矿山环境污染与生态修复技术研究

张林涛

（广东心耕生态环境工程有限公司，广东东莞 523323）

0 引言

当下加大对矿山的开发与利用能够推动国内经济的发展，并且目前国内绝大多数的不可再生资源、工业用的原材料以及农业生产资料基本上都是通过矿山开采所得到的。但是在开发矿山的过程当中，不但能够让肥沃的土壤转变为荒地，而且在开采时所产生的固体废物也会侵占土地。采矿活动的开展会对区域内的景观造成直接性的损坏。现阶段国内所开展的采矿活动就让超过百万公顷的土地变为荒地，并且每年还会成倍增长。为了能够保护现有的生态环境，降低矿山环境污染，加快矿山荒地的生态修复迫在眉睫[1]。

1 矿山对生态环境的影响

1.1 地面沉降

现阶段国内在开采矿山的过程当中，时常出现土地塌陷的情况。一旦出现地面降沉，那么不但就会导致农作物减产，而且还会引发其他的例如植被死亡、水土流失、建筑物受损等一系列环境问题。采矿沉降对于土地以及周边的环境造成不同程度上的影响，其主要因素有地形、地下水位、土地原始类型等。例如，如果选择在地势相对平坦、地下水位浅的农田进行开采，那么一旦出现沉陷就会出现较为严重的洪水泛滥的现象，并且由于开采引发了严重的地面沉降事故，破坏了周边的建筑物、道路、农田等，因此也会使土地的使用用途发生改变。在山区进行采矿工作时，一旦出现沉陷，那么就会引发边坡崩塌，导致地表出现裂缝，覆岩破损，从而引发水土流失[2]。

1.2 水环境

在进行矿山开采的过程当中经常会出现地下水水位降低、水污染、水土流失等现象，从而给开采区域周边的水环境造成不小的影响。正常情况下地下水是通过断裂覆盖层与开采区域进行连接，因此不管是采矿排水还是矿山的沉降都会严重影响水环境。在地层当中存在着较多的化合物、沉积物，有一定的概率会由于水的流动进而溶解，流入土层当中。在开采金属矿山时，所暴漏出来的矿物也会顺着水流进行溶解，从而流入土层当中，或者与环境产生一定的反应，生成污染物，严重影响水、水生栖息地的整体品质。矿山排水也会对地表水造成污染，当所产生的污染物逐渐地流入地下水时，处理采矿废物也会对水质造成不小的影响[3]。

1.3 矿山废弃物

在开采矿山的过程当中经常会产生例如粗废料或者细粉等废弃物。目前在废弃物的管理方式上主要采用减少废弃物的产量，提升废弃物的利用率等，但是现阶段绝大多数的矿山废弃物依然需要运送到垃圾处理场或者填塞沟壑进行处理，这会给当地的生态环境造成不小的影响，其中主要包含：采矿所产生的污染物有很大概率会涌入地下水、空气污染、影响矿山周边景观等。堆放到土地当中的废弃物可能会产生重金属，一旦重金属发生氧化，那么就会对周边的空气、地下水造成严重的污染。矿山开采所产生的废弃物会长期影响周边的环境，现阶段还没有十分有效的补救措施。因此在开采时对于废弃物应该进行妥善处理，避免对矿山周边的土壤环境以及水环境造成污染。

1.4 空气污染

据调查表明，颗粒物、所排放的气体会对矿山的空气造成十分严重的污染，其中主要有CH4、SO2以及氮氧化物等。在矿山进行钻探、爆破、矿产的运输时都会产生这些物质的排放。在进行地下开采时，露在外面的矿堆、废料还会排放粉尘。而一旦出现矿石自燃、甲烷泄漏都会排放出一氧化碳、二氧化碳。与此同时，在地下受到污染的空气也会顺着矿井的排风系统进入大气当中。

1.5 生态景观改变

在开采矿山时经常会产生废料堆，如果是露天矿场还会出现较大面积的地表疤痕，在进行地下矿产的开采时还极容易地面沉降等，这些现象会使当地的生态景观发生较大的转变，目前最具有代表性的要数矿山生态景观。不仅如此，还会改变土地性质，破坏周边的土地资源、让土地出现沙化等，对当地生态系统的结构造成了不小的影响。

