2礦區(qū)土壤污染調(diào)查、修復(fù)技術(shù)與典型案例分析(南京培訓(xùn))

礦區(qū)土壤污染調(diào)查、修復(fù)技術(shù)與典型案例分析“礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理與土地復(fù)墾技術(shù)”研修班（南京）

主講：龍健教授

電話longjian22@163.com貴州師范大學(xué)

2016.9.24內(nèi)容提綱1.礦區(qū)及周邊土壤污染、生物多樣性和生態(tài)修復(fù)研究2.冶煉廠對周邊環(huán)境的影響及其風(fēng)險(xiǎn)評估3.礦區(qū)植物－環(huán)境修復(fù)的重要資源4.典型工業(yè)污染場地土壤與地下水修復(fù)案例分析5.我國土壤環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)1.礦區(qū)及周邊土壤污染、生物多樣性和生態(tài)修復(fù)研究3、礦產(chǎn)資源綜合利用率低1949-2000年我國累計(jì)堆存的尾礦量50.26億噸；廢石量126.71億噸；煤矸石35.6億噸；粉煤灰12.12億噸（總計(jì)224.69億噸）2、礦產(chǎn)資源總量較大有色金屬位居世界第5位；2003年全國礦業(yè)產(chǎn)值達(dá)7356.82億元，占全國GDP6.26%1、礦產(chǎn)資源種類多

171種礦產(chǎn)，已探明儲(chǔ)量為158種，礦產(chǎn)地20多萬處，地質(zhì)勘查25000處，各類礦山145406座，2004年礦石采掘60億噸，居世界第3位全國1845個(gè)礦山礦產(chǎn)資源綜合利用率調(diào)查結(jié)果礦產(chǎn)資源開發(fā)利用造成生態(tài)環(huán)境的破壞每年以400km2的破壞速度遞增礦區(qū)的復(fù)墾率僅為10%煤炭資源開采的環(huán)境污染現(xiàn)狀當(dāng)前全國煤礦外排礦井水達(dá)22億t，選煤水0.28億t，其它工業(yè)廢水0.3億t，生活污水4億t；北方礦區(qū)平均噸煤破壞地下水資源約l0m3；全國煤炭系統(tǒng)排人大氣中的廢氣估計(jì)每年1700億m3，其中瓦斯每年約60億m3，煙塵年排放大于3億t、SO2約3.2億t；全國煤礦采空塌陷面積超過1050萬畝；累計(jì)堆放煤矸石30億t，占地超過15萬畝；每年還要以1.5億t的速度排出，新增占地3000畝；對土壤＼大氣＼水體環(huán)境和造成污染，危害人體健康。有色金屬礦產(chǎn)資源開采的環(huán)境問題污染物類型主要為多種重金屬劉婭菲：江西省優(yōu)勢水稻區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)與污染防治對策《農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展》2005（４）35-38年產(chǎn)礦石1.49億噸，累計(jì)廢石量12.85億噸；尾沙11.53億噸；破壞土地和植被2000km2。礦坑年均排放廢水6500萬噸，選礦廢水11700萬噸，酸性廢水5900萬噸，有42％直接注入江河水庫。江西省優(yōu)勢水稻產(chǎn)區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況主要受制于礦山的開采、冶煉及加工。重污染源為：銅礦、鎢礦、釩礦和鉛鋅礦；主要污染物為Cd（超標(biāo)64倍）、Cu（5.7倍）、As（3.8倍）和Hg，７縣污染源涉及14個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，覆蓋30個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，污灌面積達(dá)1548km2，樂平和貴溪復(fù)合污染面積8000畝“礦區(qū)—重金屬—土壤污染”研究進(jìn)展例１：浙江某鉛鋅銀尾礦區(qū)取樣點(diǎn)位分布圖浙江某鉛鋅銀尾礦區(qū)土壤的重金屬含量(mgkg-1)鉛鋅銀尾礦區(qū)污染土壤的微生物群落功能多樣性變化4鉛鋅銀尾礦區(qū)不同比例尾礦對幾種牧草生物量的影響A.100%尾礦，B.75%尾礦+25%對照土壤，C.50%尾礦+50%對照土壤，D.25%尾礦+75%對照土壤，E.0%尾礦（對照土壤）例２：銅礦尾礦庫海洲香薷種群生長及分布特征海洲香薷植物不同部位重金屬元素含量銅尾礦區(qū)污染土壤的微生物群落功能多樣性變化銅尾礦區(qū)污染土壤復(fù)墾后根際微生物群落功能的變化a、b、c分別代表輕度、中度、重度污染土壤礦區(qū)及周邊土壤污染發(fā)生機(jī)制及其生物生態(tài)特征；土壤生態(tài)修復(fù)技術(shù)、工程與管理體系已成為礦區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量改善、糧食安全生產(chǎn)和生命健康保障的迫切需求；也是國際土壤環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究和發(fā)展的前沿趨勢。中國礦區(qū)污染土壤恢復(fù)相當(dāng)緩慢，污染面積仍呈逐年上升態(tài)勢礦區(qū)污染物產(chǎn)生源、形成機(jī)制及空間分布？復(fù)合污染物

