安全管理論文金屬礦山土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理對策

1、此資料由網(wǎng)絡(luò)收集而來，如有侵權(quán)請告知上傳者立即刪除。資料共分享，我們負(fù)責(zé)傳遞知識。安全管理論文金屬礦山土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理對策摘要：礦山開采為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了資源保證,但同時也帶來了一系列生態(tài)環(huán)境問題。文章介紹了我國部分地區(qū)日益發(fā)達(dá)的金屬礦業(yè)造成的土壤重金屬污染狀況, 分析了重金屬元素的在環(huán)境中的存在形態(tài)、釋放機(jī)理、污染特征及其生物危害。指出了金屬礦山土壤重金屬污染目前尚存在的問題并提出了防治土壤重金屬污染的具體措施。關(guān)鍵詞 ：重金屬污染；修復(fù)技術(shù)；土壤；金屬礦山       current situation of he

2、avy metal pollution in soils          and countermeasures      abstract：mining for economic development to provide the resources, but also brings a series of ecological environment problems. this paper introduces the area of our c

3、ountry part increasingly developed metal mining caused the soil heavy metal pollution status, analysis of heavy metal elements in the environment of existence form, release mechanism, the pollution characteristics and biological hazards. metal mine soil heavy metal pollution is pointed out existing

4、problems and puts forward specific measures to control soil heavy metal pollution.     金屬礦山既是資源集中地 ,又是天然的土水生態(tài)環(huán)境污染源。在開采過程中流失的重金屬、等是土水生態(tài)環(huán)境的重要毒害元素。隨著礦山開采年份的增加,礦山周邊土壤環(huán)境中重金屬不斷積累,污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。重金屬進(jìn)入土壤環(huán)境后,擴(kuò)散遷移比較緩慢,且不被微生物降解,通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合、吸附等過程后,容易形成不同的化學(xué)形態(tài)。當(dāng)其在土壤中積累到一定程度時,就有可能通過土壤植物(作物)系統(tǒng),經(jīng)食物鏈

5、為動物或人體所攝入,潛在危害性極大。因此,金屬礦山土壤的重金屬污染問題必須引起高度關(guān)注,并采取相應(yīng)措施加以防治。一、我國土壤重金屬污染的現(xiàn)狀我國金屬礦產(chǎn)資源豐富,共有大中型礦山9 000 多座,小型礦山26 萬座,因采礦侵占土地面積已接近4 萬km2 ,由此而廢棄土地面積達(dá)330 km2/ a。在粵北地區(qū),有10 %的耕地都因當(dāng)?shù)氐V業(yè)活動導(dǎo)致不同程度的重金屬污染。發(fā)達(dá)國家礦業(yè)廢棄地復(fù)墾率已高達(dá)50 %以上,且復(fù)墾的質(zhì)量很高,而我國治理率卻很低礦業(yè)開發(fā)所造成的土壤污染量大面廣,是我國污染土壤治理不可忽視的問題,而礦區(qū)污染土壤在產(chǎn)生機(jī)制、污染物遷移規(guī)律、治理的目標(biāo)等方面,與一般的污染土壤有一定的區(qū)

6、別。因此研究礦區(qū)重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)就有其必要性、特殊性和緊迫性。二、礦山土壤重金屬污染和危害（一）土壤重金屬污染的來源金屬礦山周邊土壤中的重金屬,除本身由于地球化學(xué)作用而可能造成背景值偏高外,還主要包括2 個方面:第一,金屬礦山的井下廢水、選礦廢水、冶煉廠廢水、礦坑水等,含有較多的重金屬元素,以含有大量可溶性離子、重金屬及有毒、有害元素(如銅、鉛、鋅、砷、鎘、六價鉻、汞、氰化物) 為特征;第二,礦業(yè)廢棄地,尤其是有色金屬礦業(yè)廢棄地一般都含有大量的重金屬,其中又以尾礦和廢棄的低品位礦石的重金屬含量最高。一般來說,生產(chǎn)1t 有色金屬可產(chǎn)生上百噸甚至幾百噸固體廢物。我國有色金屬業(yè)固體廢棄物年排

