李 洚

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000）

礦產(chǎn)資源作為人們生產(chǎn)生活的基本，這種資源的開(kāi)發(fā)利用為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)起到重要推動(dòng)力的同時(shí)，也引發(fā)了比較嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。中國(guó)部分地方礦山資源較豐富，但由于中國(guó)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的金屬礦被開(kāi)發(fā)，而隨著礦山開(kāi)發(fā)年份的增長(zhǎng)，礦山周圍生態(tài)環(huán)境中土壤有色重金屬污染現(xiàn)狀也日趨嚴(yán)峻，并越來(lái)越為人類所重視，如果生態(tài)環(huán)境中的土壤重金屬積聚到一定程度，就會(huì)造成土壤退化、地表水和地下水的環(huán)境污染，或經(jīng)由植物進(jìn)入食物鏈被人或動(dòng)物攝食，從而影響人類身體健康。所以，有必要對(duì)這一問(wèn)題加以密切重視，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 何為重金屬污染

重金屬物質(zhì)污染物指由泥土中重金屬污染或其物質(zhì)所引發(fā)的污染物。重金屬物質(zhì)即比值超過(guò)五的金屬材料，(通常指密度超過(guò)四點(diǎn)五克每立方厘米的金屬材料)，目前大概有四十五種，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、釩、鈮、鉭、鈦、汞、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。其中錳、銅、鋅等多種重金屬物質(zhì)都是身體生命活動(dòng)中所急需的微量元件，但很多重金屬物質(zhì)如汞、鉛、鎘等并沒(méi)有身體生命活動(dòng)所急需，甚至任何多種重金屬物質(zhì)若達(dá)到一定含量都對(duì)人類健康不利，汞，鎘，鉛，砷，鉻稱之為"五毒"元素，含有對(duì)汞、鎘、錳、鉛及砷等生物危害性較顯著的重金屬單質(zhì)，及物質(zhì)對(duì)自然環(huán)境的污染物影響很大[1]。

2 重金屬污染的特點(diǎn)

重金屬所形成中毒的含量范圍通常較低；在通常情況下，有機(jī)重金屬無(wú)法被微生物所降解，但可以發(fā)生形式的化學(xué)變化；危害性主要與存在的形態(tài)和價(jià)態(tài)相關(guān)；重金屬污染物多是復(fù)合型污染物，來(lái)源相對(duì)復(fù)雜，常以無(wú)機(jī)與有機(jī)混合物的形態(tài)流入周圍環(huán)境，且同時(shí)存在著各種金屬，共同形成相應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)或拮抗效果，對(duì)周圍生物與人類形成重大危害；而有機(jī)重金屬經(jīng)過(guò)食物鏈實(shí)現(xiàn)生物放大，流入體內(nèi)，對(duì)人類形成慢性中毒[2]。

3 土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

3.1 土壤重金屬污染呈現(xiàn)區(qū)域性分布

通過(guò)對(duì)可靠數(shù)據(jù)研究的證實(shí)，目前中國(guó)土壤重金屬污染總體上呈現(xiàn)出大地區(qū)分布的現(xiàn)象。其中，中國(guó)全國(guó)的東、中、西地帶因?yàn)榉秶町?，環(huán)境污染程度也具有一定的差異，而中部地帶環(huán)境污染相對(duì)嚴(yán)重，東與西地帶的環(huán)境污染則相對(duì)較弱。究其原因在于，中東部地帶的煤炭礦井和金屬礦區(qū)數(shù)量較多，在其采礦過(guò)程中造成大量土地遭受重金屬的污染[3]。

3.2 以無(wú)機(jī)元素為主要污染物

現(xiàn)階段，從全國(guó)土壤的環(huán)境污染狀況而言，已出現(xiàn)大量土壤點(diǎn)位超標(biāo)的狀況，大多以無(wú)機(jī)化學(xué)元素成為了重點(diǎn)污染源，其主要涉及鉛、錳、鋅、鎘、汞、鎘、鈷、銅等無(wú)機(jī)化學(xué)元件。而當(dāng)中，又以鎘元素的超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)量最多。但根據(jù)區(qū)域劃分狀況來(lái)看，污染物在區(qū)域間的分配還是具有一定的特殊性。如華南遭受砷、鉛等重金屬污染比較嚴(yán)重；東北如吉林、遼寧等老工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)地區(qū)，受錳、砷、鉛等重金屬污染比較嚴(yán)重；中西部地區(qū)，如云南等地受砷、鉛、鎘等金屬環(huán)境污染比較嚴(yán)重。

