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矿区污染及生态修复1.doc

上传人:dreamzhangning 文档编号:2466105 上传时间:2018-09-17 格式:DOC 页数:14 大小:321.50KB
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资源描述

1、 院系:资源与环境工程学院班级:环境10-1班姓名:孙定尧学号:21矿区污染及生态修复资源与环境工程学院 环境 10-1 班 孙定尧 21 号摘要:目前,矿区污染问题越来越严重,本文以鸡西矿区为例介绍矿区污染现状,讲述了矿区生态修复的其中两项内容:矿区污染地下水的修复、矿区废弃土地的修复和一个矿区生态修复方法:植被修复,以及介绍矿区资源持续利用策略。关键字:矿区污染修复 植被修复 矿区资源持续利用策略我国矿产资源储量多、品种丰富、分布范围广,为发展采矿业、制造业和加工业提供了优越的资源条件市场需求旺盛导致矿产品价格连年上升,促使生产规模不断扩大但由于过渡滥采,使矿区环保问题日益突出,造成山地荒

2、芜、水土流失、水源污染和下游耕地受毁损等恶化生态环境的严重后患多数矿区由于植被受毁损,表土和肥力长期被大风括走和雨水冲走,土壤有机质含量极低,质地主要为粗砂土或仅剩下砂子,土壤自然含水量及持水能力非常低,植物难以生长;多数矿区还不同程度地存在偏酸或偏碱、高盐或有害重金属毒害,远远超过了重污染等级长期以来,人类对自然生态系统越来越多的需求,导致了人类活动对自然界的超限索取和自然生境的日益破坏1、矿区污染现状黑龙江省鸡西矿区已有 80 多年的开采历史,以鸡西矿区为例,介绍鸡西矿区现状。11 资源概况-鸡西矿区 1鸡西市行政管辖 6 个市辖区、密山市、虎林市和鸡东县,土地面积 23 040 k 岔,

3、总人口 1946 万人。有兴凯湖国家地质公园、兴凯湖国际湿地和珍宝岛等国家(省) 级自然保护区和森林公园 ll 处,以乌苏里江和兴凯湖为中俄边境线长 631 km。生态旅游资源丰富。境内最大河流是穆棱河,水资源总量 5 393 亿 m3,地下水总储量984 亿 m, ,可开采量 94 亿 m3。矿产资源比较丰富,目前已发现有 48 种矿种,现已开发利用 19 种,其中石墨储量 77 亿t,硅线石储量 4 100 万 t,大理石储量 5 亿 t。现有煤矿生产企业占地面积 8740km2 。已探明的煤炭地质储量 454 亿 t,可利用储量 26 亿 t;煤层气总储量 8657 亿 m3,年抽放量达

4、 5 500 万m3;煤炭开采产生的煤矸石多达 14 亿 t,还以 750 万 ta 递增。矿区排放采矿废液 200 万 ta ,大部分未经处理,自然排入河流与渗入地下。采矿排放的地下水 4 227 万 t,占全市地下水开采量的 13,对水资源影响和破坏较大。12 环境现状鸡西矿区已有 80 多年开采历史,采空面积近 500 km2,其中采空塌陷面积 20628 km2,地质灾害规模在逐年扩大。矿区有矸石山 90 余座,占地面积 l 016 hm2,其它尾矿及工业废渣占地 215 hm2,而且在固体废弃物堆放前没有进行表土剥离,肥沃的表土都被埋压在其下,给后期整治复垦增加。矿区洗煤厂排污水,矿

5、井排污水等污染耕地 50 hm2。矿区水土流失面积高达 5 43018 褂,其中采矿场 l 48800bm2 ,弃土石渣场 3 39829 hm,尾矿库坝2608 hm2,厂区 27535 bm2,道路 2574 hm2,年均水土流失量 9391 万 t,而且仍呈上升趋势。矿区水土流失面积仅占市区水土流失面积的 732,比重虽小,但是范围相对集中,侵蚀强度大,对矿区及其周边土地与下游河流的淤积、侵占、污染等危害严重。1.2.1 资源环境问题a.地质灾害呈发展态势伴随矿区开采时间的延长,地质灾害发生具有加重的趋势。据鸡西矿区监测统计,1991 年地面塌陷面积为 15630km2,2002年发展到

