邵和東，王大鵬

（礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

礦產(chǎn)資源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。我國(guó)礦產(chǎn)資源比較豐富，其已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。但是，消耗大量資源的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式嚴(yán)重影響礦產(chǎn)資源的可持續(xù)利用，大量廢物的產(chǎn)生嚴(yán)重威脅環(huán)境安全。有色金屬礦山采礦會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，引起水土流失和沙塵暴天氣。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型穩(wěn)步推進(jìn)，新發(fā)展理念逐漸深入人心，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入礦產(chǎn)資源精細(xì)化開(kāi)采和生態(tài)保護(hù)并重的歷史新階段。因此，有必要研究有色金屬礦山環(huán)境修復(fù)技術(shù)，推進(jìn)礦山環(huán)境治理，進(jìn)而打造綠色礦山。

1 礦山重金屬污染概述

重金屬是指密度大于4.5 g/cm的金屬，其非常容易富集，很難降解。礦山土壤中的重金屬主要包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、砷（As）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎳（Ni）和錳（Mn）等。土壤中的重金屬元素對(duì)動(dòng)植物有重大影響：Hg、Cd和Pb影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，危害動(dòng)物的健康；重金屬Cu超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，將減緩動(dòng)植物的生長(zhǎng)或?qū)е滤劳觥Ｓ猩饘俚V山采礦會(huì)造成土壤環(huán)境污染，不同礦區(qū)土壤的重金屬富集特征不同，因此要因地制宜，合理選擇有色金屬礦山環(huán)境修復(fù)技術(shù)。

2 有色金屬礦山環(huán)境修復(fù)技術(shù)

2.1 物理法

2.1.1 土壤置換法

土壤置換法是指運(yùn)用干凈土壤置換污染土壤，降低污染物總體含量，提高土壤環(huán)境總體容量，改良土質(zhì)。土壤置換法可以分為補(bǔ)土法和鏟土法。補(bǔ)土法是指在污染土壤中增加一定量的干凈土壤，實(shí)現(xiàn)表面土壤的混合，降低污染物總體濃度。鏟土法是指挖掘受污染土壤，使得污染物不斷擴(kuò)散，從而降低土壤污染物濃度。土壤置換法可以清除受污染土壤，減少土壤污染。該方法應(yīng)用成本比較高，適用于處理污染面積較小、污染嚴(yán)重的土壤。

2.1.2 熱解吸法

熱解吸法是指利用污染物的揮發(fā)性，運(yùn)用紅外輻射、微波、蒸汽等技術(shù)處理污染土壤，再運(yùn)用載氣或者真空負(fù)壓結(jié)構(gòu)去除土壤重金屬。熱解吸法可以分為高溫?zé)峤馕ê偷蜏責(zé)峤馕?，高溫?20～560 ℃，低溫為90～320 ℃。熱解設(shè)備容易攜帶，工藝非常簡(jiǎn)單，土壤經(jīng)過(guò)修復(fù)后可以再次使用。然而，設(shè)備昂貴、解吸時(shí)間長(zhǎng)等因素限制了其在土壤修復(fù)中的應(yīng)用。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)浸出是指運(yùn)用化學(xué)溶劑對(duì)土壤進(jìn)行清洗，分離土壤內(nèi)的污染物，運(yùn)用沉淀、螯合、離子交換等方式將污染物轉(zhuǎn)移到化學(xué)溶劑中?；瘜W(xué)溶劑主要包含螯合劑、表面活性劑等。TOKUNAGA等研究了不同濃度的氟化氫、磷酸、硫酸、氯化氫、硝酸對(duì)人工污染土壤中As（含量2 830 mg/kg）萃取的影響。結(jié)果表明，磷酸萃取效果最好，在酸濃度為9.4%的條件下，萃取時(shí)間為6 h，As的萃取率可達(dá)99.9%，硫酸對(duì)As的萃取率也較高。萃取法既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)，可去除污染土壤中的As。研究發(fā)現(xiàn)，以五價(jià)砷污染的黃褐色森林土壤作為模擬土壤時(shí)，在各種鉀鈉鹽中，磷酸鉀對(duì)As的萃取效果最好。在萃取劑中，乙二胺四乙酸（EDTA）能在較寬的pH范圍內(nèi)與大部分重金屬形成穩(wěn)定的復(fù)合。采用土壤沖洗法對(duì)廢棄礦山周邊水系沉積物的As污染進(jìn)行修復(fù)時(shí)，0.2 mol/L檸檬酸洗滌1 h，對(duì)細(xì)粒沉積物的去除率大于95%。當(dāng)0.2 mol/L檸檬酸與0.1 mol/L磷酸鉀混合時(shí)，As去除率提高到100%。值得一提的是，土壤內(nèi)的污染物種類眾多，僅僅使用一種方式難以萃取所有污染物，這就需要加入不同的萃取劑。研究表明，NaEDTA溶液對(duì)土壤樣品中重金屬的去除效果普遍優(yōu)于NaSO溶液。NaEDTA對(duì)Pb的萃取效果優(yōu)于Zn和Cd，但對(duì)Cr的去除效果不明顯。0.1 mol/L NaSO的加入顯著提高了0.01 mol/L NaEDTA溶液對(duì)Cd（特別是Zn）的去除效果，表明兩種試劑的混合可能為某些污染土壤提供一種經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)的解決方案。