3.3 土壤重金屬污染治理相對(duì)復(fù)雜

如果說(shuō)土地在遭受了重金屬污染之后，是無(wú)法輕易分解的，而農(nóng)田一經(jīng)遭受了重金屬污染，就基本無(wú)法修復(fù)。而與此同時(shí)，又因?yàn)槟嗤廉?dāng)中含有膠體，使重金屬物質(zhì)可以進(jìn)一步富集，所以長(zhǎng)此以往，重金屬污染就會(huì)更加嚴(yán)峻。由于危害人們的正常生產(chǎn)以及生活方式等，因此土地PH值也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的改變，土地中重金屬含量也會(huì)因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)而使其價(jià)態(tài)以及形式上都遭到不同程度的危害。此外，由于土壤重金屬污染是人們無(wú)法利用感官加以容易辨別的，所以土壤重金屬污染也常常是在很多年之后才被人們發(fā)覺(jué)的，這也使得土壤重金屬污染處理難度進(jìn)一步增加[4]。

4 金屬礦山土壤重金屬污染和危害

4.1 金屬礦山土壤重金屬污染的來(lái)源

金屬礦周圍土地中的有害重金屬，除了本身因?yàn)榈厍蚧瘜W(xué)影響而可以導(dǎo)致背景值的偏高外，其它則大多來(lái)自于金屬礦業(yè)開(kāi)挖、洗選、搬運(yùn)等流程中廢渣、污水的排出和固態(tài)廢棄物的堆積。而露采或坑采的鉆進(jìn)、開(kāi)挖爆破，以及金屬礦物裝卸搬運(yùn)等過(guò)程產(chǎn)生的灰塵和揚(yáng)塵中也帶有巨量的有害重金屬，并通過(guò)降雨的淋溶流入周圍土地；而工業(yè)廢水則一般分為坑內(nèi)水，選礦、冶金工業(yè)廢水和尾礦池水等，污水中以酸式居多，以帶有巨量的有害重金屬和放射性、危險(xiǎn)元素為特點(diǎn)。有色金屬股份有限公司的工業(yè)固體廢棄物，一般是指在采礦流程中所形成的剝離物質(zhì)和廢石，還有在選煤流程中所排棄的尾礦，而此類工業(yè)固體廢棄物如果在露天存放，很容易迅速風(fēng)化，并借助降水、酸化等因素影響向礦井周圍傳播，進(jìn)而造成土壤重金屬污染[5]。

4.2 金屬礦山土壤重金屬污染的特點(diǎn)

與其它污染物形式不同的是，由于金屬礦山含有毒重金屬?gòu)U棄物類型很多，而且土壤重金屬污染都有其各自特征，對(duì)自然環(huán)境的損害方式和污染程度也都不相同，主要體現(xiàn)為：第一，土壤重金屬污染通常需要經(jīng)過(guò)對(duì)土地和耕地樣本加以檢測(cè)后才能確認(rèn)，存在滯后性和隱藏。第二個(gè)，重金屬物質(zhì)在泥土中并不易于遷移、擴(kuò)展和稀釋，而是很易在泥土中繼續(xù)積聚并嚴(yán)重超標(biāo)，因而具備難積聚性。第三個(gè)，土壤重金屬污染的自我降解過(guò)程是相當(dāng)艱難的，因?yàn)榉e聚在泥土中的土壤重金屬很難靠稀釋效應(yīng)和自凈作用來(lái)去除，因而具備不易治理性和不可逆性。

