一种对含砷尾矿或废渣的生物修复方法

摘要

本发明为一种含砷尾矿和废渣的生物修复方法。本发明主要利用人工移栽蜈蚣草和芒草对含砷尾矿库与废渣堆进行快速原位植物修复。对尾矿库与废渣堆进行平整、建挡土坝和排水沟；在尾矿库与废渣堆上移栽蜈蚣草和芒草植株。来年后，蜈蚣草和芒草正常生长。2-3年后，可形成稳定的蜈蚣草-芒草优势植物群落，同时还有10种耐砷植物自然定居。尾矿库与废渣堆植被恢复后，其风蚀与水蚀污染消失，尾矿库与废渣堆暴雨淋滤水砷含量由修复前的5mg/L降低至100μg/L。

说明书

技术领域

本发明属于对矿山废弃地的复垦、生态恢复及土地修复领域，即通过生物技术实现含砷尾矿库的快速生态恢复，消除尾矿库对周边的环境污染和健康威胁。

背景技术

砷是一种成矿元素，有色金属矿床中普遍存在有砷。有色金属的开采、冶炼使砷进入环境之中，导致严重的污染。矿山开采、选矿和冶炼的过程中产生大量废石、尾矿和冶炼废渣，由于未得到有效处理而堆存于矿区，形成尾矿坝和废渣堆，这些尾矿坝、废渣堆不仅占压大量土地，还会由于风蚀、水蚀作用向环境释放大量的污染物质，造成周边水系、土壤污染，农作物重金属含量超标，人群健康损害等一系列环境与健康问题。

目前对这些尾矿库和废渣堆的治理方法主要包括矿山井下回填、地表填埋和生物修复。井下回填一般根据矿山开采规划和工艺设计，采出的废石、选矿产生的尾矿和冶炼产生的废渣不经地表堆存，直接由专用运输线运至井下进行回填。这一方法要求矿山开采之初就设计好废石回填方式，并结合到矿山的开采、选矿和冶炼工艺之中，投入较高。我国有部分新投产的矿山采用了这一先进的回填方式，但大部分已经开采的老矿山目前还无法采用这一工艺。地表填埋需要专用的填埋场，一般选择远离村庄、居民点和水源地的山沟峡谷地带，并要求进行严格的防渗处理。以上两种方法均需要投入大量的人力、物力和财力，地表填埋还会占用大片土地，并对周边生态和环境产生潜在的威胁。生物修复是通过种植当地耐性植物、先锋植物在尾矿库和废渣堆上快速形成植被，从而固定尾矿库和废渣堆中的污染物，消除尾矿库的风蚀和水蚀污染。生物修复方法具有成本低、工程量小、原位实施、生态协调等优点，在矿山废弃地复垦、废弃物治理和生态恢复中具有优势。

通过发明人的多年研究发现，蜈蚣草和芒草对砷具有极强的耐性，在含砷20000-50000mg/kg的尾矿上，蜈蚣草和芒草均能正常生长。这为利用蜈蚣草和芒草修复含砷尾矿库提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、经济而有效治理含砷尾矿库或废渣堆的方法。本发明采用人工移栽的方法，迅速在尾矿库或废渣堆上形成蜈蚣草和芒草优势植物群落，消除尾矿库或废渣堆风蚀与水蚀污染。本发明所用的蜈蚣草和芒草在南方含砷有色金属矿区大量生长，为本地乡土植物，材料易得。本研究组前期大量研究表明，蜈蚣草和芒草可以耐受高含量砷的毒害，在含砷数千mg/kg的土壤和含砷20000-50000mg/kg的尾矿上可正常生长。

为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案加以实现的，

一种对含砷尾矿或废渣的生物修复方法：将耐砷毒性植物种植培育在所述含砷尾矿或废渣表面，待所述耐砷毒性植物成活后，形成耐砷毒性植物群落，实现尾矿库或废渣堆植被的快速恢复。

在具体的实践中，所述耐砷毒性植物为蜈蚣草或芒草。

针对尾矿库或废渣堆，所述生物修复方法需要采用如下实施手段：

a)对尾矿库或废渣堆进行平整，修排水沟，建挡土坝；

b)在所述尾矿库或废渣堆表面挖掘穴坑；

c)在所述每个穴坑中施入客土和底肥；

d)在所述穴坑中种植蜈蚣草或芒草，浇水直至植物成活。

e)经1-3年，在所述尾矿库或废渣堆上形成稳定的蜈蚣草-芒草优势植物群落，消除风蚀与水蚀污染。

在具体的应用中，在所述步骤a中，在尾矿库或废渣堆外侧挡建所述的土坝；

所述的排水沟包括坝外排水沟和坝内排水沟；所述坝外排水沟设置在所述土坝外侧，且坝外排水沟的深度为20cm-50cm；所述坝内排水沟为依尾矿库和废渣堆坡向所建横、纵向排水沟，所述横、纵向排水沟的宽度为15cm-55cm深度为30cm-60cm；所述横、纵排水沟将所述尾矿库或废渣堆表面分割成块状；且在所述尾矿库或废渣堆的中心设置人车通行道，并在所述通行道两侧设置道旁排水沟；

