多金屬礦山廢棄地污染成因及系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)研究

程 睿

（深圳市如茵生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司，深圳 518057）

我國(guó)金屬類礦產(chǎn)資源大多為多金屬硫化物伴（共）生礦床［1］，所產(chǎn)生的廢石和尾礦中普遍含有硫化礦，如黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）、閃鋅礦（ZnS）、磁黃鐵礦（Fe1-xS）和毒砂（FeAsS2）等。其中，以黃鐵礦最為普遍，幾乎可見于所有地質(zhì)體中［2］。硫化礦長(zhǎng)期暴露于地表，與大氣圈、水圈及微生物圈相互作用會(huì)發(fā)生氧化溶解反應(yīng)而產(chǎn)酸［3］，當(dāng)廢礦產(chǎn)酸潛力（Acid Production Potential，APP）超過(guò)了自身或環(huán)境的酸性中和能力（Acid Neutralization Capacity，ANC）時(shí)，就會(huì)不斷向外部釋放酸性礦山廢水（Acid Mine Drainage，AMD），并溶出多種重金屬形成AMD復(fù)合污染流污染礦區(qū)環(huán)境，威脅下游群眾的生產(chǎn)生活安全。

AMD復(fù)合污染流是全球金屬礦山普遍存在的環(huán)境污染問(wèn)題［4］。目前，公認(rèn)的治理礦區(qū)污染、防止污染擴(kuò)散、美化礦區(qū)環(huán)境的最佳途徑就是重建植被修復(fù)生態(tài)。然而，礦山普遍存在土壤、水利、氣候、地形及AMD污染等［5］眾多環(huán)境限制因子，嚴(yán)重阻礙了植物生長(zhǎng)甚至存活。礦山生態(tài)修復(fù)的綜合性、復(fù)雜性和專業(yè)性，決定了單一的修復(fù)方法或措施難以對(duì)礦區(qū)污染達(dá)到標(biāo)本兼治、長(zhǎng)效修復(fù)的效果。因此，本文通過(guò)探析礦山污染成因，提出了系統(tǒng)修復(fù)的思路和方法，并構(gòu)建了相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)體系和治理模式，為開展同類礦山廢棄地污染防控和生態(tài)修復(fù)實(shí)踐提供借鑒。

1 金屬礦山廢棄地污染成因及影響因素

1.1 AMD污染成因及影響因素

目前，對(duì)于黃鐵礦氧化形成 AMD 的機(jī)理在學(xué)界已基本形成共識(shí)，即AMD是由暴露于潮濕環(huán)境中的黃鐵礦在Fe3+、O2和微生物的共同作用下氧化形成，其主要化學(xué)反應(yīng)公式如下［6-7］：

上述反應(yīng)中，O2和Fe3+是促使黃鐵礦氧化產(chǎn)酸過(guò)程中最重要的2種氧化劑。在酸性反應(yīng)體系中，O2和Fe3+濃度越高，黃鐵礦的氧化溶解反應(yīng)速率則越快［8］。其中，F(xiàn)e3+氧化黃鐵礦的速率不僅比O2高出多個(gè)數(shù)量級(jí)，而且在酸性反應(yīng)介質(zhì)中其氧化活性也高于中性或堿性反應(yīng)介質(zhì)［9］。另外，在上述反應(yīng)中，化能自養(yǎng)細(xì)菌，如Acidithiobacillus ferrooxidans（嗜酸氧化亞鐵硫桿菌）、Leptospirillum ferrooxidans（氧化亞鐵鉤端螺旋菌）等微生物起到催化加速氧化的作用。在反應(yīng)過(guò)程中，微生物通過(guò)分泌含有多種官能團(tuán)的胞外聚合物吸附在礦物表面并破壞黃鐵礦晶格，多種生物酶或代謝產(chǎn)物可直接將FeS2溶解為Fe2+和SO42-來(lái)加速氧化而無(wú)需其他氧化劑［10-11］。此外，微生物還能加快Fe2+被氧化為Fe3+的反應(yīng)速率，通過(guò)維持較高的Fe3+濃度來(lái)間接加速黃鐵礦的氧化［12-13］。因此，大氣、水文、微生物及酸性介質(zhì)等均是促使或加速黃鐵礦氧化產(chǎn)生AMD的環(huán)境誘因，不僅產(chǎn)量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)年甚至數(shù)十年，而且還會(huì)隨礦區(qū)氣候和降雨呈季節(jié)性、周期性波動(dòng)。

