（环境工程专业论文）黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究.pdf

贵州大学硕士论碧黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 摘要 矿山开发引起的环境问题是一个世界性的问题，国内外许多学者对此做了大 量研究。如矿山尾砂在风化过程中有害物质( 如重金属) 释放，酸性矿山废水的 产生及其危害性等，都有了相当深入的探讨，相比较面言对于p b 、z n 冶炼( 特 别是士法炼锌) 引起的环境问题探讨较少。贵州黔西北是我国著名的土法炼锌基 地，其土法炼锌历史悠久，产生的黑色烟尘，含有大量铅、锌、镍、镉、硫和一 氧化碳，对人体和农作物都有非常大的危害。土法炼锌产生的废渣未通过任何处 理直接堆放，对当地生态环境造成了极其严重的污染。因此本文通过在野外调查、 勘测、采样分析的基础上，对黔西北土法炼锌的污染状况进行了初步的调查评价， 在此基础上进行实验室栽培试验研究，以磷肥作为改良剂，以玉米作为试验栽培 植物，探讨了不同磷肥配比对铅锌冶炼废渣中重金属的固化作用，根据其上玉米 作物的生长状况，探索铅锌冶炼废渣场复垦的优良措施，本次试验取得结果如下： 1 、黔西北土法炼锌矿区土壤中重金属都有不同程度的积累，其中土壤中2 血 为2 6 1 3 9 - - 1 6 4 7 2 9 m g k g ：c d 为3 4 7 - - 1 8 3 2r a g & g ：p b 为1 2 8 7 2 - - 9 4 1 7 5m g ，l ( g ： c i l 为1 9 0 9 - - 2 6 7 5 9m g k g ：a s 为1 3 7 3 3 9 3 2m g k g ，根据土壤环境质量标准， 矿区周围土壤中重金属元素已经大大超过了贵州土壤背景值，中国a 层土壤含 量以及世界各国土壤中重金属含量限制，矿区土壤已受到重金属元素的严重污 染：矿区废渣中重金属除c u 外，其余重金属含量都严重超标，是当地严重的污 染源。矿区植物体内各种重金属都有不同程度的积累，植物z n 为3 1 5 6 3 4 0 4 9 m g k g ；c d 为0 6 1 - - 1 3 9 4r a g & g ；p b 为1 1 0 - - 6 4 , 4 2 m g k g ：c u 为3 5 l 一 3 2 3 4m g k g ：a s 为0 0 4 2 0 9m e c k g 。 2 、环境影响评价结果表明：士法炼锌矿区除个别土壤属于中度污染外，其 余全部处于严重污染状态；土法炼锌矿区周围所种植蔬菜全部己受到严重的污 染，综合污染指数在1 0 8 3 - - 4 0 6 7 之间，主要以c d 为主，超过国家蔬菜标准高 达5 4 倍：矿区周围其他植物玉米和紫花苜蓿等中的重金属亦严重超标，主要以 p b 污染为主，超过国家粮食标准高达3 6 6 7 5 倍；这对当地的居民的生活造成了 很大的威胁。 3 、盆栽试验纯渣中重金属含量很高，和土壤按照1 1 比例混合后，其配比 4 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 中重金属含量降至一半左右。盆栽不同配比中重金属含量对玉米的发芽率没有多 大影响，而对于玉米株高和鲜重有很大的影响，表现出明显的抑制现象。 4 、纯渣中生长的玉米茎叶中重金属含量很高，而且大大超过了国家食品卫 生标准。按照各配比致良后，玉米茎叶中的重金属含量有所下降，z n 、c d 和 c u 三种重金属都在配比磁( 1 5m m , gp ) 出现了玉米茎叶中浓度含量最低点， 而p b 在k 5 ( 1 7 5m 职gp ) 配比时，玉米茎叶中浓度含量最低。与玉米茎叶中 含量变化恰好相反，根中各种重金属含量在k l ( 5m g k g p ) 配比出现了浓度最低 值，丽在瞄( 1 5m g k gp ) 和k s ( 1 7 5m g k gp ) 配比，玉米根中重金属含量反 而增加。综合考虑四种重金属在玉米中的累积状况，磷肥配比在1 5 1 7 5 m g k g 范围内可能对重金属的固定效果较好。 5 、不同种植时间对玉米中重金属含量都有很大的影响。生长5 0 天后，玉米 中各种重金属含量明显低于生长2 0 天玉米茎叶中重金属含量。 6 、不同磷肥配比处理对土壤中有效态重金属含量有很大的影响，其变化随 着配比的逐渐升高，土壤中有效态重金属( z n 、c d 和c u ) 含量呈现出降低 升高的趋势，在k 3 配比点出现的最低浓度值，这对以后的进一步研究提供了可 靠的基础。但是p b 星现出相反的变化趋势。 7 、总体来说，磷肥配比在1 0m 班g p 一1 7 5m g k g p 范围内对废渣中重金 属的固定效果较好。 