2 矿山污染生态修复技术

2.1 改良沉积物

与金属矿山荒地相比，国内现阶段煤矿弃土面积的回收要较多，这是由于金属矿山的退化土地通常情况下还要进行额外的处理。尾矿坝是具有代表性的金属开采荒地，由于含有大量的重金属，存在废弃基质当中的矿石很容易氧化进而所产生的酸度，阻碍了生态恢复。一般情况下要将尾矿砂与土壤或者污泥、生活垃圾等进行充分的混合，之后在进行利用。有些时候要向沉积物当中填入一些无机肥、石灰，目的就是为了能够更好地中和酸度。但是这种方式只适合实验盆栽试验以及规模相对较小的田间示范，此外还需要深入的中试，上述的实验场景并不能代表实际的自然条件，特别是尾矿酸化，因此无法有效地用于实践当中。目前国内对于金属矿山尾矿在技术层面的改进建议主要如下：如果尾矿的类型为铝土矿，那么改进措施为红土/黄粉土（7/3），选择黄豆作为试验作物，从实际的改良结果来看，鲜重提升了160%；对于垃圾堆肥混合尾矿砂，可以选择银合欢作为试验作物，从实际的改良结果来看，植物的长势较好，现场金属较为稳定，不但能够实现土壤的节约，而且还能够让废物实现二次利用[4]。

2.2 重新植被

通过实现永久性的植被覆盖能够减低污染、提升整体的视觉效果。这不但包含在经过改良之后的沉积物上面进行植物的种植，而且还需要后续不需要人为干预的情况下就能够实现自我生长的植物群落，通常情况下要选择能够在恶劣的气候、土壤环境下依然能够正常生长、繁殖的植物。在适合尾矿种植的植被当中，挑选出目前已经进化出了生物机制，并且能够抵御有毒金属基质，或者在有毒金属基质上也能够进行正常生长的植被。

在国内的华南地区，铅锌矿较多，因此，当地通常会选择如百慕大草、双穗雀稗、百喜草等植物，将其广泛地用于尾矿再植被。在国内的华东地区，即便在尿素、灌溉的条件下，沙棘香蒲、蛇发草、中国芒等植物能够健康、稳定的生长，并且通过后续人为干预，能够缩短恢复的时间。对于煤矿废弃物来说，目前最为合适的复垦植物要数沙棘，特别是在国内北方气候较为干旱或者半干旱的地区。沙棘能够独自种植或者与柠条、油松等植物混合种植，现如今在国内露天煤矿等矿山得到了广泛运用。在进行开垦过程当中究竟选择本地物种还是外来物种要根据实际情况进行详细的分析，因为有些外来物种很有可能会成为有害生物。因此，在进行植物物种挑选时应该要严格考虑，防止所选择的植物物种成为区域植物区系有一定关联的问题物种[5]。

在人工引进层面，要选择具有一定适应能力的品种，为了能够让植被健康、长久的发展，要对所引进的植物品种施入含有氮元素的肥料。不仅如此，还可以引进当地的豆类以及一些能够固氮的物种，通过利用有助于分解、营养物质较为丰富的枯落物、细跟、根瘤等，能够有效提升土壤当中的肥力，对不同气候区域耐蚀性物种的选择以及矿区废弃地的生态修复具有重要的意义。

2.3 植物修复

重新植被就是在因采矿所退化的土地上种植植被，在采用植物修复技术之前应对矿区废弃地的净化情况提高其重视程度。采用植物修复就是通过借助植物将土壤当中的污染物完全去除，或者让污染物转变为无害物质，作为当下较为新型的环境技术，尽管在国内处于初级阶段，但是现阶段依旧是研究过程当中的重点，特别在对受到重金属污染的矿山进行生态修复时。目前所运用植物修复技术，主要涵盖植物的提取，去除废弃物当中所存在的有害金属，植物要想减少沉积物当中的金属流动与生物利用，那么就可以通过固定沉积物或者减低沉积物的迁移活动。这种就地进行修复的方式能够有效修复场地、提升土壤当中的生物活性、维持物理结构，并且不会投入太高的成本，还会有一定概率对金属实现生物回收。