mg/kgCu>2000Zn>3000Pb>1000Cd>30Ni>100AS>100

酸堿廢水、廢氣、尾礦等？？產(chǎn)生源形成機(jī)制點(diǎn)線面分布狀況？區(qū)域全國礦區(qū)污染物的生物生態(tài)效應(yīng)？植物群落生態(tài)特征植物種群空間格局、種間關(guān)系、影響種群數(shù)量變化因素、植物群落演替及植物的污染生態(tài)適應(yīng)土壤生物生態(tài)特征微生物區(qū)系、代謝活性、群落結(jié)構(gòu)多樣性等礦區(qū)污染環(huán)境的生態(tài)修復(fù)？植被恢復(fù)植物種類選擇、重金屬耐性植物定植、植物穩(wěn)定與提取、植物根際微生物生態(tài)基質(zhì)改良表土覆蓋、基質(zhì)改良措施、微生物復(fù)墾等綜合管理“三廢”的排放控制、礦區(qū)生態(tài)修復(fù)法規(guī)等管理礦區(qū)污染生物生態(tài)生態(tài)修復(fù)主要研究內(nèi)容礦區(qū)及周邊土壤環(huán)境污染空間特征和形成機(jī)制礦區(qū)污染土壤－水體－生物生態(tài)特征和生物多樣性礦區(qū)污染土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估與控制決策支持系統(tǒng)礦區(qū)污染土壤的物理化學(xué)控制／修復(fù)與管理礦區(qū)污染土壤的植物穩(wěn)定控制和植物吸取修復(fù)礦區(qū)污染土壤的植物一微生物－動(dòng)物協(xié)同與強(qiáng)化修復(fù)礦區(qū)污染土壤生態(tài)工程修復(fù)的技術(shù)集成、規(guī)范及管理修復(fù)重建礦區(qū)及周邊土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和生物多樣性保護(hù)策略生態(tài)修復(fù)研究2.冶煉廠對周邊環(huán)境的影響

及其風(fēng)險(xiǎn)評估2013年全國規(guī)模以上黑色和有色金屬冶煉廠6738個(gè)排放廢水近21億噸，二氧化硫141萬噸，固廢344萬噸，分別占全國工業(yè)廢水、二氧化硫和固廢排放量的9.5％，7.9％和17.7％排放汞、鎘、鉻、鉛、砷等有毒重金屬分別達(dá)2.3，67，30，337和144噸全國冶煉廠排污情況487個(gè)市（縣）的降水監(jiān)測結(jié)果顯示，出現(xiàn)酸雨的城市265個(gè)，占上報(bào)城市數(shù)的54.4%；年均pH值小于和等于5.6的城市182個(gè)，占上報(bào)城市數(shù)的37.4%。與2012年相比，出現(xiàn)酸雨的城市比例增加4.1個(gè)百分點(diǎn)；降水年均pH值小于和等于5.6的城市比例上升了4.7個(gè)百分點(diǎn)金屬冶煉與加工業(yè)在很多地區(qū)都是支柱行業(yè)，尤其是在落后的地區(qū)，河南、四川、安徽等產(chǎn)量大省金屬冶煉與加工行業(yè)產(chǎn)值占全部工業(yè)產(chǎn)值的15％左右，其生產(chǎn)過程造成了嚴(yán)重的生態(tài)破壞與環(huán)境污染全國冶煉廠排污情況廢氣：SO2

，重金屬廢水：Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Pb等重金屬污染物組成廢氣：其影響范圍可達(dá)幾公里，特殊天氣條件下可達(dá)幾十公里。冶煉廠煙囪排放的顆粒物和廢氣中仍含有大量的硫和重金屬有害元素，這些有害元素隨廢氣通過干濕沉降毒害植物、作物，導(dǎo)致作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降；有害廢氣經(jīng)吸入后直接危害人體健康，導(dǎo)致人群慢性中毒疾病冶煉廠污染危害廢水：冶煉廠排放的廢水污染河渠和農(nóng)田，導(dǎo)致魚蝦絕跡、農(nóng)田荒蕪，土壤環(huán)境質(zhì)量下降；冶煉廠排放的廢渣可污染當(dāng)?shù)赝寥篮偷乇淼叵滤?，造成對生態(tài)系統(tǒng)的長期危害.冶煉廠污染危害小冶煉破壞土地，造成作物減產(chǎn)，并對食物鏈構(gòu)成威脅冶煉焙燒產(chǎn)生的SO2

煙氣一般含SO20.6%～1.5%，SO2

可直接破壞農(nóng)作物造成農(nóng)田減產(chǎn)重金屬隨干濕沉降進(jìn)入土壤中，被農(nóng)作物吸收富集，導(dǎo)致作物減產(chǎn)冶煉廠附近所產(chǎn)大米中含Cd在1～1.2mg/kg之間,(允許標(biāo)準(zhǔn)0.4mg/kg)，個(gè)別高達(dá)6mg/kg。Pb、Zn大都超標(biāo)30～42倍，蔬菜中的砷含量平均高出正常值的5倍，其中萵筍、土豆等大多數(shù)蔬菜都超過了糧食的允許含砷標(biāo)準(zhǔn)危害農(nóng)作物的方式湖南水口山附近小鎮(zhèn)大氣飄塵，一次最高濃度超標(biāo)456.3倍，日平均超標(biāo)33.5倍；汞最高濃度超標(biāo)28.9倍，砷超標(biāo)179倍，甚至距污染源4000m處生長的莧菜含Cd仍高達(dá)6.03mg/kgSO2是金屬冶煉對農(nóng)業(yè)賠款的主要原因之一。以水口山礦務(wù)局三廠的鉛燒結(jié)系統(tǒng)為例，為減少低濃度SO2

