬復合污染的城市宗地修復與利用，修復效果持久有效。同時，隔離修復技術實施設備要求簡單，施工僅需壓路機、鏟車、挖掘機和攪拌機等設備。隔離材料來源廣泛且低廉，工程成本低，可大范圍推廣與應用。

4 關鍵技術

4.1 隔離層土體材料的選擇與配比的確定

重金屬污染物經生物分解或淋溶作用進入土壤溶液，隨溶液橫向或縱向運移，在運移中主要受對流、擴散、彌散和吸附作用的影響。因此，阻斷重金屬在土體中的運移途徑關鍵在于破壞土體中原有的孔隙，在土體中設置孔隙度較低、透水性較小的隔離層，阻斷水分的上下運移。隔離層常常選用不同粒徑的材料構成，以便最大限度的填充土體孔隙，減少水分運移通道。隔離層亦可添加對重金屬吸附能力較強的材料，以增強土體吸附性能，從而起到更好的隔離修復效果。

4.2 復合污染土體重構剖面構型優化

對復合污染土壤采用剖面重構的方式進行治理，是一種快速高效的土地工程手段。工程上在結合自然土體剖面構型特點的基礎上，根據重構土壤的利用方式，采用差異化的方法手段，綜合物理、化學、生物等多項措施對土壤剖面進行重新構造。新形成的土體剖面構型的優劣直接影響土壤的水、肥、氣、熱等多種要素的調控能力。構建的剖面需由不同緊實度土層組成，且具有多個物理界面，可有效防止植物根系穿插對隔離層的損壞，防止重金屬隨水分移動在土體中遷移與擴散。

4.3 因地制宜的植物配置技術

設置合理的防護林帶以及護坡林，研選適宜的重建植物，實現礦區生態環境治理區域的植被重建，對于金礦區重金屬污染、地質災害、生態環境均具有一定的治理和保護作用。實際應用中結合前期調研踏勘結果，以生態效益和經濟效益為導向，制訂出適宜項目區的分區種植方案和生態護坡植被配置，構建立足于當地立地條件的農作物護坡植物土壤重金屬修復植物的綜合性植物配置技術，實現項目區植物多功能、多層次的立體配置。

5 展望

礦區同時集礦產資源的開采與利用以及土地資源的占用與破壞為一體，是資源環境和人口矛盾相對集中突出的區域。隨著經濟社會飛速發展對礦產資源需求量的不斷增大，礦區生態環境問題進一步加劇，為了改善退化的生態系統，修復受損的生態環境，保護有限的自然資源，人們正開展各種形式的修復治理和生態恢復研究工作。

然而，礦區生態環境的形成是一個非常復雜的過程，修復治理必須在科學發展觀的指導下，結合當地實際，因地制宜的開展。同時應該考慮區域社會自然環境和長遠規劃，同時結合污染類型及特點，采取工程、生物以及廢棄物綜合利用等切實可行的措施進行修復治理，最終達到生態環境有效修復，區域經濟社會協調發展的目的。