摘要：礦山開采為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了資源保證,但同時也帶來了一系列生態(tài)環(huán)境問題。文章介紹了我國部分地區(qū)日益發(fā)達(dá)的金屬礦業(yè)造成的土壤重金屬污染狀況, 分析了重金屬元素的在環(huán)境中的存在形態(tài)、釋放機(jī)理、污染特征及其生物危害。指出了金屬礦山土壤重金屬污染目前尚存在的問題并提出了防治土壤重金屬污染的具體措施。

關(guān)鍵詞 ：重金屬污染；修復(fù)技術(shù)；土壤；金屬礦山

Abstract：Mining for economic development to provide the resources, but also brings a series of ecological environment problems. This paper introduces the area of our country part increasingly developed metal mining caused the soil heavy metal pollution status, analysis of heavy metal elements in the environment of existence form, release mechanism, the pollution characteristics and biological hazards. Metal mine soil heavy metal pollution is pointed out existing problems and puts forward specific measures to control soil heavy metal pollution.

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??? 金屬礦山既是資源集中地 ,又是天然的土水生態(tài)環(huán)境污染源。在開采過程中流失的重金屬Ｐｂ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｃｒ等是土水生態(tài)環(huán)境的重要毒害元素。。隨著礦山開采年份的增加,礦山周邊土壤環(huán)境中重金屬不斷積累,污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境后,擴(kuò)散遷移比較緩慢,且不被微生物降解,通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合、吸附等過程后,容易形成不同的化學(xué)形態(tài)。當(dāng)其在土壤中積累到一定程度時,就有可能通過土壤—植物(作物)系統(tǒng),經(jīng)食物鏈為動物或人體所攝入,潛在危害性極大。因此,金屬礦山土壤的重金屬污染問題必須引起高度關(guān)注,并采取相應(yīng)措施加以防治。

我國金屬礦產(chǎn)資源豐富,共有大中型礦山9 000 多座,小型礦山26 萬座,因采礦侵占土地面積已接近4 萬km2 ,由此而廢棄土地面積達(dá)330 km2/ a。在粵北地區(qū),有10 %的耕地都因當(dāng)?shù)氐V業(yè)活動導(dǎo)致不同程度的重金屬污染。發(fā)達(dá)國家礦業(yè)廢棄地復(fù)墾率已高達(dá)50 %以上,且復(fù)墾的質(zhì)量很高,而我國治理率卻很低礦業(yè)開發(fā)所造成的土壤污染量大面廣,是我國污染土壤治理不可忽視的問題,而礦區(qū)污染土壤在產(chǎn)生機(jī)制、污染物遷移規(guī)律、治理的目標(biāo)等方面,與一般的污染土壤有一定的區(qū)別。因此研究礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)就有其必要性、特殊性和緊迫性。

金屬礦山周邊土壤中的重金屬,除本身由于地球化學(xué)作用而可能造成背景值偏高外,還主要包括2 個方面:第一,金屬礦山的井下廢水、選礦廢水、冶煉廠廢水、礦坑水等,含有較多的重金屬元素,以含有大量可溶性離子、重金屬及有毒、有害元素(如銅、鉛、鋅、砷、鎘、六價鉻、汞、氰化物) 為特征;第二,礦業(yè)廢棄地,尤其是有色金屬礦業(yè)廢棄地一般都含有大量的重金屬,其中又以尾礦和廢棄的低品位礦石的重金屬含量最高。一般來說,生產(chǎn)1t 有色金屬可產(chǎn)生上百噸甚至幾百噸固體廢物。我國有色金屬業(yè)固體廢棄物年排放量為6 590 萬t ,占全國固體廢棄物總排放量的10. 6 % ,利用率很低,約為8 %。這些重金屬含量很高的廢棄物露天堆放后,會迅速風(fēng)化,并通過降雨、酸化等作用向周邊地區(qū)擴(kuò)散從而導(dǎo)致重金屬污染問題。

??? 土壤重金屬污染的主要危害包括: ( 1)影響植物生長。重金屬進(jìn)入土壤后,通過滲透、淋溶等作用進(jìn)入到金屬礦山周圍的植物中,會對植物根部生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用,影響植物對營養(yǎng)元素的吸收和運(yùn)輸,干擾植物的新陳代謝,影響植物的生長發(fā)育。(2) 危害人體健康。重金屬可以通過“土壤—植物—人體”食物鏈進(jìn)入人體。由于食物鏈的富集作用,重金屬含量成倍甚至十幾倍增加,進(jìn)入人體后,會嚴(yán)重危害人體健康。( 3)降低土壤的生態(tài)功能。重金屬進(jìn)入土壤后,對土壤的理化性質(zhì)、生物特性和微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯不良影響,降低土壤微生物量和活性細(xì)菌數(shù)量,減少土壤系統(tǒng)中的生物多樣性,從而影響土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。

??? 重金屬進(jìn)入土壤后，通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的化學(xué)形態(tài)，并表現(xiàn)出不同的活性，土壤中重金屬的形態(tài)影響它的活性和對植物的有效性。因此，研究土壤中重金屬的形態(tài)及形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化對重金屬的環(huán)境效應(yīng)及重金屬污染土壤的治理修復(fù)具有重要意義。根據(jù)重金屬在土壤中的基本積累機(jī)制，常把土壤中重金屬分為5種存在形態(tài):(1)可交換態(tài);(2)碳酸鹽結(jié)合態(tài);(3)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài);(4)有機(jī)結(jié)合態(tài);(5)殘留態(tài)。在不斷變化的環(huán)境條件中，各種形態(tài)的重金屬有著不同的重新分布特征。一般地，土壤中的可交換態(tài)重金屬有比較強(qiáng)的生物活性，而殘留態(tài)重金屬在自然條件下，由于與土壤礦物質(zhì)有較強(qiáng)的結(jié)合力而不易于從土壤顆粒中釋放出來，具有較低的生物活性。

