金矿区复合污染土体隔离治理的必要性分析

魏 样 ，孙婴婴 ，卢 楠 ，李 刚 ，闫 波

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司；3.国土资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西西安710075）

1 研究区概况

我国矿产资源丰富，历史上，金矿开采已有几百年。改革开放以来，黄金工业发展迅速。目前已建成的黄金基地有胶东地区、内蒙古地区、小秦岭地区、陕甘川等，黄金产量逐年攀升[1]。潼关县小秦岭金矿位于陕西省关中平原东端，地处华北地台的渭河小区、金堆城小区接壤带。主要出露地层有太古界太华群中高级变质岩系和新生界第四纪黄土[2]。近30年来，小秦岭金矿区域黄金产业经历了形成崛起—快速发展—持续稳定三个阶段，并一直保持全国第三产金大县的重要位置。黄金产业链不断延伸，在2016年，全年生产黄金高达19吨，黄金产值55亿元。但是当前面临着资源瓶颈、产业链延伸不足、金价波动、尾矿排放、科技水平不高、创新能力不强等问题，潼关黄金产业此刻正处在过渡期。

由于潼关县地处三省交界的山区，区域内沟壑纵横，地块规模较小，细碎化明显。耕地破碎和分散化成为推进土地流转和土地适度规模经营的主要障碍。此外，由于土壤污染、水土流失以及经济发展落后等因素，导致区域内耕地质量总体较低，配套设施缺乏，亟须通过金矿区复合污染土体工程隔离治理，治理土壤及农田重金属污染，全面改善耕地利用的立地条件与生态环境，完善农田水利设施与防洪设施，消除耕地利用的限制因素，不断提高耕地等级水平，提升耕地综合生产能力。

2 治理的必要性分析

2.1 区域生态环境脆弱

2.1.1 区域地质环境状况堪忧

在南部的中低山区，由于基岩裂隙发育，山高坡陡，山区降水量大，残坡积厚30～80cm，易发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。在北部，为黄土斜塬区的沟壑边部，易发生黄土崩塌、滑坡等地质灾害。由于历史原因，区域地质环境问题非常严重。第一，废弃的选矿尾矿渣场、尾渣库等会压占大面积土地，从而污染水、土环境，破坏地形地貌景观；第二，矿渣型泥石流地质灾害及其隐患非常严重，采矿废渣堆占压林地等土地，破坏地形地貌景观；第三，存在采空区塌陷及山体边部衍生的崩塌、滑坡等隐患。另外，河道淤塞废渣、河流塌岸，影响河道沿线地质环境景观。

2.1.2 区域土体污染十分严重

区域主要污染源为尾矿渣，尾矿渣多沿河道及岸坡随意堆放，压占土地资源，且堵塞河道，尾矿渣堆无有效的拦挡或封闭措施，形成的边坡稳定性差，易产生滑塌，堵塞河道，若遇暴雨、山洪，易被夹带出沟，污染下游河道。历史上，潼关金矿区的选矿工艺有混汞法、氰化法等多种，由于选矿的工艺方法不同，所产生的尾渣也不尽相同。通过前期对潼关小秦岭金矿地区进行现场普探、采样分析，结果发现该区域土壤污染面积较大，存在 Hg、Cd、Pb、Cu等重金属污染物，其中仅单 Hg型的污染土壤占总污染土壤面积的67.80%。尾矿渣、氰化渣等重金属含量极高的废渣随意堆放田间地头、河道周边、沟谷等，受大风、雨水冲刷淋溶以及河水冲运等作用，一方面对土、水以及大气环境造成严重的污染，另一方面占用大量土地资源，对原有地形、地貌、植被等造成极大破坏，导致水土流失，诱发了泥石流、山体滑坡等次生地质灾害。区域内有些零星小块农田，土壤重金属污染非常严重，导致农作物重金属严重超标，农产品品质极低，给当地农民造成极大的经济损失[3]。

2.1.3 区域水体污染不容乐观

在采矿和选矿时引起的尾矿渣侵占土地、压占农田、堵塞河道，选矿区尾矿废水排入河中，引起河流水体产生严重的重金属污染。按照生产过程和矿业开发工艺技术，可将产生的污染源划分为采矿、选矿、“三小”提金等类型，对区域内的地下水的污染类型分为间歇入渗型、连续入渗型、注入径流型。间歇入渗型的污染途径主要是废石、尾矿渣堆等经降雨或农田灌溉，引起重金属等污染物淋溶进入地下水。连续入渗型是指尾矿废水排入河道，引起污染物在河漫滩等地连续不断下渗。注入径流型是污染物通过废水处理井注入引起污染。因此，造成区域地下水受到严重污染，从而危及人体健康。

2.2 区域内可利用耕地资源紧缺

土地是人类生存与发展的重要物质基础，耕地是人类赖以生存的基本条件，是农业生产的根基所在，耕地保护和粮食安全始终是事关国计民生的重大战略。我国作为人口大国，粮食安全保障必须立足基本自给，因此必须保证耕地安全。近几年的中央“一号文件”相继提出加快土地综合整治、加强水利基础设施建设、搞好生态建设等有关土地整治内容。虽然陕西省耕地保护重要区主要集中在关中平原，但随着西咸新区、“关天经济区”等重要经济圈的建设与发展，关中平原地区将成为陕西省工业化和城市化集聚发展的重点区域，故而会引起建设用地扩张与耕地保护之间的突出矛盾，导致耕地占补平衡的难度不断增大。地处关中东部的潼关县，水热资源丰富，但是由于长期的矿产资源开发，在引发土壤污染的同时，影响了该区域在提高耕地质量和提升粮食产量方面的潜力。