EHSAN等研究了環(huán)糊精與EDTA結(jié)合的清洗過(guò)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)污染土壤中重金屬和多氯聯(lián)苯的去除效率。研究表明，使用含有EDTA和環(huán)糊精的同一洗滌劑懸浮液連續(xù)洗滌3次，可有效地從土壤中提取多氯聯(lián)苯和某些重金屬。然而，EDTA等螯合劑價(jià)格昂貴，生物降解性差。為了提升萃取劑的生物降解性，降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)，采用生物試劑對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行浸出。采用生物可降解的有機(jī)螯合劑乙二胺二琥珀酸（EDDS）對(duì)Pb（含量1 350 mg/kg）污染土壤進(jìn)行清洗，取得良好的Pb去除效果。HONG等評(píng)價(jià)了皂苷對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果，用皂素對(duì)3種礦區(qū)土壤進(jìn)行分批試驗(yàn)。皂苷對(duì)3種土壤中重金屬的去除效果均較好，Cd提取率為100%，Zn提取率為85%～98%。LI等研究了茶皂素對(duì)重金屬的去除效果。結(jié)果表明，以濃度7%的茶皂素為萃取劑時(shí)，其對(duì)Pb、Cd、Zn、Cu的去除率分別為6.74%、42.38%、13.07%和8.75%。茶皂素可以有效除去具有還原性、酸溶性的重金屬，其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隨之降低。

2.3 生物法

2.3.1 植物修復(fù)

植物修復(fù)是指運(yùn)用綠色植物對(duì)污染物進(jìn)行固定或吸附，有效去除污染物，消除其污染性。植物揮發(fā)、植物固定和植物提取是植物修復(fù)的3種主要方式。植物揮發(fā)是指通過(guò)植物蒸發(fā)作用將揮發(fā)性化合物或者新陳代謝產(chǎn)物釋放到大氣中；植物固定是指利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害的物質(zhì)；植物提取是指種植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物質(zhì)并運(yùn)移至植物地上部，通過(guò)收割地上部物質(zhì)帶走土壤中污染物。

目前，汞是植物修復(fù)領(lǐng)域研究最多的重金屬。為了探索植物提取汞和解除汞中毒的潛力，BIZILY等選擇擬南芥作為模式植物，在植物啟動(dòng)子控制下表達(dá)一個(gè)修飾的細(xì)菌基因merBpe，編碼有機(jī)汞裂解酶（MerB）。MerB催化碳汞鍵的質(zhì)子分解，去除有機(jī)配體，釋放出流動(dòng)性較差的汞物種Hg(II)。表達(dá)merBpe的轉(zhuǎn)基因植物在各種濃度的甲基氯化汞和苯汞醋酸鹽上生長(zhǎng)旺盛。缺乏merBpe基因的植物在相同的有機(jī)汞濃度下受到嚴(yán)重抑制或死亡。研究表明，通過(guò)工程設(shè)計(jì)表達(dá)merBpe的原生植物（如樹(shù)木、草類）可用于污染場(chǎng)地的甲基汞降解，并將Hg(II)封存以供后續(xù)去除。然而，該技術(shù)僅適用于揮發(fā)性污染物，應(yīng)用范圍有限。高攝取植物具有以下特性：污染物濃度低時(shí)，吸附積累能力強(qiáng)；污染物濃度較高；積累多種重金屬；生長(zhǎng)快，生物量大；具有抗病蟲(chóng)害能力。

