礦山環境污染與生態修復技術研究

張林濤

（廣東心耕生態環境工程有限公司，廣東東莞 523323）

0 引言

當下加大對礦山的開發與利用能夠推動國內經濟的發展，并且目前國內絕大多數的不可再生資源、工業用的原材料以及農業生產資料基本上都是通過礦山開采所得到的。但是在開發礦山的過程當中，不但能夠讓肥沃的土壤轉變為荒地，而且在開采時所產生的固體廢物也會侵占土地。采礦活動的開展會對區域內的景觀造成直接性的損壞。現階段國內所開展的采礦活動就讓超過百萬公頃的土地變為荒地，并且每年還會成倍增長。為了能夠保護現有的生態環境，降低礦山環境污染，加快礦山荒地的生態修復迫在眉睫[1]。

1 礦山對生態環境的影響

1.1 地面沉降

現階段國內在開采礦山的過程當中，時常出現土地塌陷的情況。一旦出現地面降沉，那么不但就會導致農作物減產，而且還會引發其他的例如植被死亡、水土流失、建筑物受損等一系列環境問題。采礦沉降對于土地以及周邊的環境造成不同程度上的影響，其主要因素有地形、地下水位、土地原始類型等。例如，如果選擇在地勢相對平坦、地下水位淺的農田進行開采，那么一旦出現沉陷就會出現較為嚴重的洪水泛濫的現象，并且由于開采引發了嚴重的地面沉降事故，破壞了周邊的建筑物、道路、農田等，因此也會使土地的使用用途發生改變。在山區進行采礦工作時，一旦出現沉陷，那么就會引發邊坡崩塌，導致地表出現裂縫，覆巖破損，從而引發水土流失[2]。

1.2 水環境

在進行礦山開采的過程當中經常會出現地下水水位降低、水污染、水土流失等現象，從而給開采區域周邊的水環境造成不小的影響。正常情況下地下水是通過斷裂覆蓋層與開采區域進行連接，因此不管是采礦排水還是礦山的沉降都會嚴重影響水環境。在地層當中存在著較多的化合物、沉積物，有一定的概率會由于水的流動進而溶解，流入土層當中。在開采金屬礦山時，所暴漏出來的礦物也會順著水流進行溶解，從而流入土層當中，或者與環境產生一定的反應，生成污染物，嚴重影響水、水生棲息地的整體品質。礦山排水也會對地表水造成污染，當所產生的污染物逐漸地流入地下水時，處理采礦廢物也會對水質造成不小的影響[3]。

1.3 礦山廢棄物

在開采礦山的過程當中經常會產生例如粗廢料或者細粉等廢棄物。目前在廢棄物的管理方式上主要采用減少廢棄物的產量，提升廢棄物的利用率等，但是現階段絕大多數的礦山廢棄物依然需要運送到垃圾處理場或者填塞溝壑進行處理，這會給當地的生態環境造成不小的影響，其中主要包含：采礦所產生的污染物有很大概率會涌入地下水、空氣污染、影響礦山周邊景觀等。堆放到土地當中的廢棄物可能會產生重金屬，一旦重金屬發生氧化，那么就會對周邊的空氣、地下水造成嚴重的污染。礦山開采所產生的廢棄物會長期影響周邊的環境，現階段還沒有十分有效的補救措施。因此在開采時對于廢棄物應該進行妥善處理，避免對礦山周邊的土壤環境以及水環境造成污染。

1.4 空氣污染

據調查表明，顆粒物、所排放的氣體會對礦山的空氣造成十分嚴重的污染，其中主要有CH4、SO2以及氮氧化物等。在礦山進行鉆探、爆破、礦產的運輸時都會產生這些物質的排放。在進行地下開采時，露在外面的礦堆、廢料還會排放粉塵。而一旦出現礦石自燃、甲烷泄漏都會排放出一氧化碳、二氧化碳。與此同時，在地下受到污染的空氣也會順著礦井的排風系統進入大氣當中。

1.5 生態景觀改變

在開采礦山時經常會產生廢料堆，如果是露天礦場還會出現較大面積的地表疤痕，在進行地下礦產的開采時還極容易地面沉降等，這些現象會使當地的生態景觀發生較大的轉變，目前最具有代表性的要數礦山生態景觀。不僅如此，還會改變土地性質，破壞周邊的土地資源、讓土地出現沙化等，對當地生態系統的結構造成了不小的影響。

