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矿山环境修复的四项技术

来源:中国矿业114网发表时间:2018-12-27 浏览次数:290   关闭

在自然条件下,矿山废弃地经过自然演替可以恢复原貌,但需要很长时间,因此,通过人工干预在相对较短的时间内快速恢复矿山废弃地的生态环境显得尤为必要。




1基质改良技术


恢复矿区生态系统功能,首先要创造适合植被生长的土壤环境,土壤是植物和微生物生存的基质,矿区土壤限制植物生长的主要因素是基质结构性差、营养成分缺失。基质改良技术主要有表土覆盖与回填技术、物理法与化学法基质改良技术、生物改良技术等。


2物理修复技术


物理修复是用物理方法(如隔离、固化、电动力学、热力学、玻璃化、热解吸等)进行污染土壤的治理。


隔离法主要使用各种防渗材料,如水泥、黏土、石板、塑料板等,把污染土壤就地与未污染土壤或水体分开,以减少或阻止污染物扩散到其他土壤或水体。常用的有振动束泥浆墙、平板墙、薄膜墙等。该方法常应用于污染严重并易于扩散且污染物又可在一段时间后分解的情况,使用范围较为有限。研究表明,电动力学技术可以同时去除土壤中的多种重金属污染物,在阴极添加乙二胺四乙酸(EDTA)能提高修复过程中的电流,强化电动力学修复效果。0.1mol/L的EDTA污染土壤中的总铜、总铅和总镉的去除率分别是90.2%、68.1%和95.1%。在对湘西花垣铅锌尾矿砂中镉、铅、锌使用石灰和磷酸一铵等钝化剂后,发现对镉、铅、锌的移动性和生物有效性有明显的影响和固化效果。同时有研究表明,向土壤中加人不同形式的磷改良剂,能有效地将土壤中的铅从非残渣态转化成为残渣态的形式存在,从而降低土壤中铅的移动性与生物有效性。


物理修复有修复效果好的优点,但其修复成本高,修复后较难再农用。因此,该方法仅适用于污染重、污染面积小的情况。


3化学修复技术


化学修复是指通过添加各种化学物质, 使其与土壤中的重金属发生化学反应,从而降低重金属在土壤中的水溶性、迁移性和生物有效性。


研究发现,可以利用P&D技术(抽出-处理技术)处理污染淋出液,在深层土壤添加固定剂,能有效固定从耕作层淋下来的重金属,且被固定的重金属很少被后期的降水等再淋洗出来,能很好地控制对地下水造成的环境风险。在云南省个旧古山选矿厂尾砂库的研究发现,基于综合毒性削减指数和经济成本,选择在1:6土水比2次洗3h的技术条件下,0.1mol/L的EDTA是合适的高效淋洗剂。α-淀粉酶是较理想的重金属络合剂,对酸提取态、可还原态和可氧化态的重金属有一定的去除效果。铁盐、亚铁盐、铁氧化物等,特别是硫酸高铁和硫酸亚铁能够有效降低砷的移动性和抑制植物对砷的吸收。


4生物修复技术


目前文献报道的生物修复技术主要包括植物修复技术、微生物修复技术、动物修复技术、生物材料修复技术及四者之间的组合技术。此外,还包括物理、化学、生物联合修复技术。



植物修复技术


植物修复技术是指利用植物来转移、转化环境介质中有毒有害污染物,进而使污染土壤得到修复与治理。近10年我国关于植物修复技术的成果主要表现在以下4个方面:


(1)修复植物物种库不断丰富。国内学者不断研究发现可用于修复污染土壤的植物种类,如金丝草和柳叶箬为Pb的超富集植物。将低生物量的砷超富集植物蜈蚣草植物螯合肽合成酶基因PvPCSI转入高生物量的南芥中,构建了能修复砷污染土壤的工程植物。利用基因工程技术研究发现,谷胱甘肽巯基转移酶基因可以调节植物氧化应激效应,提尚植物对汞的富集能力。


