2矿区土壤污染调查、修复技术与典型案例分析(南京培训)

矿区土壤污染调查、修复技术与典型案例分析“矿山地质环境恢复治理与土地复垦技术”研修班（南京）主讲：龙健教授电话:[phone]；[e-mail]贵州师范大学2016.9.24内容提纲1.矿区及周边土壤污染、生物多样性和生态修复研究2.冶炼厂对周边环境的影响及其风险评估3.矿区植物－环境修复的重要资源4.典型工业污染场地土壤与地下水修复案例分析5.我国土壤环境保护标准体系建设1.矿区及周边土壤污染、生物多样性和生态修复研究3、矿产资源综合利用率低1949-2000年我国累计堆存的尾矿量50.26亿吨；废石量126.71亿吨；煤矸石35.6亿吨；粉煤灰12.12亿吨（总计224.69亿吨）2、矿产资源总量较大有色金属位居世界第5位；2003年全国矿业产值达7356.82亿元，占全国GDP6.26%1、矿产资源种类多171种矿产，已探明储量为158种，矿产地20多万处，地质勘查25000处，各类矿山145406座，2004年矿石采掘60亿吨，居世界第3位全国1845个矿山矿产资源综合利用率调查结果矿产资源综合利用率%占总矿山的比例%2.5%75%70%2%100%15%矿产资源开发利用造成生态环境的破坏采矿直接破坏面积（km2）106002430森林面积草地面积采矿占用土地面积（km2）1570058600020000400006000080000占用土地破坏土地每年以400km2的破坏速度递增矿区的复垦率仅为10%煤炭资源开采的环境污染现状当前全国煤矿外排矿井水达22亿t，选煤水0.28亿t，其它工业废水0.3亿t，生活污水4亿t；北方矿区平均吨煤破坏地下水资源约l0m3；全国煤炭系统排人大气中的废气估计每年1700亿m3，其中瓦斯每年约60亿m3，烟尘年排放大于3亿t、SO2约3.2亿t；全国煤矿采空塌陷面积超过1050万亩；累计堆放煤矸石30亿t，占地超过15万亩；每年还要以1.5亿t的速度排出，新增占地3000亩；对土壤＼大气＼水体环境和造成污染，危害人体健康。主要污染源生态环境问题工业粉尘、工业废水、矸石堆放及尾矿固废等矿区及周边地区水体、大气、生物及土壤受到严重污染，危及到生态系统的稳定性。有色金属矿产资源开采的环境问题污染物类型主要为多种重金属刘娅菲：江西省优势水稻区域环境质量现状评价与污染防治对策《农业环境与发展》2005（４）35-38年产矿石1.49亿吨，累计废石量12.85亿吨；尾沙11.53亿吨；破坏土地和植被2000km2。矿坑年均排放废水6500万吨，选矿废水11700万吨，酸性废水5900万吨，有42％直接注入江河水库。江西省优势水稻产区土壤环境质量状况主要受制于矿山的开采、冶炼及加工。重污染源为：铜矿、钨矿、钒矿和铅锌矿；主要污染物为Cd（超标64倍）、Cu（5.7倍）、As（3.8倍）和Hg，７县污染源涉及14个乡镇，覆盖30个乡镇，污灌面积达1548km2，乐平和贵溪复合污染面积8000亩论文篇数0102030405060199719981999200020012002200320042005年份“矿区—重金属—土壤污染”研究进展ⅧⅠ.尾矿库中心区Ⅱ.老尾矿堆放区Ⅲ.尾矿库坝梯级区Ⅳ.尾矿库坝边缘区Ⅴ.尾矿库角冲积土覆盖区Ⅵ.离尾矿库300米远荒草区Ⅶ.离尾矿库500米远人工林区Ⅷ.无污染区（对照区）例１：浙江某铅锌银尾矿区取样点位分布图土样编号SoilNo.