4.3 金屬礦山土壤重金屬污染的危害

土地被環(huán)境污染后，由于這些廢水能較長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)于土地自然環(huán)境中，且無(wú)法去除，因此容易被人們所忽略。對(duì)土壤重金屬污染的主要影響因素包括：首先，影響植被正常生長(zhǎng)發(fā)育[6]。當(dāng)土地中的重金屬經(jīng)過(guò)降雨淋溶作用向下滲入，不但會(huì)造成對(duì)地下水的環(huán)境污染，而且還會(huì)把金屬礦山附近的植被同化，從而影響植被的正常生長(zhǎng)發(fā)育。其次，損害人類健康。被環(huán)境污染的土地若徑直裸露于自然環(huán)境中，為人或動(dòng)物所吸附后，會(huì)極大影響人們健康。終于，降低了土地的生態(tài)功效。重金屬污染可顯著影響土地的生化特性，從而減少土壤細(xì)菌數(shù)量和活性菌數(shù)量，并降低了土地體系中的生物多樣性，進(jìn)而影響了土地生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的平衡。

5 土地重金屬污染來(lái)源

5.1 工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)污染

大量礦山、石化、鋼鐵、化工醫(yī)藥、紡織、建筑金屬的表面處理工作與加工和工業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生的大量的廢氣、廢渣、日常生活廢棄物等，在重力作用下產(chǎn)生的沉降量方式和隨雨水下降到地球表面，再進(jìn)入土壤。這在中國(guó)南部區(qū)域體現(xiàn)的十分明顯。

5.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的污染

化肥和農(nóng)藥長(zhǎng)期不合理和過(guò)量使用，導(dǎo)致土壤重金屬污染，大部分的農(nóng)藥都含鎘、汞等重金屬，肥料中也存在鎘等金屬，在中國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)作物中為了高產(chǎn)，肥料的大規(guī)模使用、地膜的大規(guī)模推廣使用以及農(nóng)藥管理的不合理使用，增加了土壤的重金屬污染[7]。

5.3 對(duì)城市生活垃圾處理的環(huán)境污染

現(xiàn)階段，全國(guó)還有很多大中城市的部分生活垃圾處理問(wèn)題沒(méi)有解決，而是采取直接運(yùn)輸?shù)娇h城郊區(qū)野地堆積后填埋處置，里面有大量的廢棄電器、電池等富含土中重金屬的垃圾，由于常年日曬雨淋漸溶分解，使大部分有色重金屬滲入土中，形成污染。

5.4 物流污染

重點(diǎn)是高速公路物流和鐵路物流。在交通方面，由于中國(guó)車輛的增加，由于汽油運(yùn)輸在中國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹鲗?dǎo)地位，汽車尾氣的鉛污染問(wèn)題已經(jīng)比較嚴(yán)重。

5.5 城市污水灌溉

因?yàn)橹袊?guó)北方地區(qū)的旱災(zāi)、缺水現(xiàn)象嚴(yán)重，所以城市污水灌溉問(wèn)題嚴(yán)重。污水雖然經(jīng)一定處理后，但卻存在了不少重金屬離子，并隨著污水灌溉而流入泥土中，工業(yè)發(fā)展地方大量利用地下水，影響農(nóng)作物澆灌用水，但可以利用經(jīng)處理后的污水澆灌，直接污染了土壤[8]。

6 金屬礦山土壤重金屬污染的治理途徑

6.1 物理方法

物理修復(fù)，是指利用物理或化學(xué)方法消除環(huán)境中廢物的技術(shù)。主要包括了溫度力修補(bǔ)、蒸汽浸提法修補(bǔ)等化學(xué)熱處理，以及電動(dòng)力學(xué)修補(bǔ)、壓裂法修補(bǔ)、機(jī)械穩(wěn)定性修復(fù)、物理分離等工程處理技術(shù)。通常情況下，熱處理技術(shù)主要針對(duì)汞污染物，作用較為顯著，但工作量很大，費(fèi)用也較高，且容易使土壤中有機(jī)質(zhì)的含量和土壤水遭受損害。

6.2 物理化學(xué)方法

物理化學(xué)方法一般包括三類：一類是土地電子修復(fù)法。這是一種新興的經(jīng)濟(jì)型土地修復(fù)，在不攪動(dòng)土地的技術(shù)基礎(chǔ)上，在含有污染土壤的電解池二端使用直流電壓產(chǎn)生電荷梯度，土地中的土地重金屬物質(zhì)經(jīng)由電子轉(zhuǎn)移、電滲流以及電泳等的路徑，被送往位處于電解池二極的電子處置室中并經(jīng)過(guò)更進(jìn)一步的處理過(guò)程，進(jìn)而達(dá)到對(duì)污染土壤樣品的減污以及凈化。另一類則是土壤淋洗法。是指通過(guò)使用有機(jī)水或無(wú)機(jī)酸等淋洗溶液，把土固相中的重金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)移至溶液中，而后再將含有土中有機(jī)重金屬的廢物進(jìn)行收集處置。方法一般是玻璃化技術(shù)法，對(duì)一些特殊重金屬物質(zhì)，使用電極反應(yīng)過(guò)程中加熱使重金屬物質(zhì)污染過(guò)的土壤融化，在凝結(jié)后生成相對(duì)比較穩(wěn)定的玻璃態(tài)物[9]。

