CN101722177B - 废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法及应用。所述固定方法包括松土挖穴、添加改良剂和肥料均衡穴内土壤、在穴内土壤种植能源林木、在穴表层土上撒播先锋草种子等步骤。本发明利用化学改良剂和肥料对矿山污染土壤种植环境进行改良，然后套种先锋草和速生能源林木等植物，有效固定土壤中的重金属污染等物质，防止其以酸性矿山废水的形式外排到下游地区，造成环境污染和生态破坏。
Description
技术领域
本发明属于资源环境修复技术领域，具体涉及一种土壤中矿山污染源污染物质的固定方法及应用。
背景技术
金属矿区重金属的活化、向外排放和对周边农业土壤的污染主要是由于各种金属硫化物(以黄铁矿为主)氧化所诱发。含金属矿石地层几乎都存在有各种重金属硫化物，进行采矿活动时，如果这些重金属硫化物不被妥善处理，其与空气接触后即可产生氧化作用而生成硫酸。在此环境下形成的土壤称为矿区酸性硫酸盐土。在强酸性条件下，许多重金属元素的溶解度增大而达到或超过毒性浓度水平，而一些营养元素则由于溶解度降低而不能满足植物生长的需要。这通常会引起矿区地表荒芜，水土严重流失，富含重金属元素的酸性矿水污染下游河流。当这些河水被用于农田灌溉时，农业土壤就会被重金属污染。
因此，因矿山污染源导致土壤中的污染物质尤其是酸性矿山重金属对环境的影响越来越受到重视。控制酸性矿水外排和修复已被重金属污染的农业土壤是治理矿区及周边地区土壤重金属污染的两个主要方面。
要从根本上治理酸性矿水外排造成的污染问题，重点应该放在对污染源地的治理，即：(1)抑制污染源土壤、风化物或岩石中金属硫化物的氧化产酸；(2)有效消除土壤中已产生的酸性物质和固定土壤中的游离态重金属；(3)有效控制水土流失，减少外排含重金属矿水和固相悬浮颗粒。
本方法利用化学修复方法治理矿石污染尤其是针对酸性矿水外排造成的污染修复问题，目前，国外主要使用的化学中和介质有：石灰、碳酸钙、碳酸钠、氢氧化钠等，但这些方法普遍存在有效期短、成本高等缺点，不适宜大量长期使用，而本方法改良剂为工业废弃物赤泥，不仅成本低，而且有效期长，可以达到以废治废的目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法，通过营造适宜的土壤条件，在矿区污染源地建造植被覆盖层，标本兼治，控制矿山重金属污染物外排。
本发明的另一个目的是提供所述方法的应用。
本发明的目的通过以下技术方案来予以实现：
提供一种废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法及应用，包括以下步骤：
(1)松土挖穴，将改良剂、肥料和穴内挖松的污染土壤混匀，混合土壤均衡30～40天时间；
(2)在穴内改良土壤中种植能源林木幼株，并在穴表层土上撒播先锋草种子。
步骤(1)所述改良剂采用赤泥；所述穴的规格优选为长60cm×宽60cm×深40cm；应用于上述规格的每一个穴中，改良剂赤泥的用量为2～2.8kg；优选2kg；肥料采用磷肥和复合肥的混合物，用量为磷肥500～550g和复合肥250～280g，优选为磷肥500g和复合肥250g。所述改良剂和营养方案能适合酸性较重的土壤改良，例如pH值小于3的酸性土壤。
穴内土壤均衡30～40天的时间可以确保穴内土壤改良剂起作用，达到化学改良土壤的效果，改良后的土壤适于种植能源林木和先锋草。
步骤(3)所述能源林木优选小桐子、桉树或相思树；所述先锋草优选毛苕子。
先锋草植物可以在矿山污染源土壤表层建立“耗氧层”，阻隔空气中的氧气进入土壤内部，防止其与矿山土壤中的重金属硫化物发生氧化反应，产生可溶性重金属。
本发明松土挖穴后使用改良剂和营养配方将酸性土壤改良后再利用先锋草和能源林木相互搭配，加速矿山荒地的植被修复恢复演化进程，并利用能源林木的大生物量等特征，吸附土壤中剩余的可溶性重金属，从而达到重金属修复固定效果。