重金属全量（Totalmetal）有效态重金属含量（Avalaiblemetal）PbZnAgCuCdPbZnAgCuCd11604.091836.4241.9250.9215.2153.55230.461.4016.161.9621399.091565.4532.7139.8311.1152.12281.641.3013.821.2531104.411272.5425.1531.759.7740.21198.411.3110.481.2141061.371015.1624.2726.117.2331.76210.881.4011.571.265714.54923.1417.0319.815.1022.66163.000.531.090.596658.81759.9813.0416.745.7019.64143.800.511.020.467433.94597.809.4411.904.6216.68144.600.460.960.35828.48121.142.136.640.221.0323.680.240.430.02LSD0.053.524.330.090.720.160.250.930.040.060.03浙江某铅锌银尾矿区土壤的重金属含量(mgkg-1)铅锌银尾矿区污染土壤的微生物群落功能多样性变化4aaaaabbbbbcccccddddd02468101214ABCDE处理生物量(g干重/盆)百喜草黑麦草狗芽根苇状羊茅铅锌银尾矿区不同比例尾矿对几种牧草生物量的影响A.100%尾矿，B.75%尾矿+25%对照土壤，C.50%尾矿+50%对照土壤，D.25%尾矿+75%对照土壤，E.0%尾矿（对照土壤）例２：铜矿尾矿库海洲香薷种群生长及分布特征矿区地段SectionsofCuminearea伴生植物群落CompanyplantsQ1主矿体地段，疏松裸土茵陈蒿、荩草、野胡萝卜Q2主矿体地段，斜坡茵陈蒿、荩草、野胡萝卜Q3主矿体地段，矿石堆积茵陈蒿、野胡萝卜Q4矿区废矿渣茵陈蒿、荩草、野胡萝卜Q5矿区废弃地茵陈蒿、荩草Q6尾矿地段茵陈蒿Q7矿体区域外地段无CuZnPbCd0100200300400500600Contentofelements元素含量（mgkg-1）重金属Heavymetal根root茎shoot叶leaf海洲香薷植物不同部位重金属元素含量00.20.40.60.811.2024487296120144168培养时间Cultivatedtime(h)平均吸光值AWCDQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q7铜尾矿区污染土壤的微生物群落功能多样性变化0.000.501.001.502.0024487296120144168平均吸光值(AWCD)（a）0.000.501.001.502.0024487296120144168平均吸光值(AWCD)（b）0.000.501.001.502.0024487296120144168平均吸光值(AWCD)ck黑麦草三叶草黑麦草+三叶草（c）铜尾矿区污染土壤复垦后根际微生物群落功能的变化a、b、c分别代表轻度、中度、重度污染土壤矿区及周边土壤污染发生机制及其生物生态特征；土壤生态修复技术、工程与管理体系已成为矿区土壤环境质量改善、粮食安全生产和生命健康保障的迫切需求；也是国际土壤环境科学技术研究和发展的前沿趋势。中国矿区污染土壤恢复相当缓慢，污染面积仍呈逐年上升态势矿区污染物产生源、形成机制及空间分布？复合污染物mg/kgCu2000Zn3000Pb1000Cd30Ni100AS100酸碱废水、废气、尾矿等？？产生源形成机制点线面分布状况？区域全国矿区污染物的生物生态效应？植物群落生态特征植物种群空间格局、种间关系、影响种群数量变化因素、植物群落演替及植物的污染生态适应土壤生物生态特征微生物区系、代谢活性、群落结构多样性等矿区污染环境的生态修复？植被恢复植物种类选择、重金属耐性植物定植、植物稳定与提取、植物根际微生物生态基质改良表土覆盖、基质改良措施、微生物复垦等综合管理“三废”的排放控制、矿区生态修复法规等管理矿区污染生物生态生态修复主要研究内容矿区及周边土壤环境污染空间特征和形成机制矿区污染土壤－水体－生物生态特征和生物多样性矿区污染土壤的生态风险评估与控制决策支持系统矿区污染土壤的物理化学控制／修复与管理矿区污染土壤的植物稳定控制和植物吸取修复矿区污染土壤的植物一微生物－动物协同与强化修复矿区污染土壤生态工程修复的技术集成、规范及管理修复重建矿区及周边土壤环境质量标准和生物多样性保护策略生态修复研究2.