此外，根據(jù)對(duì)多個(gè)礦山的長(zhǎng)期跟蹤調(diào)查，在露采采坑裸巖表面及尾砂表層酸性富鐵和富硫酸鹽環(huán)境中廣泛沉積有富含SO42-的水合羥基鐵氧化物（水溶后呈強(qiáng)酸性）。根據(jù)分子軌道理論研究［14］，黃鐵礦中的S22-首先轉(zhuǎn)變成在酸性條件下不穩(wěn)定的S2O32-及其他SnO62-，如反應(yīng)式（4）所示；S2O32-再持續(xù)氧化、水解最終生成SO42-，如反應(yīng)式（5）所示；在弱酸及Thiobacillus ferrooxidans催化氧化等條件下，S2O32-也可經(jīng)歧化反應(yīng)先生成S0和S2O32-并最終被氧化成為SO42-。電化學(xué)理論研究［15］也表明：黃鐵礦氧化過(guò)程中伴隨有S0生成，且隨著電位升高S0會(huì)被氧化成SO42-。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，富SO42-水合羥基鐵氧化物在采坑裸巖上主要沿碎裂的巖縫裂隙沉積聚集，而在尾砂上則主要在干裂的表皮或斷坎面沉積聚集。盡管采坑裸巖和堆積的尾砂質(zhì)地不同，但分析仍可發(fā)現(xiàn)這種富SO42-水合羥基鐵氧化物在采坑裸巖及尾砂沉積聚集現(xiàn)象具有共性特征：一是沉積處一般多為比表面較大的碎裂、松散面，利于接觸空氣、水及微生物繁殖活動(dòng)；二是易受積水或浸水影響但濾水或蒸發(fā)一般較塊，尤其是干濕交替式更有利于富SO42-水合羥基鐵氧化物沉積；三是暴露時(shí)間越長(zhǎng)，環(huán)境酸化越嚴(yán)重，其沉積越廣泛。顯然，松散透水透氣且長(zhǎng)期呈半濕潤(rùn)或干濕交替的酸性環(huán)境更有利于其沉積。

1.2 重金屬?gòu)?fù)合污染成因及影響因素

廢礦物中的重金屬主要通過(guò)溶解、解析和離子交換等作用向環(huán)境釋放和遷移，并與其賦存形態(tài)密切相關(guān)［16］。廢礦中的重金屬主要以無(wú)機(jī)結(jié)合態(tài)賦存其中，具體形態(tài)取決于礦物組分［17］。黃鐵礦氧化過(guò)程中，重金屬（Men+）在黃鐵礦表面也會(huì)與黃鐵礦及其氧化產(chǎn)物之間通過(guò)化學(xué)吸附、置換、表面絡(luò)合、共沉淀等反應(yīng)被活化釋放［18-19］，反應(yīng)式如下：

上述反應(yīng)是水體溶解態(tài)重金屬含量的主要控制因素［20］，受到黃鐵礦及其氧化產(chǎn)物的影響。在AMD酸浸環(huán)境下，附著于礦物顆粒表面或間隙的可溶性重金屬鹽類及其他固態(tài)礦物成分在礦物—水—?dú)狻⑸锏裙餐饔孟拢瑒t主要以可交換態(tài)、氧化態(tài)、硫化物、碳酸鹽結(jié)合態(tài)及氫氧化物等發(fā)生溶解反應(yīng)為主［21-22］，反應(yīng)式如下：

上述反應(yīng)中，酸性介質(zhì)環(huán)境是促使重金屬溶解釋出的必要條件。賦存于礦物中的重金屬釋放過(guò)程大致經(jīng)歷快速釋放和慢速釋放2個(gè)階段［21，23］，其中快速釋放階段主要是礦物表面靜電吸附的可交換態(tài)重金屬離子被H+快速解吸、置換溶出，H+濃度越高則其吸附競(jìng)爭(zhēng)能力越強(qiáng)，即pH值越低則礦物表面的重金屬解吸和溶解作用越強(qiáng)；而慢速釋放階段則主要是礦物內(nèi)部專性吸附的重金屬離子逐步地溶解釋放。在長(zhǎng)期酸蝕作用下，礦物內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定的氧化態(tài)重金屬逐漸被溶蝕并因此導(dǎo)致部分離子吸附點(diǎn)位損失，進(jìn)而促使重金屬緩慢溶解并釋放到AMD中。隨著長(zhǎng)期的氧化淋溶及微生物活動(dòng)等相互作用，更穩(wěn)定的還原態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬也將被緩慢釋放出來(lái)［24］。因此，礦區(qū)重金屬的釋放既有短期的爆發(fā)性，也有長(zhǎng)期的緩釋性。此外，礦物顆粒越細(xì)、比表面積越大、堆積越松散，均會(huì)提高重金屬浸出率［25］。在AMD溶蝕溶解、離子交換及淋濾沖刷等作用下，廢礦中的重金屬被大量活化釋放并發(fā)生遷移，成為礦區(qū)直接也是最主要的污染源頭。同時(shí)，在降雨、風(fēng)力和人為活動(dòng)的持續(xù)作用下，礦區(qū)污染呈現(xiàn)出由點(diǎn)到片、由片到面、由面到域的典型污染特征，逐步向周圍環(huán)境擴(kuò)散。其中，降雨及地下水是形成AMD復(fù)合污染流并促使污染物擴(kuò)散的主要來(lái)源。