7、放量為6 590 萬t ,占全國固體廢棄物總排放量的10. 6 % ,利用率很低,約為8 %。這些重金屬含量很高的廢棄物露天堆放后,會迅速風(fēng)化,并通過降雨、酸化等作用向周邊地區(qū)擴(kuò)散從而導(dǎo)致重金屬污染問題。（二）土壤重金屬污染的危害    土壤重金屬污染的主要危害包括: ( 1)影響植物生長。重金屬進(jìn)入土壤后,通過滲透、淋溶等作用進(jìn)入到金屬礦山周圍的植物中,會對植物根部生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用,影響植物對營養(yǎng)元素的吸收和運輸,干擾植物的新陳代謝,影響植物的生長發(fā)育。(2) 危害人體健康。重金屬可以通過“土壤植物人體”食物鏈進(jìn)入人體。由于食物鏈的富集作用,重金屬含量成倍甚

8、至十幾倍增加,進(jìn)入人體后,會嚴(yán)重危害人體健康。( 3)降低土壤的生態(tài)功能。重金屬進(jìn)入土壤后,對土壤的理化性質(zhì)、生物特性和微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯不良影響,降低土壤微生物量和活性細(xì)菌數(shù)量,減少土壤系統(tǒng)中的生物多樣性,從而影響土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。（三）土壤重金屬污染的特點    重金屬進(jìn)入土壤后，通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的化學(xué)形態(tài)，并表現(xiàn)出不同的活性，土壤中重金屬的形態(tài)影響它的活性和對植物的有效性。因此，研究土壤中重金屬的形態(tài)及形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化對重金屬的環(huán)境效應(yīng)及重金屬污染土壤的治理修復(fù)具有重要意義。根據(jù)重金屬在土壤中的基本積累機(jī)制，常把土

9、壤中重金屬分為5種存在形態(tài):(1)可交換態(tài);(2)碳酸鹽結(jié)合態(tài);(3)鐵錳氧化物結(jié)合態(tài);(4)有機(jī)結(jié)合態(tài);(5)殘留態(tài)。在不斷變化的環(huán)境條件中，各種形態(tài)的重金屬有著不同的重新分布特征。一般地，土壤中的可交換態(tài)重金屬有比較強(qiáng)的生物活性，而殘留態(tài)重金屬在自然條件下，由于與土壤礦物質(zhì)有較強(qiáng)的結(jié)合力而不易于從土壤顆粒中釋放出來，具有較低的生物活性。   土壤中的重金屬污染物大部分被固定在耕作層中，一般很少遷移至40cm以下，但砷在土壤中的動態(tài)行為與cu, pb, cd等有所不同，在含有大量鐵、鋁組分的酸性(ph為5.3-6.幻紅壤中，砷酸根可與之生成難溶鹽類而富集于30一 40cm

10、耕作層中。灌溉污水中的hg呈溶解態(tài)和絡(luò)合態(tài)，進(jìn)入土壤后，95%被土壤礦質(zhì)膠體和有機(jī)質(zhì)迅速吸附或固定，它一般累積在土壤表層，在剖面的分布為自上而下遞減，有資料表明，土壤中的重金屬只有很少一部分隨植物地上部分的收獲而被移去，經(jīng)歷20年的耕種與收獲，也只能減少大約0.5%-2.0%的蓄積量iii。因此，這些重金屬一旦進(jìn)入土壤，就可能存留幾千年。   與其它污染形態(tài)有所不同的是,土壤重金屬污染有其自身特點,主要表現(xiàn)為: ( 1)隱蔽性和滯后性。土壤重金屬污染往往要通過對土壤及農(nóng)作物樣品進(jìn)行監(jiān)測后,甚至通過對人和動物健康狀況進(jìn)行診斷后才能確定。(2)累積性。由于重金屬在土壤中不容易遷