6、 20628 皤,呈现出逐年发展的趋势。b.破坏矿区基础设施据鸡西市 2002 年统计,矿区地质灾害给该市矿区基础设施造成了严重的破坏,其中毁损供排水管道 18408 km,水源地 24 座,堤坝 347 km,供电线路 31875 km,通讯线路 2077 km,机电井站 125 座,公路 550 km,铁路 1954 km,桥梁 10 座,变电所 8 处,涵洞 12 座c.危及生命财产安全鸡西市城子河区塌陷面积 3387 km2,遭受破坏的建筑物4384 万 m2,居住安全受到威胁的人口达 49 890 人,酿成住宅危房面积 207 万 m2,住户急需搬迁。2007 年 5 月,鸡西市先后

7、发生 3 起煤层气爆炸事故,死亡 15 人。d.破坏污染资源环境矿区有 1 533 hm2 耕地受到工矿破坏影响,其中 267hm2 耕地已经无法利用,使原本紧缺的耕地资源日益减少。成分的 90一95是 cH4,还有 C02、N2、c2116 及其他气体,煤层气的温室效应是 c022l 倍,对臭氧层的破坏能力是 c02 的 7 倍,长期大量抽放煤层气对环境产生破坏作用。 12、矿区生态修复内容a.矿区污染地下水的修复矿区被污染的地下水由于其隐蔽性和难以恢复性,切断污染源后,仅靠自身的自然净化需长达十年、几十年、甚至上百年的时间。生物修复技术具有可现场进行,投资少,运行费用低,无二次污染,最终产

8、物少等特点,应是地下水修复工程的主要修复技术。a.1 生物修复技术原理和原则生物修复是指利用生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原始状态的过程。生物修复习惯上指微生物修复。原理(1)微生物对有机污染物的修复有机污染物进入微生物细胞微生物降解有机物有两种作用方式:一是通过微生物分泌的胞外酶降解,二是污染物被微生物吸收到微生物细胞内后,由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运动,被动扩散,促进扩散,基因转化,胞饮作用等。微生物降解有机物微生物通过氧化、还原、基因转移、水解作用、酯化作用、缩合反应、氨化作用、

9、乙酰化作用、双键断裂反应、卤原子移动等作用将有机污染物降解为无机物。(2)微生物对重金属污染物的修复微生物通过甲基化作用、氧化、还原作用将重金属离子进行转化,使其失去毒性。微生物通过静电吸附、共价吸附、络合螯合、离子交换、无机沉淀等对重金属离子的吸收与吸附。原则(1)适合的微生物。指具有生理和代谢能力并能降解污染物的细菌和真菌。(2)适合的地点。指有污染物和合适微生物接触的地点。(3)适合的环境条件。要控制或改变环境条件,使微生物的代谢和生长活动处于最佳状态。温度、营养物、电子受体、pH值等。a.2 地下水生物修复技术 4地下水生物修复技术分为异位修复和原位修复两类。异位生物修复异位生物处理,

10、通过一定方法,将地下水中的液态污染物与气态污染物抽取出来,在地面建造的处理设施内进行生物处理净化,它分为泵处理修复和气提修复。(1)泵一处理修复技术采用水泵将地下水抽取出来,进行地面处理。这样既可以防止受污染的地下水向周围迁移、扩散,又可以使抽出水的地下水在地面得到合适的处理净化,然后再重新注入地下,从而减少地下水和土壤的污染程度。但是该方法却不能保证地下水尤其使土壤中的污染物能得到有效的去除。(2)气提修复技术利用真空泵和井,在受污染区域诱导产生气流,将有机污染物蒸发,或将被吸附的溶解状态的或自由相的污染物转化为气相,抽到地面,进行收集和生物处理。原位修复技术原位生物修复是在基本不破坏土壤和