? ?土壤中的重金屬污染物大部分被固定在耕作層中，一般很少遷移至40cm以下，但砷在土壤中的動態(tài)行為與Cu, Pb, Cd等有所不同，在含有大量鐵、鋁組分的酸性(pH為5.3-6.幻紅壤中，砷酸根可與之生成難溶鹽類而富集于30一 40cm耕作層中。灌溉污水中的Hg呈溶解態(tài)和絡(luò)合態(tài)，進(jìn)入土壤后，95%被土壤礦質(zhì)膠體和有機(jī)質(zhì)迅速吸附或固定，它一般累積在土壤表層，在剖面的分布為自上而下遞減，有資料表明，土壤中的重金屬只有很少一部分隨植物地上部分的收獲而被移去，經(jīng)歷20年的耕種與收獲，也只能減少大約0.5%-2.0%的蓄積量[III。因此，這些重金屬一旦進(jìn)入土壤，就可能存留幾千年。
? ?與其它污染形態(tài)有所不同的是,土壤重金屬污染有其自身特點,主要表現(xiàn)為: ( 1)隱蔽性和滯后性。土壤重金屬污染往往要通過對土壤及農(nóng)作物樣品進(jìn)行監(jiān)測后,甚至通過對人和動物健康狀況進(jìn)行診斷后才能確定。(2)累積性。由于重金屬在土壤中不容易遷移、擴(kuò)散和稀釋,因此,很容易在土壤中不斷積累而超標(biāo),同時也使土壤污染具有很強(qiáng)的地域性。(3)不可逆性和難治理性。重金屬污染的自然降解是非常困難的,積累在土壤中的重金屬很難靠稀釋作用和自凈作用來消除。

??? 目前,國內(nèi)外治理土壤重金屬污染的途徑歸納起來主要有3種:一是改變重金屬在土壤中的賦存狀態(tài),使其穩(wěn)定或固定,降低其活性,使其鈍化,脫離食物鏈,以降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性;二是利用各種技術(shù)從土壤中去除重金屬,達(dá)到回收和減少土壤中重金屬的雙重目的;三是利用各種防滲材料,如水泥、粘土、石板、塑料板等,將污染地區(qū)與未污染地區(qū)隔離,以減少或阻止重金屬的遷移和擴(kuò)散。圍繞這3種治理途徑,各國相繼開發(fā)了物理、化學(xué)和生物治理方法。

（二）土壤重金屬污染的治理方法

　1、物理方法

物理方法分為熱處理及工程措施法等。金屬礦山土壤中所含重金屬種類較多,熱處理法主要針對汞(Hg)污染,效果比較明顯,但工程量較大,耗能較多,且易使土壤有機(jī)質(zhì)和土壤水遭到破壞。

工程措施是利用外來重金屬多富集在土壤表層的特性,去除受污染的表層土壤后,將下層土壤耕作活化或用未被污染活性土壤覆蓋。此方法可以使耕作層土壤中的重金屬濃度降至臨界濃度以下,減少重金屬對土壤—植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害,從而達(dá)到控制其危害的目的。

　2、物理化學(xué)法

通過在包含污染土壤的電解池兩側(cè)施加直流電壓形成電場梯度,土壤中的重金屬通過電遷移、電滲流或電泳的途徑被帶到位于電解池兩極的處理室中并通過進(jìn)一步的處理,從而實現(xiàn)污染土壤樣品的減污或清潔。電動修復(fù)是一門新的經(jīng)濟(jì)型土壤修復(fù)技術(shù),不攪動土層,并可縮短修復(fù)時間,比較適合于低滲透的粘土和淤泥土,且可以回收鉛、砷、鉻、鎘、銅、鈾、汞和鋅等多種重金屬元素,具有經(jīng)濟(jì)效益高、后處理方便、二次污染少等一系列優(yōu)點,近年來發(fā)展很快,在一些歐美國家已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化,但對大規(guī)模重金屬污染土壤的就地修復(fù)仍不夠完善。

利用淋洗液將土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移至液相中,再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理。該技術(shù)的關(guān)鍵在于淋洗液的選擇,應(yīng)既能提取重金屬又不破壞土壤結(jié)構(gòu),如果選擇不當(dāng),引入的淋洗液很有可能造成二次污染。用于淋洗土壤的淋洗液很多,包括有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鹽和螯合劑,用于提取土壤重金屬的主要有鹽酸、硝酸、硫酸、檸檬酸、草酸、EDTA (乙二胺四乙酸)和DTPA (乙烯三胺五乙酸)等。土壤淋洗以柱淋洗或堆積淋洗更為實際和經(jīng)濟(jì),這對該技術(shù)的商業(yè)化具有一定的促進(jìn)作用。

利用電極加熱將重金屬污染的土壤熔化,冷卻后形成比較穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質(zhì)。實施前,需要在土壤中埋沒金屬或石墨等導(dǎo)電材料。

由于在通常條件下玻璃非常穩(wěn)定,一般的試劑難以破壞它的結(jié)構(gòu),所以玻璃化技術(shù)對某些特殊重金屬(如放射性廢物)是非常適用的。不過玻璃化技術(shù)相對較復(fù)雜,實地應(yīng)用中會出現(xiàn)難以達(dá)到統(tǒng)一的熔化以及地下水的滲透等問題,同時熔化過程需要消耗大量的電能,這使得該技術(shù)成本很高,限制了其應(yīng)用。