礦區土壤重金屬污染治理及生態修復技術研究

戴娟

摘 要：中國共產黨第十八次全國代表大會召開以來，生態文明備受關注。在我國社會經濟發展過程中，礦產資源占據著重要位置。礦產資源的持續開發，對環境造成了不同程度的破壞，如發生地質災害、耕地減少以及環境污染等。基于此背景，人們更加關注礦區污染的恢復與治理狀況。因此，重點分析礦區土壤重金屬污染治理情況，提出有效的修復技術，并結合實例進行論證，有利于生態文明的建設。

關鍵詞：礦區土壤;重金屬污染;治理;生態修復技術

中圖分類號：X753;X53文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）16-0126-03

Abstract： Since the 18th National Congress of the Communist Party of China， ecological civilization has attracted much attention. Mineral resources occupy an important position in the social and economic development of our country. With the continuous development of mineral resources， the environment has been damaged to varying degrees， such as geological disasters， reduction of arable land and environmental pollution. Based on this background， people pay more attention to the recovery and treatment of pollution in mining areas. In this regard， this study focuses on the analysis of the mining area soil heavy metal pollution control， put forward effective remediation technology， and combined with the example for demonstration， It is conducive to the construction of ecological civilization.

Keywords： mining area soil;heavy metal pollution;management;ecological restoration technology

礦產資源是人類生產資料與生活資料的重要來源，在推動社會經濟發展方面發揮著重要作用。現階段，我國95%的能源和80%的原材料都依賴于礦產資源供給[1]。因為長期掠奪式的開采以及缺乏對環境保護的重視，礦產資源在促進國民經濟增長的同時，環境破壞的問題日益凸顯。在國際第四屆環境地球化學討論會中，礦山環境成為討論的重點。在國內第六次全國環境地球化學學術會議上，礦業開發問題受到關注，其中礦山開發造成了諸多重金屬污染。在部分長期進行礦業開發的區域，重金屬污染及潛在危害不容忽視，應想方設法治理這些亂象[2]。

1 礦區土壤重金屬污染誘因分析

1.1 礦區排放廢水

對于大多數礦區而言，主要采用地下開采方式獲取礦產資源。為了能夠保證井下生產的安全，需排出大量的礦井水。受地理位置、氣候情況、地質構造、開采深度及方法等各種因素的影響，礦區井水水質差異較為明顯。礦井水排放增加了土壤重金屬含量，也增加了其不確定性[3]，造成土壤重金屬含量持續增加。例如，酸性礦井水會加快重金屬溶解速度，提高其毒性。特別是在大量重金屬元素出現協同功效時，不僅會嚴重污染土壤，而且會加快作物吸收重金屬的速度，改變作物品質。目前，雖然大多數礦區會凈化處理礦井水，但是凈化程度有限，依然摻雜著一些污染物，長期灌溉農作物會影響土壤環境[4]。因排放量大、影響范圍廣，再加上認識不足及技術落后等原因，礦井水不斷污染著土壤。因此，各礦區應高度重視，并有效控制礦區廢水的排放[5]。

1.2 礦區大氣污染引起的土壤重金屬污染

礦區開采會嚴重污染大氣。大氣污染物中包含了大量物質，且伴隨著大氣粉塵的沉降而遷移沉淀在地表上，不斷污染土壤。例如，在開采、堆放與加工煤炭的過程中，礦區及周圍土壤極易受到降雨淋濾和揚塵沉降等影響。距離較遠的地區，大氣中漂浮的煤塵和煙塵等顆粒物，在干濕降落的影響下漸漸沉降在地表，通過食物鏈和化學鏈等進入生物體，嚴重影響礦區周圍居民的安全。

1.3 礦區固體廢物引起的土壤重金屬污染

煤礦開采時會生產出大規模的煤矸石，并從地下運輸到地表。因環境的變化，這些煤矸石在自然狀況下的風化現象較為嚴重，再加上雨水和地表水淋溶的影響，使得煤矸石中的有毒有害重金屬溶出并滲透到土壤中，從而改變了采礦區土壤重金屬的含量。

