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        礦山重金屬污染土壤修復(fù)研究

        2022-02-14 10:39:56朱文武
        中國資源綜合利用 2022年1期
        關(guān)鍵詞:廢棄地礦山重金屬

        朱文武

        (云南地質(zhì)工程第二勘察院,昆明 650218)

        我國是礦產(chǎn)資源豐富的國家之一,隨著國民經(jīng)濟的高速增長,礦產(chǎn)資源開發(fā)速度不斷加快,形成大面積的金屬礦山采空區(qū)和廢棄地,因礦產(chǎn)資源開發(fā)受污染的國土面積隨之?dāng)U大。金屬礦山開發(fā)在助推國民經(jīng)濟發(fā)展的同時,也帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境問題。金屬礦山采選過程通常會使用化學(xué)藥劑,產(chǎn)生的有害物質(zhì)經(jīng)循環(huán)后固定在土壤中,造成土壤污染,致使土體遭到不同程度的破壞。金屬礦山的土壤污染隱蔽、不可逆、持續(xù)時間長,重金屬經(jīng)食物鏈流動和大氣循環(huán)而被人體攝入,威脅人體健康和生態(tài)安全。“十四五”期間,國家高度重視生態(tài)文明建設(shè),礦山生態(tài)修復(fù)作為地方政府考核的量化指標(biāo)之一,重金屬污染土壤修復(fù)是其中不可回避的問題。因此,有必要深入進行相關(guān)研究,努力尋求最優(yōu)解決方案。

        1 礦區(qū)污染土壤的修復(fù)

        1.1 物理修復(fù)

        物理修復(fù)是指采用物理方法去除土壤中的污染物,分為熱處理法、工程措施法和電動修復(fù)法等。通常,熱處理法多應(yīng)用于治理汞污染。工程措施法則利用重金屬富集在土壤表層的特點置換污染土體,以客土或換土的方法進行表層土壤更換??屯潦窃诒晃廴镜耐寥辣韺痈采w未污染的新土,前提是綜合分析被污染場地的自然條件和污染土壤理化性質(zhì),未污染新土的理化性質(zhì)最好與污染土受污染前的特性接近,以免因環(huán)境因子的變化而引起污染土壤中重金屬活性變大。換土是將已經(jīng)污染的土壤搬移后置換新土。無論采用客土法還是換土法,都要避免二次污染,因此其在實踐中的應(yīng)用不多。電動修復(fù)法是指在污染土壤中人為控制電的不同形式,將重金屬離子進行分離。電動修復(fù)可在磁場活躍的區(qū)域?qū)χ亟饘龠M行分離,但修復(fù)效果受土壤酸堿度影響,應(yīng)用成本高。該方法可以添加強化劑來改善分離效果,但不適用于大面積的、重金屬濃度低、污染單一的場地,多應(yīng)用于重金屬離子濃度高的場地,實踐中應(yīng)與其他修復(fù)技術(shù)結(jié)合使用。

        1.2 化學(xué)修復(fù)

        重金屬污染礦區(qū)土壤的主要機理是金屬離子形態(tài)易轉(zhuǎn)換,土壤的理化性質(zhì)在不同外部環(huán)境下可影響重金屬的存在形態(tài)?;瘜W(xué)修復(fù)就是通過化學(xué)反應(yīng)調(diào)節(jié)重金屬在土壤中的移動性來修復(fù)污染土壤,多數(shù)利用化學(xué)試劑來調(diào)節(jié)或降低重金屬的濃度、溶解性、游離性等,增加土壤有機質(zhì)含量,進而改變土壤電解性,其通過氧化還原反應(yīng)來降低重金屬的生物有效性,減輕危害?;瘜W(xué)修復(fù)屬于被動修復(fù),具有見效快和治理徹底的優(yōu)點,但投入的試劑量大、投資大,易引起土壤環(huán)境惡化,二次污染的可能性偏高,大面積區(qū)域的場地修復(fù)難以推廣。例如,玻璃化修復(fù)法成本高、能耗大,操作不便,不宜大面積推廣。

        1.3 生物修復(fù)

        生物修復(fù)利用微生物、真菌、綠色植物以及酶類等生物吸收、富集、萃取、轉(zhuǎn)化和固化土壤中的重金屬元素,使土壤中重金屬元素的含量降低、毒性減小或消失,這類方法較多。

        1.3.1 植物修復(fù)

        植物修復(fù)是指利用自然生長或遺傳工程培育的植物來降低土壤重金屬含量,同步改善土壤養(yǎng)分條件并恢復(fù)其功能,促使微環(huán)境優(yōu)化。污染土壤修復(fù)通常借助特定植物的固定、揮發(fā)和提取作用來實現(xiàn)。植物揮發(fā)把污染物轉(zhuǎn)移到大氣中,存在一定的潛在風(fēng)險,污染物可能通過大氣的干濕沉降重返土壤表層,因此重金屬去除不徹底。目前,礦山修復(fù)不僅僅涉及植被培植,而是需要建立一個能自我更新的生態(tài)系統(tǒng),因此植被修復(fù)應(yīng)綜合利用多種方式,最終徹底清除污染物。

        1.3.2 微生物修復(fù)

