重金属污染矿区综合整治措施研究(2)

　　（2）、排水沟及消力沉沙池设计

　　排水沟一般采用梯形断面形式（一般坡比 1∶0.5），各段要尽量采取顺接，在断面变化处，设置渐变段进行衔接，在排水沟的急流段和跌水处，设置消力沉沙池，消力沉沙池采用 C20 砼垫层 20cm,池体采用 M7.5 浆砌 MU30 块石结构，内置台阶，顶部采用C20 钢筋混凝土盖板。

　　排水沟采用浆砌块石结构，M7.5 浆砌 MU30 块石，并用水泥砂浆抹面。排水沟每间隔 15m~20m 设置伸缩缝，主要用于防止不均匀沉降，采用棉丝和沥青封堵防渗。

　　4.2.2.5 植物生态修复

　　结合玛瑙山矿区实际情况，对露采区及四周裸露地表采取植物修复措施，在这废弃地上进行植被重建是当前植物生态学的一个重要研究领域（Jajer D A 1994），也是一种较为理想的治理废弃地的途径（Pinochet H et al. 1999）。为了保证植物的良好成活，本工程辅以物理法和化学法对重金属污染的土壤进行改良。

　　（1）、植物修复技术

　　A、植物恢复方案比选

　　植物恢复方案一般有两种，即恢复成农业用地或林草地。

　　a、恢复成农业用地

　　这种方式一般应覆盖表土，并施加肥料或前期种植豆科植物改良土壤，覆土厚度可取 20cm~50cm.

　　b、恢复成林草地

　　矿区内可种植适宜当地气候、土壤条件的乔木、灌木和草本植物，覆土厚度可取30cm~50cm.

　　由于矿区土壤已被重金属污染，土壤的物理、化学和生物学性质、组成及性状等已发生变化，且土壤贫瘠，若在其上种植农作物，不仅产量难以提高，而且重金属将通过农作物吸附积累，存在品质问题，重金属通过食物链影响生物和人体健康（梁家妮等2009）。并且农作物的固土和防治水土流失能力较林草差，土壤改良时间较长，因此，本项目植物恢复方案采取恢复成林草地的方案。

　　通过对重金属污染土壤生态修复技术和植物恢复方案的比选，选择以恢复地表林、草地作为本工程重金属污染土壤的生态修复方案。

　　B、物理法

　　由于开采区植物生长的基础土壤条件较差，需要重新营造植物生长的基盘。本项目采用在土地整治的基础上机械覆土（客土法），结合人工散布均匀，平均覆土 50cm 左右。

　　C、化学法

　　化学法的方法很多，在酸性土壤中，施用石灰普遍降低了植物中重金属的含量（曹仁林 1993）；Naidu et al.（1994）研究也表明，在 Cd 污染土壤中施用石灰后（750kg/hm2），土壤 Cd 的有效态含量降低约 15%,大大降低了农作物对 Cd 的吸收。针对本项目的情况，采用往土壤中施加石灰等碱性物质的方法对重金属进行治理，可使土壤 pH 提高，土壤表面负电荷增加，对重金属的亲和性增加；同时可促使土壤中 Cd、Cu、Hg、Zn等重金属形成氢氧化物或碳酸盐结合态沉淀或共沉淀，从而提高土壤对 Cd 等重金属离子的吸附量；形成的碳酸钙对重金属也有一定的钝化作用。

　　为了进一步研究矿区重金属土壤污染生态修复的技术和进行实验，应在郴州三十六湾及周边地区重金属污染重点防控区范围内选择合理的地方建设重金属污染土壤生态修复中心，为该地区重金属污染土壤生态修复工程提供示范和实验基地。

　　（2）、植物物种选择

　　A、立地条件的分析与改良

　　立地条件是指待修复与重建植被场所所有与植被生长发育有关的环境因子的综合。包括气象条件、地形因子和地表组成物质的性质。

　　a、气候因子

　　本矿区所在地属亚热带湿润季风气候，气候暖和、热量充足、降雨集中、春温多变、夏冬时期长、夏秋多旱、严寒期短、四季分明。多年平均气温 17.8℃，多年平均降雨量为 1817.8mm,平均相对湿度 79.8%.一般区域气候因子不会因采矿及各项工程建设发生较大变化，因此，气候因子对本项目的植被修复技术影响不大。

　　b、地形因子

　　本矿区地貌复杂多样，山地为主，丘陵、平原相当，岗地、水面较少。矿区所在区域地处南岭山脉中部山区，属丘陵地带。采矿及各项工程建设使原地貌形态不复存在，再塑的地貌地形使物质和能量发生了重新分配，这对植被的生长产生影响。因此，在实施植被修复技术前必须进行地形处理，保证地形较平整和稳定性。

　　c、地表的物质性质

　　地表是植物生长的介质，立地条件的好坏，很大程度上取决于地表物质的性质。含重金属的土壤贫瘠、养分不均衡、一般呈酸性，且本项目土壤中含大量的锰元素和其它重金属元素，为了调节土壤 pH 值、使代换态锰和其它重金属在土壤中的含量减少，本项目拟在土壤中使用石灰作为改良剂。同时在挡墙处挡墙的里侧可设 20cm 厚石灰碎石反应层。城镇污水处理厂产生的污泥富含氮、磷和有机质，污泥产品可以改善土壤理化性质，提高土壤保水保肥能力及土壤团粒结构稳定性，是一种良好的土壤结构改良剂（李慧君等 2004），污泥处理满足 GB/T24600-2009《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》后也可用来作为土壤改良剂。

