绿色矿山背景下矿山土壤修复技术探析

绿色矿山背景下矿山土壤修复技术探析

杨颜硕

徐州中矿岩土技术股份有限公司

摘要：矿山废弃物导致大量土壤重金属污染，影响植物、动物、土壤微生物和人类健康。因此，土壤治理改良是矿区生态环境恢复的重要环节，也是首要环节。下面本文就绿色矿山背景下矿山土壤修复技术进行简要探讨。

关键词：绿色矿山；土壤；土壤修复技术；

1绿色矿山背景下矿山土壤修复技术的重要性

1.1采矿过程带来损坏

采矿过程对生态带来不可逆的损坏，有关部门应及时采取措施予以制止。采矿带来的生态损坏主要来自以下方面。特别是，采矿后留下的沉积物会造成地质灾害，例如开采之后留下的矿洞，以及土体变形和坍塌。首先，露天开采将改变边坡的自然平衡，导致土壤崩塌，而矿渣开采将成为滑坡的物质基础；其次，矿物废水污染土壤。这些废水的化学成分往往比较复杂，对环境释放出有毒气体，环境管理容易退化；最后，由于采矿活动导致植被完全丧失，矿山的生态系统往往无法通过自然影响恢复。植被的破坏可能产生土壤侵蚀、土壤损耗和污染物扩散的风险。

1.2恢复和管理

首先，采矿将导致土体表面的破坏和坍塌，导致生态完整性的丧失。此外，采矿活动使地质结构容易受损，对建筑结构的稳定性带来威胁，也无法应对；其次，采矿业产生的固体炉渣和化工废水等污染物严重污染生态环境，对人体有毒害作用。即使在自然调节下，矿山植被恢复，污染物会从环境中进入人体，并在食物链中积累。因此，开采过的矿床几乎不可能进行农业生产。矿山复垦管理有两个优点：一方面，矿山复垦管理消除了脆弱地形的自然平衡，如矿区、工作区、边坡等。其他稳定矿床的地质结构提供了建筑用地；另一方面，矿山回收和清理将有助于清除固体废物，处理有毒有害废水，恢复采矿项目污染土壤的肥力，恢复农业用地，减少耕地短缺。

2 矿山污染土壤的危害

矿山污染土壤中的重金属对人体和其他生物体的危害非常大，特别是与受污染的沉积物相接触的野生动物，这会导致生物多样性和种群规模的减少。土壤是细菌、真菌等不同微生物的自然栖息地，这些微生物在提高土壤质量、维持土壤肥力方面发挥着重要作用[1]。然而土壤中重金属的存在抑制了微生物的活性，破坏了土壤微生物的生长代谢过程。Filimon等[2]的研究表明，在重金属含量高的土壤中，土壤微生物的数量和多样性都会减少。矿山附近土壤微生物的生物量明显低于远矿区。随着过量的重金属进入岩层，土壤质量也会下降，原有的地表植被无法生存，将会大面积剥离，使地表裸露，这将会影响生态环境质量，降低农业产量，最终会导致土壤生产力和粮食安全性下降。此外，受污染土壤中的重金属可能会引起植物生理和代谢活动的变化，影响区域内的植物生长。Laghlimi等[3]研究发现，Ni、Cu、Zn、Cd、Cr、Pb等金属可引起植物萎黄、坏死、抑制根和茎生长、减少叶绿素产生并破坏其光合作用。综上，矿山开采不仅会破坏生态功能，造成一定程度的环境污染，还会严重影响到人类的身体健康。因此，矿业转型发展与矿山生态修复将是无法逃避的问题。

3矿山污染土壤的修复方法

3.1物理修复

3.1.1热处理法

热处理法由于其具有较好的修复效果和较短的修复时间被广泛应用，但在高温条件下，土壤中稳定金属的生物毒性会增大，这将导致土壤有机肥力下降。

3.1.2工程修复法

适用于小面积污染土壤的处理，主要分为客土法、换土法和深耕翻土等，是一种切实有效的修复方法。客土法是将与原有土壤理化性质相似的干净土壤加入受污染的土壤中；换土法是将被污染的土壤挖除，置换为干净的新土；深耕翻土法是将深层干净的土壤翻至表面，代替表层被污染的土壤。利用这些方法去除污染物的效果非常显著。

