矿区土壤重金属污染治理及生态修复技术研究

戴娟

摘 要：中国共产党第十八次全国代表大会召开以来，生态文明备受关注。在我国社会经济发展过程中，矿产资源占据着重要位置。矿产资源的持续开发，对环境造成了不同程度的破坏，如发生地质灾害、耕地减少以及环境污染等。基于此背景，人们更加关注矿区污染的恢复与治理状况。因此，重点分析矿区土壤重金属污染治理情况，提出有效的修复技术，并结合实例进行论证，有利于生态文明的建设。

关键词：矿区土壤;重金属污染;治理;生态修复技术

中图分类号：X753;X53文献标识码：A文章编号：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

矿产资源是人类生产资料与生活资料的重要来源，在推动社会经济发展方面发挥着重要作用。现阶段，我国95%的能源和80%的原材料都依赖于矿产资源供给[1]。因为长期掠夺式的开采以及缺乏对环境保护的重视，矿产资源在促进国民经济增长的同时，环境破坏的问题日益凸显。在国际第四届环境地球化学讨论会中，矿山环境成为讨论的重点。在国内第六次全国环境地球化学学术会议上，矿业开发问题受到关注，其中矿山开发造成了诸多重金属污染。在部分长期进行矿业开发的区域，重金属污染及潜在危害不容忽视，应想方设法治理这些乱象[2]。

1 矿区土壤重金属污染诱因分析

1.1 矿区排放废水

对于大多数矿区而言，主要采用地下开采方式获取矿产资源。为了能够保证井下生产的安全，需排出大量的矿井水。受地理位置、气候情况、地质构造、开采深度及方法等各种因素的影响，矿区井水水质差异较为明显。矿井水排放增加了土壤重金属含量，也增加了其不确定性[3]，造成土壤重金属含量持续增加。例如，酸性矿井水会加快重金属溶解速度，提高其毒性。特别是在大量重金属元素出现协同功效时，不仅会严重污染土壤，而且会加快作物吸收重金属的速度，改变作物品质。目前，虽然大多数矿区会净化处理矿井水，但是净化程度有限，依然掺杂着一些污染物，长期灌溉农作物会影响土壤环境[4]。因排放量大、影响范围广，再加上认识不足及技术落后等原因，矿井水不断污染着土壤。因此，各矿区应高度重视，并有效控制矿区废水的排放[5]。

1.2 礦区大气污染引起的土壤重金属污染

矿区开采会严重污染大气。大气污染物中包含了大量物质，且伴随着大气粉尘的沉降而迁移沉淀在地表上，不断污染土壤。例如，在开采、堆放与加工煤炭的过程中，矿区及周围土壤极易受到降雨淋滤和扬尘沉降等影响。距离较远的地区，大气中漂浮的煤尘和烟尘等颗粒物，在干湿降落的影响下渐渐沉降在地表，通过食物链和化学链等进入生物体，严重影响矿区周围居民的安全。

1.3 矿区固体废物引起的土壤重金属污染

煤矿开采时会生产出大规模的煤矸石，并从地下运输到地表。因环境的变化，这些煤矸石在自然状况下的风化现象较为严重，再加上雨水和地表水淋溶的影响，使得煤矸石中的有毒有害重金属溶出并渗透到土壤中，从而改变了采矿区土壤重金属的含量。

2 矿区土壤修复综合治理

2.1 矿区土壤环境系统分析

矿区土壤环境非常复杂，其中区域地质环境对土壤本底环境影响很大[6]。煤矿开采过程能够向地表输送古物质，是地球表生带物质能量循环的重要组成部分，将引起矿区土壤环境发生较大变化。研究主要从矿区污染物排放和区域土地利用等方面出发，合理划分土壤重金属污染区，包括煤矸石污染区、矿井废水污染区以及大气降尘污染区等。采集不同污染区中的典型土壤样本，然后分析重金属含量，在高光谱遥感技术的支持下，在提取完土壤污染信息后进行定量研究，这样便于掌握土壤重金属污染的分布状况和污染因子等。根据矿区采区分布图与土壤利用现状图等形成专门的数据库，涵盖矿区土壤重金属污染的所有信息，进而为后续治理工作的开展创造技术条件。