1.3 侵蝕性污染成因及影響因素

侵蝕性污染一般包括直接侵蝕和間接侵蝕污染。直接侵蝕污染是指礦區(qū)AMD復(fù)合污染流受外力侵蝕作用向外擴(kuò)散或輸出造成的直接污染，而間接侵蝕污染則是潛在的污染物（廢礦物等）受外力侵蝕作用擴(kuò)散或輸出到原點(diǎn)位以外區(qū)域成為新的潛在污染源，在受到多種環(huán)境因素綜合作用下被逐步活化釋放所造成的。礦山植被覆蓋度普遍較低，存在大面積巖土松散且長(zhǎng)時(shí)間裸露的廢棄地，因原有土地利用方式被改變、功能喪失，導(dǎo)致地表物質(zhì)的可蝕性被人為改變，在多種自然因素的合力作用下極易引發(fā)一系列侵蝕性污染的現(xiàn)象。

由重力、水力及風(fēng)力等外力引起的侵蝕性污染已成為礦區(qū)由片到面甚至域污染的主要誘因之一，而廢礦物的堆積裸露狀態(tài)及其巖土構(gòu)成、質(zhì)地等都是影響地表可蝕性的重要因素。其中，重力侵蝕主要受廢礦物的堆積狀態(tài)影響，如排土場(chǎng)在終了之前持續(xù)處于逐層滾動(dòng)堆排中，堆體結(jié)構(gòu)及地表巖土始終處于動(dòng)態(tài)變化的不穩(wěn)定狀態(tài)，在外力作用下易發(fā)生重力失衡，從而誘發(fā)崩塌、滑坡甚至泥石流等重力侵蝕現(xiàn)象，促使廢礦物向下游環(huán)境擴(kuò)散而擴(kuò)大污染源。水力侵蝕的影響因素一般較多，如復(fù)雜地形條件下松散、裸露及細(xì)軟風(fēng)化狀態(tài)的地表巖土更易受到降水、地表及地下徑流等水力侵蝕。尤其在暴雨季節(jié)，廢礦渣常以泥石流的形式被裹挾向下游流失并沿途沉積成為新的污染源。由水力侵蝕形成的污染在礦區(qū)最為嚴(yán)重，并隨當(dāng)?shù)亟涤瓿尸F(xiàn)季節(jié)性和年際變化。風(fēng)力侵蝕易受地形地貌、巖土質(zhì)地及風(fēng)化崩解程度等因素的影響，如長(zhǎng)期裸露會(huì)加速地表巖土風(fēng)化崩解，在受到高速風(fēng)力沖擊時(shí)極易出現(xiàn)長(zhǎng)距離的躍移，遇地形突變風(fēng)速還易切變形成渦旋，局部發(fā)生揚(yáng)塵、沙暴等現(xiàn)象。這種長(zhǎng)年累月因風(fēng)力侵蝕對(duì)礦區(qū)及周邊環(huán)境造成的污染，其距離更遠(yuǎn)、范圍更廣。此外，作為地上植被自然更新和恢復(fù)的重要“種源”的土壤種子庫(kù)，也會(huì)因?yàn)橥寥狼治g而加速流失并導(dǎo)致種子活性下降，阻礙植被的自然恢復(fù)［26］。

2 礦區(qū)廢棄地污染系統(tǒng)修復(fù)總體思路及原理

2.1 源頭治理以消除污染誘因

含硫廢礦渣及裸露面是礦區(qū)主要的潛在污染源，而降雨、大氣、微生物等外部環(huán)境因素是促使硫礦物氧化產(chǎn)生AMD及其酸浸作用的內(nèi)在誘因，其中AMD是礦區(qū)復(fù)合污染流的主要載體，而水力、風(fēng)力等外力因素則是造成直接和間接侵蝕污染的誘因，并與巖土松散、地表裸露及地形條件等密切相關(guān)。因此，礦區(qū)污染治理既要治理污染表征，更要消除污染誘因。污染表征治理主要是對(duì)AMD復(fù)合污染流集中收集，統(tǒng)一處理，將其有效控制在礦區(qū)內(nèi)特定點(diǎn)或片范圍內(nèi)，就地解決污染隱患，防止風(fēng)險(xiǎn)外溢。污染誘因治理則通過(guò)消除誘發(fā)污染的外部環(huán)境因素，從源頭上阻止污染產(chǎn)生，確保潛在的污染物就地、穩(wěn)定、持久的“封存”。

目前，國(guó)內(nèi)外治理AMD復(fù)合污染流的技術(shù)較多，包括沉淀法、氧化還原法、電解法、離子交換法、溶劑萃取法、生物法等［27］，通過(guò)嚴(yán)格的清污分流、分級(jí)攔截、分類收集后，根據(jù)AMD污染特征對(duì)其進(jìn)行合理調(diào)控、分質(zhì)處理或回收利用。將AMD復(fù)合污染流就地解決對(duì)消減礦區(qū)污染尤其是污染直接擴(kuò)散具有重要意義，但并不能從根本上解決礦區(qū)污染持續(xù)產(chǎn)生及侵蝕性污染造成的污染直接或間接擴(kuò)散問(wèn)題，也無(wú)益于損毀的礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重建及土壤系統(tǒng)自凈功能的恢復(fù)。想要杜絕礦區(qū)AMD復(fù)合污染流的產(chǎn)生，堅(jiān)持源頭治理，消除污染誘因才是根本之策。