6.3 化學(xué)方法

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)添加在泥土中的生化修飾劑萊姆、沸石、鈣鎂磷肥等與污染進(jìn)行生化直接反應(yīng)，以高效減少泥土中重金屬物質(zhì)的水溶性、彌散性和生態(tài)有效性，使得泥土中的有機(jī)重金屬?gòu)膯钨|(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶物質(zhì)，進(jìn)而使土壤污染物被完全降解或毒性被消除或減少的化學(xué)修復(fù)工藝[10]。

6.4 農(nóng)業(yè)方法

農(nóng)作物生態(tài)恢復(fù)是近年來(lái)興起的土壤修復(fù)技術(shù)，是指因地制宜地調(diào)整一些耕地管理制度，在重金屬污染土地中栽種不能排入食品鏈的植被，并選用可以減少土壤重金屬污染的肥料，如增施可以穩(wěn)定土地重金屬物質(zhì)的有機(jī)肥等舉措來(lái)減少土壤重金屬污染，進(jìn)而改變土地中有機(jī)重金屬的生物學(xué)活力，從而減少其生態(tài)有效性，減少土地有機(jī)重金屬由土地向糧食作物的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而起到減少其危害性的目的。

6.5 生物方法

污染土地的生態(tài)恢復(fù)主要包括了植物修復(fù)技術(shù)、微生物恢復(fù)技術(shù)以及動(dòng)物恢復(fù)技術(shù)。植物恢復(fù)技術(shù)是指使用天然生長(zhǎng)環(huán)境或通過(guò)遺傳工程培養(yǎng)的植物植株以及共存有機(jī)微生物系統(tǒng)，去除污染的各種環(huán)境治理技術(shù)。微生物學(xué)恢復(fù)技術(shù)，是指運(yùn)用土地中特定細(xì)菌的生物活力對(duì)重金屬物質(zhì)產(chǎn)生吸收、沉積、抗氧化和還原等功能，將重金屬物質(zhì)分子轉(zhuǎn)變?yōu)榈投净瘜W(xué)物質(zhì)，進(jìn)而減輕土地中重金屬物質(zhì)的毒害。而動(dòng)物恢復(fù)技術(shù)則是指運(yùn)用土地中特定動(dòng)物能夠吸收重金屬物質(zhì)的特點(diǎn)，在一定程度上減少或污染土壤中重金屬濃度。和其它解決重金屬污染的技術(shù)手段比較，生物修復(fù)技術(shù)設(shè)備較簡(jiǎn)單、投入較低、且無(wú)二次污染問(wèn)題，但治療效率較低。

6.6 土壤淋洗法

使用淋洗液可以把土地固相含量中的土壤重金屬遷移至土地液象學(xué)中，然后再將含有土地中有機(jī)重金屬的廢物進(jìn)行回收處理。該工藝技術(shù)的重點(diǎn)在所于對(duì)淋洗液的正確選用，即既能提煉土地中有機(jī)重金屬物質(zhì)又不損傷土地內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但一旦選用得不好，新引進(jìn)的淋洗液很有可能性會(huì)產(chǎn)生第二次環(huán)境污染。

6.7 玻璃化技術(shù)法

使用電極加溫將重金屬物質(zhì)危害的土層融化，凍結(jié)后產(chǎn)生比較穩(wěn)定的玻璃態(tài)化合物。使用時(shí)，必須先在土層內(nèi)埋沒(méi)金屬材料或石墨等導(dǎo)電物質(zhì)。因?yàn)樵谕ǔl件下玻璃外殼十分穩(wěn)固，普通的化學(xué)試劑無(wú)法打破它的分子結(jié)構(gòu)，所以玻璃化工藝對(duì)一些特定重金屬物質(zhì)(如放射性廢物)是十分合適的。但是玻璃化工藝相對(duì)較復(fù)雜，實(shí)際使用中容易產(chǎn)生難以達(dá)到統(tǒng)一的熔融和地下水的滲入等現(xiàn)象，并且熔化過(guò)程必須耗費(fèi)巨大的能源，這導(dǎo)致該工藝生產(chǎn)成本很高，影響了其廣泛應(yīng)用。