11、移、擴(kuò)散和稀釋,因此,很容易在土壤中不斷積累而超標(biāo),同時也使土壤污染具有很強(qiáng)的地域性。(3)不可逆性和難治理性。重金屬污染的自然降解是非常困難的,積累在土壤中的重金屬很難靠稀釋作用和自凈作用來消除。三、金屬礦山土壤重金屬污染的治理（一）土壤重金屬污染的治理途徑    目前,國內(nèi)外治理土壤重金屬污染的途徑歸納起來主要有3種:一是改變重金屬在土壤中的賦存狀態(tài),使其穩(wěn)定或固定,降低其活性,使其鈍化,脫離食物鏈,以降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性;二是利用各種技術(shù)從土壤中去除重金屬,達(dá)到回收和減少土壤中重金屬的雙重目的;三是利用各種防滲材料,如水泥、粘土、石板、塑料板

12、等,將污染地區(qū)與未污染地區(qū)隔離,以減少或阻止重金屬的遷移和擴(kuò)散。圍繞這3種治理途徑,各國相繼開發(fā)了物理、化學(xué)和生物治理方法。（二）土壤重金屬污染的治理方法1、物理方法物理方法分為熱處理及工程措施法等。金屬礦山土壤中所含重金屬種類較多,熱處理法主要針對汞(hg)污染,效果比較明顯,但工程量較大,耗能較多,且易使土壤有機(jī)質(zhì)和土壤水遭到破壞。工程措施是利用外來重金屬多富集在土壤表層的特性,去除受污染的表層土壤后,將下層土壤耕作活化或用未被污染活性土壤覆蓋。此方法可以使耕作層土壤中的重金屬濃度降至臨界濃度以下,減少重金屬對土壤植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害,從而達(dá)到控制其危害的目的。2、物理化學(xué)法（1）電動修復(fù)法

13、通過在包含污染土壤的電解池兩側(cè)施加直流電壓形成電場梯度,土壤中的重金屬通過電遷移、電滲流或電泳的途徑被帶到位于電解池兩極的處理室中并通過進(jìn)一步的處理,從而實現(xiàn)污染土壤樣品的減污或清潔。電動修復(fù)是一門新的經(jīng)濟(jì)型土壤修復(fù)技術(shù),不攪動土層,并可縮短修復(fù)時間,比較適合于低滲透的粘土和淤泥土,且可以回收鉛、砷、鉻、鎘、銅、鈾、汞和鋅等多種重金屬元素,具有經(jīng)濟(jì)效益高、后處理方便、二次污染少等一系列優(yōu)點,近年來發(fā)展很快,在一些歐美國家已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化,但對大規(guī)模重金屬污染土壤的就地修復(fù)仍不夠完善。（2）土壤淋洗法利用淋洗液將土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移至液相中,再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理。該技術(shù)的關(guān)鍵在于淋

14、洗液的選擇,應(yīng)既能提取重金屬又不破壞土壤結(jié)構(gòu),如果選擇不當(dāng),引入的淋洗液很有可能造成二次污染。用于淋洗土壤的淋洗液很多,包括有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鹽和螯合劑,用于提取土壤重金屬的主要有鹽酸、硝酸、硫酸、檸檬酸、草酸、edta (乙二胺四乙酸)和dtpa (乙烯三胺五乙酸)等。土壤淋洗以柱淋洗或堆積淋洗更為實際和經(jīng)濟(jì),這對該技術(shù)的商業(yè)化具有一定的促進(jìn)作用。（3）玻璃化技術(shù)法利用電極加熱將重金屬污染的土壤熔化,冷卻后形成比較穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質(zhì)。實施前,需要在土壤中埋沒金屬或石墨等導(dǎo)電材料。由于在通常條件下玻璃非常穩(wěn)定,一般的試劑難以破壞它的結(jié)構(gòu),所以玻璃化技術(shù)對某些特殊重金屬(如放射性廢物)是非常適用的

15、。不過玻璃化技術(shù)相對較復(fù)雜,實地應(yīng)用中會出現(xiàn)難以達(dá)到統(tǒng)一的熔化以及地下水的滲透等問題,同時熔化過程需要消耗大量的電能,這使得該技術(shù)成本很高,限制了其應(yīng)用。 3、化學(xué)方法利用化學(xué)試劑(石灰、沸石、鈣鎂磷肥、硅肥等堿性肥料及重金屬鈍化劑等)有效降低重金屬的水溶性、擴(kuò)散性和生物有效性,促使土壤中的重金屬元素轉(zhuǎn)化為難溶物,從而降低它們進(jìn)人植物體、微生物體和水體的能力,減輕他們對生態(tài)環(huán)境的危害。用化學(xué)方法治理重金屬污染土壤,其治理效果和費用都適中,對污染不太重的土壤特別適用,但需加強(qiáng)管理,防止重金屬再度活化。4、農(nóng)業(yè)方法農(nóng)業(yè)方法是因地制宜地調(diào)整一些耕作管理制度,在重金屬污染土壤中種植不進(jìn)入食物鏈的植物,