2 礦山污染生態修復技術

2.1 改良沉積物

與金屬礦山荒地相比，國內現階段煤礦棄土面積的回收要較多，這是由于金屬礦山的退化土地通常情況下還要進行額外的處理。尾礦壩是具有代表性的金屬開采荒地，由于含有大量的重金屬，存在廢棄基質當中的礦石很容易氧化進而所產生的酸度，阻礙了生態恢復。一般情況下要將尾礦砂與土壤或者污泥、生活垃圾等進行充分的混合，之后在進行利用。有些時候要向沉積物當中填入一些無機肥、石灰，目的就是為了能夠更好地中和酸度。但是這種方式只適合實驗盆栽試驗以及規模相對較小的田間示范，此外還需要深入的中試，上述的實驗場景并不能代表實際的自然條件，特別是尾礦酸化，因此無法有效地用于實踐當中。目前國內對于金屬礦山尾礦在技術層面的改進建議主要如下：如果尾礦的類型為鋁土礦，那么改進措施為紅土/黃粉土（7/3），選擇黃豆作為試驗作物，從實際的改良結果來看，鮮重提升了160%；對于垃圾堆肥混合尾礦砂，可以選擇銀合歡作為試驗作物，從實際的改良結果來看，植物的長勢較好，現場金屬較為穩定，不但能夠實現土壤的節約，而且還能夠讓廢物實現二次利用[4]。

2.2 重新植被

通過實現永久性的植被覆蓋能夠減低污染、提升整體的視覺效果。這不但包含在經過改良之后的沉積物上面進行植物的種植，而且還需要后續不需要人為干預的情況下就能夠實現自我生長的植物群落，通常情況下要選擇能夠在惡劣的氣候、土壤環境下依然能夠正常生長、繁殖的植物。在適合尾礦種植的植被當中，挑選出目前已經進化出了生物機制，并且能夠抵御有毒金屬基質，或者在有毒金屬基質上也能夠進行正常生長的植被。

在國內的華南地區，鉛鋅礦較多，因此，當地通常會選擇如百慕大草、雙穗雀稗、百喜草等植物，將其廣泛地用于尾礦再植被。在國內的華東地區，即便在尿素、灌溉的條件下，沙棘香蒲、蛇發草、中國芒等植物能夠健康、穩定的生長，并且通過后續人為干預，能夠縮短恢復的時間。對于煤礦廢棄物來說，目前最為合適的復墾植物要數沙棘，特別是在國內北方氣候較為干旱或者半干旱的地區。沙棘能夠獨自種植或者與檸條、油松等植物混合種植，現如今在國內露天煤礦等礦山得到了廣泛運用。在進行開墾過程當中究竟選擇本地物種還是外來物種要根據實際情況進行詳細的分析，因為有些外來物種很有可能會成為有害生物。因此，在進行植物物種挑選時應該要嚴格考慮，防止所選擇的植物物種成為區域植物區系有一定關聯的問題物種[5]。

在人工引進層面，要選擇具有一定適應能力的品種，為了能夠讓植被健康、長久的發展，要對所引進的植物品種施入含有氮元素的肥料。不僅如此，還可以引進當地的豆類以及一些能夠固氮的物種，通過利用有助于分解、營養物質較為豐富的枯落物、細跟、根瘤等，能夠有效提升土壤當中的肥力，對不同氣候區域耐蝕性物種的選擇以及礦區廢棄地的生態修復具有重要的意義。

2.3 植物修復

重新植被就是在因采礦所退化的土地上種植植被，在采用植物修復技術之前應對礦區廢棄地的凈化情況提高其重視程度。采用植物修復就是通過借助植物將土壤當中的污染物完全去除，或者讓污染物轉變為無害物質，作為當下較為新型的環境技術，盡管在國內處于初級階段，但是現階段依舊是研究過程當中的重點，特別在對受到重金屬污染的礦山進行生態修復時。目前所運用植物修復技術，主要涵蓋植物的提取，去除廢棄物當中所存在的有害金屬，植物要想減少沉積物當中的金屬流動與生物利用，那么就可以通過固定沉積物或者減低沉積物的遷移活動。這種就地進行修復的方式能夠有效修復場地、提升土壤當中的生物活性、維持物理結構，并且不會投入太高的成本，還會有一定概率對金屬實現生物回收。

