重金屬礦山土壤治理技術(shù)分析

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摘要：在當(dāng)前的重金屬礦山尾礦庫中，土壤污染問題日益嚴(yán)重，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，給植被的正常生長帶來了不利影響。只有明確土壤治理技術(shù)的要點(diǎn)，并加強(qiáng)各個(gè)實(shí)施環(huán)節(jié)質(zhì)量的有效控制，才能提升整體治理水平。本文將對(duì)重金屬礦山尾礦庫的環(huán)境狀況進(jìn)行探討，包括土壤污染的來源、危害和特點(diǎn)等，研究重金屬礦山尾礦庫土壤治理技術(shù)的應(yīng)用措施，為實(shí)踐工作提供參考。

關(guān)鍵詞：重金屬礦山；尾礦庫；土壤治理技術(shù) 

重金屬是我國工業(yè)發(fā)展的重要支撐，加大對(duì)重金屬礦山的開采力度，是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。近年來,我國工業(yè)化發(fā)展速度加快，重金屬資源的需求量逐年提升，這給礦山生產(chǎn)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。重金屬礦山尾礦庫容易出現(xiàn)較為嚴(yán)重的土壤污染問題，主要表現(xiàn)為鉛、汞、鋅等重金屬元素在土壤中積累并長期存在，通過食物鏈進(jìn)入人體中，對(duì)人體機(jī)能造成嚴(yán)重?fù)p壞，威脅健康安全。因此，為了能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)該重視對(duì)重金屬礦山尾礦庫的土壤治理工作，使土壤生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù)。重金屬元素難以被降解，而且會(huì)在土壤當(dāng)中發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)、沉淀和凝聚等，因此給治理工作帶來了較大的難度。人們應(yīng)該明確各個(gè)治理技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用方法，制定針對(duì)性的技術(shù)應(yīng)用方案。

1重金屬礦山尾礦庫土壤污染分析

冶煉廠廢水、井下廢水、礦坑水和選礦廢水等都會(huì)導(dǎo)致重金屬礦山尾礦庫出現(xiàn)土壤污染問題，其中包括了大量的可溶性離子和重金屬，如六價(jià)鉻、鋅、銅和氰化物等。同時(shí)，礦業(yè)廢棄地等也會(huì)導(dǎo)致土壤污染問題，其中存在較多的有色金屬污染物，尤其是在低品位礦石當(dāng)中，重金屬含量相對(duì)較高。在降雨和酸化作用下，重金屬污染會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的擴(kuò)散，導(dǎo)致周圍環(huán)境污染程度上升。首先，植物的生長狀況會(huì)受到重金屬污染的影響，導(dǎo)致其生長狀況受到抑制，影響植物的新陳代謝[1]。其次，人體健康也會(huì)受到重金屬污染的影響，其主要通過食物鏈進(jìn)入人體中。此外，土壤的生態(tài)功能也會(huì)由于重金屬含量超標(biāo)而發(fā)生改變，生物多樣性降低。鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、可交換態(tài)、殘留態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)等是重金屬在土壤當(dāng)中存在的主要形態(tài)，具有較強(qiáng)的滯后性和隱蔽性，因此給治理工作帶來了較大的難度。

2重金屬礦山尾礦庫土壤治理技術(shù)的應(yīng)用措施

2.1物理方法

工程措施法和熱處理法是當(dāng)前土壤重金屬污染處理的主要物理措施。重金屬礦山尾礦庫的元素種類較為繁雜，汞污染可以借助熱處理法來治理，但是該方法較為繁雜，而且在應(yīng)用中的資源消耗較大，還會(huì)破壞土壤、水和有機(jī)質(zhì)等。在土壤表層富集重金屬元素，對(duì)其進(jìn)行集中處理，并通過活性土對(duì)下層土壤進(jìn)行覆蓋處理，或者采用耕作活化的措施，這就是工程措施法[2]。重金屬礦山尾礦庫土壤污染治理采用工程措施法，能夠有效控制污染物濃度，防止對(duì)該區(qū)域內(nèi)植被生長造成嚴(yán)重影響。

2.2物理化學(xué)法

2.2.1電動(dòng)修復(fù)法電解池設(shè)置于重金屬礦山尾礦庫污染土壤當(dāng)中，通過直流電壓的施加能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)移處理。其間主要借助電滲流、電遷移、電泳等作用，通過處理室的應(yīng)用提升實(shí)際處理效果，增強(qiáng)土壤的清潔性。在治理土壤污染時(shí)，電動(dòng)修復(fù)法能夠降低治理成本，提升治理效率，在淤泥土和黏土等土壤中的應(yīng)用效果更好[3]。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈾、砷、鋅、汞、鉛和銅等重金屬的有效回收，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，防止產(chǎn)生較大的二次污染問題。然而，電動(dòng)修復(fù)法也存在一定的局限性，在大規(guī)模土壤治理中遇到諸多問題。