16、選擇能降低土壤重金屬污染的化肥,或增施能夠固定重金屬的有機(jī)肥等措施來降低土壤重金屬污染,從而改變土壤中重金屬的活性,降低其生物有效性,減少重金屬從土壤向作物的轉(zhuǎn)移,達(dá)到減輕其危害的目的,主要包括控制土壤水分、養(yǎng)分、ph值、氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態(tài)因子,改變耕作制度、調(diào)整作物種類、合理施用有機(jī)肥等。農(nóng)業(yè)方法和措施具有費用低、實施方便、無副作用等優(yōu)點,但周期長、效果不顯著,應(yīng)與生物措施、改良劑措施配合使用,適于中、輕度污染土壤的治理。5、生物方法綜合運用現(xiàn)代生物技術(shù),使土壤的有害污染物得以去除,土壤質(zhì)量得以提高或改善,主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)、動物修復(fù)等三種方法。（1）植物修復(fù)技術(shù)植物修

17、復(fù)技術(shù)是一種以植物忍耐和超量富集某種污染物的理論為基礎(chǔ),利用自然生長或遺傳工程培育的植物及其共存微生物體系,清除污染物的一種環(huán)境治理技術(shù),主要由植物穩(wěn)定技術(shù)、植物萃取技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)、根際過濾技術(shù)四部分組成,由于根際過濾技術(shù)更多應(yīng)用在水體污染修復(fù)之中,故主要介紹前三種方法。植物穩(wěn)定技術(shù)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)化為相對無害物質(zhì)的一種方法。適用于固化污染土壤的理想植物應(yīng)是一種能忍耐高含量污染物、根系發(fā)達(dá)的多年生常綠植物。這些植物通過根系分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種過程可使污染物惰性化。由于污染物仍留在原地,也存在風(fēng)險,因此該技術(shù)只能作為對污染物的暫時處理方式。植物萃取

18、即植物提取,是指種植一些特殊的植物,利用其根系吸收受污染土壤中的有毒有害物質(zhì),并將其轉(zhuǎn)移至植物的地上部,最后通過收割地上部物質(zhì)的方式帶走土壤中的污染物。該技術(shù)最適合淺層且污染程度較低的土壤修復(fù)。這種技術(shù)要求所用植物具有生物量大、生長快和抗病蟲害能力強(qiáng)的特點,還要具備富集多種重金屬的能力。目前已發(fā)現(xiàn)有500 多種植物可以超積累各種重金屬,廣泛分布于植物界的45 個科,如印度芥菜和向日葵可大量積聚pb、as、hg、cr、u、ce、zn 等重金屬;香蒲植物、綠肥植物天葉紫花苕子對pb 具有超耐性,羊齒類鐵角蕨屬植物對cd 有超耐性;黃頜蛇草對土壤中hg 的去除率可達(dá)到41 % ?？捎糜谛迯?fù)我國金屬礦

19、區(qū)重金屬污染土壤的一些典型超積累植物見下表。            表1 超積累植物總最大金屬含量mg/ kg 金屬元素植物種莖或葉片中重金屬質(zhì)量濃度 pb酸模(rumex acetosa)羽葉鬼針草(bidens aximawicziama oett)土荊芥(chenopodium ambrosioides)魯白芥菜1 480. 12 881. 23 8882 205. 02 ±195. 241652. 5 ±73. 03cd龍葵(solamu

