Yonker点将台

针对矿山重金属面源污染的影响以及现有研究工作的不足，永清水务牵头承担了国家重点研发计划项目《重金属废水深度处理与安全利用技术集成示范及转化模式》，并且负责了课题《重金属面源污染生态拦截与修复技术集成与产业化》，湖南农业大学为课题参加单位。本期点将台，讲述重金属面源污染生态拦截与修复技术研究与集成。

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研究背景

水体重金属污染具有毒性大、不易被代谢、容易被生物富集并有生物放大效应的特点，是危害程度十分严重的水污染问题之一。为了治理重金属污染，我国实施了《重金属污染综合防治十二五规划》，总体上取得良好成效。但是近30年涉重金属产业的快速扩张造成重金属污染物排放总量仍处于高位水平，历史遗留重金属污染问题短期解决难度大，涉重金属企业环境安全隐患依然较为突出。

重金属矿山的开采及其产品的利用是重金属污染的重灾区，也是重金属污染的主要源头所在。降雨和融雪产生的矿山面源污染物对于周边地表水、地下水和土壤都会产生严重的污染，而且相对于其他矿山废水，矿山面源污染物的治理程度更低。在治理技术方面，相对于研究相对比较广泛和充分的农业营养物面源污染治理，矿山重金属面源污染治理在机理研究和技术开发方面都存在明显不足。

针对矿山重金属面源污染的影响以及现有研究工作的不足，永清水务有限责任公司牵头承担了国家重点研发计划项目《重金属废水深度处理与安全利用技术集成示范及转化模式》（YFC），并且负责了课题《重金属面源污染生态拦截与修复技术集成与产业化》（YFC），湖南农业大学为课题参加单位。课题主要开展矿山重金属面源污染时空分布特征与输移转化规律的研究，进行物化稳定化与生态拦截技术研发，并且开展技术集成和工程示范。课题研究促进了矿山重金属面源污染控制的技术进步，对于解决矿山行业污染问题，实现行业可持续发展具有重要意义。

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现有研究存在问题及发展趋势

在矿山重金属面源污染治理相关的重金属污染土壤修复、生态拦截与人工湿地处理三个方面均开展了相应的研究工作，并且取得了一定的研究成果，应用于工程实践也取得了一定效果。但是相对于重金属面源污染的特征和治理特点，现有研究成果在关键技术性能、技术集成与工程实践、技术规范等方面尚存在明显不足。

关键治理技术的研究开发需要针对重金属面源的特有规律和要求，在提高技术成效和降低治理成本方面开展进一步的研究。目前研究和应用的土壤钝化剂大多直接利用工农业废弃物，没有经过进一步的加工。钝化剂的粒径、酸碱度、有效成分释放等参数对修复效果会有很大的影响，需要确定最优参数，进而对钝化剂原料进行加工而提高修复效果。同时，矿山重金属污染土壤大多为多种重金属复合污染，因而筛选或制备同时钝化多种污染物的多功能稳定化材料对矿区面源治理具有重要意义。矿山重金属面源污染控制的主要目标是降低污染物向周围环境的迁移，一般情况下并不需要去除土壤中的重金属，因此需要以高效拦截为主要目标，研究“乔-灌-草”植物配置种植模式，而且非食用的能源植物将产生良好的环境效益和经济效益，需要开展进一步的研究。

矿山重金属面源污染具有复合污染的特征，因此需要对物化稳定化、生态拦截与人工湿地等技术进行集成，从而实现重金属面源复合污染的全过程控制，但是目前尚未见到这方面的研究成果。为了建立集成化的技术方案，需要考虑各单项技术在复合污染治理中的作用和效果，单项技术耦合可能产生的相互影响问题也需要开展深入研究，集成技术的成本也是实现技术产业化的重要问题。

在技术规范方面，我国尚没有专门针对矿山重金属面源治理与修复的技术标准，已经建立的相关标准没有针对矿山重金属面源污染特征提出系统性的技术体系，多种技术评价方法在针对性和适用性方面存在明显不足，无法指导建立有效的技术方案。因此，针对矿山重金属面源污染的特点，急需建立集成物化、生态拦截与生态修复技术的重金属面源污染生态拦截与修复技术规范，以填补该领域的技术标准空白。

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主要研究内容、方法和成果

3.1矿山重金属面源的污染特征及环境效应

矿山重金属面源主要来源于地表废弃物、废水排放和大气降尘，其中地表废弃物在降水作用下的淋溶和水土流失是矿山重金属面源污染的主要产生方式。重金属面源污染物在自然环境中的迁移转化主要包括大气污染物迁移转化、地表污染物迁移转化和水体污染物迁移转化三种形式。土壤中重金属的形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态5种形态，前两种形态稳定性差，在中性或酸性环境中容易浸出，而后三种形态稳定性强，不易释放到环境中。本研究采用分布式水文模型SWAT结合重金属面源污染负荷模拟方法，进行了典型区域和流域两种空间尺度的重金属面源模拟分析，验证了该方法对重金属面源模拟的有效性。

