【摘要】：貴州黔西北水城-威寧-赫章礦帶是貴州有色金屬鉛鋅礦主產(chǎn)地。歷史時期,該地區(qū)大規(guī)模的土法煉鋅活動產(chǎn)生的大量煉鋅廢渣遍布山溝、河道,由此產(chǎn)生了一系列的環(huán)境污染問題,對當?shù)厣�、生產(chǎn)造成嚴重影響。近年來,國內(nèi)外學者在礦山生態(tài)修復方面開展了大量的研究工作,其中植物修復被認為是最具經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的治理方法。但是關(guān)于植物修復對重金屬遷移轉(zhuǎn)化特征的影響還存在一些爭議,具體表現(xiàn)為修復植物根際微域中根系分泌物對地球化學性質(zhì)不穩(wěn)定的含硫尾礦及污染土壤中重金屬生物有效性的影響是促進還是抑制還存在不一致的觀點。而關(guān)于修復植物對地球化學性質(zhì)較穩(wěn)定的堿性煉鋅廢渣中重金屬的生物有效性、地球化學特征及環(huán)境風險的影響及其作用機制尚不明晰。因此,本研究以改良劑和先鋒草本植物聯(lián)合修復的土法煉鋅廢渣為研究對象,共設(shè)置7個處理組,其中4個無植物存在的對照處理組:廢渣(F)、廢渣+低品位磷礦粉(FL)、廢渣+沼渣(FZ)、廢渣+改良劑(低品位磷礦粉與沼渣混合)(FG),以及3個有植物存在的處理組:廢渣+改良劑+黑麥草(FGH)、廢渣+改良劑+三葉草(FGS)、廢渣+改良劑+黑麥草+三葉草(FGT);分別定期采集上述7個處理組的淋溶液(共5次),依次記為T1、T2、T3、T4、T5。系統(tǒng)研究了“廢渣-淋濾液-植物”體系中重金屬的地球化學特征及其影響機制,取得研究結(jié)果如下:(1)改良劑-植物聯(lián)合修復明顯影響廢渣淋濾液的理化性質(zhì)及重金屬特征。與無植物的處理組(F、FL、FZ、FG)相比,有植物存在的處理組(FGH、FGS、FGT)的廢渣淋濾液pH整體隨著淋溶時間增加呈下降趨勢,并且有植物的處理組與無植物的處理組pH在T5時存在顯著差異(p?0.05)。有植物處理組廢渣淋濾液的電導率(EC)均高于無植物處理組(除FZ組T1、T2),說明植物參與促進了廢渣中易溶礦物溶解。有植物的處理組的廢渣淋濾液氧化還原電位(ORP)在T4-T5時均低于無植物處理組。淋濾液中陰離子以SO_4~(2-)為主,其次是NO_3~-和Cl~-,F~-最少。F~-和Cl~-淋出量總體隨著淋溶時間增加而減少,而NO_3~-和SO_4~(2-)則隨著淋溶時間增加均出現(xiàn)先上升再下降趨勢,且植物參與對廢渣Cl~-、NO_3~-的淋出有促進作用。淋濾液中4種重金屬離子總體淋出量表現(xiàn)出ZnPbCdCu,說明Zn相較于其他3種更易被淋出;4種重金屬的淋出量總體上隨淋溶時間增加呈降低的趨勢。植物參與后期增加了Cu的淋出量,減少了Pb、Zn淋出量,而對Cd是隨時間變化表現(xiàn)出增加或減少。相關(guān)性表明,改良劑-植物聯(lián)合修復后廢渣淋溶液理化性質(zhì)的改變是影響其重金屬淋出的重要原因。(2)改良劑-植物聯(lián)合修復對廢渣中重金屬的生物有效性及賦存形態(tài)的影響因重金屬元素種類而異。有植物的處理組(FGH、FGS、FGT)中Cu的可還原態(tài)和可氧化態(tài)所占比例分別增加和降低;Pb的酸可溶態(tài)有所增加,可還原態(tài)有所降低,說明改良劑-植物聯(lián)合修復均增加了廢渣中Cu和Pb的生物有效性。FGH、FGS、FGT處理組廢渣Zn和Cd的有效態(tài)含量均不同程度低于FG處理組。與FG處理組相比,FGH、FGS、FGT處理組廢渣中酸可溶態(tài)Zn所占比例均分別降低,而殘渣態(tài)所占比例均分別增加。與FG處理組相比,FGH、FGS、FGT處理組廢渣中酸可溶態(tài)Cd所占比例均分別增加,可還原態(tài)Cd均分別降低。說明改良劑-植物聯(lián)合修復分別降低Zn,增加Cd的生物有效性。(3)黑麥草與三葉草套種修復增加其重金屬的轉(zhuǎn)運系數(shù)。黑麥草和三葉草單種和套種模式下重金屬的富集系數(shù)無明顯差異,相同植物不同種植方式對植物富集系數(shù)的影響低于0.70%。但是黑麥草和三葉草套種模式下其重金屬的轉(zhuǎn)運系數(shù)高于兩種植物分別單種的模式(除黑麥草對Zn的轉(zhuǎn)運),尤其三葉草在套種模式下重金屬轉(zhuǎn)運系數(shù)比單種模式增加了4.33%~9.02%。黑麥草和三葉草套種模式下,三葉草的轉(zhuǎn)運系數(shù)是黑麥草的1.1~2.5倍,說明兩種先鋒草本植物套種模式修復效果優(yōu)于單種模式,而三葉草對廢渣的修復效果強于黑麥草。(4)改良劑-植物聯(lián)合修復明顯改變廢渣的微觀形貌及礦物組成。黑麥草單種模式(FGH)及其與三葉草套種(FGT)修復作用下,廢渣的表面特征表現(xiàn)為大量的細小顆粒粘聚在一起形成較大的顆粒,說明植物根系對廢渣中細小顆粒具有包裹和團聚作用。而三葉草單種模式(FGS)修復作用下,廢渣的表面特征表現(xiàn)為存在大量的孔隙和坑洼,說明植物根系通過物理(根劈)、化學作用(根系分泌物溶解)促進廢渣生物物理風化。與無植物存在的處理組(FG)相比,有植物存在的處理組(FGH和FGT)中廢渣的O、Si、Fe、Al、Ca、Mg的原子百分比均不同程度增加,說明改良劑-植物(黑麥草、三葉草)聯(lián)合修復促進煉鋅廢渣風化成土過程。廢渣中礦物組成主要包括石英、石膏、長石、方解石、白云石、黃鐵礦、磁鐵礦及菱鐵礦等礦物相。(5)改良劑-植物聯(lián)合修復明顯影響垂直剖面廢渣的理化性質(zhì)、養(yǎng)分及重金屬形態(tài)特征。有植物和無植物存在的處理組廢渣的pH和EC整體上表現(xiàn)為隨著梯度增加呈增加的趨勢。黑麥草單種(FGH)以及和三葉草套種(FGT)修復模式下,廢渣的有效氮含量隨著廢渣剖面深度增加而增加,而三葉草單種(FGS)修復模式下,廢渣有效氮含量隨著廢渣剖面深度增加而遞減;無植物存在的處理組(FG)廢渣有效磷含量隨著廢渣剖面深度增加而遞減,而有植物存在的處理組(FGH、FGS及FGT)表層廢渣(0-16 cm)的有效磷含量最高,說明黑麥草和三葉草單種及套種模式均促進了廢渣磷素在表層富集。改良劑-植物聯(lián)合修復的垂直剖面廢渣重金屬有效態(tài)含量在表層(0-8 cm)、亞表層(8-16 cm)、底層(32-40 cm)較高,而中層(16-32 cm)較低。且酸可溶態(tài)重金屬(Cu、Pb、Zn、Cd)的比例隨著廢渣剖面深度增加呈增加的趨勢;黑麥草單種(FGH)以及和三葉草套種(FGT)修復模式下,深度為0-16 cm的廢渣中Pb、Zn酸可溶態(tài)所占比例高于深度為16-24 cm的廢渣,說明黑麥草修復增加了Pb、Zn的酸可溶態(tài)含量。(6)修復植物根系分泌物能有效促進細小顆粒廢渣團聚形成大顆粒廢渣并影響其重金屬的生物有效性�；诤邴湶莞捣置谖镏衺(13)C在不同粒徑廢渣中的分布特征可知,黑麥草根系分泌物修復處理后的不同粒徑廢渣(d≥2、2 mmd≥1 mm及d0.25 mm)中δ~(13)C比對照廢渣分別高出3.16‰、1.85‰、1.47‰。說明根系分泌物主要分布在d≥2 mm、2 mmd≥1 mm和d0.25 mm粒徑的廢渣。結(jié)合不同粒徑廢渣團聚體質(zhì)量分布特征可知,與對照廢渣相比,根系分泌物參與下粒徑為d0.25 mm、2 mmd≥1 mm的廢渣團聚體質(zhì)量占比分別減小1.76%和增加1.62%,說明黑麥草根系分泌物在促進細粒徑廢渣形成大粒徑廢渣方面具有重要作用。與對照組相比,添加根系分泌物增加了廢渣d≥2 mm和d0.25 mm粒徑中4種重金屬的酸可溶態(tài)。綜上,改良劑-先鋒草本植物聯(lián)合修復對土法煉鋅廢渣中重金屬的地球化學特征的影響機制主要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是植物根系活動通過改變根際廢渣的理化特性、陰離子與養(yǎng)分含量、以及賦存形態(tài),增加Cu、Pb、Cd和降低Zn的生物有效性;二是植物根系及其分泌物促進細小顆粒團聚形成大顆粒團聚體,增加大顆粒團聚體的酸可溶態(tài)含量,增加重金屬的生物有效性。
【圖文】：