煙氣對農(nóng)業(yè)的危害，每年被迫在4～10月間停產(chǎn)，一年內(nèi)只有半年時(shí)間開工，但農(nóng)業(yè)損失賠償仍高達(dá)200多萬元危害農(nóng)作物（冶煉廢氣）孫華等對江西貴溪冶煉廠周邊地區(qū)的菜地研究發(fā)現(xiàn)，主要作物紅薯、辣椒、芋頭的砷平均含量均大大超過國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的蔬菜中的最高允許殘留量的標(biāo)準(zhǔn)，其中辣椒超標(biāo)最為嚴(yán)重胡寧靜等對貴溪冶煉廠周邊環(huán)境污染的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，20多年以來周邊地區(qū)一直用冶煉廠廢水灌溉，已造成嚴(yán)重的重金屬污染，出現(xiàn)“鎘米”。冶煉廠附近的土壤污染主要來源于冶煉廠排放的污水，廢渣以及粉塵

危害農(nóng)作物（污水）小冶煉產(chǎn)生的健康危害煉砒造成植被破壞郴州煉砷區(qū)

砷暴露造成的健康危害

職業(yè)中毒：由于工人長期處在含硫和各種重金屬的粉塵、煙塵（鉛、鋅、砷煙氣和汞蒸氣等）的惡劣環(huán)境中工作，對身體健康造成了極大的危害，各種職業(yè)病多有發(fā)生居民長期食用含Cd、As、Pb、Zn

等重金屬元素的糧食及蔬菜時(shí)，將會(huì)發(fā)生貧血癥；重金屬元素還會(huì)阻礙人體骨骼中鈣的補(bǔ)給，產(chǎn)生“骨痛病”，嚴(yán)重者可產(chǎn)生周身自然性骨折危害人體健康小麥含砷1.55mg/kg，超標(biāo)1.21倍土壤含砷249?368mg/kg水樣含砷0.12?0.29mg/L，超過飲水標(biāo)準(zhǔn)1.4?4.8倍湖南雄黃礦周邊環(huán)境質(zhì)量（As）

（1976－1978年資料）湖南雄黃礦人群砷中毒情況年份受檢人數(shù)砷中毒例數(shù)砷中毒撿出率（％）197150425250197363629246197568521331197782225531197970320129198177629037.3資料來源：湖南省冶金防護(hù)防治研究所1981年株州冶煉廠周邊監(jiān)測結(jié)果調(diào)查點(diǎn)CuPbZnCdAsHg土壤22.1-61282-4711108-42641.89-60.20.16-6100.033-1.35稻米1.33-6.321.11-107.14-27.60.24-2.600.025-2.010.022-0.047蔬菜2.52-50.862.22-1426.54-2540.067-160.20-5.250.02-0.171魚肉0.32-1.290.87-11.53.09-250.029-0.500.01-1.11塘水0.001-0.0080.003-0.070.065-0.0940.002-0.00360.031-0.168≤0.066塘泥26.9-422151-22478124-27.31.25-43815.2-30300.18-12.4對照點(diǎn)CuPbZnCdAsHg土壤46.7551111.5937.90.22稻米3.6016.10.3000.043蔬菜5.40-11.433.75-11.30.33-1.690.100-0.8500.057魚肉0.40-0.562.81-4.068.01-8.640.200-0.3000.270塘水0.00440.0150.00920.00200.003塘泥29.743.365.623.223.191981－1988年株冶周邊土壤中砷含量變化1960－1995年株冶農(nóng)業(yè)賠償情況株洲冶煉廠對稻米的污染

