凤太铅锌矿集区污染及防治

摘要：凤太矿集区是我国重要的铅锌资源基地，多年来无序开采造成了严重的环境问题，主要表现为：土壤重金属元素超标、地表水污染等问题。根据矿集区污染特征提出了电动修复法、含磷物质修复法和植物修复法，含磷物质修复法可针对土壤重金属污染的实际状况施以不同类型的含磷化合物以降低有效态重金属的含量；电动修复法具有修复时间短、修复彻底、不会引入环境有害物质等优点；超富集植物修复技术简单、成本低、对环境扰动小，能大面积推广。

关键词：土壤污染；铅锌矿区；修复治理

The Pollution and Prevention of Lead

and Zinc in Fengtai Mining Area

LIU—Wei LIU—Qiang

Shanxi Province Land Engineering Construction Group of Ming Development Co.， LTD， xi"an 710075，China

Abstract： Fengtai mining area is an important lead and zinc resources base in our country， disorderly exploitation have caused serious environmental problems over the years， Its main show is： heavy metal elements is too excessive in soil， Surface water pollution and other issues. Put forward the electric repair method， phosphorus—containing material repair method and the method of phytoremediation according to its pollution features， phosphorus—containing material repair method is subject to different types of phosphorus—containing compounds for the actual situation of heavy metal pollution in order to reduce the content of heavy metals； The electric repair method possesses the advantages of short time， thorough repair， do not introduce environmental harmful substances； Hyperaccumulator repair technique is simple， low cost， small disturbance to the environment， and it could expand widespreadly.

Keywords： soil pollution； lead and zinc mine； repair and treatment

1. 引言

礦产资源的开发，尤其是无序的滥采滥挖必然会导致矿区生态环境的严重破坏。铅、锌是常见的重金属污染元素，其特点是能在环境中长时间残留，伴随着动植物的摄取而在其内部累积，进入食物链，或通过污染大气进入人体呼吸道，一旦人体铅锌含量超标，会造成体内蛋白质及酶等发生强烈反应而失去活性，同时也可能在人体的一些器官中累积，严重危害人类健康[4]。

凤太矿集区位于陕西西部，是我国重要的铅锌矿产资源基地，区内已探明八方山—二里河、铅硐山—东塘子、银洞粱等大型铅锌矿床，已探明的铅锌金储量500多万吨[5—7]。半个世纪以来的矿产开发，在给当地带来经济效益的同时，也不可避免地造成了严重的环境危害，土壤重金属污染问题亟待解决。

2. 污染的主要方式

区内土壤重金属污染以Pb、Zn、Cd、Cu、Hg和类金属元素As为主，为多种重金属元素的复合型污染，其中Pb、Zn、Cd污染最为严重。由于该区地理位置较为特殊，常年雨水充沛，这些重金属元素在水环境中易发生水解，生成氢氧化物、硫化物等沉淀在土壤中，另外尾砂对该区土壤的直接污染也较严重，同时，造成污染的重金属元素之间的相关性也比较显著。凤太矿集区污染可以分为以下四个类型。

2.1 水污染

凤太矿集区位于秦岭山区，年降雨量大且水系密布，地表径流汇集速度比较快。区内广布的采矿、选矿和冶炼企业在整个矿产开发过程中会排放大量废水，包括矿坑废水、选矿污水、尾矿库渗滤水、采矿弃渣淋滤水、冶炼废水和生活污水等，严重威胁着地表水的质量安全。若污水未经正规机构净化处理而直接排放，不仅直接污染地表水，而且间接污染地下水，导致农田和农作物及河流周边居民的生存安全和生活质量都受到严重影响。

2.2 大气污染

采矿、选矿及冶炼过程所带来的粉尘污染是区内大气污染的主要来源。污染元素以Pb、Zn为主，并伴生有Cu、Cd、As等。区内沟谷纵横交错，其中被随意废弃的矿渣石堆和未曾覆土还田的尾矿库是大气的主要污染源，每逢大风干旱季节，风起尘飞，导致局部范围内空气污染异常严重；另外，冶炼过程中产生的含Pb烟气和SO2气体也严重威胁着周边居民的生活健康。

2.3 植被污染

由于区内矿山开采与选矿和冶炼企业对地表水的长期污染，部分植被不可避免地会对某些重金属元素进行一定吸收，与此同时，地表水又是山区农作物灌溉的主要水源，这些作物根系在汲取水分的同时，也必定会吸收水中部分有害物质，因此种植的各类作物也都存在重金属含量超标的高度风险。

2.4 土壤污染

因区内以山地、沟谷为主，加之雨水充沛，水土流失问题比较严重。河谷两侧的农田临近水源，农作物产量较高，是当地农作物主产区之一，但由于区内矿山开采与选矿冶炼企业长期对地表水和大气造成的严重污染，引用这些受污染的地表水进行灌溉，导致农田土壤中的重金属和其它化学污染物质增加，从而使土壤质地，颗粒结构，孔隙度和渗透性，PH等理化性质受到严重影响，农作物生长受到抑制。已复垦的尾矿库因土源缺乏，覆土厚度普遍偏小（多小于0.5m），农作物根系直接扎入有毒的尾矿砂中，难以抑制作物对重金属等污染物质的吸收。此外，其他大量还未覆土还田的尾矿库周围也无一定的遮挡措施，稳定性差，尾矿矿砂随风飞舞，直接污染到周围的空气，严重影响农田和农作物的生长。

