煤礦中土壤重金屬污染的生物修復技術研究

柳爭艷

(山西晉新科源環保科技有限公司，山西 太原 030024)

引 言

我國幅員遼闊，蘊含著大量的煤炭資源，使得煤炭資源在我國整個能源結構體系中占據著非常重要的位置[1]。然而煤炭資源在開發利用過程中，不可避免的會對附近土壤造成不同程度的污染，其中重金屬污染問題最為嚴重[2]。不僅對附近的環境造成了嚴重污染，還會直接或間接的對附近居民身體健康構成威脅[3]。隨著我國對生態文明建設重視程度的不斷提升，加大了對煤礦區域土壤重金屬污染問題的治理力度。目前針對煤礦區域土壤重金屬污染問題，可以采用的修復方法主要包括物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術[4-5]。前兩者的修復成本相對較高，后者的修復成本相對較低，且能夠取得較好的修復效果，所以越來越受到人們的關注[6]。本文在分析煤礦土壤重金屬污染問題的基礎上，采用生物修復技術對土壤重金屬污染問題進行修復。

1 煤礦中土壤重金屬污染問題概述

某煤礦上世紀70年代建成，每年的生產能力可以達到200萬t左右。通過煤炭資源的開采，極大的推動了本地區的社會經濟發展，但也給本地區生態環境造成了嚴重破壞。經過多年的煤炭資源開采。使得附近區域中堆積了大量的煤矸石，整個礦區范圍內存在多處地表塌陷，土壤中的重金屬污染問題也比較嚴重。為了改善煤礦區的生態環境，現決定對附近的生態問題進行修復。重點對土壤重金屬污染問題進行研究。

為了對煤礦中土壤重金屬污染問題進行修復，首先需要對土壤中包含的重金屬元素種類、含量大小以及污染程度等進行評價分析。利用地累積指數法對土壤重金屬元素的污染程度進行評價，根據指數(Ⅰ)大小可以將其劃分成為7個等級：Ⅰ≤0→沒有污染，0<Ⅰ≤1→輕-中度污染，1<Ⅰ≤2→中度污染，2<Ⅰ≤3→中-強度污染，3<Ⅰ≤4→強度污染，4<Ⅰ≤5→強-極強度污染，Ⅰ>5→極強度污染。基于專業的重金屬元素檢測技術，對土壤中的重金屬元素種類及其含量進行檢測，并將其與本地區各元素的背景值進行對比，評價結果，如表1所示。

由表1數據可知，土壤中包含的重金屬元素主要有鋅、鉛、銅、鎘、錳、砷，其中鎘元素的污染程度最為嚴重，屬于中-強度污染，其他元素污染程度相對較小，幾乎可以忽略不計。因此，需要對土壤中的鎘元素進行治理，以降低土壤中重金屬元素的含量。

2 生物修復技術的實踐應用研究

2.1 生物修復技術基本概念

生物修復技術指的是通過在已經受到重金屬污染的土壤中添加對應的生物，通過生物的新陳代謝來降低土壤中重金屬的濃度或者抑制重金屬的活性，從而達到降低重金屬對土壤不良影響的目的。生物修復技術還可以進一步劃分為三種方法，分別為生態修復法、微生物修復法和植物修復法。植物修復法的成本相對較低且修復效果較好，具有顯著的優勢，在實際操作時應用較為廣泛。

2.2 植物修復技術的應用

選擇植物修復法對煤礦中土壤重金屬污染問題進行修復。基于上文分析可知，土壤中的鎘元素濃度相對較高，已經達到了中度污染的程度。在選擇植物時需要充分考慮土壤重金屬污染的實際特征，要求選擇的植物能夠對鎘元素有非常好的吸收富集能力。即通過在重金屬污染土壤中種植植物，可以對土壤中的鎘元素進行充分吸收，然后對成長后的植物進行收割與處理，降低土壤中鎘元素的濃度。已有的研究表明，龍葵對鎘元素具有相對較好的吸收富集能力，選擇龍葵這種植物對土壤進行修復。另外，為了提升龍葵在降低土壤中鎘元素濃度方面的效果，在高鎘濃度的培養基中培養得到了抗種菌株，此菌株對鎘元素具有很好的抵抗能力，同時還可以促進植物對重金屬元素的吸收。

為了對比分析生物修復技術在治理土壤重金屬污染中的實踐應用效果，在土壤污染區域隨機畫出三塊區域。第一塊區域在土壤中添加抗種菌株后再種植龍葵種子；第二塊區域土壤中不添加抗種菌株，直接種植龍葵種子；第三塊區域不種植任何植物，作為對照。植物的生長周期為一年，一年后對前兩塊區域中龍葵植物的生長情況進行分析，同時對三塊區域土壤中的重金屬元素及其含量再次進行檢測，并利用地累積指數法對鎘元素的污染程度進行評價，對比生物修復技術的應用效果。

3 生物修復技術的應用效果評價

3.1 抗種菌株對龍葵生長的影響

為了分析抗種菌株對龍葵生長的影響，對前兩塊區域中種植的龍葵植物的發芽率和株高平均值進行統計分析，結果如表2所示。由表2數據可知，即便在土壤中不添加抗種菌株，龍葵的發芽率也可以達到60%，一年生的株高可以達到75 cm左右。說明龍葵這種植物在鎘元素污染的土壤中具有很高的存活率，且生長情況良好。在添加了抗種菌株的土壤中，龍葵的發芽率達到了73%，一年后龍葵的株高有97 cm左右。可見，通過在重金屬污染的土壤中添加抗種菌株，能夠更好地促進龍葵植物的生長。出現這種情況的原因在于細菌屬于微生物，可以更好的促進生物的新陳代謝，從而促進龍葵生長。

表2 抗種菌株對龍葵發芽率和株高的影響對比

3.2 不同區域土壤鎘元素污染程度分析

龍葵植物經過一年時間的生長后，再次對三塊區域中的土壤進行取樣分析，鎘元素的地累積指數及對應的污染等級評價，結果如表3所示。由表3數據可知，在沒有種植任何植物的土壤中鎘元素的地累積指數與之前相比雖有了一定程度的降低，但是降低幅度幾乎可以忽略不計，仍然屬于中-強度污染程度。只種植了龍葵的區域，土壤中鎘元素的地累積指數降低到了1.975 3，添加了抗種菌株再種植龍葵的區域，土壤中鎘元素的地累積指數降低到了1.758 6。與第三塊區域相比較而言，地累積指數分別降低了19.87%和28.66%。可見，通過種植龍葵可以有效降低土壤中的鎘元素濃度，從而降低其污染程度。如果能夠添加抗種菌株，則降低效果更加顯著。表中還顯示了種植龍葵區域土壤中的鎘元素污染程度，依然為中度污染，主要原因在于龍葵的種植時間相對較短，要想徹底消除鎘元素的污染問題，則需要延長種植時間即可。

表3 不同區域土壤鎘元素污染程度對比

4 結語

煤礦資源的開采為社會經濟發展做出非常重要的貢獻，與此同時也嚴重破壞了附近區域的生態環境。通過對煤礦中土壤重金屬元素進行檢測，發現存在鎘元素污染問題，等級為中-強度污染。基于生物修復技術對土壤中鎘元素的污染問題進行修復，主要是在土壤中種植龍葵植物，并在土壤中添加特殊培養的抗種菌株，可以在高鎘環境中存活，以促進龍葵對鎘元素的吸收和植物本身的生長。研究結果發現，通過在鎘元素污染的土壤中種植龍葵能有效降低土壤中鎘元素的濃度，從而控制其污染程度。取得了很好的實際應用效果。