（周邊糙米的重金屬含量）據(jù)株冶1995年資料株冶周邊蔬菜中重金屬含量測點(diǎn)樣品名稱HgAsCdPb實(shí)測值超標(biāo)倍數(shù)實(shí)測值超標(biāo)倍數(shù)實(shí)測值超標(biāo)倍數(shù)實(shí)測值超標(biāo)倍數(shù)1辣椒0.0463.60.28－0.8816.63.91.02葉菜類0.09087.6914.44.1882.658.729.43辣椒0.0180.80.960.90.6311.66.12.04葉菜類0.44243.24.568.13.156231.614.8據(jù)株冶1995年資料李繼強(qiáng)等對某大型冶煉廠（火法熔煉鉛鋅）周邊地區(qū)25～55歲的常住婦女人群尿鎘檢測表明，無論是幾何均數(shù)還是異常率，污染區(qū)都比對照區(qū)和該污染區(qū)1980年的調(diào)查結(jié)果高；而且高于國內(nèi)其他污染區(qū)，達(dá)到了日本某污染區(qū)治理前的居民尿鎘水平米鎘作為非職業(yè)人群鎘暴露的主要來源，與1980年調(diào)查結(jié)果比較，稻米鎘平均值比增加了1倍多危害人體健康（Cd）郭朝暉等對湖南典型礦冶周邊地區(qū)土壤重金屬污染的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，土壤酸化促使土壤中重金屬形態(tài)向活性形態(tài)轉(zhuǎn)化，土壤重金屬的遷移、滲漏能力和生物活性將明顯增強(qiáng)，南方酸雨地區(qū)的酸沉降會(huì)加強(qiáng)污染土壤中重金屬離子對人體和動(dòng)物的毒害作用.危害人體健康（土壤酸化）鉛可以直接抑制血紅蛋白合成過程中的氨基酮戊酸脫水酶（δ?ALAD）和亞鐵絡(luò)合酶的活性，造成低血紅蛋白性貧血。δ?

ALAD活力一般被認(rèn)為是診斷鉛吸收的靈敏指標(biāo)。蔡原等對某冶煉廠周邊學(xué)校的學(xué)生血鉛含量的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污染區(qū)學(xué)生全血δ?

ALAD活力僅為140.6U/g·Hb，遠(yuǎn)低于正常均值，且低于正常值下限的個(gè)體占41.5％，而對照區(qū)學(xué)生無一人在該限之下。調(diào)查結(jié)果表明，低鉛環(huán)境已對少年兒童體鉛負(fù)荷及身體健康造成不良影響危害人體健康（Pb）工藝水平落后：目前技術(shù)裝備達(dá)到國際先進(jìn)水平的不足20%，眾多小冶煉企業(yè)仍采用土法工藝，浪費(fèi)資源，污染嚴(yán)重規(guī)模?。旱侥壳盀橹?，全國銅鋁加工廠多達(dá)1400多家，5萬噸以上規(guī)模的僅有4家；小規(guī)模的銅、鋁、鉛、鋅冶煉廠多達(dá)幾百家。這些小規(guī)模的加工廠、冶煉廠技術(shù)起點(diǎn)低，裝備落后，生產(chǎn)過程中能耗高，資源利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重污染轉(zhuǎn)移：外商投資，國際污染轉(zhuǎn)移全球金屬需求量持續(xù)增長，鋅近年來需求年增長達(dá)5.4％產(chǎn)生污染的原因污染由發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移2014年3月23日，沈陽冶煉廠3根“百米煙囪”被爆破，宣告東北老工業(yè)城市的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型開始

污染由城市向鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)評估的重要性認(rèn)識(shí)污染物危害開展風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與管理環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中重金屬總量與作物中重金屬含量的關(guān)系土壤酸度與作物產(chǎn)量的關(guān)系重金屬有效態(tài)與作物中重金屬含量的關(guān)系風(fēng)險(xiǎn)評估生物有效性化學(xué)提取法植物指示法體外試驗(yàn)法（invitro)動(dòng)物試驗(yàn)法（invivo）：牛、羊、猴子、豬流行病學(xué)調(diào)查評估程序與方法危害評定暴露評價(jià)劑量－反應(yīng)評定危險(xiǎn)特征分析風(fēng)險(xiǎn)（生態(tài)、健康）商模型（與背景值或標(biāo)準(zhǔn)值對比）土壤動(dòng)物、微生物模型（bioassay）依據(jù)動(dòng)物試驗(yàn)的外推數(shù)學(xué)模型風(fēng)險(xiǎn)評估模型溫室繁殖幼苗采用根箱實(shí)驗(yàn)研究超富集植物根系砷形態(tài)三室根箱土壤溶液抽提裝置根際土根際土溫室利用DGT裝置測定砷的生物有效態(tài)HaoZhangLancasterUniversity合作者RatekineticSoilsolutionLabilepoolIntensityQuantityPlantsremovemetalsfromsoilsSchofield,1955Extractsoilsoln/FIAExchange/extractionproceduresDGTDGT裝置利用DGT測定土壤中有效態(tài)砷%ofmaximumwaterholdingcapacityMetalConcentrationsCdNiDavisonW.,HoodaPandZhangH.2000,Adv.Environ.Res.,3,550-555SimilarforCo,Pb,Cu,ZnDGT-soil-Lepidiumexperimentinonesoil利用分離柱測定土壤中的三、五價(jià)砷風(fēng)險(xiǎn)評估：問題與挑戰(zhàn)目標(biāo)難以確定影響因素復(fù)雜多變對照體系難以確定劑量－反應(yīng)關(guān)系難以建立典型污染區(qū)環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)評估生態(tài)系統(tǒng)敏感材料的選擇（植物、動(dòng)物、微生物）污染元素生物有效態(tài)的測定方法選擇GIS與地統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評估模型的構(gòu)建3.礦區(qū)植物－環(huán)境修復(fù)的重要資源一、礦區(qū)植物的特點(diǎn)二、礦區(qū)植物的功能與作用三、礦區(qū)植物的研究展望一、礦區(qū)植物的特點(diǎn)