        微生物修復(fù)利用土壤中的微生物或菌種,通過吸收、沉淀、氧化還原等作用,把滯留在土壤中的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化成無毒或低毒物質(zhì),使污染土壤的功能部分或完全恢復(fù)到初始狀態(tài)。微生物具有個體小、繁殖速度快、適應(yīng)性強、易變異等特點,目前,微生物修復(fù)技術(shù)的研究成果頗多,應(yīng)用相對廣泛。

        1.3.3 動物修復(fù)

        動物修復(fù)是指在人工控制或者自然狀態(tài)下,土壤動物在污染土壤中生長和繁育,通過食物鏈對污染物進行分解、消化和富集等,減少或消除污染物。動物修復(fù)技術(shù)對動物體存在不可預(yù)見的潛在危害,因此推廣度不高。

        1.3.4 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

        單一的植物或者微生物修復(fù)技術(shù)都存在一些限制因素。植物修復(fù)周期長,而且一種植物只能吸收一種或者幾種重金屬污染物,對于高濃度重金屬還會出現(xiàn)中毒反應(yīng),能積累多種重金屬的植物篩選難度大。微生物修復(fù)技術(shù)仍局限在科研領(lǐng)域,因修復(fù)條件要求苛刻,實踐應(yīng)用不多,將微生物放入修復(fù)場地后,不得不考慮外界干擾因素和修復(fù)過程的不可預(yù)見性問題。所以,要將植物修復(fù)與微生物修復(fù)進行結(jié)合。目前,接種菌根來修復(fù)重金屬污染土壤的應(yīng)用還處于起步階段,因此要進行深入的研究與實踐,才能將其大范圍運用到礦山重金屬污染土壤的修復(fù)中。

        2 當(dāng)前礦山重金屬污染土壤修復(fù)中存在的問題

        金屬礦山開采容易造成土壤污染,治理難度大,不僅要考慮場地條件,還要考慮其他因素。目前,礦山重金屬污染土壤修復(fù)的研究取得一些進展,但是應(yīng)用實踐方面仍然存在一些問題。

        首先,礦區(qū)土壤污染程度、范圍和類型的評估與檢測標(biāo)準(zhǔn)尚不明確,開采廢棄地重金屬污染土壤的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)暫未頒布,導(dǎo)致修復(fù)過程目標(biāo)性不強,僅僅從地表植被生長狀況對修復(fù)效果進行評價,評價內(nèi)容過于單一,沒有考慮修復(fù)后的局部生態(tài)系統(tǒng)是否具備自我更新能力。對于微生物修復(fù),多數(shù)技術(shù)研究成果基于理想狀態(tài),實際應(yīng)用時問題可能比較多,具體的修復(fù)技術(shù)還存在缺陷,這是目前科研成果轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力的難點,應(yīng)借鑒類似的成功案例。如果采用物理與化學(xué)相結(jié)合的方法進行修復(fù),費用昂貴且難以實現(xiàn)大范圍的推廣。今后,礦山修復(fù)主管部門應(yīng)根據(jù)廢棄地的不同利用方向,制定相應(yīng)的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)和效益評價體系,以便更好地指導(dǎo)金屬礦山廢棄地土壤修復(fù)。

        其次,相比物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù),植物修復(fù)具有一定的優(yōu)勢,但還需要拓展試驗來支撐該技術(shù)的研究和發(fā)展。目前,礦山重金屬污染土壤研究以修復(fù)技術(shù)研究為主,對零星的科研或?qū)嵺`成果沒有進行有效的數(shù)據(jù)分析,有必要對現(xiàn)有研究成果進行匯總和整理,采用大數(shù)據(jù)分析來選擇修復(fù)方法,以提高研究成果的應(yīng)用性。

        3 結(jié)論

        目前,金屬礦山廢棄地污染土壤修復(fù)方法很多,但每種方法都有局限,今后還需要進一步深入研究。因此,要采用多學(xué)科交叉的方法提高研究質(zhì)量,擴大研究空間和時間周期,將多種修復(fù)方法相結(jié)合,相互協(xié)調(diào)來實現(xiàn)迅速、高效、低成本的土壤修復(fù),并加強生物修復(fù)技術(shù)的集成化研究,用于指導(dǎo)實踐。

        目前的研究以降低土壤重金屬含量為主,目標(biāo)單一,應(yīng)根據(jù)污染對象后續(xù)修復(fù)用途進行土壤生境改良,以提高土壤修復(fù)的實際價值。今后應(yīng)加大效果評價對照研究,將土壤修復(fù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用于低影響開發(fā)規(guī)劃和國土空間規(guī)劃中。目前缺少土壤修復(fù)技術(shù)的生態(tài)安全研究,多數(shù)研究致力于解決污染范圍的實際問題,治理區(qū)域自然環(huán)境、植被群落圈、生物多樣性等方面的影響研究沒有開展和深入,土壤修復(fù)技術(shù)與周邊環(huán)境的相關(guān)性、協(xié)調(diào)性、一致性等的后續(xù)效果研究偏少,應(yīng)從修復(fù)效果分析修復(fù)方法的合理性、安全性、時效性,避免因土壤修復(fù)影響區(qū)域生態(tài)安全。科研資金是開展相關(guān)研究的基礎(chǔ)條件,可從主題公園打造、科普教育基地建設(shè)、濕地公園規(guī)劃、土地整治與用地指標(biāo)調(diào)整等方面多渠道申請和籌集資金。

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