关键词：黔西北：土法炼锌废渣；复垦；磷肥：重金属；玉米 5 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 a np o t se x p e r i m e n t a ls t u d yo nh i s t o r i c a lp b - z n s m e l t i n gs l a gl a n dr e c l a m a t i o n i nn o r t h w e s t e r n g u i z h o up r o v i n c e a b s t r a c t ：t h ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e mr e s u l t e df r o mo r em i n e r a l sd e v e l o p m e n ti sag l o b a lc o n c e r n a n dh a v ea c c e p t e dm u c ha t t e n t i o ni nt h ew o r l d s of a r , al o to fr e s e a r c h e sf o c u s e do nt h er e l e a s eo f h a z a r d o u ss u b s t a n c e s ( s u c ha sh e a v ym e t a l s ) i nm i n er a i l i n g sd u r i n gt h ew e a t h e r i n gp r o c e s s , t h e p r o d u c t i o no fa c i d m i n ed r a i n a g ea n di t st h r e a tt oe n v i r o n m e n t n e v e r t h e l e s s , t h er e s e a r c hf o r e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sc a u , db yp b ，z ns m e l t i n g ( e s p e c i n u yh i s t o d c a lp b - z ns m e l t i n g ) s l a gi sl e s s t h en o r t h w e s t e r ng u i z h o up r o v i n c ei saf a m o u sp l a c ef o ri t sl o n gh i s t o r yi np b - z as m e l t i n g t h e b l a c kd u s to m i t t e db yp b - z ns m e l t i n gc o n t a i n sl a r g ea m o u n t so fl e a d ，z i n c , n i c k e l ，c a d m i u m , $ 1 1 l f l l a n dc a r b o nm o n o x i d e ，w h i c hh a sap o t e n t i a lr i s kt oh u m a nb e i n g sa n dc r o p s t h eh i s t o r i c a lp b - z n s m e l t i n gs t a gh a sa t u s o da ne x t r e m e l ys e r i o u sp o l l u t i o nt ot h el o c a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw i t h o u t a n yt r e a t m e n ta d o p t e d o nt h eb a s i so ff i e l di n v e s t i g a t i o n ，s a m p l i n g ，a n da n a l y s e sf o rh e a v ym e t a l s c o n t e n t si nc o n t a m i n a t e ds o i l s ，p o l l u t i o ns i t u a t i o n si ns o i l sc o n t a m i n a t e db yp b - z as m e l t i n gw e r e p r e s e n t e da n dm a i z ep o t se x p e r i m e n tw e g ec o n d u c t e dw i t hp h o s p h o r u sf e r t i l i z e ra sr e m e d i a t i o n m e d i a 缸d i f f e r e n ts l a gt os o i lr a t i o s a c c o r d i n gt ot h em a i z ep o t se x p e r i m e n tr e s u l t s ，蛐e c o n c l u d i n gr e m a r k sh a v eb e e nm a d e a sa r ea sf o l l o w s ： 1 h i s t o r i c a lp b - z ns m e l t i n gs l a gl a n di nn o r t h w e s t e r nc m i z b o up r o v i n c eh a v eb e e nc o n t a i n - i n a t e db yh e a v ym e t a l si nv a r y i n gc o n t e n t ，w h i c hs o f tz nb e t w e e n2 6 1 3 9t o1 6 4 7 2 9m g k g ；c d b e “v e e u3 4 7t o1 8 3 2m g k g ；p bb e t w e e n1 2 8 7 2t o9 4 1 7 5m g k g ；c ub e t w e e n1 9 0 9t o2 6 7 5 9 m g k g ；a s b e t w e e n l 3 7 3 t o3 9 3 2 m g k g a c c o r d i n g t 0 e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y s t a n d a r d f o r s o i l s ( g b l 5 6 1 8 - 1 9 9 5 ) ，h e a v y m e t a l s i n t h es o i la r o u n d t h e p b - z ns m e l t e r h a v e g r e a t l y e x c e e d e ds o i l b a c k - g r o u n d v a l u e s i n o u i z h o u p r o v i n c e ，c o n t e n t s o f l a y e r a i na v e r a g e c h i n e s es o i l ，a n dc o n t e n t s o f a v e r a g es o i l so v e rt h ew o r l d s o i l sa r o u n dt h eh i s t o r i c a lp b - z n s m e l t e r sh a sb e e ns e r i o u s l yp o l l u t e d b yh e a v ym e t a l 2 t h er e s u l t so fe n v i r o n m e n t a li m p a c ta s s e s s m e n ti n d i c a t et h a ts o i l sa n dv e g e t a b l e sg r o w no d t h es o i l sh a v eb e e ns e r i o u s l yp o l l u t e db yh e a v ym e t a l s , e s p e c i a yc d ，e x c e p tt h es o f ti ny e m a c h u a n 6 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 o f h e z h a n gc o u n t yb e i n gm o d e r a t e l yp o l l u t e d t h i sh a sap o t e n t i a lt h r e a tt oh e a l t ho f h u m a nb e i n g s a n dp l a n t sa r o u n dt h ep b - z ns m e l t e r s 3 m i x i n gs o i lw i t l ls l a gi nt h er a t i oo fi ：ii np o t sd i dn o ta f f e c t e dt h em a i z eg e r m i n a t i o nr a t e t o om u c h ，b u tg r e a t l yi n h i b i t e dg r o w t ho ft h em a i z eb yl o w e r i n gp l a n th e i g h ta n dw e i g h t 4 t h em a i z eg r o w si np u r es l a gh a v eh i g hc o n t e n to fh e a v ym e t a l si ni t sl e a v e s , a n ds i g n l f i c a - n t l ye x c e e d e dt h en a t i o n a lf o o dh y g i e n es t a n d a r d s i na c c o r d a n c ew i t ht h e r a t i o sc o n d u c t e d t h e c o n t e n t so f h e a v ym e t a l si nm a i z el e a v e sh a sd e c h n e d ，z n ，c d ，a n dc ui nl e a v e so f m a z eh a v eb e e n l o w e s tc o n c e n t r a t i o n si nt h er a t i oo fk 40 5m g k gp ) ，a n dp bi n 酶( 1 7 5m g k gp ) r a t i o o nt h e c o n t r a r y ，t h e l o w e s t c o n c e n t r a t i o n s f