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矿物硅环境友好材料与硅酸盐调理剂在露天矿山治理及土壤修复中的应用

已有 1527 次阅读 2022-7-7 15:17 |个人分类:环境材料|系统分类:科研笔记

在河南省有色总院地质、测量及水工环专家及项目组的指导下,我院与山东经天矿业共同研发的部分矿山修复技术与矿物硅质保水、土调、作物营养等产品将进入林州市露天矿山综合治理项目。图片

一、土地复垦与土壤地力提升

  挖损、塌陷、压占破坏的土地,需要恢复到可利用的旱地或水浇地。复垦工序分为:表土的采集、储存和复用,岩石的排弃和回填,场地整,铺垫土层,耕作种植。复垦土壤分表土、芯土、底土三个分层共60公分。表土添加矿物硅基有机肥,SiO2含量大于50%,每亩不少于1000KG,加快熟土并增加土壤肥力;芯土添加矿物硅钙土壤调理剂,SiO2含量大于70%,每亩不少于200KG调节土壤PH值,钝化重金属元素;底土添加矿物保水剂,每亩不少于20KG,减少土壤水渗入岩隙,保水保墒保肥。

二、土地复垦的效果

其中,三个治理区修复的可利用土地为旱地,一个治理区修复成水浇地。添加有效矿物硅材料,使土壤的物理化学性质得到改良,改良后的可用地加快成壤速度,缩短植被演替过程,达到当年治理区域复绿的目标。三个治理区修复的可利用土地营造稳定、高生产力的人工林,选用抗旱性、抗寒性、耐贫瘠性、生长发育速度快的乔灌木树,增加成林速度,防止二次土壤侵蚀、岩土风蚀、水蚀等,当年复绿。一个治理区修复成水浇土,当年可种值玉米、花生等耐旱作物,配套建设无负压供水罐一套,铺设供水管,采用喷灌方式。图片

矿山修复即对矿业废弃地污染进行修复,实现对土地资源的再次利用。矿山开采过程中会产生大量非经治理而无法使用的土地,又称矿业废弃地,废弃地存在因生产导致的各种污染。矿业废弃地多以重金属污染和矿山酸性排水污染为主,治理内容以生态修复和污染治理为主。矿山污染修复受地形地貌、气候特征、水文条件、土壤物理化学生物特征、表土条件、潜在污染等因素的制约,因此,修复技术和实施方案的选择需要综合考虑各因素的影响。

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三、矿山开发对生态环境的影响

1.对土地资源的影响

矿山活动,尤其是露天开采,严重破坏了山坡土体结构,加上大型采矿设备的重压导致地面塌陷,土壤裂隙产生。而土壤中的营养元素也随着裂隙、地表径流流入采空区或洼地,造成许多地方土壤养分短缺,土壤承载力下降,造成土地贫瘠、植被破坏,最终导致矿区大面积人工裸地的形成,使水土更易移动,水土流失加剧。矿山固体废渣经雨水冲刷、淋溶,极易将其中的有毒有害成分渗入土壤中,造成土壤的酸碱污染(主要是强酸性污染)、有机毒物污染与重金属污染。而且由于地下采空,影响了山体、斜坡的稳定性,从而导致地面塌陷、开裂、崩塌和滑坡频繁发生,泥石流发生的概率增大。

2.对水资源的影响

矿区塌陷、裂缝与矿井疏干排水,使矿山开采地段的储水构造发生变化,造成地下水位下降,井泉干涸,形成大面积的疏干漏斗;地表径流的变更,使水源枯竭,水利设施丧失原有功能,直接影响农作物耕种。同时,矿山开采过程中产生的矿坑水、废石淋滤水等,一般较少达到工业废水排放标准,严重影响水生生物的生存繁衍与人畜生活饮用。

3.对大气的影响

矿山在生产过程中,产生大量的粉尘和有毒有害气体,特别是在露天煤矿中产生的粉尘、煤矸石的氧化和自燃中放出的大量有毒气体会在干燥气候与大风作用下产生矿尘暴,不仅污染矿区大气,破坏作业环境,损害工人身体健康,而且由于风的流动,也是矿区周围和全球大气的污染源之一。

