廢棄礦山環境中重金屬污染生態修復技術研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0102-06

中圖分類號：X53文獻標志碼：B

Research on Ecological Remediation Technology of Heavy Metal Pollution in Abandoned Mine Environment

ChiYongfeng1，HuangWeikun2，YangShaoyuan1，JiangHaitao’，Liu Mingchun1 （1.Fujian Institute of Geotechnical Engineering Survey and Research Co.Ltd.，Fuzhou 350108，China; 2.Fujian Yedi Hengyuan Construction Co.，Ltd.，Fuzhou 3501O8，China）

Abstract：Torducetheenvironmentalrisksofabandonedmines，thispaperresearchedonecologicalrestorationtechologiesfor heavymetalpolutioninbandonedieenvironmentsAdoptingpasedemediationeasuresforeavyetalpolutioninsl，artd withslopereductionandloadreductiontoimproveslopesafety，andthenplantingplants.Aquaticplantswereusedtoadsorbheavymet alsandlsoourappropatemodifedsilicasapurifngagentintothewatertochieveayetaldegradationIevaluatedtheo logicalrestorationefectofwaterodiesfromthreeaspects：pHvalue，chemicaloxygendemand，andtotalsoilposphorusontent，by calculatingthsoilologialrestorationefctasedonteNemeroompreensiepoltionidexanddgradationeexpritalre sultsshowedtatfteremediation，theomprehensivepoltionidexofMerointesudyreaaslowerthan2ndteemoalatef various heavy metals in the soil significantly increased.After restoration，the ΔpH value of the water body is7，and the chemical oxygen demandandtotalphosphoruscontentaresignificantlyreduced.Theremovalrateofheavymetalsniobiumandcopperiscloseto 70% ：

Keywords：abandonedmine；heavymetalpollution；ecologicalrestoration；chemicaloxygendemand；totalphosphoruscontent

前言

廢棄礦山在長期的開采和冶煉過程中，產生了大量的重金屬廢棄物[1]，如廢石、廢渣、尾礦等，這些廢棄物在自然環境中經過長時間的雨水沖刷、風化等作用，導致重金屬元素逐漸溶出并滲透到土壤、水體和大氣中，造成了嚴重的重金屬污染[2-3]。重金屬污染會破壞土壤結構，還會通過食物鏈進入動物體內，對生態系統造成破壞[4]。加強礦山開采和冶煉過程中的環境管理，減少重金屬廢棄物的產生和排放，對產生的廢棄物進行妥善處理，防止進入自然環境[5]。針對已經受到重金屬污染的區域，可以采用如土壤修復、水體凈化、植被恢復等多種方法進行治理，同時加強環境監測和評估，確保治理效果[6]。

針對重金屬污染治理問題，國內外諸多研究者作出研究：Bawa-AllahKA以尼日利亞作為研究對象，評價淡水中的重金屬污染問題，確定研究區域中的重金屬污染水平，研究結果具有參考性[7]。龍吟等人針對開采硫化物的區域作出研究，分析研究區域的污染情況，并提出對應的處理措施[8]。儀小梅提出使用土壤植被修復技術治理重金屬污染區域，并且初步取得成就[9]。江潤海等人使用微生物技術，修復研究區域的重金屬污染問題，并且獲得可觀成果[10]

文章將對廢棄礦山環境中重金屬污染的現狀、影響及治理措施進行詳細介紹。

1重金屬污染生態修復技術分析及應用

1. 1 研究區概況

文章所研究的廢棄礦山位于中國中部區域，該區域常年受到亞熱帶季風氣候影響，年平均溫度與降水量分別為 20% 與 1493.7mm 。地表存在大量裸露巖體，這些巖體大量分散在地表，巖石硬度較高，不適合植被生長研究區域地質結構較為堅硬，植被生長困難較大。受到礦藏開采影響該區域土壤與水體中污染較為嚴重，除了化學污染物以外，還存在大量重金屬污染，且受開采作用影響，地表植被幾乎完全消失，生物多樣性也遭受破壞，居民生活受到嚴重影響。