生態(tài)學(xué)及遺傳學(xué)特征

植物形態(tài)學(xué)

對重金屬的耐性與吸收性

1.1生態(tài)學(xué)及遺傳學(xué)特征（1)

植物多樣性較低

（2）同種植物較自然狀態(tài)下生物量?。?）植物種群密度高、物種單一（4）不同礦區(qū)優(yōu)勢植物種明顯不同（5）物種多為地理分布區(qū)廣闊種、物種種子多數(shù)且具備有效散布手段（1）礦區(qū)植物多以草本為主，木本為輔；（2）木本植物根據(jù)其大小和生長狀態(tài)又分為喬木、灌木、小灌木、半灌木；草本植物根據(jù)其生活期可又可分為一年生草本、二年生草本、多年生草本。1.2植物形態(tài)學(xué)特征我們對礦區(qū)的實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)中存在的木本植物以小灌木及半灌木居多，灌木次之，喬木極少；草本植物以一年生、二年生植物居多，多年生植物較少。

各礦山的植被覆蓋情況不同，有些礦山植被覆蓋良好，但大多數(shù)礦山因開采、尾礦及其利用等人為活動(dòng)，植被覆蓋情況并不理想，有時(shí)甚至寸草不生。1.3植物對重金屬的耐性與吸收性(1)超積累或富集型：如蜈蜙草、商陸等；(2)

耐受型：金屬主要集中在植物根部，或有部分向地上部運(yùn)輸和貯存而不產(chǎn)生明顯的毒害癥狀。如攀倒甑、木賊、海州香薷等；(3)非耐性或敏感型植物：這類植物在重金屬含量高的礦區(qū)土壤上常生長不良，甚至不能完成整個(gè)生活史，僅見于輕污染區(qū)。二、礦區(qū)植物的功能與作用指示作用

復(fù)墾作用植物修復(fù)作用

2.1指示作用

指示植物：是指那些能反映所生長的環(huán)境中某些元素或物理化學(xué)特性的植物。

海州香薷可以指示銅礦，喇叭茶可指示鈾礦，鉛鋅礦區(qū)東南景天分布較多等指示植物在農(nóng)林、探礦和環(huán)境保護(hù)方面，均有重要作用。2.2水土保持與復(fù)墾礦區(qū)植物的主要作用：(1)增加植被覆蓋度，減緩侵蝕和水土流失；(2)改變下墊面的物質(zhì)、能量循環(huán)，促進(jìn)廢石渣的成土過程。礦區(qū)廢棄地復(fù)墾植物品種的篩選

土壤基質(zhì)的改良（比如有機(jī)添加劑可以幫助先鋒植物的存活和定植）是基礎(chǔ)；

耐受礦區(qū)逆境條件的適宜的植物品種的篩選是復(fù)墾成功的關(guān)鍵。

2.3植物修復(fù)作用植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn):(1)植物修復(fù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜；(2)原位修復(fù)，不需要挖掘、運(yùn)輸和巨大的處理場所；(3)不破壞景觀生態(tài)，能綠化環(huán)境，容易為大眾所接受。植物修復(fù)的局限性及應(yīng)注意的問題:(1)修復(fù)速度慢;(2)受土壤類型、溫度、濕度、營養(yǎng)等環(huán)境條件限制；(3)污染物必須是植物可利用態(tài)且只能處于根系區(qū)域；(4)污染物在植物中累積，可能提高了污染物對野生生物的威脅；(5)用于修復(fù)的植物與當(dāng)?shù)刂参锏母偁帲赡芷茐谋镜氐纳鷳B(tài)平衡。

超積累植物：重金屬元素植物體內(nèi)濃度(mgkg-1干重)Zn10000Cu1000Pb1000Ni1000Co1000Cd100Au1超積累植物（Hyperaccumulator）這一概念最早于1977年新西蘭地質(zhì)學(xué)家Brooks提出，并定義了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)：植物體內(nèi)重金屬含量是正常植物體內(nèi)的100倍左右。

目前全球共發(fā)現(xiàn)超積累植物約500余種，廣布于植物界40多個(gè)科，其中以Ni的超積累植物最多。而這些超積累植物絕大部分是在礦區(qū)被發(fā)現(xiàn)的。蛇紋石（富含Ni、Cr、Co）菱鋅礦（富含Pb,Zn）富硒巖石分化的土壤礦山區(qū)成礦作用帶富含金屬元素巖石風(fēng)化而成土壤富含Cu和Co的土壤超積累植物常見棲息地超積累植物空間分布特點(diǎn):我國超積累植物現(xiàn)狀A(yù)s7Cd4Cu2(?)Mn3Pb5(?)Zn5(?)植物金屬發(fā)現(xiàn)地時(shí)間作者商陸(PhytolaccaacinosaRoxb)Mn湖南錳礦2003陳英旭寶山堇菜(Violabaoshanensis)Cd湖南多金屬礦區(qū)2003束文圣東南景天(SedumalfrediiH.)Zn/Pb浙江鉛鋅礦區(qū)2002楊肖娥蜈蚣草(PterisvittataL.)As湖南雄黃礦區(qū)2002陳同斌大葉井口邊草(PteriscreticaL.)As湖南雄黃礦區(qū)2002陳同斌……………我國發(fā)現(xiàn)的部分超積累植物

