煤矿区重金属污染的危害及其治理技术分析

李 洋

（山西大地晋新环境科技研究院有限公司，山西 太原 030006）

引言

现阶段，煤炭资源是世界能源结构体系中占据至关重要地位的关键性因素，并且煤炭资源消耗量正处于持续增长的发展态势。但是，相较于风能、太阳能等新型能源而言，煤炭资源在开发利用环节中很容易对周边环境以及地下水造成不同程度的重金属污染问题。因此，如何利用现代化修复技术有效治理煤矿区重金属污染问题，仍是新时期煤矿开采单位在实际工作中亟待突破的首要研究课题。

1 煤矿区重金属污染危害的相关概述

当前，煤矿区存在的重金属元素往往会通过粉尘沉降、酸性污水未经净化乱排、煤矸石风蚀淋溶等形式，随着地表径流渗透于周边土壤或地下水中，使土壤中的重金属浓度持续增加，进而导致煤矿区周边生态系统日趋退化。与此同时，重金属元素本身具有较强的稳定性，在自然状态下很难得到充分降解，在某种程度上会改变周边土壤的理化特性以及土壤中的微生物群落，极大地降低了土壤中的营养物质，不利于保障农作物的实际产量。另外，煤矿区的重金属元素可以被农作物或动物吸收，并且其浓度会随着食物链持续增加，一旦这类含有有毒元素的物质被人体吸收，轻则会引发一定的中毒现象，重则会直接破坏人的肾脏或肝脏组织，甚至会引发癌症问题。例如，铅元素经食物链进入人体后，将会被肠道所吸收，然后通过血液扩散至全身各器官、各组织乃至骨骼中，使得人体无法及时将铅化合物及时排除，进而诱发轻微中毒问题；镉元素的过量摄入，不仅会引发人体的骨质疏松问题，还会引发水肿及痛风病症；铬元素作为维持人体各项机能的微量元素，若摄入量不足将会引发动脉硬化问题，反之，当摄入量超过人体所需的正常值，又会导致癌症问题。因此，为有效治理煤矿区中的重金属污染问题，要求施工单位必须灵活运用地累积指数法，综合分析煤矿区内包含的重金属元素含量、重金属种类、污染程度等参数，并结合实际考察结果及地累积指数I 大小，将煤矿区内的重金属污染问题划分成7 个等级：即没有污染为I≤0，轻中度污染为0＜I≤1，中度污染为1＜I≤2，中强度污染为2＜I≤3，强度污染为3＜I≤4，强－极强度污染为4＜I≤5，极强度污染为I＞5。在此基础上，借助重金属元素检测技术，对土壤中的重金属含量以及重金属元素种类进行检测、对比和研究，如表1 所示，进而得出有针对性的处理措施[1]。

表1 土壤中重金属元素的地累积指数及其评价结果

2 新时期妥善治理煤矿区重金属污染问题的可行性技术

2.1 物理化学治理技术

新时期，物理化学治理技术是在不改变煤矿区域内土壤理化特性，通过客土置换、土壤淋洗、化学固化、表土剥离、电动修复、土壤深耕等方式（详情如下页图1 所示），直接改变重金属赋存状态，降低金属物质在土壤中的迁移速率与迁移能力，闭塞重金属污染物在生物链中的通道，并隔离有毒重金属物质进入生态循环系统的一种技术手段。这类治理技术在煤矿重金属污染区域的有效运用，可以通过一系列的物理化学反应，增强土壤对重金属污染物的吸附及沉淀作用，妥善处理煤矿区的重金属污染问题。但是，该技术只适用于小范围的重金属污染区域，若将该技术运用于重金属污染面积较大的煤矿区，不仅很难控制修复成本，还可能会对煤矿区的土壤结构造成破坏，进一步增加土壤肥力退化、土壤生物活性下降、结构破坏等安全隐患的发生概率。由此可见，该技术手段有利有弊，需根据煤矿区重金属污染面积大小及实际情况，对其进行灵活选用[2]。

图1 煤矿区重金属污染的物理化学治理流程

2.2 生物治理技术

相较于物理化学治理技术而言，生物治理技术主要是通过运用动物、植物、微生物等有机生命个体而开展重金属污染土壤的修复工作。通常情况下，植物、微生物或植物＋微生物联合是生物治理技术中应用最为广泛的有机生命个体，在具体的治理过程中通过植物根系或其分泌物对煤矿区土壤中的重金属污染物进行吸收、降解、转化和固定。与此同时，植物根系可以将土壤中积累的重金属因素加以吸收，并借助植物叶片本身的呼吸作用将其转化为气体释放到大气中，也可以通过代销作用将重金属元素迁移到植物体内。另外，生物治理技术虽具备实施便捷、投资成本小、环境污染程度较低、治理效果佳等优势，但利用植物治理技术进行重金属污染的修复周期普遍较长，且植物生长很容易受外部环境因素、自然条件等多重因素的限制，导致治理过程中很可能会出现二次污染的情况。而微生物治理技术借助土壤中的藻类、真菌、细菌、蚯蚓等物质，既可以有效弥补植物治理技术的不足之处，又能够通过氧化还原反应、降解沉淀、吸收转化等作用，彻底清除煤矿区土壤中的重金属污染物，因而植物与微生物相结合的生物治理技术，已成为现阶段治理煤矿区重金属污染问题中应用最为广泛的一种绿色环保治理措施[3]。

2.3 生物炭固定治理技术

在煤矿区重金属污染问题的治理过程中，生物炭固定治理技术主要是利用工农林业废弃物在无氧或缺氧条件下热解产生一类高度芳香化且含磷量较高的固体物质，其制备原料来源比较广泛，如动物残体、城市生活垃圾、农作物秸秆、畜禽粪便、工业有机废弃物等。由于生物炭具有孔隙结构发达、比表面积大、含氧官能团丰富、抗氧化能力强、理化性质稳定等特性，可以在实际的应用过程中，通过改变煤矿区土壤的生物、物理和化学性质，如提升有机质含量、控制土壤pH 酸碱度等方法，降低煤矿区重金属元素的浓度及含量，改善土壤微生物群落结构，并为微生物提供优良栖息环境。另外，生物炭治理技术往往具有经济投入低、修复周期短、治理效果显著、无污染等优势，且生物炭中含有大量的磷酸盐、可溶性碳酸盐等成分，可以与煤矿区土壤中的重金属元素发生化学反应，进一步提升煤矿区土壤肥力，妥善处理好日渐严重的重金属污染隐患，确保各项工作得以顺利实施。

3 结语

综上所述，煤矿区重金属污染问题及治理技术分析研究尤为重要，是新时期确保各项煤矿施工作业安全实施的关键所在。因此，煤矿开采单位必须全面了解煤矿区重金属污染问题发生原因，加强对煤炭开采、矿物冶炼、煤矸石堆积外排等方面的监督管控力度，尽可能降低重金属污染问题对大气系统、生物系统、土壤条件、地下水等因素的影响。在具体的治理过程中，根据不同煤矿区的重金属污染现状，灵活运用物理化学治理技术、生物治理技术和生物炭固定治理技术，有效改善煤矿区重金属污染问题，并通过构建完善的预防机制，从根源上缓解重金属污染问题所造成的一系列安全隐患，促使煤矿开采工程取得最大化的综合效益。