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矿山污染生态修复技术

更新时间:2009-03-28

矿山污染的生态修复具有良好的生态效益、经济效益、社会效益、环境效益和安全效益,它对社会的发展和人类的进步都有着重要的意义。早在20世纪20年代,国外煤矿就开始重视矿区土地复垦和生态恢复。自21世纪以来,更活跃的领域包括:矿山污染物种多样性研究。土壤重金属的植物富集,3S技术在土地复垦中的应用,监测和评价。从20世纪50年代末到60年代初,中国开始研究矿山污染生态修复。直到1988年,《土地复垦规定》的颁布,我国的矿山污染生态恢复的相关研究才有了突飞猛进的发展。在我国,矿山污染的生态修复主要从土壤修复和植被恢复两方面进行。通过湖南涔槐国家湿地公园矿山污染的生态修复情况分析,总结矿山污染的生态修复技术,包括边坡治理、土壤基因改良、植物修复和生态景观修复技术,为矿山生态系统功能的恢复和保护区域生态环境,实现可持续发展提供参考。

其次,培育新要素。包括培育信息技术、智能制造技术和新能源技术等新技术;培育专业人才、市场人才和管理人才等新人才;提供和吸收各种新知识;开拓各种新的融资形式和渠道等。

1 研究区概况

湖南涔槐国家湿地公园,其地理坐标为29°45′28″~29°54′56″N 111°27′28″~111°32′33″E,南北长17.50 km,东西宽8.16 km,总面积2 778.0 hm2。属中亚热带向北亚热带过度的季风性湿润气候区,雨量充沛,光照充足,冬无严寒,夏无酷暑。年均气温16.0℃,最高气温39.5℃,最低气温-14.0℃。年日照时数在1 700 h以上,年均无霜期288天,年均降水量1 530 mm,年均相对湿度83%。湿地公园地处武陵山脉向洞庭湖平原过渡地带的澧县境内,是以涔水永久性河流和山门水库、王家厂水库库塘湿地为主体,以自然河流、库塘、河心洲滩、洪泛平原湿地、沼泽和环湖森林组成的库塘-河流复合型湿地生态系统。湿地公园规划面积2 776 hm2,其中湿地面积2 406.7 hm2,占湿地公园总面积的86.63%。公园湿地分为河流湿地和人工湿地两大湿地类,永久性河流、洪泛平原湿地、库塘和水产养殖场四大湿地型。湿地公园呈南北走向,最北端至山门水库的北端尾闾,最南端至王家厂水库大坝。公园外围涉及王家厂、火连坡、闸口、方石坪等4个乡(镇)21个村人口3.8万余人,公园内无常住人口, 21个行政村(居委会)。

湖南澧州涔槐国家湿地公园周边矿产资源丰富,有大小各种采矿场数十家,随着近年来环保工作的加强,污染严重的采矿场已陆续关停,遗留下的矿山又带来了如地表景观破坏、地质灾害、土地资源占用与破坏、土壤污染与退化、生物多样性丧失等新的生态环境问题。

2 矿山污染生态恢复措施

2.1 边坡治理

边坡,泛指与地平线有一定倾斜角度的斜面。对矿山污染进行生态环境修复的前提条件是要保证边坡稳定,主要通过坡面处理结合坡面植被恢复的方法来实现。边坡治理,清除危岩边坡和路堑边坡,不会形成一个台阶来构成峭壁的水平,坡向安全角,以消除崩塌的隐患;植被恢复、边坡必须消除绿色复合体的安全隐患,进一步保持边坡稳定[3]

2.1.1 坡面处理

(1)边坡比法。通过边坡路堤、开挖和设置安全平台等措施来控制边坡的高度和坡度,从而实现边坡稳定的管理技术。该方法适用于一个斜坡1∶1.00~ 1.75和相对破碎岩质边坡。该方法的高度一般不超过12 m。

(2)削坡平台法。一般情况下,高度超过1 500 m以上土质或土质边坡的岩石边坡,应分为台阶坡路堑工程。对于不允许的场地条件和大规模的路堑边坡工程,可能造成两处生态破坏或岩石边坡超过30 m,在保证边坡安全稳定的前提下,可进行局部路堑工程或危岩清理工程。该方法适用于坡度≤50°、土质边坡和地表破碎岩坡的边坡。坡度在45°~55°之间;边坡可以放平台[4]