此外，我國還出現(xiàn)了許多發(fā)現(xiàn)重金屬的富集植物報(bào)道，如王慶仁等報(bào)道了羽葉鬼針草（BidensmaximowiczianaOett）和酸模（Rumexacetosa）對Pb的富集作用；魏樹和等人通過小區(qū)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的8種疑似Cd的富集植物小白酒花（Conyzacanadensis），歐亞旋覆花（ZnulaBritannica）等等。我國超積累植物發(fā)現(xiàn)較少的原因：超積累植物自身分布的地域性限制導(dǎo)致我國超積累植物資源的稀缺。植物修復(fù)工作在我國起步略晚，工作的開展力度還不夠。國內(nèi)維普數(shù)據(jù)庫中檢索發(fā)現(xiàn)，我國最早于2001年才出現(xiàn)礦山超積累植物發(fā)掘工作的文獻(xiàn)報(bào)道。三、礦區(qū)植物研究展望

加強(qiáng)對礦區(qū)物種資源的保護(hù)；礦區(qū)植物的篩選、馴化；利用礦區(qū)植物進(jìn)行礦區(qū)復(fù)墾和植物修復(fù)工作；建立礦區(qū)植物基因庫并開展相應(yīng)的植物基因工程技術(shù)以改良植物品種及環(huán)境影響評價(jià)等方面的工作。綠色礦業(yè)、綠色修復(fù)！4.典型工業(yè)污染場地土壤與地下水修復(fù)案例分析所修復(fù)的污染場地廢棄的射擊場(Pb)廢棄的蓄電池加工回收場地(Pb)廢棄的木材防腐加工場地(As)廢棄的發(fā)電廠(As)廢棄的電鍍廠(Zn,Cr)工程①：射擊場污染土壤修復(fù)（美國DoD資助）射擊場示意圖實(shí)際射擊場美國每年>100,000噸Pb釋放到射擊場中在不同pH和Eh下Pb的存在形態(tài)pH<6,Pb2+6<pH<8,PbCO3pH>8,Pb3(CO3)2(OH)2SEM掃描電鏡在子彈碎片上發(fā)現(xiàn)PbCO3土壤中存在Pb3(CO3)2(OH)2土壤:~300,000m3Pb:1,000-100,000mg/kg修復(fù)技術(shù):水淋洗/重力分離(Pb~11.7,soil~2.7)土壤中Pb修復(fù)2024/8/16104土壤淋洗全景~4000m3土堤中土壤挖掘分離清洗土壤大顆粒篩分（<2mm）淋洗效果600mg/kgPb有效地下降到USEPA工業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)小體積的的污染土壤修復(fù)污染物與土壤存在較大的密度差（PbvsSoil）3.污染物總量去除4.但產(chǎn)生一定量的廢水技術(shù)特點(diǎn)工程②：蓄電池回收場地污染土壤修復(fù)

（美國EPA資助）污染面積:~3000m2污染物Pb:200-21,000mg/kg修復(fù)技術(shù):磷基材料誘導(dǎo)離子礦化穩(wěn)定化表層0-10cm土壤Pb污染分布等位圖

形成極穩(wěn)定的磷酸鹽沉淀

PbCO3

Ksp=7.4×10-14

PbSO4Ksp=1.6×10-8

PbSKsp=1.3×10-26

Soil-PbKsp=1.0×10-6Pb2+

IMP磷基材料礦化PbPb5(PO4)3OHKsp=8.0×10-79Pb5(PO4)3ClKsp=1.2×10-84土壤中常見的Pb形態(tài)轉(zhuǎn)化后的Pb形態(tài)WelldrillingandplotsettingIntactsoilcolumnAmendmentApplicationDemonstrationplots磷基修復(fù)材料IMP均勻鋪灑磷基修復(fù)材料IMP均勻混合表層0-10cm土壤中SEM圖像及元素點(diǎn)位圖Pb5(PO4)3(OH)

CaPPb極穩(wěn)定Pb5(PO4)3(OH)形成根際土壤SEM圖和元素分布Pb5(PO4)3OHPPb極穩(wěn)定Pb5(PO4)3(OH)形成場地修復(fù)120天后土壤達(dá)標(biāo)5mg/L地下水Pb10μg/Llimit技術(shù)特點(diǎn)原位、快速（<4個(gè)月）成本低、效率高大面積適用污染物：Zn:500-10000mg/kg,Cr(VI):1000-10000mg/kg土壤：~1000m2/4500m2修復(fù)技術(shù)：P+Fe復(fù)合材料誘導(dǎo)離子礦化穩(wěn)定化工程③：某電鍍廠搬遷場地污染土壤修復(fù)