(2)修复植物的处置技术更加环保、经济。利用富集植物修复污染废弃地,当植物生长到一定阶段时,要进行收获,从而产生大量重金属富集植物体。如果对这些植物处置不当,可能产生二次污染。近年国内学者不断探索出更加环保、高效、经济的处理方法,如植物冶金法、热液改质法、生物解吸法等。超富集植物的“水热液化”处理方法,并用“水热液化”方法处理蜈蚣草、垂序商陆、东南景天茎叶收获物,证实该方法可将绝大部分(超过95%)有害重金属分离到水溶液中,并将超过80%的生物质转化为粗生物油,实现了修复植物的无公害处理和资源化利用。目前,修复植物的处置技术处于研究阶段,在处置技术的工艺流程设计、处置效果和资源化利用方面还存在争议,这在一定程度上阻碍了植物修复技术的推广应用。



微生物修复技术


微生物修复技术是利用微生物在适宜的条件下,将污染土壤中的污染物降解、转化、吸附、淋滤除去或利用其强化作用修复污染土壤。近年来,菌根技术已成为污染土壤修复的研究趋势,并取得了较好的效果。


从某矿的酸性矿井水中分离出一株嗜酸氧化亚铁硫杆菌用于生物淋滤,在一定条件下处理15d,使污泥中Zn、Pb、Ni、Cu、Cd及Cr去除率分别达到93.56%、46.54%、85.48%、97.68%、90.64%和45.15%。利用铁砂尾砂作为基质接种丛枝菌根,试验结果表明,菌根的接种使植物地上部分磷含量增加了2倍,促进了植物对磷的吸收。利用两种丛枝菌根真菌进行试验,发现两种丛枝菌根真菌均能促进PAHs污染土壤中植物的生长和PAHs降解的能力,明显促进植物对尚分子量的二苯并蒽的降解。国内学者认为菌根真菌与超富集植物的组合在重金属污染土壤的修复中有广泛的应用前景。



动物修复技术


动物修复技术是指利用土壤中的某些低等动物(蚯蚓、线虫、甲螨等)的直接作用或间接作用修复污染土壤。蚯蚓是最常用的土壤修复动物,有学者对蚯蚓富集污染物的规律及污染物对蚯蚓的影响等内容进行相关研究,但由于土壤动物不能像收割植物那样轻易从土壤中移除,因此目前国内仍鲜见利用动物的直接作用修复污染土壤的案例,而大多数是利用土壤动物的间接作用强化植物、微生物的修复效果。利用蚯蚓-甜高粱复合系统修复镉污染土壤,发现蚯蚓可显著提高甜高粱的生物量及其对镉的吸收量,并使土壤有效镉提高了9.8%。目前,动物修复技术的研究不多,尚处于起步阶段,土壤动物更多是被用于生物指示剂污染土壤的风险评价。



生物材料修复技术


研究浓度和PH值对皂角苷溶液淋洗土壤重金属去除率的影响,发现增加溶液浓度和降低PH值均有利于重金属的去除。生物螯合剂主要用于重金属污染土壤,螯合剂和菌根真菌联合在某些情况下可协同强化植物修复效果。与传统化学试剂相比,生物表面活性剂和生物螯合剂在污染土壤修复中表现出巨大优势,但因其存在可能使污染物下渗污染地下水,对植物、微生物存在生物毒性,造成土壤养分流失等问题,且现阶段材料制备成本高、技术不成熟,因此二者在污染土壤修复中的应用仍处于试验阶段,如何克服二者在诱导污染物修复和进行土壤淋洗中的弊端是亟待解决的重要问题。


尽管生物修复技术显现出成本低、环境友好等巨大优势,但也存在不足之处,如植物修复速度较慢、生物很难在高度污染土壤中生存等问题。为克服上述缺点,国内学者将物理、化学修复技术与生物修复技术进行联合修复研究,目前尚处于探索阶段,但已有的研究结果表明,联合修复技术具有广阔的应用前景。



辅助修复技术


针对矿山废弃地的特征,除了采取上述必要的物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术外,还需要辅助一些如边坡稳定技术、截排水措施等,才能达到生态修复的最佳效果。