目前，国内大部分矿区均存在超富集植物，常见的包括蜈蚣草和凤尾蕨等。根据既有研究成果了解到，土壤所含重金属可通过植物去除，进而达到受污染土壤净化处理的目的。若在可观条件下，亦可借助高生物量生产作物对被污染基质进行修复。不但能够积累污染物，而且还能够对所积累的污染物起到一定耐受性的植物迄今尚未发现。现阶段，应当将低生物量与高积累能力植物作为首选。为此，被用于提取的植物通常会选择无法累积重金属且不具备高生产量的植物。一旦土壤被污染的程度达到中度，则有必要及时开展去除植物提取的操作。需要注意的是，现阶段，此方式用于高富含重金属矿山处理的可行性并不明显，且既有研究成果也未指出可以彻底清除尾矿累积有毒金属的植物种类。而且，重金属很容易与凋落物共同陷入循环，最终大量扩散到生态系统当中，进而造成不可估量的损失。

还有一种植物修复技术叫作植物稳定。就是借助耐金属植物物种，通过这类植物根部的吸收、积累、吸附到根系之后在进行沉淀。现如今很多研究都可以证明，通过选择性种植以及改良沉积物土壤能够促进植物稳定，进而让由于采矿所出现的退化土壤快速地进行恢复。目前在国内很多铅锌或铜矿尾矿当中已经有很多草木植物成功定植的案例，其中主要有白叶花、双叶花、澳洲花、何首乌等。目前在国内华南地区的铅锌和锡矿尾矿也大量地使用了如银合欢、金合欢等木本植物，在中度污染的荒地当中，黑桤木、梧桐枫的种植对于植物稳定具有广阔的发展前景。

2.4 动物修复

在矿山生态修复技术当中目前还会经常用到动物修复技术，这种技术通常就是借助生活当中常见的如蚯蚓、蚂蚁、兔子等动物从而对矿山周边的土壤结构、松散程度进行有效的调整。这些动物通过在土壤当中不断地迁移，从而能够对矿山周边的土壤起到疏松的作用，提升土壤颗粒之间的相互作用，将更深层次土壤当中的营养物质带入表层。不仅如此，这些土壤动物还能够将存在于表层的枯枝带入土壤深处空隙较大的区域，然后在土层深处进食，之后排出消化物，在确保土壤养分的同时，增强矿山废弃地周边土壤的修复速度。此外，这些动物自身还具有较强的重金属富集能力，能够有效修复受到重金属污染的矿山废弃地。国外一些专家、学者通过对蚯蚓进行试验发现，蚯蚓不但能够对土壤的理化性质进行优化，还能够在受到重金属污染的土壤当中降低重金属离子浓度。

2.5 微生物修复

微生物修复技术就是充分借助微生物生长与分解等一系列的活动，以此来加快矿山废弃地土壤当中的养分循环，让土壤积累更多的有机物质，减少矿山废弃地土壤当中的污染物以及对矿山周边其他环境的破坏。通过采用这种技术能够加快矿山周边土壤当中枯枝的腐化，通过将枯枝进行分解，能够使其生成腐殖质，提升整体土壤的营养。与此同时，还能够让周边土壤当中的植物更好地吸收其生长所需的营养、水分。有相关专家表示在细胞进行降解的催化反应当中β-葡萄糖苷酶能够起到至关重要的作用，通过葡萄糖的释放以此来作为能力，让土壤当中的微生物生物量能够始终进行代谢[6]。

3 结语

由此可见，国内矿山荒地在短期之内很难得到有效的恢复，并且相较于金属矿，煤矿废弃地较高。在金属矿山开采废弃地选择植物进行种植时所面临的挑战较多，主要是因为矿山废弃地中不但所含有的重金属具有一定的毒性，而且废弃地土壤当中的营养物质也较匮乏。本文通过分析在矿山开采过程当中对于周边生态环境所产生的影响，从而探究矿山废弃地生态修复技术，然后根据所开采矿山的实际环境情况，选择最为适宜的生态修复技术，通过在覆盖复垦的过程当中选择具有耐受性、超富集的植物，进而防止污染物迁移，增强矿山废弃地土壤的整体活动，但是从现阶段来看，依旧还处于试点阶段，后续还应该制定各种各样的矿山废弃地修复目标，以此来改善矿山周边整体的生态环境。