圖 1.1 鉛鋅礦山開采過程中重金屬污染環(huán)境示意圖(黃澤宏等，2015)Fig. 1.1 Schematic map of heavy metal pollution during mining in lead-zinc mine黔西北土法煉鋅已有 300 多年的歷史，其主要產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題有：（1）對土地資源的的破壞。在開采過程中就破壞了礦區(qū)土地，并且產(chǎn)生大量的廢渣占用大量的土地面積；礦山廢水及礦渣揚塵等對礦區(qū)周邊土地造成嚴重污染。黔西北土法煉鋅給當?shù)亓粝铝?2000 萬 t 廢渣和 1200 hm2的廢棄地(林文杰，2007)。我國因采礦累計占用、破壞土地達 743 萬 hm2，且每年仍以 4 萬hm2的速度遞增(黃銘洪，2003)。（2）對水資源的破壞。無論露天開采還是地下開采，選礦廢水及淋溶形成的 AMD 都對地表水及地下水產(chǎn)生嚴重污染，尤其是地下水，一旦污染，將是難以修復的。我國在礦業(yè)活動中每年產(chǎn)生廢液 61.9 億噸，年排放量 48.6 億噸，95.55%的廢液未經(jīng)任何處理，直接排入周邊環(huán)境(朱佳文，2012)。（3）對植被資源的破壞。礦區(qū)原有植被因采礦工程遭受破壞，開采后原本

技術(shù)路線圖
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X758;X142;X173

【參考文獻】

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本文編號：2647303