2 礦區土壤修復綜合治理

2.1 礦區土壤環境系統分析

礦區土壤環境非常復雜，其中區域地質環境對土壤本底環境影響很大[6]。煤礦開采過程能夠向地表輸送古物質，是地球表生帶物質能量循環的重要組成部分，將引起礦區土壤環境發生較大變化。研究主要從礦區污染物排放和區域土地利用等方面出發，合理劃分土壤重金屬污染區，包括煤矸石污染區、礦井廢水污染區以及大氣降塵污染區等。采集不同污染區中的典型土壤樣本，然后分析重金屬含量，在高光譜遙感技術的支持下，在提取完土壤污染信息后進行定量研究，這樣便于掌握土壤重金屬污染的分布狀況和污染因子等。根據礦區采區分布圖與土壤利用現狀圖等形成專門的數據庫，涵蓋礦區土壤重金屬污染的所有信息，進而為后續治理工作的開展創造技術條件。

2.2 加強礦區土壤重金屬污染評價并合理劃分土壤功能區

為充分利用礦區土壤資源，不僅要深入分析礦區土壤環境系統，還要從實際的土壤類型和污染水平出發，結合《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995），合理評價礦區中的土壤質量。要根據風險論、生態學、環境科學和地學等，考慮土壤生態系統的情況，實行生態風險評價，以便充分了解重金屬的污染程度。在獲得土壤質量評價結果后，確定應用功能與質量目標，在3S技術的支持下形成土壤功能區劃分圖。從土壤重金屬污染治理與恢復現狀出發，適當調整土壤功能區，以獲得準確、可靠且及時的污染治理工作數據。

2.3 運用系統-復合聯合模式進行土壤修復

煤礦開采的整個環節都存在土壤重金屬污染的問題。在煤礦閉礦后，若是未能有效處理煤矸石等固體廢物，將無法消除污染現象。土壤受到重金屬污染后，會對附近植物造成污染，導致重金屬從植物轉移到食物鏈?？梢姡V區土壤重金屬污染具有持續性特征，且開采中造成的污染方式多種多樣。在環保治理過程中，需要堅持預防為主。對于已形成的重金屬污染，必須在向土壤生態系統轉移前就采取有效的治理措施。在煤礦開采形成的“三廢”中，尤其要關注重金屬，避免其對礦區土壤生態系統造成污染。

煤礦生產所排放的“三廢”存在很多不確定性，因此加強末端治理顯得尤為關鍵[7]。在礦區重金屬污染常用的治理技術中，主要有物理修復技術、化學修復技術以及生物修復技術等，且不同修復技術存在一定的局限性。物理修復技術需要消耗大量的能量，處理成本高，工作量大，主要用于小面積污染土壤治理。化學修復技術會導致土壤團粒結構被破壞，成本投入大，易引起二次污染。生物修復技術耗時較長，在降解污染物時形成的部分中間產物毒性大，且受到場地和環境等影響，修復效率降低，無法獲得較為穩定的修復效果。

分析重金屬環境污染可知，環境中存在很多超富集植物與重金屬耐性植物。利用微生物共生體系能夠有效修復重金屬環境污染。要結合當地氣候、土壤等情況，選擇相應的重金屬耐性植物，為礦區重金屬污染土壤修復奠定良好的基礎。靈活運用多種修復技術，從礦區土壤重金屬污染的具體情況和涉及范圍出發，發揮各種修復技術的優勢，提高生態效益。

我國礦區土壤重金屬污染現象普遍，需要在源頭上加強預防，并做好末端治理工作，否則難以取得較好的治理效果。為了能夠有效修復礦區土壤，應結合各種修復技術的優點，從整體上有效治理土壤重金屬污染問題。