o rr o o t s o f v a r i o u s h e a v y m e t a l s i s i n k t ( 5m g k g ) r a t i o ，b u t h a v et h eh i g hc o n c e n t r a t i o no f v a l u ei nl ( ( 1 5m 班gp ) a n dk 5 ( 1 7 5m 班gp ) r a t i o c o n s i d e r i n g 蠡o h e a v ym e t a l si nt h ec u m u l a t i v er a 出es i t u a t i o n , p h o s p h o r u sr a t i oi n1 5 - - 1 7 5m g k gi ss u i t a b l e t oi m m o b i l i z i n gh e a v ym e t a lm m s p o r t e df r o ms o i l st op l a n t s 5 d i f f e r e n tg r o w t hp e r i o d sh a v eg r e a t l ya f f e c t e dt h eh e a v ym e t a l sc o n t e n t so fm a i z e t h e c o n t e n t so f h e a v ym e t a l si nm a i z el e a v e si ng r o w t hp e r i o do f 5 0d a y sw e r el o w e rt h a n2 0d a y s 6 a m o u n t so fp h o s p h o r u sf e r t i l i z e ra d d i n gt op o t sh a v es i g n i f i c a n ti m p a c to nt h ec o n t e n to f a v a i l a b l eh e a v ym e t a l si ns o i l s t h ea v a i l a b l ez n ，c a ，a n dc uc o n t e n t ss h o wt h et r e n do fa s c e n d i n g f i r s t , d e s c e n d i n gs e c o n d ，a n da s c e n d i n ga g a i na l o n gw i t hi n c r e a s e dp h o s p h o r u sf e r t i l i z e ra d d i t i o n t h i sp r o v i d e sar e f i a b l eb a s i sf o rf i i , r t h e rs t u d y b u tp bs h o w e dt h eo p p o s i t et r e n d t h e r e f o r e , i ti s d i f f i c u l tt oc o n t r o lh e a v ym e t a lc o m p o s i t ep o l l u t i o nb ys i m p l ya d d i n gs o l u b l ep h o s p h a t et o c o n t a m i n a t e ds o i l 7 hg e n e r a l t h ep h o s p h o r u sr a t i ob e t w e e n1 0 p p mt o1 7 5 p p mi sb e t t e rt or e c l a i ms o i l s c o n t a m i n a t e db yh e a v ym e t a l s k e y w o r d s ：n o r t h w e s t e r ng u i z h o up r o v i n c e ；h i s t o r i c a lp b - z ns m e l t i n gs l a gl a n d ；r e c l a m a t i o n ； p h o s p h o r u s ；h e a v ym e t a l s ；m a i z e 7 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 第一章绪论 1 1 矿区土壤重金属的污染现状 1 1 1 矿区废弃地现状 环境与发展是当前国际社会普遍关注的重大问题，而人类生产活动和经济增 长所依赖的重要手段之一的矿产资源开发和利用，所引起的一系列生态、社会及 经济问题又是环境与发展的焦点【1 i 。矿产资源开发引起的环境生态问题之一是产生 大量的矿山废弃地。矿山废弃地是指采矿剥离土、废矿坑、尾矿、矸石和洗矿废 水沉淀物等占用的土地。此外，还包括采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑物 和矿山道路等先占用后废弃的土地( 2 l 。矿冶活动所产生的废弃物是世界上最主要的 固体废弃物。据报道，世界各国矿业开发所产生的尾矿每年就达5 0 亿t 以上。