（中國某企業(yè)資助）表層（0-20cm）土壤Cr(VI)污染分布

表層（0-20cm）土壤Zn污染分布

土壤挖掘磷基和鐵基復(fù)合材料IMP+Fe均勻混合TotalCr(VI)XRFmappingHighCrNoCrNormalizedintensityNormalizedbulkCrK-edgeXANESEnergy(eV)596059806000602060406060Cr(VI)Cr(III)14Spot5Spot4Spot3Spot2230Spot1修復(fù)42天后Cr(VI)熒光光譜和XANES分析Zn/Cr穩(wěn)定化機(jī)理ZnPO43-+Fe3+沉淀作用Cr(VI)Cr(III)e/Fe2+還原作用ZnFe4(PO4)3(OH)5TCLP-Zn/Cr(VI)迅速下降TCLP-ZnTCLP-Cr(VI)42天后TCLP評價(jià)修復(fù)效果土樣1土樣2標(biāo)準(zhǔn)處理前處理后處理前處理后mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/LCr(VI)93.50.2582.60.341.5Zn25321.618210.965技術(shù)特點(diǎn)原位、快速（<1個(gè)星期）成本低、效率高大面積適用工程④：木材防腐加工場地污染土壤修復(fù)

（Florida州環(huán)保局資助）土壤：~4000m2As:21-1600mg/kg修復(fù)技術(shù)：植物提取超累積植物Brakefern(PterisVittaL.)地上部分能吸收As達(dá)到2%As污染土壤植物修復(fù)工程0-month4-month6-month2-month修復(fù)兩年土壤As濃度變化土層(cm)平均As濃度(mg/kg)總As下降0-yr1-yr2-yrmg/kg%0-151901821405026%15-3027821215812043%30-601911801692212%2年前2年后兩年后表層土壤（0-15cm）中As分布技術(shù)特點(diǎn)原位、大面積使用可適合于綠化用地但處理速度慢工程⑤：地下水As污染P&T修復(fù)修復(fù)技術(shù)

（Florida州電力公司）處理結(jié)果Eachtank640L32plants25tanks16,000Lwater60天后As下降到3ppb10μg/L技術(shù)特點(diǎn)處理速度快水文、地質(zhì)要求植物養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵常用土壤修復(fù)技術(shù)特征高成本低短工期長植物提取微生物處理化學(xué)處理土壤淋洗熱處理挖掘處理穩(wěn)定鈍化（離子礦化）熱處理、挖掘、淋洗成本高微生物、植物處理工期長化學(xué)處理工期較短、成本低相關(guān)技術(shù)面臨問題1.穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)穩(wěn)定化修復(fù)后評估方法（長期穩(wěn)定性）材料與土壤的混合均勻性土壤濕度、粒徑大小的影響2.植物提取修復(fù)植物對不同自然環(huán)境的適用性植物修復(fù)根部作用容易被忽視植物修復(fù)并非一定成本低Phytoremediationisnotnecessarilycost-effectiveSuccessCost成本預(yù)算（元/m3）換土法原位S/S異位S/S原位化學(xué)淋洗法異位淋洗法植物修復(fù)法800-1000480-700550-8501500-17501700-2000640-800砷污染渣/土安全處理技術(shù)及工程案例研究背景截源、治污、土壤修復(fù)勢在必行2研究思路穩(wěn)定/固定基于風(fēng)險(xiǎn)

高毒性

高溶解度

高遷移性

低毒性

低溶解度

低遷移性重金屬化學(xué)形態(tài)、性質(zhì)渣/土組成、性質(zhì)AsCrCdHgPbZnCuNi淋洗/沖洗

高毒性

高濃度

低毒性

低濃度總量減少3研究思路鈣系物氧化穩(wěn)定/固化As污染渣/土無害化填埋活化分子氧穩(wěn)定零價(jià)鐵鐵系物1硫酸廠含砷污泥穩(wěn)定處理及安全填埋pH：8-12含水率：10-30%總砷：10-65%浸出砷：40-13000mg/L化學(xué)形態(tài)：As(Ⅲ)/As(Ⅴ)總Ca：8-16%總Fe：1-3%硫酸廠廢水亞鐵鹽曝氣電石渣曝氣水回用壓濾污泥處理方案：穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后安全填埋填埋標(biāo)準(zhǔn)：浸出液As濃度＜2.5mg/L技術(shù)難點(diǎn)：三價(jià)砷居多濃度超高、堿性強(qiáng)、處理量大51硫酸廠含砷污泥穩(wěn)定處理及安全填埋樣品處理前穩(wěn)定藥劑-FeSO4·2O7H添加比例-30%60%20%40%pH8.988.516.1712.4312.56As浸出濃度(mg/L)3920334027903.32.5處理后CaO控制參數(shù)：Ca/As

