矿山重金属污染土壤修复研究

朱文武

（云南地质工程第二勘察院，昆明 650218）

我国是矿产资源丰富的国家之一，随着国民经济的高速增长，矿产资源开发速度不断加快，形成大面积的金属矿山采空区和废弃地，因矿产资源开发受污染的国土面积随之扩大。金属矿山开发在助推国民经济发展的同时，也带来了严峻的环境问题。金属矿山采选过程通常会使用化学药剂，产生的有害物质经循环后固定在土壤中，造成土壤污染，致使土体遭到不同程度的破坏。金属矿山的土壤污染隐蔽、不可逆、持续时间长，重金属经食物链流动和大气循环而被人体摄入，威胁人体健康和生态安全。“十四五”期间，国家高度重视生态文明建设，矿山生态修复作为地方政府考核的量化指标之一，重金属污染土壤修复是其中不可回避的问题。因此，有必要深入进行相关研究，努力寻求最优解决方案。

1 矿区污染土壤的修复

1.1 物理修复

物理修复是指采用物理方法去除土壤中的污染物，分为热处理法、工程措施法和电动修复法等。通常，热处理法多应用于治理汞污染。工程措施法则利用重金属富集在土壤表层的特点置换污染土体，以客土或换土的方法进行表层土壤更换。客土是在被污染的土壤表层覆盖未污染的新土，前提是综合分析被污染场地的自然条件和污染土壤理化性质，未污染新土的理化性质最好与污染土受污染前的特性接近，以免因环境因子的变化而引起污染土壤中重金属活性变大。换土是将已经污染的土壤搬移后置换新土。无论采用客土法还是换土法，都要避免二次污染，因此其在实践中的应用不多。电动修复法是指在污染土壤中人为控制电的不同形式，将重金属离子进行分离。电动修复可在磁场活跃的区域对重金属进行分离，但修复效果受土壤酸碱度影响，应用成本高。该方法可以添加强化剂来改善分离效果，但不适用于大面积的、重金属浓度低、污染单一的场地，多应用于重金属离子浓度高的场地，实践中应与其他修复技术结合使用。

1.2 化学修复

重金属污染矿区土壤的主要机理是金属离子形态易转换，土壤的理化性质在不同外部环境下可影响重金属的存在形态。化学修复就是通过化学反应调节重金属在土壤中的移动性来修复污染土壤，多数利用化学试剂来调节或降低重金属的浓度、溶解性、游离性等，增加土壤有机质含量，进而改变土壤电解性，其通过氧化还原反应来降低重金属的生物有效性，减轻危害。化学修复属于被动修复，具有见效快和治理彻底的优点，但投入的试剂量大、投资大，易引起土壤环境恶化，二次污染的可能性偏高，大面积区域的场地修复难以推广。例如，玻璃化修复法成本高、能耗大，操作不便，不宜大面积推广。

1.3 生物修复

生物修复利用微生物、真菌、绿色植物以及酶类等生物吸收、富集、萃取、转化和固化土壤中的重金属元素，使土壤中重金属元素的含量降低、毒性减小或消失，这类方法较多。

1.3.1 植物修复

植物修复是指利用自然生长或遗传工程培育的植物来降低土壤重金属含量，同步改善土壤养分条件并恢复其功能，促使微环境优化。污染土壤修复通常借助特定植物的固定、挥发和提取作用来实现。植物挥发把污染物转移到大气中，存在一定的潜在风险，污染物可能通过大气的干湿沉降重返土壤表层，因此重金属去除不彻底。目前，矿山修复不仅仅涉及植被培植，而是需要建立一个能自我更新的生态系统，因此植被修复应综合利用多种方式，最终彻底清除污染物。

1.3.2 微生物修复

微生物修复利用土壤中的微生物或菌种，通过吸收、沉淀、氧化还原等作用，把滞留在土壤中的污染物快速降解和转化成无毒或低毒物质，使污染土壤的功能部分或完全恢复到初始状态。微生物具有个体小、繁殖速度快、适应性强、易变异等特点，目前，微生物修复技术的研究成果颇多，应用相对广泛。

1.3.3 动物修复

动物修复是指在人工控制或者自然状态下，土壤动物在污染土壤中生长和繁育，通过食物链对污染物进行分解、消化和富集等，减少或消除污染物。动物修复技术对动物体存在不可预见的潜在危害，因此推广度不高。

1.3.4 植物-微生物联合修复

单一的植物或者微生物修复技术都存在一些限制因素。植物修复周期长，而且一种植物只能吸收一种或者几种重金属污染物，对于高浓度重金属还会出现中毒反应，能积累多种重金属的植物筛选难度大。微生物修复技术仍局限在科研领域，因修复条件要求苛刻，实践应用不多，将微生物放入修复场地后，不得不考虑外界干扰因素和修复过程的不可预见性问题。所以，要将植物修复与微生物修复进行结合。目前，接种菌根来修复重金属污染土壤的应用还处于起步阶段，因此要进行深入的研究与实践，才能将其大范围运用到矿山重金属污染土壤的修复中。

2 当前矿山重金属污染土壤修复中存在的问题

金属矿山开采容易造成土壤污染，治理难度大，不仅要考虑场地条件，还要考虑其他因素。目前，矿山重金属污染土壤修复的研究取得一些进展，但是应用实践方面仍然存在一些问题。

首先，矿区土壤污染程度、范围和类型的评估与检测标准尚不明确，开采废弃地重金属污染土壤的修复标准暂未颁布，导致修复过程目标性不强，仅仅从地表植被生长状况对修复效果进行评价，评价内容过于单一，没有考虑修复后的局部生态系统是否具备自我更新能力。对于微生物修复，多数技术研究成果基于理想状态，实际应用时问题可能比较多，具体的修复技术还存在缺陷，这是目前科研成果转化为实际生产力的难点，应借鉴类似的成功案例。如果采用物理与化学相结合的方法进行修复，费用昂贵且难以实现大范围的推广。今后，矿山修复主管部门应根据废弃地的不同利用方向，制定相应的修复标准和效益评价体系，以便更好地指导金属矿山废弃地土壤修复。

其次，相比物理修复、化学修复，植物修复具有一定的优势，但还需要拓展试验来支撑该技术的研究和发展。目前，矿山重金属污染土壤研究以修复技术研究为主，对零星的科研或实践成果没有进行有效的数据分析，有必要对现有研究成果进行汇总和整理，采用大数据分析来选择修复方法，以提高研究成果的应用性。

3 结论

目前，金属矿山废弃地污染土壤修复方法很多，但每种方法都有局限，今后还需要进一步深入研究。因此，要采用多学科交叉的方法提高研究质量，扩大研究空间和时间周期，将多种修复方法相结合，相互协调来实现迅速、高效、低成本的土壤修复，并加强生物修复技术的集成化研究，用于指导实践。

目前的研究以降低土壤重金属含量为主，目标单一，应根据污染对象后续修复用途进行土壤生境改良，以提高土壤修复的实际价值。今后应加大效果评价对照研究，将土壤修复大数据应用于低影响开发规划和国土空间规划中。目前缺少土壤修复技术的生态安全研究，多数研究致力于解决污染范围的实际问题，治理区域自然环境、植被群落圈、生物多样性等方面的影响研究没有开展和深入，土壤修复技术与周边环境的相关性、协调性、一致性等的后续效果研究偏少，应从修复效果分析修复方法的合理性、安全性、时效性，避免因土壤修复影响区域生态安全。科研资金是开展相关研究的基础条件，可从主题公园打造、科普教育基地建设、湿地公园规划、土地整治与用地指标调整等方面多渠道申请和筹集资金。