2.3.2 微生物修復(fù)

微生物雖然不能破壞、降解重金屬，但是可以改變其存在形式，實(shí)現(xiàn)重金屬的轉(zhuǎn)化和遷移。微生物修復(fù)機(jī)制包含沉淀、胞外絡(luò)合、胞內(nèi)積累和氧化還原反應(yīng)等。微生物浸出是一種簡(jiǎn)單有效的從低品位礦石和精礦中提取有價(jià)金屬的技術(shù)。除用于工業(yè)原料供應(yīng)外，微生物浸出在礦山場(chǎng)地修復(fù)、礦業(yè)廢棄物處理等方面具有一定的應(yīng)用潛力。

ABDEL-AZIZ等評(píng)價(jià)了泡囊叢枝菌根作為生物制劑在降低重金屬毒性方面的作用。與未接種的對(duì)照組相比，接種泡囊叢枝菌根的誘導(dǎo)顯著增加。重金屬含量比較多的礦區(qū)土壤內(nèi)，成功種植泡囊叢枝菌根能夠明顯減少重金屬濃度，說(shuō)明泡囊叢枝菌根在降低植物生長(zhǎng)介質(zhì)中高濃度重金屬的危害方面發(fā)揮重要作用。JONES等的研究表明，菌根植物對(duì)Cd的吸收量高于非菌根植物，菌根植物含有的Cd很大程度上儲(chǔ)存在根系中。微生物修復(fù)過(guò)程與氧氣、溫度、濕度和pH等因素密切聯(lián)系。其應(yīng)用有局限性，一些微生物只能降解特定的污染物，但是微生物酶可能產(chǎn)生二次污染。

2.4 地貌修復(fù)技術(shù)

礦山地貌修復(fù)非常關(guān)鍵，其離不開(kāi)動(dòng)物、植物等生態(tài)系統(tǒng)。地貌修復(fù)的常用方法有土工網(wǎng)、漿砌石骨架、土工格室等，其在有色金屬礦山治理中運(yùn)用比較多。物理工程技術(shù)包括鋼筋混凝土構(gòu)架、漿砌石骨架和預(yù)應(yīng)力錨索等。廢棄礦山可以使用鋪砌護(hù)坡連磚的方式治理坡體。削坡后，設(shè)置連鎖磚護(hù)坡，運(yùn)用六邊形磚形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，保持坡體的穩(wěn)定性，涵養(yǎng)水源。人工裝置可以增強(qiáng)地貌的穩(wěn)定性。掛網(wǎng)可以治理坡度較緩的砂石土邊坡，保證坡面基質(zhì)穩(wěn)定和牢固。目前常使用掛網(wǎng)客土噴播復(fù)綠的方式，削坡完成后可以在坡面掛網(wǎng)客土，防止坡面水土流失，同時(shí)恢復(fù)邊坡地貌。物理工程技術(shù)、人工裝置技術(shù)和生物技術(shù)可以混合使用。針對(duì)開(kāi)采巖體坡面，有色金屬礦山可以采用植被恢復(fù)的方式進(jìn)行基材噴附，使用生態(tài)植被袋進(jìn)行防護(hù)，采用巖面容器進(jìn)行垂直綠化，恢復(fù)植被。

3 結(jié)論

本文以有色金屬礦山環(huán)境修復(fù)技術(shù)為研究對(duì)象，概述了礦山重金屬污染，綜述了國(guó)內(nèi)外礦區(qū)污染土壤修復(fù)方法，分析了地貌修復(fù)技術(shù)。當(dāng)前，有色金屬礦山要重視礦山環(huán)境保護(hù)，合理運(yùn)用污染土壤修復(fù)技術(shù)和地貌修復(fù)技術(shù)，消除礦山環(huán)境污染，建設(shè)綠色礦山。