2.2 加强矿区土壤重金属污染评价并合理划分土壤功能区

为充分利用矿区土壤资源，不仅要深入分析矿区土壤环境系统，还要从实际的土壤类型和污染水平出发，结合《土壤环境质量标准》（GB 15618—1995），合理评价矿区中的土壤质量。要根据风险论、生态学、环境科学和地学等，考虑土壤生态系统的情况，实行生态风险评价，以便充分了解重金属的污染程度。在获得土壤质量评价结果后，确定应用功能与质量目标，在3S技术的支持下形成土壤功能区划分图。从土壤重金属污染治理与恢复现状出发，适当调整土壤功能区，以获得准确、可靠且及时的污染治理工作数据。

2.3 运用系统-复合联合模式进行土壤修复

煤矿开采的整个环节都存在土壤重金属污染的问题。在煤矿闭矿后，若是未能有效处理煤矸石等固体废物，将无法消除污染现象。土壤受到重金属污染后，会对附近植物造成污染，导致重金属从植物转移到食物链。可见，矿区土壤重金属污染具有持续性特征，且开采中造成的污染方式多种多样。在环保治理过程中，需要坚持预防为主。对于已形成的重金属污染，必须在向土壤生态系统转移前就采取有效的治理措施。在煤矿开采形成的“三废”中，尤其要关注重金属，避免其对矿区土壤生态系统造成污染。

煤矿生产所排放的“三废”存在很多不确定性，因此加强末端治理显得尤为关键[7]。在矿区重金属污染常用的治理技术中，主要有物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术等，且不同修复技术存在一定的局限性。物理修复技术需要消耗大量的能量，处理成本高，工作量大，主要用于小面积污染土壤治理。化学修复技术会导致土壤团粒结构被破坏，成本投入大，易引起二次污染。生物修复技术耗时较长，在降解污染物时形成的部分中间产物毒性大，且受到场地和环境等影响，修复效率降低，无法获得较为稳定的修复效果。

分析重金属环境污染可知，环境中存在很多超富集植物与重金属耐性植物。利用微生物共生体系能够有效修复重金属环境污染。要结合当地气候、土壤等情况，选择相应的重金属耐性植物，为矿区重金属污染土壤修复奠定良好的基础。灵活运用多种修复技术，从矿区土壤重金属污染的具体情况和涉及范围出发，发挥各种修复技术的优势，提高生态效益。

我国矿区土壤重金属污染现象普遍，需要在源头上加强预防，并做好末端治理工作，否则难以取得较好的治理效果。为了能够有效修复矿区土壤，应结合各种修复技术的优点，从整体上有效治理土壤重金属污染问题。

3 实例分析

3.1 某金矿区污染现状

某金矿区属于岩金型，因形成过程较为特殊，其矿床常常会出现大量的金属硫化物，如黄铁矿、毒砂以及辉锑矿等。针对这一矿区的开采，普遍采取混汞法和氰化法。因提金选矿技术差异较大，产生了选矿尾矿、混汞碾渣以及氰化渣等各种尾矿渣。这一矿区的污染情况主要表现为大量含有重金属元素的尾渣和氰化渣被随意地倒在河道两侧、村前屋后以及田间地头，在河水搬运、降水淋溶、大风扬尘等影响下，污染了大气环境及农田。此外，矿坑废水和选厂尾矿浆没有通过处理便直接排放，导致该矿区内7条河流中的氰化物、Hg、P、Cd、Cr等重金属元素严重超标，严重影响当地群众的安全。