2.2.2土壤淋洗法土壤中的重金屬元素可以通過淋洗法進(jìn)行處理，達(dá)到控制土壤污染物濃度的目的。主要原理是固相的重金屬元素能夠在淋洗液作用下向液相轉(zhuǎn)移，然后集中處理廢水。該技術(shù)需要選擇合適的淋洗液，防止對(duì)原有土壤結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，避免二次污染。有機(jī)鹽、有機(jī)堿和酸、螯合劑等是幾種常用的淋洗液，而硫酸、乙烯三胺五乙酸、草酸、鹽酸、乙二胺四乙酸和檸檬酸等能夠?qū)ν寥乐械闹亟饘僭剡M(jìn)行快速提取[4]。堆積淋洗和柱淋洗的方式在實(shí)踐中應(yīng)用較多，能夠降低淋洗成本。

2.2.3玻璃化技術(shù)法當(dāng)土壤含有較多的重金屬時(shí)，可以通過電極對(duì)其熔化處理，并通過冷卻處理使其形成玻璃態(tài)物質(zhì)，從而進(jìn)行有效處理，這就是玻璃化技術(shù)法的基本原理。在應(yīng)用該方法時(shí)，關(guān)鍵點(diǎn)是導(dǎo)電材料的選擇及設(shè)置，包括了石墨和金屬等。尤其是在特殊重金屬的處理中，玻璃化技術(shù)法的應(yīng)用能夠防止對(duì)其造成損壞，如放射性廢物等。該技術(shù)應(yīng)用容易受到地下水的影響，同時(shí)熔化標(biāo)準(zhǔn)難以做到有效統(tǒng)一，因此加大了技術(shù)操作難度。另外，電能消耗量相對(duì)較大，因此也會(huì)導(dǎo)致土壤治理成本升高。

2.3化學(xué)方法

對(duì)于重金屬礦山尾礦庫土壤當(dāng)中的重金屬元素，為了能夠?qū)ζ鋽U(kuò)散性、水溶性和生物有效性等進(jìn)行控制，還可以運(yùn)用化學(xué)試劑進(jìn)行處理，這就是化學(xué)治理方法。鈣鎂磷肥、石灰、重金屬鈍化劑、沸石和硅肥等是幾種常用的化學(xué)試劑，能夠生成相應(yīng)的難溶物，防止重金屬向植物、微生物和人體等擴(kuò)散。當(dāng)土壤中的重金屬污染程度不高時(shí)，可以采用化學(xué)方法進(jìn)行治理，其具有較好的經(jīng)濟(jì)性。在應(yīng)用化學(xué)方法時(shí)，要重視管理，避免重金屬的活化。

2.4農(nóng)業(yè)方法

通過對(duì)當(dāng)前耕作管理制度進(jìn)行合理調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬的有效治理，也是當(dāng)前常用的方法。在使用農(nóng)業(yè)方法時(shí)，要選擇不進(jìn)入食物鏈的植物，同時(shí)充分發(fā)揮化肥的處理作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的有效固定，也可以對(duì)重金屬活性加以抑制，防止出現(xiàn)大量轉(zhuǎn)移。農(nóng)業(yè)方法種類較多，包括作物搭配與調(diào)整、有機(jī)肥施加、氧化還原控制、養(yǎng)分控制、pH控制等[5]。該方法不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，而且操作便捷，能夠降低土壤重金屬治理成本。在實(shí)踐中，其通常會(huì)與改良劑、生物治理措施相結(jié)合，增強(qiáng)治理效果，防止周期過長而導(dǎo)致治理效率低下。