1.2生態環境修復技術具體實施方案

1.2.1土壤生態環境修復

1.2.1.1 階段性修復

對于研究區域礦山開展實地考察調查研究，確定礦山周邊土壤特征，制定具有針對性的重金屬污染治理方法和維護管理方法。負責礦山生態恢復的工作團隊需要使用宏觀規劃策略設計修復方法，考慮資金投入成本，制定詳細的預測、修復、監管計劃，動態化的監測并管理礦山的污染治理工作，該過程中需要考慮重金屬污染的分布特征和污染程度，選取合適的技術修復生態環境，結合地理信息技術與環境科學管理技術，實現最佳修護效果。

1.2.1.2邊坡安全隱患治理

研究區域礦山長時間開采，地質結構完全遭受破壞，修復生態環境之前，需要先消除礦山結構安全隱患，才能開展具體生態修復工作。礦山較高坡度較陡，高差較大，因此需要先試用人工結合機械設備對邊坡削坡減載，將現在的邊坡高度縮減一半，使用機械設備把地表裸露的大量堅硬巖體清除，清除過程中保證邊坡穩定性不遭受破壞。消減后的邊坡頂部布置高度為 1.5m 的防護圍欄，確保人員站立安全。削坡減載工作完成后需要為邊坡修建支護結構，保證邊坡不會發生滑坡和水土流失。與坡腳保持 2m 距離后，建造上寬 0.5m_? 下寬1.5m 的擋土墻，根據邊坡長度初步設定擋土墻長度為1 1638.3m ，埋深設定為 0.5m 。為實現邊坡排水，在擋土墻的底部挖掘排水溝，排水溝與坡腳齊平，以便后續植被布置。

1.2.1.3植被種植生態修復

經過上文消減邊坡以后，還需要提升邊坡肥力才能實現植被生態修復。考慮實際地質結構和土層結構，使用基材噴射法和燕巢覆綠技術恢復邊坡植被，既可以使用植被加固邊坡，還可以恢復邊坡的生態結構，施工量較小，降低施工成本。基材噴射施工之前，在與坡面垂直的位置鉆孔以梅花形狀按照錨桿并且注漿，錨桿間距設定為 1m ，每個錨桿頂部均布設鐵絲網。完成布設以后，使用噴射機向坡面上噴射包含有機物、保水劑的綠化基材和植被種子（種子多為灌木草種如狗尾草、野薔薇等），噴射厚度設定為 7.5cm ，對于坡面拐角區域，噴射厚度為10cm 左右。噴射完成后，把無紡布覆蓋在坡面上，避免雨水沖刷導致噴射失敗。邊坡上還會存在大面積溝槽與裂隙，使用開鑿法在這些區域布置燕巢狀植生坑，該坑深度為 0.5m ，面積為 3.6m² ，回填基質土和保水劑，在這些坑中種植藤本植物。植物都種植完畢以后需要安排專門工作人員每天噴水養活殺蟲追肥觀察生長。

1.2.2水體生態環境修復

1.2.2.1水生植物生態修復方法

研究區域中的廢棄礦山長期開采導致周圍水體出現嚴重重金屬污染，按照研究經驗，選擇種植濕地植物，實現水體中的重金屬消解。按照經驗選取菱白、澤瀉、黃菖蒲等適合當地氣候的水生植物幼苗，在試驗室中的水箱中短暫儲存幼苗，恢復幼苗運輸中根系發生的損傷，把恢復后的幼苗轉移至營養液（pH值為5）之中，間隔4d更換一次營養液，完成7次更換后完成培養。將培養后的植株轉移至試驗區域內受到污染的水體中。相關工作人員需要負責水體中植物的后續維護，避免植物遭受蟲害，還需要保證水體容量。

1.2.2.2化學材料修復水體生態環境

除了布置水生植物降解水體中的重金屬污染，還可以在水體中導入適量改性硅烷化二氧化硅作為凈化劑，該凈化劑能夠在水體中發揮吸附作用。

1.3 修復效果驗證

1.3.1土壤修復效果評價

土壤重金屬污染修復評價使用內梅羅綜合污染指數 I 評價：

式（1）中， P_i 表示 χ_i 污染物的單項污染指數，P_imax 為污染指數最大值。

根據內梅羅綜合污染指數數值范圍，判斷研究區域修復后污染程度： _！I 值小于0.7，代表該區域完全清潔， I 值介于0.7至1.0之間，代表該區域較清潔，I值介于1.0至2.0之間，代表該區輕度污染，I值介于2.0至3.0之間，代表該區中度污染，1值超過3.0，代表該區重度污染，