在所述步骤b中，所述穴坑的设置密度在1-2个/平方米，且穴坑面积为500-800平方厘米，穴坑深度在50cm内；

在所述步骤c中，所述客土的施放量为15公斤-40公斤，其中，客土是指从他处取来的土，为土壤修复专用名词。所述底肥的投放量为150克-400克；

在所述步骤d中，在所述穴坑中种植蜈蚣草或芒草的密度为1-2株/平方米。

在实践中，优选的所述坝外排水沟的深度为35cm，宽度为40cm；

所述坝内横、纵向排水沟的宽度为35cm深度为50cm；

将所述尾矿库或废渣堆表面划成块状，且每块大小为30×30m；

所述道旁排水沟为宽度30cm，深度30cm；

所述穴坑的设置间距为80cm×80cm；穴坑直径为30cm，穴坑深度为30cm；

所述每个穴坑中客土的施放量为30公斤，且每个穴坑中所述底肥为300g复合肥，其氮磷钾各为45克。

优选的种植时间是春秋季进行蜈蚣草或芒草的取苗和移栽。将所述蜈蚣草幼苗和芒草植株，直接移栽到尾矿库或废渣堆覆土坑穴中。

且所述耐砷毒性植物还包括剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)，渐尖毛蕨(Cyclosorus acuminatus)，尼泊尔酸模(Rumex.nepalensis)，败酱(Patriniascabiosaefolia)，狗牙根(Cynodon dactylon)，苎麻(Boehmeria nivea)，牡蒿(Artemisia japonica)，截叶铁扫帚(Lespedea cunteata)，一枝黄花(Solidagovirgauren)，何首乌(Polygonum multiflorum)中的一种或几种。

本方法具原位实施、工程量小、所需时间短、费用低廉和生态协调优点。与井下回填和地表填埋相比，可节省大量人力物力和财力，工程易于实施，管理技术要求较低。本发明迅速在尾矿库或废渣堆上形成蜈蚣草和芒草植物优势植物群落，消除尾矿库或废渣堆风蚀与水蚀污染。

具体实施方式

对尾矿库或废渣堆进行平整之后，尾矿库或废渣堆四周建挡土坝，坝基外侧建45cm宽×35cm深排水沟。尾矿库或废渣堆中央建3m宽道路，方便人车通行。道路两边建45cm宽×35cm深排水沟。尾矿库或废渣堆上建横、纵向排水沟35cm宽×50cm深，将尾矿库或废渣堆表面划成约30×30m方格状。

按80cm×80cm的间距在尾矿库或废渣堆表面挖掘穴坑，坑穴大小30cm直径×30cm深。将30公斤客土与300g复合肥(N-P-K＝15-15-15)充分混合，施入以上坑穴中。

于春季或秋季在周边挖取蜈蚣草幼苗和芒草植株，移栽至尾矿库或废渣堆坑穴中，适当浇水至移栽苗成活。

移栽1年后，蜈蚣草和芒草正常生长，2-3年后，尾矿库或废渣堆形成稳定的蜈蚣草-芒草优势群落，其他耐性植物也开始自然定居。蜈蚣草高度达70cm，盖度达35％；芒草高度达2m，盖度达45％。除人工移栽的蜈蚣草Pteris vittata和芒草Miscanthus sinensis外，还自然定居有其他10种耐砷植物，包括：剑叶凤尾蕨Pteris ensiformis，渐尖毛蕨Cyclosorus acuminatus，尼泊尔酸模Rumexnepalensis，败酱Patrinia scabiosaefolia，狗牙根Cynodon dactylon，苎麻Boehmeria nivea，牡蒿Artemisia japonica，截叶铁扫帚Lespedea cunteata，一枝黄花Solidago virgauren，何首乌Polygonum multifiorum，这些植物盖度达5％。尾矿库或废渣堆植被恢复后，其风蚀与水蚀污染消失，尾矿库与废渣堆暴雨淋滤水砷含量由修复前的5mg/L降低至100μg/L。蜈蚣草地上部砷、镉、铬、铜、镍和铅平均含量发别为825，14.34，3.27，16.48，5.53和3.64mg/kg；芒草地上部砷、镉、铬、铜、镍和铅平均含量发别为0.45，0，9.86，0.25，1.85和2.49mg/kg。两种优势植物中，仅蜈蚣草地上部富集了较高含量的砷和镉，但就目前相关研究报道来看，蜈蚣草含砷量较高时能够抵御草食动物的掠食。Rathinasabapathi等人(New Phytologist，2007年175卷2期，363至369页)及Mathews等人(Environmental and Experimental Botany，2009年65卷2期，282至286页)分别报道含砷的蜈蚣草对于草食昆虫有防御作用，自然生长蜈蚣草地上部砷含量为5.40-812mg kg^-1时能明显抵御草食动物的掠食。因此，尾矿库与废渣堆上生长的蜈蚣草体内的砷不会通过食物链进入生物体和人体，因而不会导致健康风险。