3 實例分析

3.1 某金礦區污染現狀

某金礦區屬于巖金型，因形成過程較為特殊，其礦床常常會出現大量的金屬硫化物，如黃鐵礦、毒砂以及輝銻礦等。針對這一礦區的開采，普遍采取混汞法和氰化法。因提金選礦技術差異較大，產生了選礦尾礦、混汞碾渣以及氰化渣等各種尾礦渣。這一礦區的污染情況主要表現為大量含有重金屬元素的尾渣和氰化渣被隨意地倒在河道兩側、村前屋后以及田間地頭，在河水搬運、降水淋溶、大風揚塵等影響下，污染了大氣環境及農田。此外，礦坑廢水和選廠尾礦漿沒有通過處理便直接排放，導致該礦區內7條河流中的氰化物、Hg、P、Cd、Cr等重金屬元素嚴重超標，嚴重影響當地群眾的安全。

3.2 礦區重金屬污染土壤修復措施選擇原則

土壤重金屬修復技術是消除、降低、穩定或轉化場地中目標重金屬污染物的技術，主要是改變污染物結構，降低毒性、遷移性或數量[8]，包括物理技術、化學技術及生物技術。生物技術和化學技術國內尚未完全成熟，且投資成本相對較高。目前，物理技術中的物理隔離法和物理置換法應用最廣泛。物理隔離法的重點在于隔離層的選擇，結合治理區域的具體情況，選取恰當的三合土為隔離層，實現化學性能穩定與隔水的效果，避免重金屬揮發滲透到表土層中。物理置換法則是采取深翻的方式，改變地表土壤耕植條件。相關研究表明，土壤垂直方向上重金屬含量超標深度達60 cm時，物理置換法無法修復土壤。可見，物理隔離法是目前最合理的方法。

3.3 某礦區重金屬污染土壤修復措施

結合礦區實際情況，物理隔離法具體覆土措施為底部尾礦渣推平壓實、中部覆蓋10 cm隔離層、上部覆蓋40 cm凈土壓實層、頂部覆蓋30 cm凈土耕植層。重構的土體剖面如圖1所示。

3.3.1 礦渣場地清理。全面清理與外運選礦廢渣和堆積的尾礦等，并在清理后平整與壓實。填坑過程中，適當壓實底部，壓實系數大于0.95。此外，根據地形調整場地整體坡度，坡度不得超過5°，同時將場地整理成臺階型。

3.3.2 鋪設三合土隔離層。清理平整選礦廢渣后，在上面鋪設隔離層。隔離層的目的在于阻止殘留污染物滲透，避免出現二次污染。隔離層以2∶3∶5的比例混合黏土、石灰以及中砂，將其制作成三合土。值得注意的是，為了能夠提高修復質量，三合土配比必須嚴格按照比例制作。施工過程中，隔離層壓實度大于0.95，隔離層厚度大于10 cm。

3.3.3 鋪設凈土壓實層。鋪設完成三合土隔離層后，在上面鋪設凈土層。凈土層由沒有被污染的干凈黃土制作而成。鋪設過程中，凈土層壓實度大于0.90，厚度大于40 cm。

3.3.4 鋪設凈土耕植層。鋪設凈土壓實層后，在上面鋪設耕植層。耕植層由松散的干凈黃土構成，壓實度大于0.83，厚度大于30 cm。值得注意，土料中不得包含植物根系，涂料中結核量需大于2%，水溶鹽含量需大于3%。

3.4 修復效果

有機重構礦渣土體可有效改善土壤，不僅能夠保護生態環境，還能夠增加農民收入?，F階段，這一治理項目已經廣泛開展，示范區總面積大于1 000.00 hm2。一期工程已經竣工，新增加建設用地超2.00 hm2，新增耕地超66.67 hm2，新增林地超33.33 hm2。

4 結語

我國提出了生態文明戰略，重視對環境的保護。針對當前重金屬對土壤的污染情況進行分析，提出了針對性的治理措施，確保生態文明建設順利開展，構建美麗中國。

參考文獻：

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[8]陳振宇，王松，趙元藝.西藏多不雜銅礦區土壤與河床沉積物中重金屬元素特征及其環境意義[J].地球科學與環境學報，2020（3）：376-393.