土壤中重金屬污染物去除率計算如式（2）所示：

式（2）中， w₀ 表示土壤中重金屬污染物原始濃度， w_t 表示生態恢復后污染物濃度。

1.3.2水體修復效果評價

從 pH 值、化學需氧量和土壤總磷含量三個方面評價水體生態修復效果。

2 結果

2.1土壤污染內梅羅綜合污染指數評價

在研究區域礦山布置15個測點，測點編號分別為測點1-測點15，監測這些測點生態修復前后內梅羅綜合污染指數，統計結果見表1。

從表1中的內梅羅綜合污染指數可以看出，研究區域為經過生態修復時，各個測點的指數數值在3.00～5.00 之間，屬于重度污染。經過文章方法修復治理以后，該區域中的各個測點均低于2.0，屬于完全清潔和較為清潔的環境，說明使用文章方法對研究區域重金屬污染治理后土壤污染得到顯著緩

2.2土壤重金屬污染去除率分析

選擇修復治理前，重金屬污染最為嚴重的測點10，作為去除率試驗分析的對象，計算分析鈷、鋅、鉻、鎘、鉛、鋸、砷、汞、銅等重金屬元素的降解變化，各個重金屬在不同修復時長下，重金屬去除率變化見圖1。

從圖1能夠看出，隨著生態修復時長增加，土壤中各個重金屬去除率呈現出顯著上升變化趨勢，說明消減邊坡并種植大量植物，能夠有效實現研究區域土壤中重金屬的降解，以便逐漸實現廢棄礦山環境中土壤重金屬污染生態修復。圖1（b）和圖1（c）中，重金屬鋸和重金屬銅的去除率較高，接近 70% ，說明這兩種重金屬在文章所使用的修復技術處理下，更容易被降解。

2.3水體修復效果評價結果

評價研究區域水體在不同修復處理時長下，水體修復前后pH值、化學需氧量和土壤總磷含量變化，試驗結果見圖2。

從圖2（a）中能夠看出，經過文章方法修復后，水體的pH值由原來的2～3轉為7，水體由酸性轉為中性，水體酸堿度得到平衡。圖2（b）和圖2（c）顯示，經過生態修復以后，水土的化學需氧量與總磷含量也發生明顯降低，說明水體環境得到改善，水體生態環境得到良好的治理。

2.4水體重金屬含量變化

經過文章方法修復后，水體中各個重金屬去除率變化見圖3。

從圖3能夠看出，使用水生植物種植與適量改性硅烷化二氧化硅凈化處理后，水體中的各個重金屬隨著修復時長增加去除率均出現顯著升高，說明使用文章設計的生態修復方法能夠顯著治理環境中水體的重金屬污染，使得生態環境得到恢復。圖3（a）中鈷金屬去除率最高，圖3（b）中鎘、鉛、鋸三種重金屬去除率較為接近，圖3（c）中銅金屬的去除率最高。綜合分析圖3后發現，使用適當的生態修復技術，能夠有效緩解重金屬污染問題。

3 結束語

廢棄礦山中的重金屬污染主要來源于采礦、冶煉等工業活動，這些活動導致大量重金屬元素進入生態環境，生態修復技術是解決廢棄礦山重金屬污染問題的有效手段。文章采用生態修復技術，對研究區域進行了系統治理。針對土壤污染，通過階段性修復、邊坡安全隱患治理和植被種植，顯著降低了內梅羅綜合污染指數，提高了重金屬去除率，有效修復了土壤生態環境。對于水體污染，運用水生植物吸附和化學材料凈化，使水體pH值趨于中性，化學需氧量和總磷含量明顯降低，水體重金屬去除率顯著上升。驗證了生態修復技術在解決廢棄礦山重金屬污染問題上成效顯著，為實現廢棄礦山生態環境的全面恢復和可持續發展提供了支持。

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