美 国犹他州的k 咖c 0 0 t t 铜矿公司在b i n g h a m 进行露天开采面超过3 k r a ，深达8 0 0 m ， 每天开采的矿务达到5 0 万t 。 我国是一个矿产资源大国，自从2 0 世纪5 0 年代以来，随着国民经济的快速 发展和人口的不断增加，矿产资源开发的速度越来越快，矿山废弃地的数量也越 来越多。中国现有的国有矿山企业8 0 0 0 多个，个体矿山达到2 3 万多个。如此数 量众多的矿山开采对土地和环境的破坏是相当惊人的。据统计，全国矿区累计被 破坏的土地面积达2 8 8 万l a i n 2 ，并且每年以大约4 6 7 万i n n 2 的速度增长。煤矿开 采破坏的土地最为严重，据不完全统计，大中型煤矿占地达1 6 2 0 0 万i n n 2 。铁矿方 面，目前已建成的铁矿产量上亿吨，其中露天矿占9 0 ，年剥离土岩量在2 亿t 以上。有色金属工业每年排放的固体废弃物达6 0 0 0 多万t ，累计堆存量已达1 0 亿 t ，占用土地7 万多h m 2 。采矿业中各类型占地的分布情况是，采矿活动本身占5 9 ， 排士场占2 0 ，尾矿占1 3 ，废石堆占5 ，塌陷区占3 t 3 j 。 国外一些矿业发达国家，如美国、德国、英国、前苏联、捷克和斯洛伐克等， 比较重视矿产资源开发过程中生态环境的恢复治理工作，起步早，起点高，可追 溯至1 9 世纪末期。通过几十年的积累，在上世纪中叶普遍展开了大规模的复垦工 程。在生产实践中不但迸一步完善了旌工技术，还促进了对土壤改造、政策法规、 现场管理等方面的研究和水平的提高，取得了大量的成果，积累了成功的经验1 4 j ， 形成了庞大的技术产业。对于以恢复土地资源为主要目的矿山土地复垦工作，国 8 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 外普遍采用的技术方案可以归纳为两种，直接恢复法和快速转换法，或者是二者 的结合。土地复垦后的利用模式则可以多种多样，通常是视采矿废弃地自身的特 点、位置而定，并与当地居民取得一致，以获得广泛的支持。可供选择的利用模 式有林、果、农粮、蔬) 、牧、保护区、运动或娱乐，渔、工商业用地，房地产及 垃圾填埋等多种形式 2 1 。国外在矿山土地复垦领域取得了以下成就嘲：开创了应 用生态学的新领域恢复生态学。并在此基础上建立了多种矿山土地复垦模式 和自维持生态系统；经复垦后的矿山废弃地有了新的使用价值，改善了人类社 会的生存环境并创造了全新的生态系统；在环境恶化的区域，矿山废弃地面积 有所缓少，生态环境质量得到改善i 发展了一支由专业化程度较高、具有较高 理论和实践水平的科研和工程技术人员组成的队伍，为进一步开展工作奠定了坚 实的基础。 我国矿山废弃地生态恢复工作起步于2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，由于当时 的政策和技术方面的原因；废弃地生态恢复工作的总体上处于零星、分散、小规 模、低水平的状态 6 1 。改革开放2 0 多年以来，我国的土地复垦经历了从自发性零 星复垦到自觉性有计划复垦、从单一型复垦到多形式复垦、从无组织到有组织、 从无法可依到有法可依的巨大变化。采矿塌陷地、矸石山、露天采矿场、排土场、 尾矿场和砖瓦窑取土坑等各类破坏土地的复垦工作受到了全社会的高度重视，土 地复垦工作也取得了很大的进展，复垦方法从“一挖二平三改造”的简单工程处 理发展到基塘复垦、疏排降非充填复垦、矸石和粉煤灰等充填复垦、生态工程复 垦和生物复垦等多种形式、多种途径、多种方法相结合的复垦技术体系。近几年， 我国对于废弃地的复垦技术不仅逐渐向生态恢复转变，还对修复后的土壤肥力以 及各项指标进行了研究 7 - 1 0 ，使我国的废弃地复垦工作逐渐迈上了系统化、整体化 和高效化相结合的生态发展阶段。尽管1 9 8 8 年出台的土地复垦规定，使我国 采矿废弃地的生态恢复工作步人了法制轨道，速度和质量均有大的提高，但由于 没有消除制约这项工作开展的根本原因，所以从总体来说，我国各类矿山废弃地 的生态恢复工作进行得并不如人意，特别是在冶金矿山。而在乡镇小型矿山，不 仅对土地的破坏十分严重，而且生态恢复率几乎为零。比如在1 9 9 0 1 9 9 5 年期间， 全国1 5 2 6 家大中型矿山企业恢复的矿山废弃地面积约为4 6 7 万h m 2 ，仅是当时全 国累计矿山废弃地面积的1 6 2 ；即使是生态恢复率较高的煤矿、铅锌矿和铁矿， 9 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 生态恢复面积也仅占这些矿种废弃地总面积的1 0 左右 1 1 l 。因此，我国的矿山废 弃地的恢复工作还有待进一步的研究。 采矿活动及其废弃物的排放破坏和占用了大量的土地资源，日益加剧人多地 少的矛盾，而且，矿山废弃物的排放和堆存也带来一系列影响深远的环境问题， 如区域性的重金属污染、土地退化、生物多样性丧失i 农作物减产和品质下降、 生态系统和景观受到破坏并危害到人体的健康等1 1 i ；矿山废弃地往往含有多种污染 物，如高含量的重金属、极端的p h 值和有害的选矿材料，如剧毒的氰化物等。这 些污染物通过大气和水体等途径广为扩散，会污染矿山及周边地区，导致生态系 统受到破坏；未经处理的废石堆和尾矿堆，因其结构不稳定，还会导致严重的水 土流失，并可能引发地质灾害等。