3. 污染修复

重金属污染土壤的传统治理方法主要包括客土法、热处理法、吸附沉淀法等物理方法和絡合物浸提法、化学淋洗法等化学方法[8]。实际应用中往往因这些方法需用的仪器设备较为复杂，操作难度大，成本太高且大部分方案只能暂时缓解重金属危害并有可能造成二次污染等限制条件而未得到广泛应用。目前，在这一方面应用前景较好的修复方法主要有三大类。

3.1 含磷物质修复法

在农业生产中将含磷物质作为无机肥料已得到广泛应用。近年来，部分研究人员发现了它们的另一个重要用途，即一种廉价有效的重金属污染土壤修复剂。目前，该领域中学者们关注的热点是通过利用磷与铅的相互作用来调控环境中Pb的有效性来修复土壤铅污染。按照来源，可将用于Pb/Zn污染修复的含磷物质划分为5大类：磷肥，经磷灰石，无机磷酸与磷酸盐，磷矿石及骨粉[9-12]。

在铅锌污染区，磷肥具有原位修复污染土壤的潜能，其修复Pb污染的主要机理是通过磷肥中的磷与各种非残渣形态的铅发生化学反应，生成溶解度极小的磷（氯/羟基/氟）铅矿沉淀，这样达到限制植物对铅的吸收和铅向食物链迁移的效果，从而减少对植物的毒害作用和对人体的潜在危害；此外，关于Zn污染的修复研究认为，土壤中含磷物质对Zn污染修复的主要机理有表面配位、离子交换或生成非晶体物质等，沉淀机制为辅。加强含磷物质修复土壤重金属污染的研究，对充分利用我国磷矿资源，以及有效治理我国环境重金属污染具有非常重要的意义。

3.2 电动力学修复法

近十年来电动力学修复技术不断发展是一种新型的污染土壤修复技术。其基本原理是将电极插入受污染的地下水或土壤区域，施加直流电，形成直流电场，土壤中的污染物通过电迁移、电渗析流或电泳的方式而将重金属从土壤中分离出来。该技术适宜低渗透性污染土壤的修复，因具有修复时间短、修复彻底、不会引入环境有害物质等优点而受到国内外研究者的广泛关注[13-14]。

电动力学技术可有效去除地下水和土壤中的重金属离子。在施加直流电场后，带正电荷的重金属离子开始向阳极迁移，其迁移速度比同方向流动的电渗析流快得多，金属离子的迁移速度与离子半径有关。离子尺寸愈小，迁移速度愈快，例如：Na>K>Ca>Ni。已有大量的实验室实验和现场实验证明了这项技术的有效性。研究报道的相关离子包括：铬、镉、铜、铅、汞、锌、锗、镍、钴、钼、锶、铀、钍和镭。在处理过程中，首先需要将一系列电极按预定的设计置于污染区地下，电极材料一般是惰性的炭电极，以避免额外物质的导入，极区附近的水流需要进行循环，主要目的是输入需要的配合剂，强化离子的传输，控制电极上的反应，避免极化现象和氢氧化物的沉淀等。输入的循环液还能够协助重金属发生脱附和溶解。重金属离子最终可能沉淀在电极上或者被抽取出来另行处理。

3.3 植物修复技术

在受污染的铅锌矿区及其周边环境中，土壤重金属污染基本上局限于植物根系分布比较密集的表土层，因此，可考虑采用植物富集技术进行修复。植物修复是近年来新兴起的一种治理土壤重金属污染的有效方法。与传统方法相比，该项技术省时、省力、无二次污染，既可清除重金属污染物，还能美化环境、提高土壤肥力、减少水土流失等。因此，受到越来越多国内外环保工作者的青睐，但此项技术的关键在于重金属超积累植物的研究和发现。

铅锌矿区用于土壤重金属污染修复的植物主要有耐性植物和超富集植物[15]。其中超富集植物主要指那些对某些重金属具有特别的吸收能力，而本身不受毒害的植物种或基因型。目前，具有我国自主知识产权的超积累植物虽时有报道，但数量较少，如As超积累植物蜈蚣草、Zn超积累植物东南景天、Cd超积累植物油菜和宝山堇菜以及Mn超积累植物商陆等[16-17]。

4. 展望

近年来，随着生态文明建设意识逐渐提高，对重金属污染修复治理也有更高的历史要求。2016年5月28日，国务院发布《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”）则为矿区污损土地的治理提供了牢固的政策支撑。

凤太矿集区铅锌开采后遗留的环境问题颇多，大量矿坑及庞杂的矿渣石堆长期威胁着当地生态环境及周围居民的生活。针对矿产开发引起的各种环境问题加大研究，是科学指导环境保护及环境治理工作顺利展开的重要前提，寻找高效低成本的污染治理方法则是生态恢复的关键，含磷物质是一种廉价有效的重金属污染土壤修复剂，可通过施加不同类型的含磷化合物来降低重金属污染土壤中有效态重金属的含量；电动修复法具有修复时间短、效果彻底且不会引入环境有害物质、造成二次污染等优点；超富集植物修复成本低、技术简单、成本低、对环境扰动小，便于大面积推广，是一项很有前景的修复技术。

5. 结论

污损土壤修复是一个复杂工程系统，它需要不同工作手段配合才能顺利进行，凤太矿集区土壤污染主要表现为重金属元素含量超标，现有的修复方法从经济合理性来看，植物修复技术以其独特的环保性与持久性更容易达到标本兼治的效果，但是针对不同重金属的元素的超富集性研究还需进一步深入，在植物修复的基础上，结合化学及电动修复才能够更彻底的恢复土壤原有的健康标准。

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