(3)锚固方法。指用锚杆将张力传递到稳定的岩土层中,消除塌方和滑坡地质灾害的方法。该方法适用于岩质边坡和土质边坡的锚固。

2.1.2 坡面植被恢复

(4) 挡土墙法。以混凝土砌块砌体或混凝土为挡土墙,采用混凝土浇筑和整体浇筑,一般为3~12 m。往往排在松散的岩土边坡中,对保护生态环境、建筑物或其他需要特殊保护区的重要性,起着保护作用。

从这些感言当中可以看出,“寻根之旅”对于华裔青少年了解中华文化,增加对中华文化知识的兴趣,增强对民族文化的印象和对祖籍国的感情,增强传承中华文化的使命,具有重要的意义。

崩塌在SPOT5的影像解译特征:崩塌堆积体的平面形态多为弧形、扇形等。崩塌体后缘在遥感影像上阳坡为浅色调区块、阴坡呈浓重的阴影区带。崩塌堆积体上无植被覆盖,见图6(a)。

(1)生态植被毯坡面植被恢复技术。即秸秆、麦草等原料,在载体层上添加草籽、保水剂和营养土。经过处理后,将其加工成生态植被毯,再加上灌木种子,以保护边坡并恢复植被。该技术操作简单易行,植被恢复效果好,能有效地防治水土流失,不受边坡长度的限制。它适用于坡度较陡不陡边坡1∶1.5的稳定。常用于尾矿库、废石场的侧坡植被恢复[5]

(2)生态植被袋边坡植被恢复技术。即通过土工织物袋料将种子层布置在植物生长中,并在坡面或坡面上以不同的方式,防止水土流失,堵塞保护。该技术见效快、效果稳定,没有表面纹理的要求,普遍适用于边坡高度小于15 m,坡度较大(≤60°)岩土边坡,边坡也适用于需要快速恢复植被防止坡面土壤侵蚀。当边坡较陡,边坡长度超过10 m时,应分级处理。

(3)岩石表面垂直绿化技术。岩质边坡稍凹地形坡度、建槽轴承高强度砂浆砌筑,砌筑、回填种植土、灌木和藤本植物的种植,实现岩石裸露地表植被。该技术不受边坡长度的限制,一般适用于>75°边坡的高陡边坡。

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(5)对土工格室边坡植被恢复技术。土工格室将固定在坡面上,缺乏植物生长、土壤条件和表面稳定性差。然后在栅格室种植土壤,播种适宜的混灌草,实现植被恢复。该技术适用于坡度30°~50°的坡度和岩石的均质硬坡。当坡度大于10 m时,边坡应分级。

甲洛洛看着很多人挤在柜台前,等待着西西称盐和白糖,西西忙得不可开交,小丁在边上帮着忙活。有几次西西艰难地搬动着两百斤的盐袋,他想上前帮帮忙,可这念头还没理清是否可行,嘎绒就出现了,出现得那么及时,好像他的工作就是西西需要帮助时搭上一手。

2.2.1 物理改良

2.2 土壤基质改良

矿区生态破坏的主要原因是废弃土壤的理化性质恶化,养分流失,有毒有害物质增多。通常,种植木本植物的土壤要求氮素含量在1%~2%,有效钾含量为80~210 mg·kg-1,与有效磷含量在50~80 mg·kg-1。因此,进行矿山污染生态修复时,需要对土壤基质进行改良。

(4)生态注浆边坡植被恢复技术。将有机物、肥料、保水剂、粘合剂、土壤水分合理地按一定比例掺入糊状物,使植物生长层对废弃地进行灌浆、振动、压实、渗透和稳定,以大量的废弃物,为植物生长和土壤肥力提供条件。该技术主要用于石废料、矿渣等块状块状、大间隙、缺乏植物生长的土壤材料。它是适用于软岩面坡度30°和45°,如泥岩、页岩和灰岩互层。当坡度>45°时,边坡应与坡面锚联合使用,要求每坡度坡度不超过10 m,边坡必须稳定。

(6)三维网络边坡植被恢复技术。在裸露的坡面上设置三维网络,植被的恢复是通过播种、喷洒、撒播草地来实现的。三维网络对坡面的变化具有良好的粘附性。能够保证植被恢复效果的持续稳定[6]

(1)表土回填、客土法。表土回填,指在各类矿山场地建设前,剥离表土,尽量减少对土壤结构、营养元素以及土壤种子库的破坏,待工程结束后再将表土分层回填至待修复场地。该法简单、容易操作,成本较低,可利用土壤种子库的作用促进植被恢复。但是,对于短期内不能进行回填的矿山,需要采取合理的方式堆放和保存表土。