2.5生物方法

2.5.1植物修復(fù)技術(shù)利用植物的超量富集作用和忍耐性能，同時(shí)在植物培育中借助遺傳工程等措施，在共存微生物體系作用下能夠?qū)χ亟饘傥廴具M(jìn)行治理，這就是植物修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)主要涉及穩(wěn)定、萃取、揮發(fā)和根際過濾等工藝，前三種在土壤重金屬污染治理中應(yīng)用較多。重金屬污染物能夠在植物根際特殊物質(zhì)的作用下發(fā)生改變，比如，部分多年生常綠植物能夠依靠發(fā)達(dá)的根系對(duì)其進(jìn)行惰化處理，其間涉及沉淀、分解和螯合等多個(gè)反應(yīng)。然而，該技術(shù)在長期處理中存在一定局限。植物萃取技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)τ泻ξ镔|(zhì)進(jìn)行吸收和轉(zhuǎn)移，通過植物收割和集中處理，改善土壤狀況。當(dāng)土壤中重金屬污染程度不高且深度不大時(shí)，可以采用植物萃取技術(shù)進(jìn)行治理，在選擇植物時(shí)應(yīng)該確保其具有良好的抗病性，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的有效富集。對(duì)于汞污染的處理，可以采用黃頜蛇草；對(duì)于鉛污染的處理，可以采用綠肥植物和香蒲植物等；對(duì)于銅污染、鋅污染和鉛污染等的處理，可以采用向日葵和印度芥菜等[6]。土壤重金屬可以通過植物根系的特殊分泌物進(jìn)行揮發(fā)處理，這是植物揮發(fā)技術(shù)的基本原理，但是這是對(duì)重金屬的一種稀釋措施，因此也具有風(fēng)險(xiǎn)。

2.5.2動(dòng)物與微生物修復(fù)技術(shù)土壤動(dòng)物能夠?qū)χ亟饘俸科鸬揭欢ǖ目刂谱饔?，如鼠類和蚯蚓等，?shí)現(xiàn)對(duì)重金屬礦山尾礦庫土壤的有效修復(fù)。微生物修復(fù)技術(shù)則主要利用微生物活性特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬元素的有效沉淀、吸收和氧化還原等，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榈投井a(chǎn)物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)毒性的控制。生物修復(fù)技術(shù)能夠有效降低成本，同時(shí)保障操作的便捷性，防止出現(xiàn)較大的二次污染問題。

3案例分析

桂陽縣輝山礦區(qū)重金屬尾砂污染綜合治理工程總投資為6379萬元，其中，專項(xiàng)補(bǔ)助資金為2400萬元。項(xiàng)目實(shí)施能有效消除輝山礦區(qū)環(huán)境安全隱患，改善舂陵江鎮(zhèn)的土壤環(huán)境質(zhì)量。治理場地外對(duì)照土壤檢測結(jié)果如表1所示。本項(xiàng)目實(shí)際為礦山植被恢復(fù)工程，治理工藝為：對(duì)于選礦尾砂（Ⅰ類固廢），就地安全處置，采取集中零散尾砂、修整尾砂堆、覆土綠化的措施；對(duì)于砷渣，清運(yùn)到異地填埋場進(jìn)行安全填埋。項(xiàng)目位于邊遠(yuǎn)礦區(qū)，土壤重金屬含量特別是砷含量的背景值高，治理場地現(xiàn)為林業(yè)用地、非農(nóng)業(yè)用地和非建設(shè)用地。所以，治理場地土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)擬選用《土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2018）中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值標(biāo)準(zhǔn)。砷渣清理場地土壤質(zhì)量既不符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—2018）中的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，也不符合管制值；砷超過篩選值8～15倍，砷超過管控值2～3倍。砷含量高出礦區(qū)土壤樣（背景值）4～5倍。尾砂場Pb、Cd、As、Cu和Zn治理前排放量分別為49.804、5.624、381.562、329.348、494.824kg/a，治理后排放量分別為9.338、1.054、71.542、61.752、92.78kg/a。砷渣場地Pb、Cd、As、Cu和Zn治理前排放總量為53.482、6.024、393.53、349.068、494.824kg/a，治理后排放量為10.007、1.054、72.905、62.356、92.78kg/a。

4結(jié)語

物理方法、物理化學(xué)法、化學(xué)方法、農(nóng)業(yè)方法和生物方法等是當(dāng)前重金屬礦山尾礦庫土壤治理的常用方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土壤中重金屬含量及濃度的有效控制，從而降低對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的破壞。尤其是在礦產(chǎn)行業(yè)的繁榮發(fā)展當(dāng)中，應(yīng)該明確各個(gè)治理技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢，在工作中加以綜合運(yùn)用，提升環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)同性。

參考文獻(xiàn)

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3王振生，趙巖.土壤改良技術(shù)在重金屬礦山尾礦庫環(huán)境治理中的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（9）：126.

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6汪勇，陳建芳，高柏.鈾礦山附近土壤中重金屬的形成機(jī)制、分布特征及土壤重金屬治理現(xiàn)狀[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（2）：403-406.

作者：胡潔 單位：湖南有色黃沙坪礦業(yè)有限公司