本发明方法尤其适用于含有大量金属硫化物堆积酸性矿山污染源土壤的生态恢复。
本发明的有益效果是：
通过对土壤进行适宜的化学改良，提供适宜先锋草和能源林木生长的环境条件，并筛选出具体混种的先锋草和能源林木作物作为改善矿山酸性土壤的极端环境的植物，可有效吸收矿山土壤中的部分可溶性重金属，防止重金属等污染物质溶解到地表径流并随其向外排放，起到植被恢复的作用。
现有技术中虽然有利用赤泥进行土壤改良，但是若只是采用赤泥处理，仅仅能使得重金属暂时吸附住，随着时间推移，裸露的土壤会被雨水冲洗，重金属又会慢慢释放出来，并没有彻底解决重金属污染的问题。而用赤泥处理后的土壤，建造植被覆盖层，能够完全的固定好重金属，使其不会外流造成污染。
本发明工程量少，成本低，操作简单方便，不需要特别专用的设备，见效快。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。
实施例1土壤中矿山污染源污染物质的固定方法试点实验
改土试点试验时间：2006年3月。
造林试验选点：大宝山排土场，矾水坑上方，造林地海拔约780米，表土在采矿过程中全面剥离，仅留母质，多见岩石裸露，土壤酸性重；
土壤酸度：pH值为2.41；
挖穴规格：长60cm×宽60cm×深40cm；
施加土壤化学改良剂用量：赤泥2kg；
施用肥料：磷肥500g+复合肥250g；
造林时间：2006年4月改土30天后，在改土穴内种植桉树(柠檬桉)，并于改土穴表层土上撒播毛苕子种子。
2007年1月5日调查，改土处理部分存活林木102株，总存活率50.1％，全林平均高度89cm，平均地径2.3cm；最优单株高205cm，地径5.4cm。毛苕子在部分种植穴内发芽生长并快速扩展到穴外，呈现良好的生长势头。最优单株毛苕子生长直径为150cm。
测定改土后的土壤pH值6.17。
测定改土后的重金属含量变化：Zn、Cu、Pb、Cd含量由261mg/kg，257mg/kg、188mg/kg和0.22mg/kg降低至203mg/kg、256mg/kg、105mg/kg、0.21mg/kg。
实施例2土壤中矿山污染源污染物质的固定方法试点实验
改土试点试验时间：2006年3月。
造林试验选点：七星墩排土场，矾水坑上方，造林地海拔约520米，表土在采矿过程中全面剥离，仅留母质，多见岩石裸露，土壤酸性重；
土壤酸度：pH值为2.97；
挖穴规格：长60cm×宽60cm×深40cm；
施加土壤化学改良剂用量：赤泥2.5kg；
施用肥料：磷肥550g+复合肥270g；
造林时间：2006年4月(40天)改土平衡后，在改土穴内种植桉树(柠檬桉)，并于改土穴表层土上撒播毛苕子种子。
2007年1月5日调查，改土处理部分存活林木143株，总存活率70.2％，全林平均高度93cm，平均地径2.6cm；最优单株高198cm，地径5.5cm。毛苕子在部分种植穴内发芽生长并快速扩展到穴外，呈现良好的生长势头。最优单株毛苕子生长直径为148cm。
测定改土后的土壤pH值6.23，测定改土后的重金属含量变化：Zn、Cu、Pb、Cd含量由280mg/kg，262mg/kg、176mg/kg和0.22mg/kg降低至196mg/kg、241mg/kg、93mg/kg、0.12mg/kg。
实施例3土壤中矿山污染源污染物质的固定方法试点实验
改土试点试验时间：2006年3月。
造林试验选点：马麻嶂排土场，矾水坑上方，造林地海拔约530米，表土在采矿过程中全面剥离，仅留母质，多见岩石裸露，土壤酸性重；
土壤酸度：pH值为2.86；
挖穴规格：长60cm×宽60cm×深40cm；
施加土壤化学改良剂用量：赤泥2.8kg；
施用肥料：磷肥550g+复合肥300g；
造林时间：2006年4月(35天)改土平衡后，在改土穴内种植桉树(柠檬桉)，并于改土穴表层土上撒播毛苕子种子。