20、m nigrum)球果菜寶山堇菜(viola baoshanensis)小白菜:日本冬妃小白菜:日本華冠結(jié)球甘藍(lán)(boleracea) : 夏秋3 號228. 4119. 032 310613. 66598. 09501. 12mn鼠麴草(gnaphalium offine)商陸(phytalacca acinosa roxb)72 810. 2519 299as蜈蚣草(pteris vittata l)大葉井口邊草(pteris cretica)5 070694zn東南景天(sedum alfredii h)2 310cu鴨跖草(silene fortunei)1 034hg加拿大白楊幼苗(

21、 populus canadensismoench)233. 77 植物揮發(fā)技術(shù)是利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì),使土壤中的汞、硒轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)以去除污染的一種方法。該技術(shù)只是將污染物從土壤中經(jīng)植物轉(zhuǎn)移到大氣中進(jìn)行稀釋,因此仍存在一定的風(fēng)險。該技術(shù)與植物穩(wěn)定技術(shù)類似,區(qū)別在于該技術(shù)將污染物遷出土壤,而植物穩(wěn)定技術(shù)只是將其轉(zhuǎn)化為相對環(huán)境友好的形態(tài)。綜上所述,植物萃取技術(shù)在重金屬污染修復(fù)技術(shù)中具有重要地位,也是最有應(yīng)用前景的。植物修復(fù)的主要優(yōu)點是綠色凈化、經(jīng)濟(jì)有效、處理設(shè)施簡單、適合大規(guī)模的應(yīng)用、利于土壤生態(tài)系統(tǒng)的保持、對環(huán)境擾動小、美化環(huán)境等 。（2）微生物修復(fù)技術(shù)利用土壤中某些微生物

22、的生物活性對重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用,把重金屬離子轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物,從而降低土壤中重金屬的毒性。（3）動物修復(fù)技術(shù)利用土壤中某些動物(如蚯蚓、鼠類等)能吸收重金屬的特性,在一定程度上降低污染土壤中重金屬含量,達(dá)到動物修復(fù)重金屬污染土壤的目的。生物修復(fù)技術(shù)與其它治理重金屬污染的技術(shù)相比,設(shè)施較簡便、投資較少、無二次污染,但是治理效率低,如超累積植物通常都矮小、生物量低、生長緩慢且周期長,不宜治理重污染土壤,污染物可能通過落葉重新回到土壤中去,進(jìn)一步降低修復(fù)污染的效果?，F(xiàn)今植物修復(fù)技術(shù)更具有廣闊的市場,而微生物修復(fù)技術(shù)及動物修復(fù)技術(shù)使用得較少。各種礦山污染土壤都有其特點和適應(yīng)性,應(yīng)根據(jù)

23、污染的實際和當(dāng)?shù)氐那闆r慎重選擇修復(fù)方法,也可采用幾種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的方法。四、存在問題和今后的發(fā)展方向    礦區(qū)特別是尾礦庫的土壤受到重金屬污染,其修復(fù)問題已非常迫切。物理、化學(xué)等方法對于礦山土壤的修復(fù)存在耗能、耗錢、對土壤結(jié)構(gòu)損害較大等缺點,從保護(hù)生態(tài)環(huán)境出發(fā),這些方法均對礦山生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)作用不明顯,而植物修復(fù)成本較低,可以穩(wěn)定土壤、控制污染、改善景觀、減輕污染對人類的健康威脅,所以在修復(fù)礦山土壤重金屬污染的過程中,越來越多的國家、企業(yè)選擇使用植物修復(fù)技術(shù)。不過在選擇植物的時候需要注意以下幾個方面: (1)選擇播種容易、種子發(fā)芽力強(qiáng)、苗期抗逆性強(qiáng)、易成活的植物;(2)根據(jù)礦山廢棄地的土地條件,選擇根系發(fā)達(dá)、能固土、固氮和有較快生長速度的植物; (3)礦山廢棄地的水肥條件惡劣,重金屬等有毒有害物質(zhì)的含量高,對有毒有害物質(zhì)耐受范圍廣的樹種。盡管植物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染中得到廣泛的應(yīng)用,但在植物修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)性研究方面的工作仍有待加強(qiáng):尋找、篩選和培育對重金屬具有超積累能力的植物;如何將能使植物生物量增大、生長加快和生長周期縮短的基因轉(zhuǎn)移到超積累植物中,并使之得