、pH、Eh主要藥劑：鈣鹽、氧化劑、固定劑61硫酸廠含砷污泥穩(wěn)定處理及安全填埋1400120010008006004002004000350300250200150100500-50XRD反應(yīng)后XPSCa5(AsO4)2(AsO3)(OH)·2O4HIntensity反應(yīng)前01020304050607080Angle71硫酸廠含砷污泥穩(wěn)定處理及安全填埋中試研究及工程設(shè)計(jì)藥劑成本：100-400元/噸攪拌設(shè)備：高速破碎混合處理量：5萬噸處理效果：廢渣/土均達(dá)標(biāo)82砷堿渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋工程處理方案：穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后安全填埋，填埋標(biāo)準(zhǔn)：浸出液As濃度＜2.5mg/L技術(shù)難點(diǎn)：濃度高、堿性強(qiáng)、追求低成本pH：8-13含水率：10-30%總砷：0.2-9%浸出砷：70-5000mg/L化學(xué)形態(tài)：AsO43-(Ⅴ)其他主要組分：Na2CO32砷堿渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋工程As-Fe體系A(chǔ)s濃度最低100001000As1001010.1鐵鐵組鈉鐵鐵鐵粉屑鐵氧亞T15亞照化酸化酸鐵TM酸化對硫硝氯硫原硫氯還廢化鈣Fe/As和pH是重要的控制參數(shù)碳酸鹽阻礙難溶砷酸鹽的形成2砷堿渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋工程1412(a)As10864200246810浸提次數(shù)(次)(b)7.27.06.86.6pH6.46.26.05.80246810浸提次數(shù)(次)粒徑和碳酸鹽殘留影響長效穩(wěn)定112砷堿渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋工程工程實(shí)施處理渣/土：5000噸藥劑成本：<100元/噸處理效果：廢渣/土達(dá)標(biāo)填埋，滲濾液及監(jiān)測井水質(zhì)均達(dá)標(biāo)3雄黃礦尾礦渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋砷的形態(tài)：總砷0.07-15%，As4S4（雄黃）、As2S3（雌黃）、As2O3（焙燒渣）、FeAsS（毒砂）、AsO33-（亞砷酸鹽）、AsO43-（砷酸鹽）等總Ca：4-10%;總Fe：2-5%；總Mn：0.02-0.07%；總S：0.5-3%處理方案：穩(wěn)定達(dá)標(biāo)后安全填埋；填埋標(biāo)準(zhǔn)：浸出液As濃度＜2.5mg/L樣品編號(hào)粒徑＜2mm1cm＜2mm1cm砷浸出濃度(mg/L)22.77.72228.7135.1總砷濃度（mg/kg）69503pH7.477.587.567.29含水率（%）4.74.318.316.413砷渣1砷渣21411813雄黃礦尾礦渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋200浸出濃度150100500原始硫酸亞鐵渣鐵鈣鈣渣硫灰粉鋼酸化化石華煤鐵硝氧氯電升粉原還控制參數(shù)：Fe/As

、pH、Eh主要藥劑：鐵鹽、氧化劑、pH調(diào)節(jié)劑143雄黃礦尾礦渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋處理前MgAs(III)As(V)As3dIntensity處理后MgAs(V)140As(III)135130處理前處理后52504846444240浸出濃度B.E.(eV)1251206420達(dá)到危廢填埋標(biāo)準(zhǔn)AsCrCdBaNi153雄黃礦尾礦渣/土穩(wěn)定處理及安全填埋中試設(shè)備及工程設(shè)計(jì)藥劑成本：<100元/噸攪拌設(shè)備：高速破碎混合設(shè)計(jì)處理量：41.7萬噸16啟示和建議

基于風(fēng)險(xiǎn)控制的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)和設(shè)備

基于重金屬形態(tài)和特定場地的風(fēng)險(xiǎn)評估

重金屬污染土壤的現(xiàn)場采樣和監(jiān)測技術(shù)

重金屬污染土壤管理信息化175.我國土壤環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)一、總體思路二、存在問題三、建設(shè)方案內(nèi)容土壤-污染物廢氣顆粒物固廢地下水廢水作物地表水污染預(yù)防污染物風(fēng)險(xiǎn)管控土壤污染“防”與“治”任務(wù)并重兩大任務(wù)保護(hù)優(yōu)先（1）風(fēng)險(xiǎn)管控（10）治理修復(fù)（100）（清潔，輕微）（輕度，中度）（中度，重度）土壤環(huán)境管理策略“分類、分級(jí)、分區(qū)”管理“防、控、治”一體化“水、氣、土”同步治理頂層設(shè)計(jì)，長期規(guī)劃

建立中國特色的土壤污染防治體系（一）土壤環(huán)境管理政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)（二）土壤環(huán)境監(jiān)督管理體制（三）土壤修復(fù)模式與技術(shù)體系（四）土壤修復(fù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（五）土壤污染防治基金土壤環(huán)境保護(hù)法政策\(yùn)制度部門規(guī)章\管理辦法技術(shù)體系(標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則……)土壤環(huán)境政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系我國第一個(gè)自主研制的《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》；推動(dòng)了我國土壤環(huán)境保護(hù)；標(biāo)志著我國當(dāng)時(shí)對土壤環(huán)境問題認(rèn)識(shí)水平和研究成果；構(gòu)建了我國土壤環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系?！锻寥拉h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618-1995）要素內(nèi)容保護(hù)目標(biāo)防止土壤污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障農(nóng)林生產(chǎn)，維護(hù)人體健康適用范圍農(nóng)田、蔬菜地、茶園、果園、牧場、林地、自然保護(hù)區(qū)等分類分級(jí)一類（一級(jí)）：適用于自然保護(hù)區(qū)、集中式生活