目前，國內大部分礦區均存在超富集植物，常見的包括蜈蚣草和鳳尾蕨等。根據既有研究成果了解到，土壤所含重金屬可通過植物去除，進而達到受污染土壤凈化處理的目的。若在可觀條件下，亦可借助高生物量生產作物對被污染基質進行修復。不但能夠積累污染物，而且還能夠對所積累的污染物起到一定耐受性的植物迄今尚未發現。現階段，應當將低生物量與高積累能力植物作為首選。為此，被用于提取的植物通常會選擇無法累積重金屬且不具備高生產量的植物。一旦土壤被污染的程度達到中度，則有必要及時開展去除植物提取的操作。需要注意的是，現階段，此方式用于高富含重金屬礦山處理的可行性并不明顯，且既有研究成果也未指出可以徹底清除尾礦累積有毒金屬的植物種類。而且，重金屬很容易與凋落物共同陷入循環，最終大量擴散到生態系統當中，進而造成不可估量的損失。

還有一種植物修復技術叫作植物穩定。就是借助耐金屬植物物種，通過這類植物根部的吸收、積累、吸附到根系之后在進行沉淀?，F如今很多研究都可以證明，通過選擇性種植以及改良沉積物土壤能夠促進植物穩定，進而讓由于采礦所出現的退化土壤快速地進行恢復。目前在國內很多鉛鋅或銅礦尾礦當中已經有很多草木植物成功定植的案例，其中主要有白葉花、雙葉花、澳洲花、何首烏等。目前在國內華南地區的鉛鋅和錫礦尾礦也大量地使用了如銀合歡、金合歡等木本植物，在中度污染的荒地當中，黑榿木、梧桐楓的種植對于植物穩定具有廣闊的發展前景。

2.4 動物修復

在礦山生態修復技術當中目前還會經常用到動物修復技術，這種技術通常就是借助生活當中常見的如蚯蚓、螞蟻、兔子等動物從而對礦山周邊的土壤結構、松散程度進行有效的調整。這些動物通過在土壤當中不斷地遷移，從而能夠對礦山周邊的土壤起到疏松的作用，提升土壤顆粒之間的相互作用，將更深層次土壤當中的營養物質帶入表層。不僅如此，這些土壤動物還能夠將存在于表層的枯枝帶入土壤深處空隙較大的區域，然后在土層深處進食，之后排出消化物，在確保土壤養分的同時，增強礦山廢棄地周邊土壤的修復速度。此外，這些動物自身還具有較強的重金屬富集能力，能夠有效修復受到重金屬污染的礦山廢棄地。國外一些專家、學者通過對蚯蚓進行試驗發現，蚯蚓不但能夠對土壤的理化性質進行優化，還能夠在受到重金屬污染的土壤當中降低重金屬離子濃度。

2.5 微生物修復

微生物修復技術就是充分借助微生物生長與分解等一系列的活動，以此來加快礦山廢棄地土壤當中的養分循環，讓土壤積累更多的有機物質，減少礦山廢棄地土壤當中的污染物以及對礦山周邊其他環境的破壞。通過采用這種技術能夠加快礦山周邊土壤當中枯枝的腐化，通過將枯枝進行分解，能夠使其生成腐殖質，提升整體土壤的營養。與此同時，還能夠讓周邊土壤當中的植物更好地吸收其生長所需的營養、水分。有相關專家表示在細胞進行降解的催化反應當中β-葡萄糖苷酶能夠起到至關重要的作用，通過葡萄糖的釋放以此來作為能力，讓土壤當中的微生物生物量能夠始終進行代謝[6]。

3 結語

由此可見，國內礦山荒地在短期之內很難得到有效的恢復，并且相較于金屬礦，煤礦廢棄地較高。在金屬礦山開采廢棄地選擇植物進行種植時所面臨的挑戰較多，主要是因為礦山廢棄地中不但所含有的重金屬具有一定的毒性，而且廢棄地土壤當中的營養物質也較匱乏。本文通過分析在礦山開采過程當中對于周邊生態環境所產生的影響，從而探究礦山廢棄地生態修復技術，然后根據所開采礦山的實際環境情況，選擇最為適宜的生態修復技術，通過在覆蓋復墾的過程當中選擇具有耐受性、超富集的植物，進而防止污染物遷移，增強礦山廢棄地土壤的整體活動，但是從現階段來看，依舊還處于試點階段，后續還應該制定各種各樣的礦山廢棄地修復目標，以此來改善礦山周邊整體的生態環境。