尾矿废弃物通常含有混合的土壤、不同粒径的 沙砾、尾矿废物及其风化产物等，与正常的土壤有很大的区别。不同的矿区尾矿 中有害重金属的浓度不同，这些废弃物简单堆放在陆地表面，给周边地区带来严 重的环境污染，如江西德兴铜矿区1 1 2 1 ，和广东韶关和乐昌铅锌矿区等陋1 4 1 ，它们 往往非常不稳定，除了直接造成土壤重金属污染以外，还将引起其他的环境问题。 直接影响包括耕地、森林和牧地的损失、对土壤有机质分解和氮矿化过程的抑制、 对植物生长的毒害、以及土地生产力的下降。间接影响包括空气污染、水污染和 河流淤塞等。这些影响最终将导致生物多样性、景观资源和经济财富的损失。因 采矿、冶炼及其废弃物的影响，矿区土壤表常常缺失、压实、周期性侵蚀、温 度波动大，并且受重金属污染、养分缺乏、生物多样性减少及其功能衰退。这些 构成了矿区土地环境修复与生态修复中的物理性、化学性和生物性的限制因素f 堋。 矿山的开采在很大程度上改变了矿山原有的环境。矿山开采耗费过量的土地资源； 开采后破坏的土地，既丧失原有的自然生态系统，又难以直接成为进一步服务于 某种社会一经济目的的用地；矿山废弃物堆置场是周围环境的严重污染源；当矿 山位于城市、河流或交通干线附近时，采矿地的破坏性发展将成为干扰城市和区 域经济规划和实施的主要障碍之一。 采矿业作为仅次于农业的人类第二大生产活动，有着悠久的历史。同时，它 也在世界范围内导致了一系列的环境污染问题。矿业废弃地的环境影响是多方面 的，它既包括重金属和其他毒性物质对大气、水体、土壤和生物的污染，同时也 影响景观、诱发地质灾害等。矿业废弃地的环境影响具有普遍性、严重性、持久 l o 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 性和区域性等特点，同时污染状况也受其周边环境因素的影响。 矿山开采引起的生态破坏，主要由以下三个过程导致的：开采活动对土地的 直接破坏，如露天开采会直接毁坏地表土层和植被，地下开采会导致地层塌陷， 从而引起土地和植被的破坏；矿山开采过程中的废弃物( 如尾矿、矸石) 需要大 面积的堆置场地，从而导致对土地的过量占用和对堆置场原有生态系统的破坏； 矿山废弃物中的酸性、碱性、毒性或重金属成分，通过径流和大气飘尘，会破坏 周围的土地、水域和大气，其污染影响面将远远超过废弃物堆置场的地域和空间。 由上述三个过程，在生态系统层次上采矿地生态破坏的三个特征：景观型破坏， 对采矿地地貌的影响；环境型破坏，对所在地区土质、水质，甚至大气质量的影 响；生物型破坏，对原有生物群落的摧毁，及对当地生物群落的严重破坏甚至摧 毁1 1 5 | 。 1 1 2 矿区重金属污染现状 金属矿山的井下废水、选矿废水、冶炼厂废水等，通常含有较高浓度的重金 属元素。矿业废弃地、尤其是有色金属矿业废弃地一般重金属含量都较高。其中 又以尾矿和废弃的低品位矿石的重金属含量最高。这些重金属含量很高的废弃物 露天堆放后，会迅速风化，并通过降雨、风化等作用向周边地区扩散从而导致重 金属污染问题。重金属可迁移性差，不能降解，因而会在生态系统中不断积累， 毒性不断增强，从而导致生态系统的退化，并通过食物链影响人体健康【1 5 】。 环境中的重金属来源广泛，如各种工业废水和城镇生活污水排放、汽车尾气、 农药和化肥施用等，但矿业活动是环境中重金属的主要来源。因此，控制矿业活 动中的重金属向环境中的释放，作为一种源污染的控制策略，在重金属的污染防 治中具有重要的意义。墨西哥s a n t am a r c i ad el ap a z 的a g p b c u - a u 的矿带上， 约2 0 0 年的矿山开发导致1 0 0 k i n 2 土地的严重污染。污染土壤表层中z i i 、a s 和 p b 的含量分别高达5 0 0 0 、6 6 0 0 和2 7 0 0 m g k g 。附近蔬菜中c d 和p b 含量分别超 出正常水平的2 0 倍和5 0 倍。美国蒙大拿州西部c l a r kf o r k 河盆地，由于1 0 0 多年 铜及其他金属的采选和冶炼活动，污染土壤中重金属含量比正常土壤高出几百、 甚至上千倍【1 6 1 。 有色金属是重要的工业原料和战略物资，在国民经济中有着十分广泛的用途。 我国以铜矿与铅锌矿开采量最大，对生态环境的破坏也较大。铜矿与铅锌矿采矿 1 1 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 三场( 露天采矿场、排土场、尾矿场) 与塌陷区占地面积情况如表l 【研。 表1 有色金属矿采矿占地情况单位；公顷 由上表可看出，尾矿场占地面积最大。这与有色金属矿开采回收率与综合 利用率低有关，尾矿品高，资源在开采过程中大量流失浪费。 有色金属矿开采导致的水污染状况严重。调查国有矿山企业渗滤酸性废水排 放量如表2 ： 表2 调查主要矿种渗滤酸性废水排放量单位：万t 由表2 可看出，铜矿渗溏酸性废水排放量最大。铅锌矿开发对水体的污染严 重，对矿山周围居民的身体健康危害较大。云南省兰坪铅锌矿的开采，曾在8 0 年 代中期矿山无序开采时，群采、群挖，造成十分严重的资源破坏和环境污染局面， 使水质也受到影响，矿山附近居民发铅、尿铅都大大超过人体健康标准。 有色金属矿开采次生地质灾害也较严重。云南省易门矿务局所属矿山及甘肃 省白银公司矿山崩塌、滑坡、泥石流等灾害造成的破坏较大。东川市矿山的水土 流失严重。