11、地下水自然环境的条件下,将受污染的地下水原位进行修复。原位生物修复又分原位工程修复和原位自然生物修复。(1)原位工程生物修复指采取工程措施,有目的地操作土壤和地下水中的生物过程,加快环境修复,一种途径是提供微生物生长所需要的营养,改善微生物生长的环境条件,从而大幅度提高野生微生物的数量和活性,提高其降解污染物的能力。另一种是投加实验室培养的对污染物具有特殊亲和力的微生物,使其能降解土壤和地下水中的污染物。在这种修复系统中,地下水可形成循环,有利于在土壤中的流动速率。因此,氧气和营养物能以比自然流动更快的速度输送,微生物数量和降解速率能提高很多。(2)原位自然生物修复是利用土壤和地下水原本存在的

12、自然野生微生物降解土壤和地下水中污染物。自然生物修复过程能够降低受污染区域修复的费用。但自然生物修复并不是不采用任何行动措施,需要制定详细的计划方案。b.矿区污染废弃土地的修复目前,矿山废弃地的生态恢复已经受到世界各国的高度重视。未经治理的矿山废弃地是造成环境污染、水土流失和土地荒漠化的重大隐患,所带来的后果对经济发展和人类生存构成了严重的威胁,所以矿山废弃地的生态恢复工程已经势在必行。b.1矿区废弃地生态恢复的一般方法及意义矿区废弃地生态恢复方法对一个缺损的生态系统,生物种类及其生长介质的丧失或改变是影响生态恢复的主要障碍。这正是大多数生态系统的恢复所要解决的关键问题。国内外通常采用的生态恢

13、复技术有两种,一般情况下都可以获得满意的结果。一种是选择合适的植物种类改造介质,使之变得更合适植物的生长;另一种是利用物理或化学的方法直接改良介质,使之能够直接进行为达到最终目标所选择的生态恢复。矿区废弃地生态恢复意义矿区废弃地生态恢复具有生态效益、经济效益、社会效益以及土地增值效益,对社会发展和人类进步有着十分重大的意义。矿区废奔地生态恢复的生态效益主要表现在景观改善、生物多样性增加、物候改变、水土保持作用增强和肥力提高等方面。改变的地貌呈现在人们眼前的是大面积的植被,不易造成水土流失,对水土保持起到了很好的作用。矿区废弃地生态恢复可以促进矿区社会经济、生产和自然环境之间的协调发展。矿区废弃

14、地生态恢复的实施可大大增加土壤的有机质和氮、磷、钾的含量,改善土壤结构,对土地生产力的提高起到促进作用。大量植被的恢复使矿山生态环境发生了很大变化。同时,矿区废弃地生态恢复工程对矿区的经济也起到了带动的作用,形成了地区经济产业链,对后续产业也产生了深远影响。b.2 矿区废弃地类型及其对生态环境的破坏矿区废弃地的类型矿区废弃地是指为采矿活动所破坏的,未经治理而无法使用的土地。矿山开采过程中,露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染而失去经济利用价值的土地统称为矿区废弃地。根据其来源可分为四种类型:(1)由剥离的表土、开采的废石及低品位矿石堆积形成的废石堆废弃地:(2)随着矿物开采形成的

15、露天开采的采空区及地下开采的塌陷区;(3)利用各种分选方法分选出精矿物后的剩余物排放形成的尾矿废弃地;(4)采矿作业面、机械设施、矿山辅助建筑物和道路交通等先后占用后废弃的土地。矿区废弃地对生态环境的破坏矿区废弃地对生态环境的破坏主要表现在以下几个方面(1)采矿活动破坏和侵占大量土地造成水土流失;(2)采矿诱发多种地质灾害的发生采矿诱发多种地质灾害的发生,造成人员伤亡以及巨大的经济损失。地面及边坡开挖影响山体、斜坡稳定,导致岩(土)体变形,诱发崩塌及滑坡等地质灾害矿山排放的废石(渣)常堆积于山坡或沟谷,在暴雨诱发下极易发生泥石流;(3)矿山的废气、废水、废渣和重金属污染问题;在采矿和选矿过程中

