场地土壤解析：矿山重金属土壤污染修复技术

查看全部 · 发表于 2021-4-7 10:17:54

我国金属矿产资源丰富，共有大中型矿山9000多座，小型矿山26万座，金属矿山为国家提供了重要的基础材料的同时也侵占着将近4万km2的土地，由此而废弃的土地面积达330 km2/a，金属矿山开采引起的周边土壤重金属污染已成为严重的环境问题之一。重金属污染使土壤质量下降，生态系统退化，同时污染农作物，威胁到人类的健康。矿业开发所造成的土壤污染量大面广，是我国污染土壤治理不可忽视的问题。

1. 矿山重金属土壤污染危害

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矿山重金属污染

矿山开采产生的废石、选矿产生的尾矿及冶炼废渣(含有Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Ag、Cd、As 等有害元素)经风化淋滤使有害元素转移到土壤中，造成土壤质量下降的同时污染农作物，最后通过食物链进入人体，影响人类健康。其危害性主要表现在：(1)进入土壤的重金属被吸附在土壤胶体表面或包含于矿物颗粒内，可移动性差，迁移距离短。(2)土壤重金属污染往往要通过对土壤样品进行分析化验和对农作物以及对人或动物的健康检查才能揭示出来，其危害被发现通常会滞后较长的时间。(3)不能被土壤中生物分解，不能通过焚烧的方法从土壤中去除，相反可以在生物体内富集，有些会转化为毒性更大的甲基化合物，表现出不可逆性和蓄积性。

土壤环境一旦被污染，仅仅依靠切断污染源的方法往往很难自我修复，必须采用各种有效的治理技术才能消除污染。

2. 矿山重金属土壤污染的治理方法

目前土壤重金属污染治理方法主要有三类：工程物理化学法、农业化学调控法、生物修复法。治理机理主要是通过改变土壤中重金属存在形式，降低其迁移性和生物可用性，或是直接从土壤中去除重金属，或是改变种植方式，避免重金属流入食物链。

2.1工程物理化学法

工程物理化学法包括客土法、淋洗法、电动修复法、热处理法、吸附法等。客土法就是将污染土壤铲除，换入未污染的土壤，铲除的污染土壤可以采取填埋、焚烧或制砖等措施处置。淋洗法是利用淋洗剂将土壤重金属离子转移至淋洗液中，然后对淋洗液进行处置，常用的淋洗剂有 EDTA、柠檬酸、乙酸、DEPA 等。

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淋洗法示意图电动修复法示意图

电动修复法是将电极插入污染的土壤中并通入合适大小的直流电，发生土壤孔隙水和带电离子的迁移，土壤中的污染物质在外加电场作用下发生定向移动并在电极附近累积，定期将电极抽出处理，从而清洁土壤。热处理法主要针对汞(Hg)污染，效果比较明显，但工程量较大，耗能较多，且易使土壤有机质和土壤水遭到破坏。吸附法是利用矿物具有较大的内外表面和较强的吸附能力，将土壤中的重金属元素进行固定，例如膨润土和沸石。

2.2农业化学调控法

农业化学调控是通过调节土壤 pH、有机质、土壤阳离子代换量(CEC)、CaCO 3、拮抗因子、耕作方式等因素，改变土壤重金属活性，降低其生物有效性，减少从土壤向作物的转移。例如，Zn与Cd具有相似的化学性质和地球化学行为，研究证明Zn对Cd具有拮抗作用。此外，在Cd污染土壤中添加草炭使得有效态、无机结合态和残留态Cd所占比例均降低，有机结合态比例增加；根茬连续还田也可以显著地影响镉污染农田土壤中镉赋存形态和生物有效性。此类方法是一种原位修复技术，仅改变了Cd的赋存状态且容易再度活化，不宜作为治理重金属污染治理的长久之策。

2.3生物修复技术

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生物修复技术示意图超富集植物种类

生物修复技术由于其原位性、土壤扰动小、不产生二次污染等特点而受到广泛认可，其原理是通过某些特定微生物、植物或动物的代谢活动，吸走、降解土壤中的污染物质、或降低重金属生物活性以达到净化土壤的目的。植物修复技术是一种以植物忍耐和超量富集某种污染物的理论为基础，利用自然生长或遗传工程培育的植物及其共存微生物体系，清除污染物的一种环境治理技术，主要由植物稳定技术、植物萃取技术、植物挥发技术、根际过滤技术四部分组成。利用土壤中某些微生物的生物活性对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，把重金属离子转化为低毒产物，从而降低土壤中重金属的毒性。利用土壤中某些动物(如蚯蚓、鼠类等)能吸收重金属的特性，在一定程度上降低污染土壤中重金属含量，达到动物修复重金属污染土壤的目的。

3. 矿山重金属土壤污染治理方法的优缺点

工程物理化学法、农业化学调控法、生物修复法各有优缺点，土壤中的重金属污染通过物理和化学的原理对土壤重金属进行治理，具有彻底治理及效果稳定的优点，但是往往操作复杂、成本高，易遗留二次污染等问题。农业化学调控法具有成本低、易实施等优点，也具有修复效果不明显、高风险等缺点。微生物修复技术具有成本低廉、修复彻底等优点，但同时微生物受环境影响较大，加入到修复现场中的微生物可能会与土著菌株竞争或难以适应环境从而导致作用结果与实验结果有较大出入。在实际修复中我们要根据重金属污染的程度和范围现场合理选择修复技术。