生物修復技術在煤礦土壤重金屬污染治理的應用

杜丹丹 王 金

山東省環境保護科學研究設計院有限公司 山東 濟南250013

引言

在我國，煤炭資源都是工業全面發展中的主要資源，而我國能源呈現富煤貧油的能源產業結構，決定了煤炭資源在今后相當長的時間內仍會是我國主要能源之一。然而，由于使用長時問、大規模、高強度、粗放式的煤炭開采模式，最終會給開采區的環境資源造成不可逆轉的破壞。礦山開發建設要占用土地，礦產資源開發中很難避免把占用的土地全部或部分廢棄。尤其是露天煤礦的開采，首先要剝離地表的植被覆蓋層和土壤層，采礦結束后，原有的宜耕、宜種、宜林、宜牧的土壤不復存在，造成土壤嚴重損失。而且，礦山建設過程中產生的廢水、粉塵、重金屬等對土壤環境也有很大的不利影響。重金屬在土壤中的移動性差，難降解，且易在生物體內富集并會通過食物鏈對人體造成危害。

1 煤礦區重金屬污染引起的危害

煤礦周邊重金屬主要通過粉塵遷移沉降、煤矸石風蝕淋溶以及煤礦區酸性廢水外排等方式遷移或富集于土壤造成污染。重金屬污染能直接導致土地生態系統退化、農作物減產及嚴重威脅動植物健康，重金屬元素易于在土壤中富集，且其穩定性強、波及范圍廣，在自然條件下難以降解，富集于土壤中的重金屬通過改變土壤理化特性并影響土壤中營養物質直接造成種植的作物品質降低，一些Cu、Cd、As、Pb等重金屬超標甚至會引起作物減產或絕收。重金屬元素可以被作物吸收，通過食物鏈進入人體的各種有毒害元素在體內積聚到一定程度能引發中毒，一些嚴重的重金屬污染甚至可以通過放射性衰變產生α、β及γ射線，對肝臟、腎臟及肺臟等器官造成損傷甚至癌變。另外，重金屬元素會隨著地表蒸發和植物蒸騰作用逸散于大氣中，部分會伴隨降雨返回地表匯入地表水和地下水，造成水體污染，且隨著水流運動蔓延范圍極廣。重金屬污染隱蔽性極高，一般來說不易被肉眼所察覺，一旦引發問題將是較為嚴重且不可逆的巨大危害，引發嚴重的土壤、大氣及生態功能退化。不僅如此，重金屬污染還在一定程度上對土壤中的微生物群落生存環境發生改變，減少生物多樣性活力。

2 煤礦土壤重金屬污染生物治理

2.1 植物修復法 植物修復法利用特殊植物對土壤重金屬進行超富集，降低土壤中的重金屬含量。(1)植物提取。利用植物吸收、轉運土壤中的重金屬并儲存在植物體中，經過對植物體的收集處理，可有效減少土壤的重金屬含量。例如研究發現，遏藍菜屬植物能有效提取土壤中的鋅和鎘。Brown等人在研究中發現，遏藍菜株中的鋅含量為33600 mg/kg，鎘含量為1140 mg/kg，修復效果顯著。(2)利用植物根系改變周圍的p H值等微環境條件，改變重金屬的形態，使其積累于植物根系，達到清除土壤重金屬的作用。植物修復技術相比物理化學方法具有節省資金、美化環境、適用范圍廣、增強土壤肥力等優點。不足之處在于具有超富集作用的植物種類較少，而且植物生長比較緩慢，修復的速率比較低?？蒲腥藛T為解決這一問題，積極探究如何將植物修復技術與其他方法相結合，以達到更好的修復效果。例如可以添加螯合劑強化植物的修復能力。曾做過田間試驗，探究絡合劑EDDS對海州香薷修復土壤的影響，結果表明人為添加EDDS能明顯增強海州香薷去除土壤重金屬的能力。

2.2 物理化學修復技術 物理化學修復是指不改變土壤的理化特性，而是直接將土壤中重金屬的賦存狀態進行改變，降低重金屬物質在土壤中遷移能力和速率、閉塞或降低其在生物鏈中的通道，隔離其有毒害物質進入生態循環系統。主要通過客土置換、表土剝離、土壤深耕、化學固化、土壤淋洗及電動修復等方法去除或降低重金屬污染物質對土壤產生不良影響的方式。物理修復方法因其操作簡單、不會輕易引起其他負面作用被廣泛應用于我國土壤修復領域，但適用范圍主要在于受重金屬污染程度較輕的地區?；瘜W修復方法最常用的是通過固定或鈍化重金屬的方式降低其污染程度。此外，由于重金屬理化性質的特殊性，較多研究通過在土壤中添加改良劑，利用改良劑與重金屬發生化學反應生成沉淀物的方式以增強土壤對重金屬的吸附沉淀作用。但部分改良劑的添加，會使土壤中某些金屬的可提取態含量增加，天然提取高分子化合物改良劑會引起植物中毒等。值得注意的是，物理化學修復能較為有效地對重金屬污染面積較小的區域進行土壤修復，污染面積過大，修復成本較高，操作過程中可能會破壞土壤結構，部分沉淀物常年積累于土壤中難以外排，對污染土壤不當的處置容易成為新的環境污染源，另外會引起土壤結構破壞、生物活性下降和肥力退化等問題。

2.3 動物修復法 土壤中的動物能起到降低土壤中重金屬含量的作用。例如在考慮蚯蚓耐受性的基礎上使其攝食土壤中的重金屬，之后便可以通過各種方法清除土壤中的此類蚯蚓，達到清除土壤重金屬的目的。蚯蚓的代謝過程也會使重金屬發生鈍化，降低毒性。動物修復技術方便簡單，節約資金，但治理效率低，僅適用于污染較輕的土壤。

結語

越來越嚴重的重金屬污染威脅著社會的可持續發展。雖然目前的修復技術已經廣泛應用于各種土壤環境，但是各種技術依然存在著不同的局限，所以大力開發更加高效廉價的新型土壤重金屬污染修復技術依然十分必要。除此之外，政府應制定更加嚴格的管控條例，嚴查工業排放，督促企業工廠升級設備，控制化學農藥使用量，加大土壤保護宣傳力度，提高人們保護土壤的意識。