16、,都在向大气中排入CO、C02、N02、S02、HzO及含氧碳氢化合物等有毒、有害物质;在矿山范围内,从采掘生产地点、选矿厂、尾矿坝、排土场以及生活区等地点排出的废水,都造成矿山废水污染:矿山产生的废渣主要来自采矿、选矿生产过程中的废石、煤矸石和尾矿;金属矿山的井下废水、选矿废水、炼厂废水以及煤矿的洗煤废水等。含有较多重金属元素。矿山废弃地。尤其是有色拿属矿山废弃地(物)一般都含有大量的重金属。(4)采矿活动引起的植被破坏矿山森林植被的破坏主要是由于矿山工业广场的建设、矸石堆放、开山修路、地面塌陷与露天采矿剥离引起的。植物作为生态系统的生产者,它的破坏使得矿山土地及其临近地区的生物生存条件破坏

17、,生物量减少,生态系统结构受损、功能及稳定性下降,引起水土流失和沙漠化:(5)采矿活动引起的微生物破坏(6)采矿不可避免剥离表土,完全破坏地面上生长的植被层,从而严重地影响了根系一土壤一土壤生物的生态平衡,破坏土壤生物群落的结构和组成。矿区废弃地生态恢复的目标一般来说,进行生态恢复工程的目标有以下4类:(1)恢复如矿区废弃地这样极度退化的生境:(2)恢复现有的退化生态系统,尤其是与人类关系密切的生态系统;(3)对现有的生态系统进行合理利用和保护,维持其服务功能,避免退化;(4)保持区域文化的可持续发展。更高层次的目标还包括实现景观层次的整合性,保持生物多样性虽然生态恢复强调对受损生态系统进行恢

18、复,但生态恢复的首要目标仍是保护自然的生态系统,因为保护在生态系统恢复中具有重要的参考作用。3、矿区生态修复方法a.植被修复 3植被修复是按照生态学规律,利用植物自然演替、人工种植或两者兼顾,使受到人为破坏、污染或自然毁损而产生的生态脆弱区重新建立植物群落,以恢复生态功能的技术领域心植被修复常被应用于环境受污染或生态受破坏的场所以清除重金属、微量元素污染和人造有机污染物旧剖植被修复的主要机制包括:植物转化(Phytotransformation),即植物从土壤及地下水中吸收、累积并转化有机或无机污染物成为低害或无害的代谢物,或降解为简单的小分子有机物被植物体利用,或降解为无机物释放至环境中;滞

19、留和固着(Containment and Immobilization),即通过植物的生命活动使污染物失去生物活性和化学活性而被结合于土壤中,或留在植物体内,不向外流动或漂逸;根际生物修复(Rhizosphere bioremediation),即植物根系分泌和释放酚酸类等有机物质或富集根际微生物以降解、沉淀污染物,或使之发生变化而易于被植物吸收;根系过滤(Rhizofiltration),即植物根系从地下水或流过根系的水流中富集和吸收重金属元素或污染物,使之沉淀于土壤深层,或被固定于植物体内悼。植被修复着重于研究植物在生态恢复中的作用,植物与污染物之间的关系,以及逆境条件下以植物群落为主体的

20、生态系统的稳定性与演替植物群落是生态系统中有机物质和能量的生产者,由于植物生长发育过程中经常遭受生物胁迫和非生物胁迫,植物在长期的进化过程中获得了一系列特有的应对环境变化的生理生化机制,涉及转录调控、激素调节、miRNA作用、钙离子参与和生态酶(VATPase)的快速反应等伶列方方面面 在植物与污染物的关系中,首先是通过植物根系的生长与污染物在土壤中互相接触,接着是两者的相互作用,最后是植物的代谢变化和污染物的滞留、固着、转化和降解,均涉及到复杂的基因和生理生化调节过程,研究的关注点主要包括植物在生态脆弱区域的生长发育、污染物对植物的影响、污染物在植物体内的存在状态,以及这些植物进入食物链的安