Cd、Cu、Pb、As面源负荷空间异质性特征

3.2矿山污染土壤重金属复合型高效阻控材料

针对重金属面源污染场地中含有多种有害重金属元素，传统的治理药剂纯在成本高、修复周期较长、去除效果有限的问题。课题利用天然粘土矿物、和工农业废弃物原料，研制了高效持久、低成本且环境友好的重金属稳定化材料，最终获得了3种稳定可靠的土壤重金属污染修复药剂：建筑废物资源化重金属稳定剂、矿物材料重金属稳定剂以及重金属离子矿化稳定剂，药剂对重金属修复效果高效、稳定，并对植物生长具有积极的作用。矿物材料、建筑垃圾重金属稳定剂对重金属的固化效果明显，能显著降低土壤中重金属的有效态含量；矿山重金属污染离子矿化稳定剂针对矿山重金属污染特点，采用多种矿物质作为原料，可实现重金属离子矿化稳定化，药剂可针对多种重金属实现污染物的长期稳定化，形成一套离子矿化稳定化处理的独特工艺。

不同添加比例水泥渣的复合调理剂对土壤中镉形态的影响

3.3矿山重金属面源污染生态拦截技术

本课题通过本土适生生物物种选育，开展了生物对土壤中重金属吸收、吸附、拮抗能力试验，评估了植物的吸收和拦截能力，筛选了桑树、景天、花生、甜菜和油葵等5种本土重金属高效拦截的植物。研究结果显示，桑树有较好的重金属富集效果，东南景天—花生和红叶甜菜—油葵两种作物模式对轻中度重金属污染土壤修复效果明显。根据典型区域地理特征和污染状况，课题通过资料调研、实验研究建立了“乔—灌—草（农作物）”的优化配置，可以同时发挥植物富集和减少水土流失的作用，有效阻断重金属的迁移。

不同作物品种Cd提取总量（mg/㎡）

3.4重金属面源污染的生态拦截与修复技术集成与示范

基于矿山重金属面源污染强度大、范围广，污染隐蔽、间接危害大，滞后性、不可逆性，治理难度大、费用高的特点，课题进行了物化稳定化、重金属面源污染土壤生态修复的植物筛选和群落构建、重金属水体生态修复的技术集成。课题研究突破了多模式耦合的关键技术，形成了重金属面源污染生态拦截与修复技术集成示范。示范工程采用重金属土壤稳定剂、乔灌草种植体系、生态拦截沟渠、人工湿地等课题研发技术对重金属面源污染进行“源头控制、过程拦截、末端强化”的全过程生态治理。通过集成药剂稳定、植被修复、生态拦截、人工湿地等多项技术构建了以物化稳定和多空间生态拦截耦合模式和技术体系。示范工程监测结果表明，此技术体系可保证可靠的治理效果，同时工程投入和成本相比一般场地治理技术而言有大幅度下降，具有较高的经济效益，具有较高的工程推广应用价值。

工程示范的技术框架

3.5矿山重金属面源污染生态拦截与修复技术规范

基于技术体系研究和工程示范，课题提出以源头阻控为主，以过程拦截、末端强化为辅的污染控制策略，建立了具有适应性管理特征的《矿山重金属面源污染生态拦截与修复技术规范》，并且经过湖南省环境治理行业协会组织的评审，作为团体标准发布实施。技术规范的制定可以有效提高矿山重金属面源治理的科学性、针对性和有效性，对于矿山水污染防治可以发挥技术指导作用，具有重要的环境、经济与社会意义。

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示范工程及主要技术参数

在重金属面源污染生态拦截与修复关键技术研究的基础上，课题选取位于湖南省浏阳市的某硫铁矿废弃露天采矿场进行了工程示范。示范工程面积约为平米，所在区域存在黑土型金银矿露采场地裸露污染场地，污染场地尚未进行处理，存在对水体的污染，特别是遇到降雨，地表产流和土壤渗滤液两部分出水进入水渠，对附近河道产生污染，因此需要对场地的重金属污染进行拦截和修复，逐步恢复场地的生态环境，减少进入周边环境的污染负荷，改善水体和土壤环境质量。

本研究采取“源头控制、过程拦截、末端强化”相结合的原则，包括面源污染物产生过程的控制，污染物迁移过程中的拦截以及末端通过湿地系统进行强化处理等多种方式进行综合治理，实现在示范区范围内面源污染物的控制。

工程示范区技术工艺过程

工程示范区治理前

工程示范区土壤稳定化和生态修复治理后

工程示范区生物滤池拦截面源污染物

工程示范区人工湿地末端强化重金属面源治理效果

示范区各项工程措施实施完成后，采集现场土壤样品进行了浸出实验，同时在现场采集水样，检测面源重金属污染物浓度以及泥沙含量，在此基础上分析工程示范区重金属面源治理的效果。

监测结果显示，在经过重金属离子矿化稳定剂作用后，土壤浸出液中重金属离子含量均有大幅度下降，其中Cd下降89.76%、Cu下降99.7%、Fe下降99.7%、Mn下降91.3%、Pb下降98.7%、Zn下降96.2%。修复后的土壤浸出液重金属浓度基本满足地表IV类标准。生态拦截系统经过一个月的养护后，其出水基本达到了地表水四类标准，同时此过程中水质处于逐步变好的过程。主要污染物锰、铁、铜、锌的消减量均较高，其中锰和铜的削减率最高，特别是6月底的结果显示，大部分污染物的削减率在70%以上，Pb的消减率也到了25%以上。

土壤浸出液污染物浓度及削减率

生态拦截工程污染物消减率

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技术适用范围

重金属面源生态拦截与修复技术体系主要适用于矿山重金属面源污染的生态拦截与修复工程，其他类型的重金属面源污染控制可参照采用其中的单项或几种技术组合。本课题建立的技术标准规定了矿山重金属面源生态拦截与修复工程的基本原则和工作程序、监测与评价、污染评价、方案设计、维护管理等技术要求，可以作为制定技术方案的依据。

文章来源：永清环保

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