金属矿山污染由于重金属污染,土层过薄甚至完全没有土壤层,常用客土法改良基质。通常,恢复为林业用地时覆土厚度需达10~30 cm,恢复为农业用地时覆土厚度需达50~100 cm。该法对基质改良的效果较好,但需异地取土,会破坏土地资源,受限于取土来源和运输成本[7]

(2)隔离法。各种防渗材料的使用,如水泥、粘土、石盘等,可以将污染土壤未受污染的土壤或水体,以减少或防止污染物扩散到其他土壤或水体。常用的,如振动梁泥墙、平墙、薄膜墙等,这种方法经常使用,污染严重,易于推广,一段时间后可分解,使用范围有限。

2.2.2 化学改良

(1)添加营养素。土壤养分的缺乏是矿山污染植物生长的限制因素之一。可以通过施用N,P,钾肥等改善和提高土壤肥力。对于土壤pH值调整较大的土壤类型,可根据肥料的pH值特性和改良对象的pH值,施用一定比例的化肥。化肥改良能迅速改善土壤的理化性质,但施用化肥时,由于土壤侵蚀或水分渗入、淋溶,容易造成地下水污染。对于土壤pH值调整量小、肥力较差的土壤,强粘、保水有机肥(如锯末、堆肥、粪肥、有机污泥、粉煤灰等)能提高土壤pH值,提高土壤肥力,改善土壤质地,提高土壤持水能力和阳离子交换能力。有机肥改良,产生的副作用极小,但价格比化肥高,会增加工程建设成本。将肥料改良与客土改良技术配套使用,可提高肥料改良的效果。

鼻内镜手术后,术后护理主要包括填塞护理、健康教育、饮食护理、出院指导。患者鼻腔烧灼创面敷以涂好金霉素眼膏的明胶海绵,嘱咐患者明胶海绵可以保护创面,防止鼻腔粘连。明胶海绵可以自行吸收,患者无需将其取出。告知患者出院后需要规律服药,控制血压,根据心内科医生的建议积极治疗高血压,预防并发症。保持良好心情,避免心情波幅太大[5]。健康合理饮食,建议低脂低盐饮食,富含维生素及纤维素清淡易消化的软食。保持大便通畅,避免用力排便而引起再次出血。戒烟戒酒,不剧烈运动,注意休息[6]。由于老年患者记忆力较差,我们制作了鼻出血出院指导手册,增强患者的依从性,提高手术疗效。

(2)添加化学品。碱荒地适宜采用硫酸亚铁和硫酸氢等物质改善。石膏(CaSO4·2H2O)中的Ca2+可以将土壤中的Na+替换,从而降低了土壤碱度,提高了土壤水的渗透性,改善了基质。对于酸性荒地,它们通常是由石灰或碳酸钙中和。重金属氢氧化物的溶解度仅次于硫化物。在土壤中加入石灰能使重金属形成氢氧化物,提高pH值,使钙离子与重金属离子共沉淀,从而有效地降低土壤中重金属的迁移率。此外,由于重金属的隐蔽性、长期性、不可逆性和毒性污染的特点,磷酸盐通常被应用于土壤中,形成不溶性盐,降低大部分重金属的生物利用度。添加化学物质能迅速改善土壤的理化性质,但由于土壤侵蚀或入渗淋滤的影响,容易造成地下水污染。

2.2.3 生物改良 生物改良主要是指利用植物、土壤动物以及微生物等来改良土壤。

2.3.1 植物种类的选择 利用植物修复矿山污染生态的关键,是根据具体的环境条件和需要来选择适宜的植被。在了解矿山污染土壤的特殊性质后,应遵循:生态适应性、抗逆性、生物多样性、相融性、经济适用性等原则来选择植被[10]

(2)动物改良。土壤动物是在土壤中度过全部或部分生命的动物。其种类繁多,数量庞大。其中,蚯蚓在土壤中含量巨大,能与土壤混合,改善土壤结构,提高土壤的渗透性、排水性和持水能力。研究表明,向矿山污染中引入经筛选和驯化后的蚯蚓,它不仅提高了土壤肥力、结构、透水性和通气性,而且丰富了土壤中的铜、铅等重金属元素,达到了可持续利用的目的。但只有在植物改良获得一定成效后实施该法才可获得理想效果。

