生物修复技术在煤矿土壤重金属污染治理的应用

杜丹丹 王 金

山东省环境保护科学研究设计院有限公司 山东 济南250013

引言

在我国，煤炭资源都是工业全面发展中的主要资源，而我国能源呈现富煤贫油的能源产业结构，决定了煤炭资源在今后相当长的时间内仍会是我国主要能源之一。然而，由于使用长时问、大规模、高强度、粗放式的煤炭开采模式，最终会给开采区的环境资源造成不可逆转的破坏。矿山开发建设要占用土地，矿产资源开发中很难避免把占用的土地全部或部分废弃。尤其是露天煤矿的开采，首先要剥离地表的植被覆盖层和土壤层，采矿结束后，原有的宜耕、宜种、宜林、宜牧的土壤不复存在，造成土壤严重损失。而且，矿山建设过程中产生的废水、粉尘、重金属等对土壤环境也有很大的不利影响。重金属在土壤中的移动性差，难降解，且易在生物体内富集并会通过食物链对人体造成危害。

1 煤矿区重金属污染引起的危害

煤矿周边重金属主要通过粉尘迁移沉降、煤矸石风蚀淋溶以及煤矿区酸性废水外排等方式迁移或富集于土壤造成污染。重金属污染能直接导致土地生态系统退化、农作物减产及严重威胁动植物健康，重金属元素易于在土壤中富集，且其稳定性强、波及范围广，在自然条件下难以降解，富集于土壤中的重金属通过改变土壤理化特性并影响土壤中营养物质直接造成种植的作物品质降低，一些Cu、Cd、As、Pb等重金属超标甚至会引起作物减产或绝收。重金属元素可以被作物吸收，通过食物链进入人体的各种有毒害元素在体内积聚到一定程度能引发中毒，一些严重的重金属污染甚至可以通过放射性衰变产生α、β及γ射线，对肝脏、肾脏及肺脏等器官造成损伤甚至癌变。另外，重金属元素会随着地表蒸发和植物蒸腾作用逸散于大气中，部分会伴随降雨返回地表汇入地表水和地下水，造成水体污染，且随着水流运动蔓延范围极广。重金属污染隐蔽性极高，一般来说不易被肉眼所察觉，一旦引发问题将是较为严重且不可逆的巨大危害，引发严重的土壤、大气及生态功能退化。不仅如此，重金属污染还在一定程度上对土壤中的微生物群落生存环境发生改变，减少生物多样性活力。

2 煤矿土壤重金属污染生物治理

2.1 植物修复法 植物修复法利用特殊植物对土壤重金属进行超富集，降低土壤中的重金属含量。(1)植物提取。利用植物吸收、转运土壤中的重金属并储存在植物体中，经过对植物体的收集处理，可有效减少土壤的重金属含量。例如研究发现，遏蓝菜属植物能有效提取土壤中的锌和镉。Brown等人在研究中发现，遏蓝菜株中的锌含量为33600 mg/kg，镉含量为1140 mg/kg，修复效果显著。(2)利用植物根系改变周围的p H值等微环境条件，改变重金属的形态，使其积累于植物根系，达到清除土壤重金属的作用。植物修复技术相比物理化学方法具有节省资金、美化环境、适用范围广、增强土壤肥力等优点。不足之处在于具有超富集作用的植物种类较少，而且植物生长比较缓慢，修复的速率比较低。科研人员为解决这一问题，积极探究如何将植物修复技术与其他方法相结合，以达到更好的修复效果。例如可以添加螯合剂强化植物的修复能力。曾做过田间试验，探究络合剂EDDS对海州香薷修复土壤的影响，结果表明人为添加EDDS能明显增强海州香薷去除土壤重金属的能力。

2.2 物理化学修复技术 物理化学修复是指不改变土壤的理化特性，而是直接将土壤中重金属的赋存状态进行改变，降低重金属物质在土壤中迁移能力和速率、闭塞或降低其在生物链中的通道，隔离其有毒害物质进入生态循环系统。主要通过客土置换、表土剥离、土壤深耕、化学固化、土壤淋洗及电动修复等方法去除或降低重金属污染物质对土壤产生不良影响的方式。物理修复方法因其操作简单、不会轻易引起其他负面作用被广泛应用于我国土壤修复领域，但适用范围主要在于受重金属污染程度较轻的地区。化学修复方法最常用的是通过固定或钝化重金属的方式降低其污染程度。此外，由于重金属理化性质的特殊性，较多研究通过在土壤中添加改良剂，利用改良剂与重金属发生化学反应生成沉淀物的方式以增强土壤对重金属的吸附沉淀作用。但部分改良剂的添加，会使土壤中某些金属的可提取态含量增加，天然提取高分子化合物改良剂会引起植物中毒等。值得注意的是，物理化学修复能较为有效地对重金属污染面积较小的区域进行土壤修复，污染面积过大，修复成本较高，操作过程中可能会破坏土壤结构，部分沉淀物常年积累于土壤中难以外排，对污染土壤不当的处置容易成为新的环境污染源，另外会引起土壤结构破坏、生物活性下降和肥力退化等问题。

2.3 动物修复法 土壤中的动物能起到降低土壤中重金属含量的作用。例如在考虑蚯蚓耐受性的基础上使其摄食土壤中的重金属，之后便可以通过各种方法清除土壤中的此类蚯蚓，达到清除土壤重金属的目的。蚯蚓的代谢过程也会使重金属发生钝化，降低毒性。动物修复技术方便简单，节约资金，但治理效率低，仅适用于污染较轻的土壤。

结语

越来越严重的重金属污染威胁着社会的可持续发展。虽然目前的修复技术已经广泛应用于各种土壤环境，但是各种技术依然存在着不同的局限，所以大力开发更加高效廉价的新型土壤重金属污染修复技术依然十分必要。除此之外，政府应制定更加严格的管控条例，严查工业排放，督促企业工厂升级设备，控制化学农药使用量，加大土壤保护宣传力度，提高人们保护土壤的意识。