4.生物多样性损失

植被清除、土壤退化与污染、水土流失、水资源的缺失与污染,对矿区生物多样性的维持都是致命打击,严重威胁了动植物生存,从而对生物多样性造成损害。

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四、生态修复措施

  1.边坡的治理措施
  边坡治理主要工作就是要稳定边坡。该过程的任务是清除危石、降坡削坡,将未形成台阶的悬崖尽量构成水平台阶,把边坡的坡度降到安全角度以下,以消除崩塌隐患。之后就要对已经处理的边坡进行复绿,使其进一步保持稳定。
  2.尾矿的治理措施
  
对占用大量土地的尾矿进行二次开发,加大尾矿的综合利用率;开发用量大、投资少、有销路的尾矿以实现规模经营和多品种开发的资源化、商品化使其变废为宝,真正成为经济商品中的一部分。还要对尾矿坝中的废水进行处理以达到国家标准,实现浮选废水适度净化后全部回用和零排放。对于未处理的采空区、废旧巷道和硐室的矿山,利用井下采空区排放尾矿是一种处置尾矿行之有效的办法。
  3.土壤基层改良
  
矿山开采造成生态破坏的关键是土地退化,也就是土壤因子的改变,即废弃地土壤理化性质变坏、养分丢失及土壤中有毒有害物质的增加。因此,土壤改良是矿山废弃地生态恢复最重要的环节之一。可以采取的措施包括:(1)异地取土措施:在不破坏异地土壤的前提下,取适量土壤,移至矿山受损严重的部位,在土壤上种植植物,通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用对受损土壤进行修复。(2)废弃地改造措施进行表土改造之前,设法灌注泥浆,使其包裹废渣,然后再铺一层粘土压实,造成一个人工隔水层,减少地面水下渗,防止废渣中剧毒元素的释放。(3)土壤增肥改良措施:添加有效物质,使土壤的物理化学性质得到改良,从而缩短植被演替过程,加快矿山废弃地的生态重建。
  4.矿山重金属污染的植物修复
  
重金属耐性植物不仅能耐重金属毒性,还可以适应废弃地的极端贫瘠、土壤结构不良等恶劣环境,部分耐性植物还能富集高浓度的重金属,因而被广泛地用于重金属污染土地的修复。考虑到引种可能会带来的生态问题,且乡土植物对当地气候条件的适应性,立足本地筛选重金属耐性植物十分必要。
  5.矿山水资源的修复
 
 矿山开采中对水的损害分别表现在对地表水和地下水的影响。地表水、地下水的污染可以通过构筑人工湿地,通过耐受植物、微生物的作用对污染物进行去除。还有一方面就是由于过度采水造成的地表水缺乏、地下水水位下降,这就需要通过适当引水,缓解水缺乏压力,构建蓄水系统逐步解决这一问题。
  6.微生物修复措施
  
矿山废弃地的生态恢复,只是土壤、植被的恢复是不够的,还需要恢复废弃地的微生物群落。完善生态系统的功能,才能使恢复后的废弃地生态系统得以自然维持。微生物群落的恢复不仅要恢复该地区原有的群落,还要接种其他微生物,以除去或减少污染物。微生物的接种可考虑以下两种:一是抗污染的菌种,这些细菌有的能把污染物质作为自己的营养物质,把污染物质分解成无污染物质,或者是把高毒物质转化为低毒物质;二是利于植物吸收营养物质的微生物,有些微生物不但能在高污染条件下生存,而且能为植物的生长提供营养物质,固氮、固磷,改善微环境。我国矿山的生态环境破坏比较复杂,要从根本上遏制矿山生态环境进一步恶化,就需要根据我国生态环境建设的实际情况,建立各方面参加的多渠道投入机制,才能推动矿山生态环境恢复治理的开展,防止增加新的污染和破坏,逐步恢复矿山生态环境的良好状态。




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