2.2 生物協(xié)同修復(fù)礦區(qū)污染

從源頭消除誘發(fā)污染的外部環(huán)境因素，首要的就是阻斷大氣，防止礦區(qū)裸露面的地表硫礦物觸氧發(fā)生氧化；其次是抑制釋酸微生物活動(dòng)或消除其生存條件，抑制嗜酸微生物催化產(chǎn)酸反應(yīng)；第三是分流調(diào)控，阻斷降水、地下水等對(duì)廢礦堆的水浸作用；第四是改變地表土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，降低裸露面土壤的可侵蝕性。盡管覆蓋復(fù)合土或其他土工材料能顯著降低廢石堆中的氧氣濃度，或使用表面活性劑、殺菌劑能抑制廢石堆中的嗜酸微生物，并促進(jìn)厭氧菌繁殖，均能有效減緩硫礦物的氧化速度［27］，但都是短期性強(qiáng)化或輔助性治理技術(shù)，其可持續(xù)性差。

研究實(shí)踐表明，消除污染誘因的根本技術(shù)策略在于生物協(xié)同修復(fù)，即短期立足于恢復(fù)植被，長(zhǎng)效著眼于生態(tài)系統(tǒng)重建。植被冠層、根系層與表土腐植質(zhì)層不僅能顯著改善地表可侵蝕性，還能在地表形成天然的生物耗氧屏障以阻斷硫礦物與氧氣接觸，并能重構(gòu)健康的土壤微生物生態(tài)環(huán)境，抑制嗜酸微生物活動(dòng)，具有永久抑制硫礦物持續(xù)氧化釋酸、根治礦區(qū)污染的優(yōu)勢(shì)。群落結(jié)構(gòu)合理的植被群落系統(tǒng)作為礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能固土護(hù)坡、抗擊侵蝕、涵養(yǎng)水源、保育土壤，還能促進(jìn)以土壤—微生物—植被為核心的生態(tài)系統(tǒng)正向演替，增強(qiáng)土壤系統(tǒng)的自凈化、自維持能力，發(fā)揮生物協(xié)同修復(fù)土壤污染的優(yōu)勢(shì)。因此，恢復(fù)植被、修復(fù)生態(tài)、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能，才是消除污染誘因的長(zhǎng)久之計(jì)，根治持續(xù)污染的長(zhǎng)效之策。

2.3 多技術(shù)聯(lián)合重構(gòu)土壤環(huán)境

阻礙礦區(qū)污染廢棄地植被恢復(fù)的主要限制因素除了土壤理化性質(zhì)差、養(yǎng)分極度貧瘠外，最主要的限制因素就是對(duì)土壤生態(tài)功能破壞最為嚴(yán)重的極端酸化及重金屬污染。此類污染一般分為現(xiàn)存污染和潛在污染，其中現(xiàn)存污染主要是以極端酸化和重金屬污染構(gòu)成的存量污染，而潛在污染則主要是因暴露的硫礦物持續(xù)氧化釋酸可能引發(fā)的增量污染。存量污染往往是礦區(qū)植被恢復(fù)成功與否的短期決定因素，而增量污染則是植被恢復(fù)能否持久的決定因素。

修復(fù)存量污染需要結(jié)合必要的物理、化學(xué)、微生物、農(nóng)藝等多種措施，聯(lián)合對(duì)污染土壤進(jìn)行原位修復(fù)，改善土壤理化性質(zhì)。而遏制增量污染還應(yīng)提高土壤ANC、降低APP，改善土壤生物學(xué)特性，提高土壤環(huán)境容量（Soil Environmental Capacity，SEC），同時(shí)快速恢復(fù)植被群落系統(tǒng)，完善土壤—微生物—植被為核心的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)正向演替，確保在SEC接近極限前恢復(fù)土壤自凈功能。因此，確保礦區(qū)植被成功恢復(fù)的先決條件之一就是通過(guò)多技術(shù)聯(lián)合，修復(fù)存量污染，有效遏制增量污染，重構(gòu)土壤環(huán)境，盡可能為植物生長(zhǎng)提供一個(gè)健康、穩(wěn)定的土壤條件。