3.1.3电解法

其原理是在污染部位的两端插入石墨电极，在电场的作用下，土壤中的重金属离子会移动到电极附近，进行富集，进而导出重金属离子，从而实现金属离子和土壤的分离，减少污染。电解法对土壤原生态影响较小，无二次污染，修复周期短，效率高，但是在实际应用中会受到电压梯度、电解液组分等多方面的影响。

3.2化学修复

3.2.1土壤改良剂法

将合适的化学改良剂加入到受污染的土壤中，通过吸附、络合和沉淀等方式改变土壤中重金属元素的形态，将污染土壤固封为低渗透系数的固化体，或改变污染物的化学性质，使其变为不活泼形态，从而有效减少土壤中污染物的迁移性和流动性。其优点是技术难度不大，经济有效，对大面积低浓度污染土壤具有良好的应用前景。缺点是并没有真正去除污染物，会有产生二次污染的风险。

3.2.2土壤淋洗修复法

淋洗剂可以与土壤中的重金属发生解吸作用，通过沉淀、离子交换、吸附螯合等过程使土壤中的重金属元素从土壤中转移到液相中，然后提取出淋洗废液对其进行单独处置。该技术操作简便，修复时间周期短，适用于大面积污染严重且渗透性较高的土壤。但为了防止二次污染，需要谨慎选择化学淋洗剂，优先选择环境友好并对生态影响较小的，同时要对后续的淋出液进行安全处理。

3.3生物修复

3.3.1微生物修复法

在适宜的环境条件下，微生物通过吸附、沉淀、氧化和还原等作用，降低污染浓度，使土壤环境进入稳定状态的技术即为微生物修复技术。这些微生物必须具有某些特性，如能降解相关污染物的酶或对受污染地区的重金属具有高抗性。微生物可以通过固定、移动或转化等方式，降低有害物质的毒性。其修复原理主要包括生物积累、生物吸着等生物富集，利用生物的代谢活动将重金属离子贮存到细胞中或胞外基质。还包括还原、甲基化与去甲基化、溶解、有机络合等生物转化方式。微生物可以通过改变重金属在土壤中的化学形态和氧化还原状态，使重金属化合价改变，从而改变其稳定性，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性。微生物具有分布范围广、繁殖代谢快、适应能力强等优点，因而日益受到人们的重视，成为重金属污染土壤修复领域的研究热点。

3.3.2植物修复法

植物修复是一种既经济又环保的土壤修复方法。选择对金属耐受阈值相对较高的特定植物，通过提取、转移、分解和固定等方式对土壤中的污染物质进行去除，使污染土壤恢复其正常功能。在利用植物修复土壤时，要因地制宜，根据不同的地质特征选择不同植物。植物种类和重金属种类的不同会导致植物的金属吸收过程有所差异，但总体包括对金属的吸收、转运、积累和渗透调节等方面。耐受性植物能够通过枝叶分解物和根系分泌物固定土壤中的重金属污染物，同时，植物根系的分泌物也能增强土壤中的微生物活性，促进其对污染物的转化和降解。植物修复技术既能降低土壤中的重金属含量，又能同步改善土壤的养分条件，恢复土壤功能，并且具有永久性、美观性、低成本等优势，在修复过程中一般无二次污染，是一种绿色、清洁、具有市场潜力的技术。

3.3.3动物修复法

通过土壤动物的生命活动，能够有效改善土壤生态环境，但蚯蚓在高浓度污染土壤中的富集能力有限，当污染浓度过高时，会导致蚯蚓重金属中毒死亡。

结束语

综上所述，在当前可持续发展的背景下，人们需要根据被污染土壤的性质和污染物的组成，选择针对性的高效修复技术，并结合多种污染治理和修复技术，以实现优势互补，加快土壤修复进程，实现矿区自然生态的治理和恢复。藻类是极端环境的先锋植物，可以形成抗逆性强、生态价值高、维护成本较低的藻类结皮，作为新型的土壤环境改良植物广泛运用于待修复重建的生态系统中。

参考文献：

[1] 李顺立,兰娜．矿山地质环境保护与治理恢复技术探究[J]．环境与发展,2020,32(01):105+107．

[2] 张生祥,寇正中,崔可可．浅析矿山生态环境恢复治理存在的问题及改进措施[J]．资源节约与环保,2020(07):132-133．

[3] 许祥云.浅析矿山生态修复存在的问题和对策:以云南省陆良县为例[J].中国土地,2019,398(03):141-142.