21、全性等等矿区生态系统既是受矿物、矿渣和化学添加物污染的生态系统,也是因植被和表土层受破坏而造成的脆弱生态系统.矿区植被修复一般包括3个互相联系和彼此渗透的发展阶段:一是蓄水固沙(或固土),改良土壤,使之具备植物生长的基本条件;二是合理筛选植物,合理安排种植顺序,增加表面植被覆盖;三是随着生态环境的逐步恢复,渐进建立次生植物群落,再造生态景观(林地、果园或耕地)矿区植被修复应循序渐进,从改善受损生境的生态条件、增加生物多样性和提高生产力的角度,立足于自然生态过程的修复,增强系统对能量固持能力,使受损生境通过自身的主动反馈,不断和自发地走向恢复和良性循环。b.矿区植被修复技术的发展趋势矿区生态系统

22、是典型的以矿山开采区为核心的退化生态系统,其特征主要表现在植被破坏、水土流失、地质灾害(滑坡、塌陷、泥石流等)、环境污染和景观影响等方面,其生态环境问题具有复杂性、综合性和动态性的特点,即土地功能退化、生态结构缺损、功能失调等问题.矿区的生态恢复应根据矿山不同开采时期的技术特点和自然环境等因素,及时作出相应的复垦或生态修复方案,通过工程、生物及等他综合措施来恢复和提高生态系统的功能,依靠生态系统的自选择、自组织、自适应、自调节、自发展等功能,并辅以科学合理的人工修复措施加速生态系统的顺向演替过程,实现生态系统的良性循环矿区植被修复,主要是在生态学理论和原理的指导下,从基质改良、植物修复、土壤质

23、量演变以及植被演替等方面,集成环境工程技术、农林栽培技术和生物技术,应用于矿区环境改良和生态恢复因此,在加强对适应面较广的耐受性植物的筛选、培育工作的同时,应当最大限度地保持矿区的原生态环境、保护生物多样性资源矿区植被修复技术应基于区域内的植物生长限制因子、生物多样性、先锋树种及主要伴生树种的生态位和现有植物的群落动态和种群空间分布格局的全面研究,确定植被修复的模式、功能和群落演化动态,制定方案和配套的技术措施旧例如,通过对北京首云铁矿区裂隙裸岩、风化物阳坡及微土阳坡的地形、地貌、植被、土壤和植被演替动态调查,乡土植物品种选配技术比较和植被恢复生态效应分析,合理配置基质和植物种子进行挂网喷播,

24、使得各立地类型土壤结构和土壤肥力状况均有不同程度的改善;福建省上杭紫金山矿区通过对废矿石(渣)堆边坡的裸地整治、植物选择与配置、栽植和管护等一系列技术措施的研究与探索,形成了工程措施与生物措施并举的快速植被恢复技术,并取得良好的治理效果。C.植被修复的基本作用植被的恢复与演替在受损生态系统恢复与重建中的基本作用如下:(1)利用多层多种植物群落的整体结构,通过林冠层的截留,凋落物增厚产生的地面下垫面的改变,减缓雨滴溅蚀力和地表径流量,控制水土流失;(2)利用植物的有机残体和根系穿透力以及分泌物的物理化学作用,促进土壤的发育形成和熟化,改善局部环境,并在水平和垂直空间上形成多格局和多层次,造成生境

25、的多样性,促进生态系统生物多样性的形成:(3)利用植物群落根系错落交叉的整体网络结构,增加固土防冲能力,为其它生物提供稳定的生境,逐步恢复业已退化的生态系统。矿区废弃地种植的树种选择首先要考虑多方面的因素,如生态恢复目标、场地条件、气候环境条件、社会经济条件等对种植树种的综合要求,然后根据这些要求来考察、选择树种,以求取树木生态学特性与立地条件的最好统一,获得较高的生态和经济效益。树种选择在遵循物种多样性原理、生物间相互制约原理、生态效益与经济效益相统一原理等生态学基本原理的前提下,应满足以下几条基本原则:(1)生态学稳定;(2)具有较高的效益;(3)优先选择乡土树种;(4)选择耐贫瘠的肥料树