2.4 工程措施為先創(chuàng)造立地條件

生物協(xié)同修復(fù)是以礦區(qū)土壤環(huán)境重構(gòu)為基礎(chǔ)，以植被群落系統(tǒng)恢復(fù)為核心。但穩(wěn)固的地形是固土保水、恢復(fù)植被的前提，能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供穩(wěn)定的立地條件。礦區(qū)廢棄地立地條件差，原有地貌景觀支離破碎，地形復(fù)雜起伏不定，地表粗糙結(jié)構(gòu)松散，而且地勢(shì)高程空間變異大，極易引發(fā)侵蝕性或突變性地質(zhì)災(zāi)害。因此，地表穩(wěn)定處理及防護(hù)工程等也是植被恢復(fù)的重要組成部分。影響礦區(qū)地表侵蝕性和地形突變性的主要因素有降雨、植被、地形、土壤、水土保持措施等。其中，降雨作為引起土壤侵蝕的動(dòng)力，主要以背景影響因子服從于礦區(qū)氣象規(guī)律，本身并不受人為活動(dòng)影響，而植被、土壤、地形、水土保持措施等關(guān)鍵因子則均可受人為活動(dòng)影響。

植被因子與其覆蓋度、群落結(jié)構(gòu)及多樣性等密切相關(guān)，一般多樣性高的喬灌草立體型植被群落對(duì)土壤侵蝕的抑制作用最好［28］。土壤因子則與土壤整體狀態(tài)、理化性狀、有機(jī)質(zhì)含量等關(guān)系密切；地形因子由坡長(zhǎng)和坡度構(gòu)成，不僅影響降雨的再分配過(guò)程和雨滴動(dòng)能，而且坡長(zhǎng)越大、坡度越陡，抗侵蝕能力越差；水保措施因子主要包括清污分流、攔土圍堰、截排水工程等措施，對(duì)抑制水土侵蝕同樣具有重要作用。因此，重構(gòu)土壤環(huán)境、恢復(fù)植被群落系統(tǒng)既是生物協(xié)同修復(fù)礦區(qū)污染的重要內(nèi)容，也是改善礦區(qū)地表侵蝕和地形突變條件，防止地質(zhì)災(zāi)害的重要生物措施，但僅靠人工介入改良土壤、增加植被等單純生物措施顯然不夠，還要借助工程措施修復(fù)地形地貌，穩(wěn)固地表，改善立地條件，同時(shí)完善截排水網(wǎng)絡(luò)及攔蓄圍堰設(shè)施。尤其在植被恢復(fù)初期植被覆蓋率低，根系固土能力差，重塑地形、圍堰防護(hù)、攔蓄分流及穩(wěn)定地表等工程措施必不可少。開展礦區(qū)污染系統(tǒng)修復(fù)，應(yīng)以生物協(xié)同修復(fù)措施為要，地表穩(wěn)定及防護(hù)工程措施為先，兩者相輔相成，才能在礦區(qū)廢棄地上創(chuàng)造穩(wěn)定的立地條件。

3 礦區(qū)廢棄地污染系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)

3.1 地形地貌修復(fù)技術(shù)

礦區(qū)廢棄地主要包括排土場(chǎng)、采坑邊坡、尾砂庫(kù)等。其中，排土場(chǎng)基本地貌單元由平臺(tái)—邊坡構(gòu)成，平臺(tái)受機(jī)械車輛反復(fù)碾壓，基礎(chǔ)致密但沉降不均，極易產(chǎn)流匯流，并造成水流分異，在坡面形成大量“V”形侵溝，加之地形復(fù)雜，坡面陡峭，地表結(jié)構(gòu)松散，加劇水力侵蝕，使侵溝深可達(dá)數(shù)米，寬可達(dá)十?dāng)?shù)米，仍有持續(xù)加寬、加深趨勢(shì)。而采坑邊坡基巖裸露，幾無(wú)土壤侵蝕，但邊坡高陡，地質(zhì)復(fù)雜，長(zhǎng)期受采礦爆破震動(dòng)影響，巖體結(jié)構(gòu)碎裂，裂隙發(fā)育，加之風(fēng)化、水蝕尤其是酸蝕等環(huán)境因素加速了巖體風(fēng)化崩解，邊坡危巖聳立，巖體存在變形崩塌的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，尾礦庫(kù)多由攔阻壩和山谷地形圍合而成，庫(kù)區(qū)由尾砂礦漿在水力沖擊下沉積而成，沉積灘整體較為平緩，閉庫(kù)后庫(kù)區(qū)積水會(huì)逐漸排干。但由粗尾砂自然堆積而成的子壩和干灘壩壩體，相比排土場(chǎng)，邊坡更易受到水力侵蝕，進(jìn)而造成潰壩的風(fēng)險(xiǎn)。