(3)微生物改良。土壤微生物的种类繁多,数量庞大。它们通过代谢活动,将重金属溶解、转化或固定,减少土壤中有毒有害物质的浓度,可以改善土壤结构,增加土壤活性,提高土壤肥力,促进植物生长。加速改善、缩短修复周期。该法能有效改善矿山污染土壤环境,但其效果较缓慢,常与植物改良结合使用,不适用于极端贫瘠、恶劣的废弃地。此外,还常利用菌根、酶等微生物对废弃地进行改良。微生物能一定程度上改良矿山污染基质,但其改善作用较小,效果十分缓慢,往往需要与植物修复结合使用[9]

2.3 植物修复

植物修复,是指在废弃地上建立适宜、稳定的植物群落,来有效控制废弃地的各种污染,逐渐恢复土地功能,改善受损的生态环境,增加生物多样性,最终使生态系统进入良性循环状态。常用植物修复技术,主要是植物提取和植物稳定性。植物提取是植物富集或超富集重金属的基础。它能将重金属从土壤中转移到植物(茎、叶和地组织)的地上部分,最后在收获后将地上部分浓缩。植物的稳定性是利用重金属耐性植物吸收、积累或迁移到植物的根部,从而固定重金属。

(1)植物改良。它指的是利用一些特殊的植物吸收土壤中的重金属,将土壤中的重金属迁移到地上部分,通过收割植物来减少土壤中的重金属。目前,全球已发现超积累植物500多种。此外,固氮植物在土壤改良中也很常用。豆科植物根瘤菌共生系统是固氮能力最强、固氮能力强、抗逆能力强的24固氮系统之一。植物改良能够降低重金属的迁移扩散,改善废土基质的结构和肥力,减少土壤侵蚀。近年来,科学界开始关注植物抗重金属污染的遗传资源。超浓缩基因到基因工程植物的转移已经开始注意到[8]

人际交往中存在若干心理效应,这些心理效应在课堂教学中会发挥一定的作用,一定程度上影响着思想政治教育的实效性。善于利用心理效应的积极方面,克服其对思想政治教育效果的不良影响,可以起到改善思想政治教育效果的作用。

研究还发现,有一类植物(如节节草Equisetum ramosissimum、狗牙根Cynodondactylon、白茅Imperata cylindrica等),虽然重金属没有富集,但它们耐受性很强,能在重金属含量较高的土壤和水体中生长。其地上部分可保持相对较低的相对重金属浓度,可作为矿山污染植被恢复的先锋植物。

这样的一体化生产似乎可以奏效。价位在700到4500瑞士法郎之间,这家厂商显著增加了机心供应,从两年前的6000枚到如今的22000枚。Vaucher Manufacture生产五大类“VMF”机心。“我们的目标是从现在起5年之后达到35000枚。目前,60%的产品销往帕玛强尼和爱马仕。我们的外部客户包括Harry Winston、Richard Mille和昆仑。”

2.3.2 修复植物处置技术 利用超富集植物修复污染废弃地,将产生大量的重金属富集植物。如果处理不当,重金属元素会释放到环境中,形成两种污染。传统的处理方法有焚烧法、高温分解法、堆肥法、压实填埋法、灰化法和液相萃取法。新的处理方法包括植物冶金、水热改性、生物脱附等28种处理方法。修复植物的处置技术目前尚处于研究阶段,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,在一定程度上阻碍了该技术的工程化应用上[11]

生物体犹如一架精密的仪器,每个生化反应都要经历严谨而复杂的调控过程。在生物进化的历程中,细胞基因组中大约有98%的“垃圾序列”会被“束之高阁”吗?答案显然是否定的,而物尽其用应是其更合理的解释。例如,当下受到研究者广泛关注的长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)就是所谓的“垃圾序列”的一部分,原先被认为是转录过程中产生的“噪音”,现在被证明在生物体中发挥着重要的生物学功能。假基因也不例外,相信在不久的将来,随着分子生物学技术的发展,科研人员必定对假基因有一个全面正确的认识,还假基因本来之真面目。

2.3.3 辅助修复技术 针对矿山污染的特征,在进行植物修复时,还需辅助一些措施,如截排水措施、覆盖等,才能达到最佳的修复效果。

(1)截排水措施。在坡面顶部,坡面排水,有效地消除坡面降雨,减少水土流失,防止径流和汇水对坡面基质和修复初期植物的冲刷,保证坡面基质的长期稳定。

(2)覆盖措施。利用植物种子修复时,植草后,可用于无纺布覆盖,防止雨水冲刷和大风吹蚀,起到保水保温作用,促进种子萌发、生长。

该技术可与周围环境建立一致的植被景观或生态系统,通过观赏价值、生物生产力或自然保护效应创造效益。同时,该技术属于原位修复,因成本低、不造成二次污染而成为国内外研究的热点,将其应用于矿山污染生态修复方面具有广阔前景[13]