7 環(huán)境重金屬污染物防治技術(shù)的展望

在各種修復(fù)技術(shù)中，工程修復(fù)技術(shù)盡管效益好，但是收費(fèi)高昂，無(wú)法進(jìn)行大面積污染土地的修復(fù)，并且往往造成土壤結(jié)構(gòu)損傷、生態(tài)活力減弱和土壤肥力衰退。而農(nóng)業(yè)措施盡管周期較長(zhǎng)，但僅適合于輕微環(huán)境污染的土壤。生態(tài)恢復(fù)費(fèi)用較低，但同時(shí)也能產(chǎn)生相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，還產(chǎn)生了相應(yīng)的生態(tài)效益，是一個(gè)較為理想的農(nóng)業(yè)方案，但同時(shí)又面臨著對(duì)土壤中肥力、氣候、水分、鹽度等的天然和人為條件要求較嚴(yán)苛、對(duì)一種或二種以上土壤中重金屬的選擇性修復(fù)困難等問(wèn)題。植物恢復(fù)術(shù)成為一項(xiàng)新型有效、綠色廉價(jià)的生物恢復(fù)途徑，已經(jīng)被科學(xué)家和政府部門接受并采用，并逐漸進(jìn)入商業(yè)化。雖然有著上述這些困難，但重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)成為一項(xiàng)新型的環(huán)境友好類植物修復(fù)技術(shù)，在今后環(huán)境污染防治中能夠起到難以取代的效果。工程方法、物理恢復(fù)和生化治理等重金屬方法污染土地，但弊端較多，規(guī)?；幚韺?duì)污染土地并不實(shí)際，同時(shí)還會(huì)損傷土壤結(jié)構(gòu)，從而減少農(nóng)業(yè)生態(tài)功能，使土壤的肥力下降，而農(nóng)業(yè)生態(tài)措施則因周期較長(zhǎng)，效益并不突出。生態(tài)修復(fù)技術(shù)因其安全性，良好的社會(huì)、生態(tài)等綜合價(jià)值已得到社會(huì)廣泛認(rèn)可，且使用前景廣泛。以下幾點(diǎn)將是未來(lái)探討的重點(diǎn)。

7.1 超累積植物篩選與培育

超累積植株一般生長(zhǎng)發(fā)育較遲緩，生物量少，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力也較差，但仍可以吸收一些重金屬。所以，篩選和栽培吸收能力較強(qiáng)，吸附土壤中重金屬種類較多，而且微生物含量較大的植株是生態(tài)恢復(fù)的一種重點(diǎn)。

7.2 基因工程技術(shù)的應(yīng)用

把遴選和培育出的超累積植物和細(xì)菌基因組，引入生物量大、繁殖速率快、環(huán)境適應(yīng)性好的植株中去已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，所以通過(guò)運(yùn)用植物遺傳工程技術(shù)增強(qiáng)的植株修復(fù)能力，將獲得突破性發(fā)展。

7.3 生物修復(fù)綜合技術(shù)的研究

重金屬污染對(duì)土地的恢復(fù)是一項(xiàng)整體性的系統(tǒng)工程，因此需要多重修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)加上化工、微生物和農(nóng)業(yè)生態(tài)等措施，可以提高土壤重金屬的生物學(xué)有效性，從而促進(jìn)了植株的繁殖與吸收，可以更好地提升土壤重金屬恢復(fù)的效果。因此生物修復(fù)綜合科技發(fā)展前景巨大。

8 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，由于金屬礦產(chǎn)快速發(fā)展，所產(chǎn)生的重金屬環(huán)境污染日益加劇，而目前的對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)很多雖然很多，但都有其局限，難以達(dá)到預(yù)想效果，所以，還必須把各種土壤修復(fù)技術(shù)科學(xué)地結(jié)合起來(lái)綜合運(yùn)用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。