修復(fù)地形地貌是抗擊侵蝕、穩(wěn)固邊坡、防止次生災(zāi)害的關(guān)鍵，其技術(shù)主要包括場(chǎng)地回填平整、生態(tài)圍堰、工程加固等（表1）。（1）回填平整技術(shù)是修復(fù)排土場(chǎng)、強(qiáng)風(fēng)化失穩(wěn)邊坡及尾砂庫(kù)區(qū)地形地貌的常用技術(shù)。一是對(duì)坡度過(guò)大或存在失穩(wěn)隱患的邊坡進(jìn)行適當(dāng)?shù)南髌滦遁d，降低坡比；二是自上而下刷坡平整坡面，抬高或統(tǒng)一侵蝕基準(zhǔn)面，防止溝底下切，對(duì)超長(zhǎng)坡面構(gòu)筑緩沖平臺(tái)或馬道分割坡面；三是修整平臺(tái)地形，構(gòu)筑攔水梗防止侵蝕溝頭前進(jìn)，并預(yù)設(shè)2%排水坡度指向截排水溝以利排水。回填平整技術(shù)基于依山就勢(shì)原則，采用機(jī)械挖高填溝，平整場(chǎng)地，達(dá)到重塑地形地貌，維護(hù)地表穩(wěn)定，消除安全隱患的目的。（2）生態(tài)圍堰技術(shù)是用于邊坡坡腳、臨時(shí)填方坡面或復(fù)雜地形條件加固防護(hù)和微地形營(yíng)造的一種非常有效的柔性防護(hù)技術(shù)，主要是利于生態(tài)袋、土埂、竹柵、抗滑木樁等生態(tài)化措施重塑地形。如生態(tài)袋常用于對(duì)不穩(wěn)定坡腳進(jìn)行加固，或配合地形條件用于構(gòu)筑生態(tài)型攔土壩，而竹柵、生態(tài)袋還可結(jié)合抗滑木樁對(duì)臨時(shí)填方坡面進(jìn)行階梯式加固或用于攔土圍堰等。（3）工程加固技術(shù)包括各種抗滑樁、漿砌石骨架、格構(gòu)梁、錨桿或錨索框架梁，以及擋土墻、主被動(dòng)型柔性防護(hù)網(wǎng)等，主要用于失穩(wěn)邊坡深、淺層防護(hù)加固，防止滑坡等次生災(zāi)害，或?qū)τ袧L石、滑塌風(fēng)險(xiǎn)的邊坡進(jìn)行攔擋。

表1 金屬礦山廢棄地污染系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)

3.2 清污分流式截排水技術(shù)

水文及水動(dòng)力是礦區(qū)水土侵蝕、污染擴(kuò)散的最主要外力。因此，根據(jù)礦區(qū)地形地貌和徑流分布特征，梳理水系、消減徑流及攔蓄分流是防止水土侵蝕、污染擴(kuò)散的關(guān)鍵。梳理水系，首先要詳盡調(diào)查礦區(qū)小流域徑流水系、科學(xué)劃分降水匯水面，精準(zhǔn)計(jì)算地表徑流量，合理設(shè)計(jì)洪峰流量；其次，結(jié)合地形地貌重塑過(guò)程，因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)，合理有序布設(shè)清污分流式截排水及攔蓄分流設(shè)施；最后，結(jié)合地勢(shì)高差，自上而下逐級(jí)構(gòu)筑縱橫向截排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，分級(jí)攔截。截排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般由沿坡頂大平臺(tái)外側(cè)與各級(jí)坡面平臺(tái)內(nèi)側(cè)構(gòu)筑的橫向截排水溝、攔水埂，各級(jí)坡面縱向構(gòu)筑的梯形跌水溝、急流槽，以及坡腳構(gòu)筑的消能池、沉砂池等組成，逐層有序截排水，合理調(diào)洪分流，梯次消能沉砂。

3.3 土壤環(huán)境重構(gòu)/重建技術(shù)

3.3.1 原位生物基質(zhì)綜合改良技術(shù) 重構(gòu)土壤環(huán)境既是修復(fù)礦區(qū)排土場(chǎng)及尾砂庫(kù)污染的重要環(huán)節(jié)，又是植被恢復(fù)成功與否的決定性因素。由于礦區(qū)土壤環(huán)境的復(fù)雜性和污染的極端性，單一的物理、化學(xué)、植物及微生物等方法難以達(dá)到理想的修復(fù)效果。因此，將多種修復(fù)改良技術(shù)合理集成，形成系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)體系，通過(guò)協(xié)同或聯(lián)合作用才能重構(gòu)土壤環(huán)境。首先，需要采用化學(xué)中和法調(diào)節(jié)土壤pH值：主要是利用石灰、碳酸鹽巖等堿性物質(zhì)原位中和土壤酸性，抑制嗜酸微生物活性，控制AMD的產(chǎn)生，同時(shí)鈍化重金屬離子，抑制礦物氧化溶出［29］。其次，采用原位基質(zhì)改良改善土壤理化性質(zhì)：基質(zhì)包括雞糞/豬糞發(fā)酵有機(jī)肥及谷糠等，不僅能調(diào)節(jié)土壤pH值，改善土壤酸性條件，提高土壤ANC，降低重金屬生物有效性，還能增加土壤肥力，改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，提高蓄水保肥能力［30］，營(yíng)造有益微生物適宜的土壤環(huán)境。第三，采用微生物修復(fù)法改善土壤生物學(xué)特性，即利用微生物復(fù)合菌劑快速重建豐富的土壤微生物群落，抑制嗜酸微生物活動(dòng)，提高土壤酶活性，恢復(fù)土壤自凈功能，持續(xù)改良土壤。此外，多施鈣鎂磷肥，在提供土壤磷元素的同時(shí)，還能有效中和土壤酸性、鈍化重金屬。