　　B、植物物种的选择

　　a、物种选择原则

　　植物立地条件改良后选择对各种限制性因子有耐力的先锋植物种首先定居，随着先锋植物的生长、繁殖、生境逐渐得以改善，同时其它植物种会逐渐入侵，如生长条件不受限制，最终能够建成一个稳定、持久、自我维持的生态系统（杨胜香 2007）。

　　选定的植物一般应具备以下特性：植物具有在高含量重金属环境中生存的能力；植物对重金属的适应具有普遍性，能同时适应多种重金属；植物对环境气候条件适应性强、抗逆性强，易于成活；具有发达的根系组织，能网络固持土壤，可以保持水土，具有固氮根瘤，可以缓解养分的不足。

　　b、项目区植物物种调查

　　按照"适地适树、因地制宜"的原则，经调查，本矿区高等植物样本中主要以 1 年生、多年生的草本植物，构树、杨树、松树和竹子为主。优势种主要包括：芭茅、蜈蚣草、竺麻、木贼、篙、丛竹、杨树、构树、马尾松等。

　　矿区植物物种的分布可能与矿区土壤重金属含量有关。在重金属污染严重的区域因重金属和土壤贫瘠的影响，仅有蜈蚣草等蕨类、芭茅、竺麻和木贼等地被植物零星分布，植被覆盖度较低；在污染程度较轻的区域，有禾本科、菊科、凤尾蕨科、苦苣苔科等多种植物生长。

　　c、植物选择

　　根据当地植物调查结果以及立地条件，拟在露采区内种植对重金属污染有极强耐受性且固土保水能力强的植物，如苎麻（Boehmeria nivea （L.） Gaudich.）、蜈蚣草（Eremochloaciliaris）、芭茅草（Miscanthus floridulus （Labill.）Warb.）、构树（Broussonetia papyrifera）、杨树（Populus×euramericana cv）等；在其周边区域种植对重金属污染有较强耐受性且固土保水能力强的植物，如紫花苜蓿（Medicago sativa）、紫穗槐（AmorphafruticosaL）、狗牙根（Cynodondactylon（Linn.）Pers.）、马尾松（Pinus massoniana Lamb.）等。

　　（3）、施工管理和后期养护

　　A、植物修复施工要求及后期养护

　　a、覆种植土和下基肥

　　覆土前应先用石灰作为改良剂进行改良后铺设粘土或风化的石屑，起到防渗作用，以减小重金属随地表渗流进入地下水，造成地下水污染。覆土厚度为 30cm~50cm,然后根据实地情况种乔灌草。种植乔灌木可采取种植穴内覆土。由于本矿区生态环境较为脆弱，不宜在矿区设置取土场取土，推荐从矿区外购土。

　　基肥可选用钙镁磷肥和有机肥，地被在施肥后应进行一次 20cm~30cm 深的耕翻，将肥与土充分混匀，做到肥土相融，起到既提高土壤养分，又使土壤疏松、通气良好。

　　b、种子要求

　　植物种子均应注明品种、品系、产地、生产单位，采收年份、纯净度及发芽率，无病虫害。外地引种要有检疫合格证，发芽率达 90%以上。播种前应做发芽试验。

　　c、掘苗

　　乔灌木起苗时间和栽植时间紧密配合，做到当天起运，当天栽植。为了挖掘方便，起苗前 1d~3d 可适当浇水使泥土松软。起苗时，常绿苗应当带有完整的根团土球，为了减少树苗水分蒸腾，提高移栽成活率，掘苗后，装车前应进行粗落修剪。

　　芭茅可从生长五六年以上，植株已显拥挤的芭茅中挖取。从每丛芭茅根蔸上挖取1/3~1/4,近距离移栽根蔸尽可能多带些土，远距离移栽也可不带土。挖前要将茎杆靠地面 15cm~20cm 处砍倒，挖后晾晒 3d~4d 后移栽。
　　
　　d、挖穴

　　种植穴的大小依土球规格及根系情况而定。带土球的应比土球大 16cm~20cm,穴口深度一般比土球高度稍深些（10cm~20cm）。种植穴挖好后，可在穴中填些表土，再垫一层经充分腐熟的基肥，基肥上还应当铺一层厚度 5cm 以上的壤土。

　　e、运输苗木和种植材料

　　保证所有苗木在起苗、运输、种植等环节中保持土球完整，不松散、破碎。袋苗、盆苗采用堆积式运输。苗木运输过程保持一定的水分，在长途运输的过程中必须及时淋水，注意轻拿轻放，以防止泥头松散。运输种植材料如有机肥等采用有关部门规定的散体物料运输进行。苗木、种植材料经验收合格方允许入场，然后进行下一道工序。

　　f、种植

　　将苗木的土球放入种植穴内，使其居中，然后覆土并使土面能够盖住苗木的根颈部位。定植后 24 小时内浇第一遍水，水要浇透，使泥土充分吸收水分。

　　g、后期养护

　　生长不良、或其它原因造成的裸露地，应及时补植，保证其迅速长满。定期做好病虫害防治工作，一般在 4 月~10 月每月对易感植物喷药 1~2 次。在恶劣天气来临前，特别是冬季严寒天气来临前，要做好相应防护措施。如有需要对畏害的地被品种进行薄膜加盖等措施。