甘肃省铅锌矿地处陇南地质灾害滑坡和泥石流、水土流失最为严重的 地区，乱采滥挖、破坏、浪费惊人，地质灾害频繁，给当地生态环境带来了严重 破坏。 1 2 矿区土壤重金属污染修复技术及效果研究进展 矿山的开采大体上都会造成以下几种类型的废弃地：由大量剥离土占用的 土地；由废矿坑、尾矿、矸石和洗矿废水沉淀物等占用的土地；采矿作业面、 机械设施、矿山辅助建筑物和道路交通等先占用后废弃的土地。这些类型的土地 都存在着很大的生态问题【1 8 】：即由于废弃地的表土层破坏而导致缺乏植物能够自 然生根和伸展的介质、水分缺乏、营养物质不足、毒性物质含量过高；存在限制 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 植物生长的物质如重金属含量过高、p h 值太低或盐碱化等；缺乏必要的营养元素 如有效磷浓度低、含氮量极低等等各种各样的问题。而目前，修复矿区重金属污 染土壤的途径主要有两大类：( 1 ) 改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定， 降低其在环境中的迁移性和生物可利用性，如用工程技术法将重金属固定 ( i m m o b i l i z a t i o n ) ，使其不再向周围环境迁移；( 2 ) 从土壤中去除重金属，如利用 超积累植物吸收重金属，或者将重金属变成可溶态、游离态，再经淋洗收集f 1 9 1 。 围绕这两种治理途径提出的治理方法可分为四大措施：生物措施、农业措施、改 良剂措施和工程技术措施。而其中的无机改良剂措施是常用的改良增产手段。利 用该方法治理重金属污染土壤，效果及费用都适中，不失为适宜的方法【刎。 1 2 1 物理措施( 工程技术措施) 改善矿区污染土壤的物理措施包括排土、换土、去表士、客土4 种。这几种 办法能够解决上述所面临的各种问题，但覆盖土壤的费用很高，因此在具体实践 中恢复的程度取决于投入的费用，在经济条件较好、生态环保意识较强的矿山较 容易使用。在清水塘重金属污染地区的复垦中，就使用客土的方法进行修复，修 复后的效果比较好1 2 1 1 。 在采矿作业中的露天采矿和井下采矿因采矿工序的不同所产生的废弃地不尽 相同，因此在其物理修复过程中也要采用不同的方法。( 1 ) 露天采矿废弃地物理 复垦技术，露天采矿主要会产生露天的采场和排土场，以及废弃的矿坑和堆放的 尾渣，其复垦方法如下：露天采场的复垦主要是将矿坑内排土回填后，再覆盖 一定厚度表土，形成供农业或林业发展用的梯田；排土场复垦主要包括排弃物 料的分采分堆和土场的整治。分采分堆是根据土壤和禹岩的物理化学性质，实现 排弃物料的合理立体分布，形成适合农业或林业的土层；排士场整治主要指土场 的后期整平和变坡措施；废弃矿坑的复垦方法主要是充填复垦技术，现在比较 成熟的是采用粉煤灰进行充填复垦，这种方法既利用了固体废弃物，又防止其占 用土地和污染地下水。舒俭民等【2 】通过对石墨矿废弃地进行研究，把岩石块、尾渣 以及熟土按一定的比例混合后对采矿后形成的废弃矿坑进行回填，恢复两年后， 土壤基本上已经达到了当地农田标准土壤的水平。尾渣堆的复垦主要使用覆土 的方法，把废弃尾渣进行平整后，用熟土和尾渣的混合土进行覆盖。舒俭民等【2 j 在对石墨矿尾渣堆的复垦中发现，复垦后的土壤必须补充一定的水分和肥料后才 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 能恢复种植。( 2 ) 井下采矿废弃地物理复垦技术：井下采矿主要造成的废弃地就 是塌陷地，塌陷地的土地复垦主要包括疏干法、挖深垫浅法以及充填复垦。疏干 法主要是指开挖大量排水渠，使塌陷区的积水排干，再加以必要的整修工程，使 塌陷区不再积水，并得以恢复利用；挖深垫浅法是用挖掘机械将塌陷深的区域再 挖深，形成水( 鱼) 塘。取出的土方充填塌陷坑浅的区域，形成耕地，达到水产 养殖和农业种植并举的目的；充填复垦技术和上述一致也是采用粉煤灰进行充填。 李芬等i 矧通过对采煤沉陷地的新型修复材料进行研究发现，粉煤灰和糠醛渣以4 ：1 和9 ：1 的质量比混配的新型基质适合多种植物正常生长的肥力标准，而且重金属含 量不会超标，为沉陷地的修复提供了新的理论与途径，而且以废治废，大大降低 了复垦成本，这种方法值得借鉴。 张蕾娜1 7 】等对采煤沉陷区复垦土地的养分含量、物理性质以及作物产量的变化 进行了研究，结果发现用粉煤灰充填复垦的土壤随着复垦年限的增加，土壤养分 含量呈增加的趋势，土壤容重逐渐减小，种植作物的产量逐渐增加，5 年后基本达 到或超过中等水平。孙泰森【8 】等通过对五阳矿区采煤塌陷地混推和剥离两种复垦技 术以及不同复垦时间条件下土壤养分( 有机质、氮、磷、钾) 和重金属元素( 镉、铅、 铬、汞1 含量以及物理性质进行分析研究，结果表明煤矿区采煤塌陷地复垦的技术 对土壤养分含量、物理性状以及在土体中的分布状况影响很大，并且剥离复垦技 术的效益较好，为合理确定矿区土地复垦的技术和地力恢复时间提供一定的借鉴。 然而，胡振琪等【9 1 0 l 通过对粉煤灰充填复垦土壤理化形状进行研究，结果发现随着 复垦年限的增加，土壤渗透率也逐渐增加，复垦土壤碱性过强，土壤有机质含量 低。通过对复垦时间不同的粉煤灰复垦土壤里各种重金属和微量元素含量的时空 变异性的研究发现，随着复垦时间的增加，表层复垦土壤的污染指数呈递增趋势， 复垦1 2 年的土壤受粉煤灰的污染影响最重。 