3.3.2 原位固化及土壤系統(tǒng)重建技術(shù) 采坑裸巖邊坡既不同于其他廢棄地，也不同于一般巖質(zhì)邊坡，其地形更復(fù)雜，立地條件更差、小氣候環(huán)境也更惡劣，土、肥、水條件全無(wú)，尤其是巖縫裂隙的酸性沉積物在降水或地下水淋濾下造成的污染更為嚴(yán)重。因此，對(duì)采坑裸巖表面污染物進(jìn)行原位固化修復(fù)，同時(shí)重建有效的土壤系統(tǒng)是采坑植被恢復(fù)成功的關(guān)鍵。原位固化修復(fù)技術(shù)一般采用堿性鈍化劑和固結(jié)劑噴漿法，對(duì)裸巖表面及裂隙的酸性沉積物進(jìn)行浸透式中和與鈍化，同時(shí)在硫礦物表面固化封阻以隔絕其與空氣、水及微生物接觸，可有效修復(fù)裸巖表面的存量污染并遏制增量污染。受限于采坑邊坡地形條件，其土壤系統(tǒng)重建難度較大，一般涉及營(yíng)養(yǎng)客土配置、微種植地形營(yíng)造，客土穩(wěn)定固持等技術(shù)。其中，營(yíng)養(yǎng)客土主要由植壤土與生物基質(zhì)組成，并添加適量的有機(jī)肥、無(wú)機(jī)肥、微生物菌劑、土壤調(diào)理劑等配置而成，其有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量更豐富均衡，理化性質(zhì)和生物學(xué)特性良好。微種植地形營(yíng)造主要是借助起伏不定的邊坡微地形條件，因地制宜地圍堰種植及構(gòu)筑魚鱗坑、種植穴，或沿坡面構(gòu)筑“V”形種植槽等用于攔土蓄水，營(yíng)造較好的種植條件和植物生長(zhǎng)空間。客土穩(wěn)定固持技術(shù)包括營(yíng)養(yǎng)客土回填與噴播技術(shù)，其中客土回填用于在各種種植槽回填營(yíng)養(yǎng)客土，而客土噴播技術(shù)雖已非常成熟，但用于采坑高陡邊坡還需要借助掛網(wǎng)+植生袋（條）技術(shù)或連續(xù)纖維絲補(bǔ)強(qiáng)等技術(shù)，才能確保足夠厚度的營(yíng)養(yǎng)客土層在采坑邊坡持久穩(wěn)定固持。

3.3.3 營(yíng)養(yǎng)客土改良修復(fù)技術(shù) 原位生物基質(zhì)協(xié)同修復(fù)無(wú)需客土，且修復(fù)效果好、成本低，但對(duì)立地條件極其惡劣或土層極薄甚至無(wú)土的廢棄地，可能難以有效重構(gòu)土壤環(huán)境。客土改良作為污染土壤修復(fù)中較常用和有效的方法之一，雖然成本高，但見效快、實(shí)用性較好。采用客土法在條件惡劣的廢棄地回覆一定厚度的營(yíng)養(yǎng)客土，直接創(chuàng)造能滿足植物生長(zhǎng)需要的土壤環(huán)境條件，有利于快速修復(fù)污染，恢復(fù)植被。對(duì)坡度不超過(guò)15°，有效覆土厚度不低于60 cm的廢棄地可直接復(fù)墾為農(nóng)用地。

3.4 植被群落系統(tǒng)快速建植技術(shù)

3.4.1 植物選擇及群落配置技術(shù) 植被修復(fù)不僅是礦山生態(tài)修復(fù)最有效的方法，也是修復(fù)礦區(qū)污染最高效、最持久的方法。植被因子是僅次于降雨因子影響礦區(qū)水土侵蝕的第二大因子，尤其是喬灌草層次結(jié)構(gòu)合理、植物多樣性高、針葉闊葉混交型植被系統(tǒng)的保持水土能力更強(qiáng)［31］。礦區(qū)生態(tài)修復(fù)用植物，首先要適應(yīng)礦區(qū)環(huán)境；其次要滿足植被快速恢復(fù)，具備良好的生態(tài)功能性，兼具一定經(jīng)濟(jì)性及美觀性；此外，生態(tài)位寬度較大，滿足立體植被群落配置和穩(wěn)定演替的需要。因此，考慮礦區(qū)生境及目標(biāo)植被類型，應(yīng)優(yōu)選環(huán)境適應(yīng)性好、對(duì)各限制因子耐受力強(qiáng)，以及根系發(fā)達(dá)、固土護(hù)坡效果好的植物種類，尤其是分布范圍廣、生長(zhǎng)良好的鄉(xiāng)土植物，或經(jīng)過(guò)多年馴化已經(jīng)適應(yīng)礦區(qū)環(huán)境的植物種類。根據(jù)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，以喬灌草立體植被群落為恢復(fù)目標(biāo)，植物種類應(yīng)不少于10種，其中先鋒草本植物2～3種為宜、灌木植物4～6種、喬木植物3～5種為宜，并以豆科固氮植物優(yōu)先，多科屬相結(jié)合，針葉闊葉植物混搭進(jìn)行配置，則植被群落的覆蓋度高、恢復(fù)效果也好，而且層次結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定演替能力更強(qiáng)。一些金屬礦山廢棄地污染系統(tǒng)修復(fù)工程實(shí)例見表2。