26、种。4、矿区资源持续利用策略4.1 加强管理与执法监督加强对矿产资源的国家所有权,对矿产资源勤查舞发采取统一规划、合理带局、综合勘查、合理开采和综合利用。要在各级政府的领导下,加强预防监测、执法监督、生态环境谭售秘“三露酵”裁度鳇落实,使矿产资潦缝舞发走上法制管理轨道。严格执行矿产资源勘查登记、审批翻度,开采申请和许可制度,有偿开采和综合循环利用制度。改进资源齐发剩簏努式,实现资源的保护搜秀发,提蹇资源综合巅用效率和经济效益。4.2 废弃物的资源化循环利用煤矸嚣、粉煤灰、煤瑟气是矿区的主要接赛携,绘矿区环境与安全带来危害。加大煤矸石、粉煤灰等露漆废弃物综合利用,通过产业链的延伸和耦会,实现废弃

27、物的循环利用。鸡秀煤矿公司矸石热电厂利髑砰五年发电厂 2。75 亿 kwh,谤耗矸石 105 万ta,减少侵泰主她 67 hm2a;永辜新型建材公司就地取材变废为宝。以煤矸石和电厂粉煤灰为原料,生产路潘石、护坡石、路面砖、空心砖等 lO 多种产品,消灭煤矸磊朔耪煤获 65 万菇8。鸡西城子澍瓦斯发毫嫡 2006 年建成发电,目前正在建设 3处瓦斯发电站,全部投产屐年发电量 O5 亿 kwh,年燃用瓦斯 l 500 万 m,有效减少了污染气体排放,逐步囱煤层气静“ 泼裁建促虢采,浚擒采德安全”的煤炭生产良性循环方向发胰。4.3 塌陷区的综合治理。采煤造成的大规模憩下采空送,因地面塌陷使居住于其上

28、的居民生命财产安全受到威胁,必须建立防灾预警机制,采取搬迁移阕措施。地下仍在开采和怒凌较蔻鹣塌鏊莲,塌陷仍在继续遴符,戆瑟塌陷深浅不一,短期内还不具备大规模复垦条侔,设计利用这类 地种植拨萆和发展畜禽( 鱼)养殖业。浅层和中度塌陷区复垦主要采耀挖壤与遂骧摆结舍薛王程复量方法,规赵将孛庹塌陷送舞挖建成鱼塘,将浅层塌陷区垫商、覆土、培肥作为耕地。多层采煤形成的深度塌煞区,其部分陡坡、辩坡地应努段整孚或修筑梯暖恢复耕种,也可发展缀济林采;对塌陷范匦广,深度大,积水深的土地,规划利用水丽建立渔场,实施规模化集约化养殖。附表: 2参考文献:1.刘凤飞.樊华.葛文峰 鸡西矿区资源环境问题与持续利用策略-期

29、刊论文-水土保持应用技术 2008(1)2.黄铭洪.骆永明 矿区土地修复与生态恢复-期刊论文-土壤学报 2003 (3)-403梁红 矿区植被修复研究进展-期刊论文-仲恺农业工程学院报 2009,22(4)4于玲红 宋存义 崔振华 矿区污染地下水的生物修复-期刊论文-冶金能源 2005,24(4)5单广杰;尹喜霖;王勇鸡西矿区地面塌陷的研究期刊论文-黑龙江水专学报 2005(01)6李娟,赵竟英矿区废弃地复垦与生态环境重建国土与自然资源研究,2004,(1)7邓绍云.邱清华我国矿区生态环境修复研究现状与展望期刊论文-科技信息 2011(12)8韦朝阳;陈同斌重金属超富集植物及植物修复技术研究进展期刊论文-生态学报 2001(07)9黄国强.李鑫钢.李凌.李天成地下水有机污染的原位生物修复进展期刊论文-化工进展 2001,20(10)

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