2007年1月5日调查，改土处理部分存活林木139株，总存活率68.5％，全林平均高度96cm，平均地径2.4cm；最优单株高208cm，地径5.2cm。毛苕子在部分种植穴内发芽生长并快速扩展到穴外，呈现良好的生长势头。最优单株毛苕子生长直径为152cm。
测定改土后的土壤pH值6.39，改土后的重金属含量变化：Zn、Cu、Pb、Cd含量由248mg/kg，293mg/kg、201mg/kg和0.45mg/kg降低至187mg/kg、182mg/kg、83mg/kg、0.23mg/kg。
实施例4对比试验
1、单用赤泥改良土壤后种植林木和先锋草后对土壤的改良效果和植物的生长形势；
对比试验时间：2006年3月。
造林试验选点：大宝山排土场，矾水坑上方，造林地海拔约780米，表土在采矿过程中全面剥离，仅留母质，多见岩石裸露，土壤酸度：pH值为2.41；于2006年4月，在改土穴内种植桉树(柠檬桉)，并于改土穴表层土上撒播毛苕子种子。2007年1月5日调查，改土处理部分存活林木46株，总存活率23％，全林平均高度70cm，平均地径1.8cm；最优单株高90cm，地径3.2cm。毛苕子长势不佳。最优单株毛苕子生长直径为62cm。测定土壤pH值2.45，pH值基本没有变化。测定重金属含量变化：Zn、Cu、Pb、Cd含量由261mg/kg，257mg/kg、188mg/kg和0.22mg/kg变至253mg/kg、256mg/kg、176mg/kg、0.21mg/kg。
2、赤泥+肥料+挖穴平衡+种植林木和先锋草
对比试验时间：2006年3月。
造林试验选点：大宝山排土场，矾水坑上方，造林地海拔约780米，表土在采矿过程中全面剥离，仅留母质，多见岩石裸露，土壤酸性重；
土壤酸度：pH值为2.41；
挖穴规格：长60cm×宽60cm×深40cm；
施加土壤化学改良剂用量：赤泥2.5kg；
施用肥料：磷肥550g+复合肥280g；
造林时间：2006年4月改土30天后，在改土穴内种植桉树(柠檬桉)，并于改土穴表层土上撒播毛苕子种子。
2007年1月5日调查，改土处理部分存活林木116株，总存活率58％，全林平均高度91cm，平均地径2.4cm；最优单株高211cm，地径5.7cm。毛苕子在部分种植穴内发芽生长并快速扩展到穴外，呈现良好的生长势头。最优单株毛苕子生长直径为153cm。
测定改土后的土壤pH值6.41，测定改土后的重金属含量变化：Zn、Cu、Pb、Cd含量由261mg/kg，257mg/kg、188mg/kg和0.22mg/kg降低至168mg/kg、193mg/kg、98mg/kg、0.11mg/kg。
本发明通过对土壤进行改良，提供适宜先锋草和能源林木生长的环境条件，并筛选出具体混种的先锋草和能源林木作物作为改善矿山酸性土壤的极端环境的植物，可有效吸收矿山土壤中的部分可溶性重金属，防止重金属等污染物质溶解到地表径流并随其向外排放，起到植被恢复的作用。
Claims (3)
1.一种废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法，其特征在于应用于含有大量金属硫化物堆积酸性矿山矿场污染源土壤的生态恢复，包括以下步骤：
(1)松土挖穴，将改良剂、肥料和穴内挖松的污染土壤混匀，混合土壤均衡30～40天时间；
所述改良剂为赤泥；
(2)在穴内改良土壤中种植能源林木幼株，并在穴表层土上撒播先锋草种子；
所述能源林木为桉树或相思树；所述先锋草为毛苕子。
2.根据权利要求1所述的废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法，其特征在于步骤(1)所述肥料为磷肥和复合肥。
3.根据权利要求1或2所述的废弃矿山矿场污染源土壤中污染物质的固定方法，其特征在于步骤(1)是松土后挖规格为长60cm×宽60cm×深40cm的穴，穴中使用赤泥2kg、磷肥500g和复合肥250g。
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