表2 金屬礦山廢棄地污染系統(tǒng)修復(fù)工程實(shí)踐

3.4.2 直接植被快速建植技術(shù) 原位生物基質(zhì)綜合改良后，土壤的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性得到全面改善，SEC得到顯著提升，但在礦區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件下，土壤質(zhì)量難以單純依靠自身良性發(fā)展甚至長(zhǎng)效維持。因此，快速恢復(fù)植被群落系統(tǒng)，建立土壤—微生物—植被為核心的生態(tài)系統(tǒng)，完善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能，才是強(qiáng)化土壤污染修復(fù)并促進(jìn)其良性發(fā)展的關(guān)鍵。直接植被建植技術(shù)作為一種快速恢復(fù)喬灌草立體植被群落系統(tǒng)的人工干預(yù)技術(shù)，在礦區(qū)植被恢復(fù)工程中應(yīng)用廣泛。其技術(shù)核心就是在經(jīng)過(guò)原位綜合改良或營(yíng)養(yǎng)客土改良后的土壤上，直接栽植多種預(yù)先培育的喬灌木營(yíng)養(yǎng)袋苗，同時(shí)混播草種及經(jīng)催芽處理的其他喬灌木種子。栽植+播種的直接植被快速建植技術(shù)僅需很短時(shí)間的撫育管養(yǎng)，就能初步建成可穩(wěn)定演替的喬、灌、草立體植被群落系統(tǒng)。

3.4.3 植被高效撫育技術(shù) 礦區(qū)氣候環(huán)境惡劣，首要問(wèn)題就是干旱缺水，而植被恢復(fù)初期對(duì)水分需求量大，土壤蓄水能力又不足，自然降水不均，植物自身耐受干旱逆境的能力有限，日常養(yǎng)護(hù)工作必不可少。限于礦區(qū)復(fù)雜的地形條件，植被管養(yǎng)多有不便，面臨撫育困難、養(yǎng)護(hù)效率低下等問(wèn)題。因此，因地制宜，充分利用地勢(shì)高差，開展低人工的節(jié)水滴管或噴灌養(yǎng)護(hù)是提高礦區(qū)植被撫育效率的關(guān)鍵。其技術(shù)核心就是先要根據(jù)植被分布面積和地勢(shì)高差，在治理區(qū)上游平坦位置構(gòu)筑適當(dāng)容量的蓄水池，就近取水，若距離遠(yuǎn)、高程大時(shí)可安裝加壓泵接力取水，確保水源供應(yīng)充足；同時(shí)將植被區(qū)合理劃片，各片區(qū)根據(jù)地勢(shì)高差逐級(jí)安裝滴灌或噴灌管網(wǎng)，各級(jí)主管網(wǎng)設(shè)獨(dú)立開關(guān)以便交替供水，充分利用重力加壓進(jìn)行自流供水養(yǎng)護(hù)；此外，為各級(jí)管網(wǎng)預(yù)留接口，必要時(shí)進(jìn)行人工養(yǎng)護(hù)，查漏補(bǔ)缺。除確保植被充足的水分供應(yīng)外，還要根據(jù)植被生長(zhǎng)情況及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)植、補(bǔ)種、追肥及病蟲害防治。

4 結(jié)論

（1）AMD復(fù)合污染流是金屬礦山普遍存在的最大污染問(wèn)題之一。Fe3+、O2、微生物及降雨等是誘發(fā)AMD的主要環(huán)境因素，礦物自身ANC、顆粒大小、松散程度等也與其氧化釋酸有關(guān)，而外力侵蝕作用是誘發(fā)礦區(qū)污染擴(kuò)散的主要誘因，與地表物質(zhì)可侵蝕性密切相關(guān)。

（2）礦區(qū)污染成因復(fù)雜，水平極端，以土壤環(huán)境重構(gòu)為基礎(chǔ)，以植被群落系統(tǒng)恢復(fù)為核心，以生物協(xié)同修復(fù)為根本，以重建生態(tài)系統(tǒng)為目標(biāo)，才能徹底消除誘發(fā)礦區(qū)污染的外部環(huán)境因素。

（3）礦山污染系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)是以工程措施控制水利、地形因子，以物化及生物措施控制土壤因子，人工改善植被、小氣候因子等，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的重建與良性發(fā)展，恢復(fù)土壤自凈功能，其本質(zhì)特征是一種綠色修復(fù)、自我修復(fù)、永久修復(fù)。