2.4 生态景观重建

生态景观重建也是矿山污染生态修复的主要措施之一。矿山关闭后留下的岩石堆、机械设备和采矿留下的典型地貌等,是一些非常重要的资源,具有极高的历史、科研、审美及市场价值。矿区废弃地生态景观建设是在原有景观的基础上,合理开发新的旅游资源,合理规划和设计景观,将自然资源和历史文化资源转化为经济优势,创造经济效益,创造生态效益。主要内容包括:火山口充填整平、裂缝修补、岩桩污染治理、体型修复绿化、坡地整平、坡地绿化、文化景观开挖修复、梯田水利建设。该法主要适用于临近城区或者风景区,人流量较大,有造景需求的矿山污染。根据矿区污染改造后主体的功能不同,大致可分为城市开放空间、矿业遗迹旅游目的地、博物馆等[14]

经 FPD检测器检测,发现样品图谱中分别含有出峰时间相互对应的 3个峰,通过与有机磷类农药标样检测图谱的出峰时间进行比对,确定检出的农药组分分别为敌敌畏、氧化乐果、甲基对硫磷。经ECD检测器检测,发现样品图谱中含有出峰时间相对应的 4个峰,通过与有机氯类农药标样检测图谱的出峰时间进行比对,确定检出的农药组分分别是乙烯菌核利、联苯菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯。

3 讨论

湖南澧州涔槐国家湿地公园周边矿山类型多、治理难度大,“先破坏,后修复”的发展模式使得矿山污染的生态修复任务艰巨、复杂而长远。针对不同类型的矿山污染,应充分了解其地理位置、地形地貌、气象、水文、土壤、生物资源等自然概况,当地的人口、经济、矿产资源产业和社会经济状况,同时,遵循生态学原理,恢复土壤、植被、土壤微生物和动物的综合利用,采取工程措施和生物措施相结合,进行生态恢复,矿山生态环境系统的结构后的合理完整的功能恢复,能保持长期稳定的自然维度。

参考文献

[1]王英辉,陈学军.金属矿山废弃地生态恢复技术[J].金属矿山,2007(6):4-7.

[2]吴和政,郑薇.我国矿山生态环境及生态恢复技术的现状[J].中国地质灾害与防治学报,2007,35(s1):46-47.

[3]谢玲琳,罗伟奇,王群.湖南省矿山生态环境污染防治现状及其恢复治理研究[J].地质科技情报,2005,24(3):89-92.

[4]孟猛,宗美娟.矿山生态恢复原理与技术[J].中国矿业,2010,19(9):60-62.

[5]刘刚,郝名震.废弃矿山喷混植生生态恢复技术初探[J].西部探矿工程,2011,23(2):153-157.

[6]杨韡韡.矿山废弃地生态修复技术与效应研究[D].郑州华北水利水电学院,2012.

[7]李礼,赵庆.矿山污染控制与生态恢复进展研究[J].能源环境保护,2008,22(4):13-15.

[8]陈一佐,胡敏,徐青云,等.矿山生态环境保护及植被恢复技术与方法探讨[J].安徽农学通报,2012,18(15):109-112.

[9]刘立艳.矿山废弃地生态修复技术研究[J].煤炭工程,2012(s2):146-148.

[10]刘刚.废弃矿山生态快速恢复技术[J].上海国土资源,2008(3):16-19.

[11]沈维明,张星辉.浅谈北京市废弃矿山生态修复技术与措施[J].水利水电技术,2011,42(1):24-26.

[12]袁霜.金属矿山废弃地生态恢复技术[J].中小企业管理与科技,2013(5):132-133.

[13]陈宏贵.关于矿山重金属土壤污染修复技术研究[J].科技研究,2014.

[14]罗小燕.矿山土壤环境污染与修复技术研究进展[J].广东化工,2013,40(24):98-99.

[15]关军洪,郝培尧,董丽,等.矿山废弃地生态修复研究进展[J].生态科学,2017,36(2):193-200.

[16]方晓明.矿山生态修复工程及技术措施[J].科技创新与应用,2017(17):144-145.

 
李剑韬,叶汉逵
《湖南林业科技》 2018年第02期
《湖南林业科技》2018年第02期文献

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