2.3 农业基础设施薄弱，经济发展落后

农田基础配套设施落后、农业生产条件差是制约当前农业与农村可持续发展的主要瓶颈，这一状况既不利于土地的集约化经营，也不利于农民的生产性增收。由于长期采矿、冶炼，导致潼关县泥石流等地质灾害频发，在沟道坝地水毁严重、田间道路年久失修、灌排设施不配套、沟道与沟坡生态环境防护措施不到位等问题突出，导致昔日被誉为“保命田”的坝地，如今多数难以耕种，土地利用率不高，农作物产量低而不稳，农民收入得不到保障。如何解决潼关县土壤重金属污染、耕地严重损毁、水土流失严重、农田基础设施薄弱等制约因素，加强基本农田假设和夯实农业发展基础，成为潼关县农业发展的关键。通过开展金矿区复合污染土体修复治理工程，治理污染土地、损毁土地，完善田、坝、渠、路、林等基础设施，落实土壤改良、地力培肥等措施，完善农田灌排沟渠、道路、林网等基础设施，改善农业生产条件，提高土地利用率是潼关县增加耕地面积，提升耕地质量的必要举措。

3 治理措施

土壤重金属污染治理主要途径包括：一是改变重金属污染物在土壤中的存在状态，降低其迁移性和生物可利用性；二是利用生物或工程技术从土壤中直接去除污染物；三是改变种植制度，避免污染物通过食物链进入生物或人体内，从而危及健康。目前重金属污染土体的改良修复主要有物理修复、化学修复和生物修复三种。但这些修复技术均有一定的应用条件或投入成本过高的条件限制，难以用于较大面积或较严重污染土体的修复，往往是理论上可行，实际则难以实施。对于矿区零散的矿渣、尾矿堆积以及污染物扩散造成的大范围污染土体，仍需探求具有可实施性的高效快速的控制与修复技术。

潼关金矿区重金属复合污染土体工程隔离治理，主要是通过采取工程手段封存、隔绝受重金属污染的土壤，利用隔离修复材料阻隔重金属迁移扩散，最大程度消除受污染土壤对周边环境带来的二次危害。通过对采矿废渣堆、尾矿废渣堆、受污染土壤的修复治理工作，峪道内及附近的村民的生活、财产安全有了保证。矿区的生态环境在很大程度上得到了修复，治理工程的实施对于保护生态环境、维护小秦岭水源涵养地、保护生物多样性等均具有重要意义。研究所开发的技术适用于多种重金属复合污染土体的隔离修复，适用于矿山尾矿渣及其排土场区域的重金属污染土壤治理与修复，也可用于垃圾、危险废物填埋场等区域的隔离层处理，以及有毒重金属复合污染的城市宗地修复与利用，修复效果持久有效。同时，隔离修复技术实施设备要求简单，施工仅需压路机、铲车、挖掘机和搅拌机等设备。隔离材料来源广泛且低廉，工程成本低，可大范围推广与应用。

4 关键技术

4.1 隔离层土体材料的选择与配比的确定

重金属污染物经生物分解或淋溶作用进入土壤溶液，随溶液横向或纵向运移，在运移中主要受对流、扩散、弥散和吸附作用的影响。因此，阻断重金属在土体中的运移途径关键在于破坏土体中原有的孔隙，在土体中设置孔隙度较低、透水性较小的隔离层，阻断水分的上下运移。隔离层常常选用不同粒径的材料构成，以便最大限度的填充土体孔隙，减少水分运移通道。隔离层亦可添加对重金属吸附能力较强的材料，以增强土体吸附性能，从而起到更好的隔离修复效果。

4.2 复合污染土体重构剖面构型优化

对复合污染土壤采用剖面重构的方式进行治理，是一种快速高效的土地工程手段。工程上在结合自然土体剖面构型特点的基础上，根据重构土壤的利用方式，采用差异化的方法手段，综合物理、化学、生物等多项措施对土壤剖面进行重新构造。新形成的土体剖面构型的优劣直接影响土壤的水、肥、气、热等多种要素的调控能力。构建的剖面需由不同紧实度土层组成，且具有多个物理界面，可有效防止植物根系穿插对隔离层的损坏，防止重金属随水分移动在土体中迁移与扩散。

4.3 因地制宜的植物配置技术

设置合理的防护林带以及护坡林，研选适宜的重建植物，实现矿区生态环境治理区域的植被重建，对于金矿区重金属污染、地质灾害、生态环境均具有一定的治理和保护作用。实际应用中结合前期调研踏勘结果，以生态效益和经济效益为导向，制订出适宜项目区的分区种植方案和生态护坡植被配置，构建立足于当地立地条件的农作物护坡植物土壤重金属修复植物的综合性植物配置技术，实现项目区植物多功能、多层次的立体配置。

5 展望

矿区同时集矿产资源的开采与利用以及土地资源的占用与破坏为一体，是资源环境和人口矛盾相对集中突出的区域。随着经济社会飞速发展对矿产资源需求量的不断增大，矿区生态环境问题进一步加剧，为了改善退化的生态系统，修复受损的生态环境，保护有限的自然资源，人们正开展各种形式的修复治理和生态恢复研究工作。

然而，矿区生态环境的形成是一个非常复杂的过程，修复治理必须在科学发展观的指导下，结合当地实际，因地制宜的开展。同时应该考虑区域社会自然环境和长远规划，同时结合污染类型及特点，采取工程、生物以及废弃物综合利用等切实可行的措施进行修复治理，最终达到生态环境有效修复，区域经济社会协调发展的目的。