冶炼厂对周边环境的影响及其风险评估2013年全国规模以上黑色和有色金属冶炼厂6738个排放废水近21亿吨，二氧化硫141万吨，固废344万吨，分别占全国工业废水、二氧化硫和固废排放量的9.5％，7.9％和17.7％排放汞、镉、铬、铅、砷等有毒重金属分别达2.3，67，30，337和144吨全国冶炼厂排污情况487个市（县）的降水监测结果显示，出现酸雨的城市265个，占上报城市数的54.4%；年均pH值小于和等于5.6的城市182个，占上报城市数的37.4%。与2012年相比，出现酸雨的城市比例增加4.1个百分点；降水年均pH值小于和等于5.6的城市比例上升了4.7个百分点金属冶炼与加工业在很多地区都是支柱行业，尤其是在落后的地区，河南、四川、安徽等产量大省金属冶炼与加工行业产值占全部工业产值的15％左右，其生产过程造成了严重的生态破坏与环境污染全国冶炼厂排污情况企业总数01002003004005006007008009001000江苏浙江广东辽宁山西上海湖南河南四川贵州山东云南广西湖北内蒙古福建江西安徽甘肃陕西重庆吉林黑龙江宁夏新疆青海海南占全省工业总产值比例05101520253035青海山西内蒙古甘肃江西宁夏云南辽宁贵州四川湖南安徽河南重庆上海江苏广西湖北陕西吉林新疆福建山东浙江广东黑龙江海南废气：SO2，重金属废水：Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等重金属污染物组成废气：其影响范围可达几公里，特殊天气条件下可达几十公里。冶炼厂烟囱排放的颗粒物和废气中仍含有大量的硫和重金属有害元素，这些有害元素随废气通过干湿沉降毒害植物、作物，导致作物减产、品质下降；有害废气经吸入后直接危害人体健康，导致人群慢性中毒疾病冶炼厂污染危害废水：冶炼厂排放的废水污染河渠和农田，导致鱼虾绝迹、农田荒芜，土壤环境质量下降；冶炼厂排放的废渣可污染当地土壤和地表地下水系，造成对生态系统的长期危害.冶炼厂污染危害小冶炼破坏土地，造成作物减产，并对食物链构成威胁冶炼焙烧产生的SO2烟气一般含SO20.6%～1.5%，SO2可直接破坏农作物造成农田减产重金属随干湿沉降进入土壤中，被农作物吸收富集，导致作物减产冶炼厂附近所产大米中含Cd在1～1.2mg/kg之间,(允许标准0.4mg/kg)，个别高达6mg/kg。Pb、Zn大都超标30～42倍，蔬菜中的砷含量平均高出正常值的5倍，其中莴笋、土豆等大多数蔬菜都超过了粮食的允许含砷标准危害农作物的方式湖南水口山附近小镇大气飘尘，一次最高浓度超标456.3倍，日平均超标33.5倍；汞最高浓度超标28.9倍，砷超标179倍，甚至距污染源4000m处生长的苋菜含Cd仍高达6.03mg/kgSO2是金属冶炼对农业赔款的主要原因之一。以水口山矿务局三厂的铅烧结系统为例，为减少低浓度SO2烟气对农业的危害，每年被迫在4～10月间停产，一年内只有半年时间开工，但农业损失赔偿仍高达200多万元危害农作物（冶炼废气）孙华等对江西贵溪冶炼厂周边地区的菜地研究发现，主要作物红薯、辣椒、芋头的砷平均含量均大大超过国家标准中规定的蔬菜中的最高允许残留量的标准，其中辣椒超标最为严重胡宁静等对贵溪冶炼厂周边环境污染的调查发现，20多年以来周边地区一直用冶炼厂废水灌溉，已造成严重的重金属污染，出现“镉米”。冶炼厂附近的土壤污染主要来源于冶炼厂排放的污水，废渣以及粉尘危害农作物（污水）小冶炼产生的健康危害炼砒造成植被破坏郴州炼砷区砷暴露造成的健康危害职业中毒：由于工人长期处在含硫和各种重金属的粉尘、烟尘（铅、锌、砷烟气和汞蒸气等）的恶劣环境中工作，对身体健康造成了极大的危害，各种职业病多有发生居民长期食用含Cd、As、Pb、Zn等重金属元素的粮食及蔬菜时，将会发生贫血症；重金属元素还会阻碍人体骨骼中钙的补给，产生“骨痛病”，严重者可产生周身自然性骨折危害