1 2 2 生物措施 在废弃地的生态恢复过程中，主要的生物措施包括以下两种： 1 2 2 1 植物修复 植物修复主要是利用超积累植物对重金属的吸收作用、改善土壤理化性质， 结合土壤改良技术，把重金属由地下转移到地上部分( 含根茎) ，随后收割地上部分 1 4 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 进行集中处理，以降低土壤中重金属含量。它是一种有效和廉价处理某些有害废 物的新方法在西方发达国家已经开展大规模的试验研究【弘川，并被证明是有效 的。m i s h r a a 等1 2 4 对盐碱化土壤上种植植物细叶桉( e u c a l y p t u st e r e t i c o r n i s ) 后的理 化特征研究表明，随着种植年限的增加，土壤的理化性质都发生了明显的改变， 并且提高了土壤的生产力和肥力，但随着种植年限的增加，土壤的渗透性会增加， 从而也增加了金属渗透到地下水中的风险性。我国也在植物修复方面作过一些研 究【2 5 删，但技术还不够成熟。 在利用植物修复的实际操作过程中，还存在着很多的问题，例如，超积累植 物对金属具有选择性，而且生长慢、生物量小、不适用于大面积污染土壤的修复； 植物挥发极有可能会将土壤中的污染物转移到了大气中；而植物稳定只是将其固 定，使其对环境中的生物暂时不产生毒害作用，没有从根本上解决重金属的污染 问题。如果环境条件发生变化，重金属的生物有效性又会发生改变。因此，植物 修复技术还有待于进一步完善。 1 2 2 2 微生物修复 微生物修复是指利用微生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓 度或使其完全无害化，从而使受污染的土壤环境能够部分或完全地恢复到原始状 态的过程。因为有些微生物具有嗜重金属性，利用微生物对重金属污染介质进行 净化，在水体污染中被证明是一种很好的方法。同时一些微生物可对重金属进行 生物转化【刎，其主要作用机理是微生物能够通过氧化、还原、甲基化和脱甲基化 作用转化重金属，改变其毒性，从而形成了某些微生物对重金属的解毒机制。微 生物修复用于土壤污染的治理，是最近十余年的事，但也是一种行之有效的方法。 日本发现一种嗜重金属菌，能有效的吸收土壤中的重金属，但存在着土壤与细菌 分离的难题，如果得到妥善的解决，将是一种很有发展前景的处理方法。目前我 国对污染土壤微生物修复的原理也进行了积极的研究f 2 8 l 。目前已有的修复技术包 括：添加营养、接种外源降解菌、生物通气、堆肥式处理等。 此外，早在1 8 8 1 年，英国科学家达尔文曾经进行了“蚯蚓与土壤形成”的关 系研究，认为蚯蚓在改良土壤结构和肥力方面有重要作用，称它为“农业的犁手” 和“改良土壤的能手”。近几年，“蚯蚓繁殖盒”技术的成功应用，更好地将蚯蚓 应用到退化土壤恢复之中。研究结果表明，蚯蚓对土壤的机械翻动起到疏松、拌 贵州大学硕士论文黔西北土法炼锌废渣场复垦试验研究 和土壤效应，改造了土壤结构性、通气性和透水性，使土壤迅速熟化；同时排出 的粪便，不但含有丰富的有机质和微生物群落，而且具有很好的团粒结构，保水 保肥能力强促进了植物的生长发育，是目前很好的土壤改良剂之一。可是有关 蚯蚓在矿山废弃地生态恢复中的作用鲜有报道【2 9 1 。 戈峰等【研在探讨蚯蚓对铜离子富集区植物生长影响时发现：铜矿尾砂土和复 垦土中加入蚯蚓和蚯蚓粪后，西红柿的茎长、根长和干重均明显高于对照。 1 2 3 化学措施( 改良剂措施) 由于矿区废弃地受到破坏与污染，其土壤结构很差或被破坏，土壤养分本来 就不多且流失加速，或含有过高的重金属以及过酸或盐渍化，因此要采取一定的 措施降低其酸性。提高土壤肥力，使其达到破坏以前的土壤水平甚至更高。目前 采用的改良剂措施主要有一下几种： 1 2 3 1 施碱性物质 施用包括石灰、粉煤灰、钢渣、高炉渣等碱性物质或钙镁磷肥、硅肥等碱性 肥料以提高p h ，促进重金属生成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物沉淀可降低其有效性。 另一方面，在矿区污染土壤上施加石灰不但可以解决c a “含量低的问题，还可以 解决多数矿业废弃地存在的不同程度的酸化问题，改善其酸性条件。d a v i 等1 3 1 】通 过对污染土壤中锌毒性实验研究，结果发现加入石灰石能提高土壤p h ，降低植物 中锌的浓度，同时提高了植物的产量。陈怀满等1 3 2 1 研究发现亩施石灰1 0 0 - - 1 2 5 k g 时，水稻籽实含c d 量下降了5 0 ，亩产平均增加3 5 - - 5 0 k g 。故石灰被认为是抑 制c d 污染的酸性土壤上植物吸收c d 的有效措施。胡宏伟等1 3 3 1 对广东乐昌铅锌尾 矿废弃地的复垦试验地研究表明，在1 2 种不同的改良措施中。在废弃地上铺盖厚 约2 0 0 n 垃圾及2 0 k g m ：石灰的改良效果最好，2 年后收获的生物量也最高。曹仁 林等f 3 4 j 在酸性c d 污染水田施用钙镁磷肥的田间试验表明：c d 污染水田一次性投 加高量钙镁磷肥后，可使土壤p h 显著升高，交换态c d 分配系数明显下降，碳酸 盐结合态和铁锰氧化物结合态分配系数明显升高，导致土壤中有效态c d 含量大幅 度下降，从而大大减少水稻植株的吸c a 量，而且后效持久。旌用钙镁磷肥被认为 是c d