3.2 矿区重金属污染土壤修复措施选择原则

土壤重金属修复技术是消除、降低、稳定或转化场地中目标重金属污染物的技术，主要是改变污染物结构，降低毒性、迁移性或数量[8]，包括物理技术、化学技术及生物技术。生物技术和化学技术国内尚未完全成熟，且投资成本相对较高。目前，物理技术中的物理隔离法和物理置换法应用最广泛。物理隔离法的重点在于隔离层的选择，结合治理区域的具体情况，选取恰当的三合土为隔离层，实现化学性能稳定与隔水的效果，避免重金属挥发渗透到表土层中。物理置换法则是采取深翻的方式，改变地表土壤耕植条件。相关研究表明，土壤垂直方向上重金属含量超标深度达60 cm时，物理置换法无法修复土壤。可见，物理隔离法是目前最合理的方法。

3.3 某矿区重金属污染土壤修复措施

结合矿区实际情况，物理隔离法具体覆土措施为底部尾矿渣推平压实、中部覆盖10 cm隔离层、上部覆盖40 cm凈土压实层、顶部覆盖30 cm净土耕植层。重构的土体剖面如图1所示。

3.3.1 矿渣场地清理。全面清理与外运选矿废渣和堆积的尾矿等，并在清理后平整与压实。填坑过程中，适当压实底部，压实系数大于0.95。此外，根据地形调整场地整体坡度，坡度不得超过5°，同时将场地整理成台阶型。

3.3.2 铺设三合土隔离层。清理平整选矿废渣后，在上面铺设隔离层。隔离层的目的在于阻止残留污染物渗透，避免出现二次污染。隔离层以2∶3∶5的比例混合黏土、石灰以及中砂，将其制作成三合土。值得注意的是，为了能够提高修复质量，三合土配比必须严格按照比例制作。施工过程中，隔离层压实度大于0.95，隔离层厚度大于10 cm。

3.3.3 铺设净土压实层。铺设完成三合土隔离层后，在上面铺设净土层。净土层由没有被污染的干净黄土制作而成。铺设过程中，净土层压实度大于0.90，厚度大于40 cm。

3.3.4 铺设净土耕植层。铺设净土压实层后，在上面铺设耕植层。耕植层由松散的干净黄土构成，压实度大于0.83，厚度大于30 cm。值得注意，土料中不得包含植物根系，涂料中结核量需大于2%，水溶盐含量需大于3%。

3.4 修复效果

有机重构矿渣土体可有效改善土壤，不仅能够保护生态环境，还能够增加农民收入。现阶段，这一治理项目已经广泛开展，示范区总面积大于1 000.00 hm2。一期工程已经竣工，新增加建设用地超2.00 hm2，新增耕地超66.67 hm2，新增林地超33.33 hm2。

4 结语

我国提出了生态文明战略，重视对环境的保护。针对当前重金属对土壤的污染情况进行分析，提出了针对性的治理措施，确保生态文明建设顺利开展，构建美丽中国。

参考文献：

[1]甘宇涛.研究农田土壤重金属污染情况监测分析及防治策略[J].大科技，2016（7）：202-203.

[2]李多杰，孙厚云，卫晓锋，等.内蒙古兴安盟某铅锌矿土壤重金属空间分布特征与生态风险评价[J].矿产勘查，2021（4）：1030-1039.

[3]高彪.煤矿区土壤重金属污染情况评价及其特点分析[J].山西化工，2021（2）：170-171.

[4]王妍.我国有色金属工业土壤重金属污染防治的现状与对策[J].有色金属（冶炼部分），2021（3）：1-9.

[5]江丽，钟九生，黄国金，等.贵州丹寨县铅锌矿区小流域土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].有色金属（冶炼部分），2021（3）：57-64.

[6]范春丽，刘晓娟，田云芳，等.郑州市西部工业走廊地区土壤重金属污染状况调查[J].安徽农学通报，2021（3）：113-116.

[7]冯乾伟，王兵，马先杰，等.黔西北典型铅锌矿区土壤重金属污染特征及其来源分析[J].矿物岩石地球化学通报，2020（4）：863-870.

[8]陈振宇，王松，赵元艺.西藏多不杂铜矿区土壤与河床沉积物中重金属元素特征及其环境意义[J].地球科学与环境学报，2020（3）：376-393.