　　B、施工道路改造

　　为方便工程施工和后期养护管理，拟对治理区内 5 条原有主要道路进行改造。目前矿区内交通通过乡村公路连接苏仙区政府和郴州市，乡道 Z005 连接郴州市国庆南路和矿部。治理区内已有简易道路交通网，基本可达各工程区域，但道路长年被大车碾压，路面损毁严重。故本项目对原有道路进行改造，改造道路总长度约 16.1km.

　　改造的主要内容有：

　　a、路基、路面修整：将被损坏的路基挡土墙等予以修复，对路基的坑凼填平；路基宽度为 4.5m 路段的路基，按规范要求增设错车道，错车道路基宽 6.5m.同时将主要道路路面进行整修，路面采用泥结碎石路面。

　　b、排水工程整修：对边沟、排水沟、截水沟进行清理疏通，然后硬化边沟；对损坏的排水涵洞等进行修复。边沟设在挖方路段及高度小于边沟深度的填方路段，浆砌石衬砌边沟采用宽 40cm,深 40cm 的矩形断面，衬砌厚度 25cm.

　　4.3 与有关规划的协调性分析

　　4.3.1 符合《湘江流域重金属污染治理实施方案》

　　郴州矿产资源丰富，矿业生产历史悠久。但由于缺乏合理的方案，且矿业生产主要是以原矿开采和粗选加工为主等原因，导致民营采选矿企业数量多、规模小、科技含量低、资源浪费和环境污染严重。东、西河分别是湘江的二级和三级支流，目前东、西河流域重金属污染治理已纳入国务院《重金属污染综合防治"十二五"方案》和湖南省《湘江流域重金属污染治理实施方案》中。而玛瑙山矿区位于西河流域上游，是重金属重点治理区域之一。

　　虽然目前玛瑙山矿区的非法采选活动已基本停止，但由于长期不规范的采、选活动，采选矿废水、尾砂直排下游河道，导致矿区生态环境严重恶化。本项目通过有效处置废石和尾砂、对矿区进行生态修复等综合措施，致力于解决历史遗留的环保问题，有利于减轻湘江流域的重金属污染问题，符合《湘江流域重金属污染治理实施方案》的治理要求。

　　4.3.2 符合郴州市和苏仙区发展规划和环境保护规划

　　按照郴州市城市规划要求，西河流域的白露塘区域将发展为郴州市城东新区，是郴州市高等院校集中地和苏仙区政治、经济、文化中心。建设东河、西河等主要河流的滨江景观带，同时结合水系整治，保护和修复沿岸生态环境。由于西河上游矿区长期的采、选活动，历史遗留的环保问题十分突出，导致西河流域水体污染和河道淤积严重。

　　郴州市和苏仙区环保"十二五"规划提出，以湘江流域重金属污染防治为契机，推进东、西河等流域水体、土壤重金属污染治理。突出区域、流域污染整治，加大矿山污染治理力度。积极探索废弃矿山和老矿山的生态环境恢复与治理机制，维护矿区生态平衡。

　　目前《郴州三十六湾及周边地区重金属污染"十二五"综合防治实施方案》已将玛瑙山矿区重金属污染综合治理工程列为解决历史遗留污染问题的重点工程之一。为保护西河流域的生态环境，建设宜居、宜业、宜游的滨河新区，玛瑙山矿区的重金属综合治理，将解决矿区历史遗留的环保问题，恢复矿区的生态环境，减少重金属污染对下游的影响，符合郴州市和苏仙区的发展规划和环保规划要求。

　　4.3.3 符合西河流域综合整治规划

　　西河为湘江的三级支流，是苏仙区工农业生产的重要水源，然而由于上游长期粗放的开采把西河变成了"纳污河",沿河涉矿企业含重金属污水和尾砂直接排入西河，导致西河流域水体和土壤污染严重，加剧了湘江流域的重金属污染问题。为落实湖南省《湘江流域水污染综合整治实施方案》的文件要求，郴州市制定了《湘江流域（郴州）水污染综合整治实施方案》，提出重点对东河、西河、甘溪河、郴江等主要河流进行综合整治，进一步加快环境基础设施建设、优化生态环境以及加强水环境管理，使郴州市的水环境质量进一步改善。

　　玛瑙山矿区是西河上游较大的工业污染源，加强西河上游矿区及河道治理，从源头上减轻山洪对含重金属尾砂和废石的冲涮携带作用，对减轻西河水系的重金属污染意义重大。