中南有色金属冶炼场地与周边土壤重金属污染概况及稳定化修复技术研究进展

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0926

中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (27): 86-93.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0926

所属专题：生物技术；土壤重金属污染

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中南有色金属冶炼场地与周边土壤重金属污染概况及稳定化修复技术研究进展

桂娟(), 常海伟(), 和君强, 符云聪, 戴青云, 黎红亮, 刘代欢

永清环保股份有限公司,长沙 410330

收稿日期:2021-09-26 修回日期:2021-12-09 出版日期:2022-10-05 发布日期:2022-09-21
通讯作者: 常海伟
作者简介:桂娟,女,1987年出生,湖南永州人,环境保护中级工程师,硕士,研究方向：土壤污染防治与修复。通信地址：410330 湖南省长沙市浏阳市国家生物医药产业基地永清环保股份有限公司,Tel：0371-83506688,E-mail： 752450476@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目“冶炼场地与周边土壤重金属原位生物固定稳定修复技术及装备研发”(2018YFC1802702);“农田重金属污染阻隔和钝化技术与材料研发”(2016YFD0800700)

Heavy Metal Pollution Within and Surrounding Nonferrous Metal Smelting Sites in Central-south China and Stabilization Remediation Technology: A Review

GUI Juan(), CHANG Haiwei(), HE Junqiang, FU Yuncong, DAI Qingyun, LI Hongliang, LIU Daihuan

Yonker Environmental Protection Incorporated Company, Changsha 410330

Received:2021-09-26 Revised:2021-12-09 Online:2022-10-05 Published:2022-09-21
Contact: CHANG Haiwei

摘要/Abstract

摘要：

中南地区作为中国有色金属冶炼的主要聚集区,由于长期的冶炼活动,导致冶炼场地与周边土壤重金属污染严重,对当地的生态环境带来严重的风险,迫切需要治理。为了探究中南冶炼场地与周边土壤的污染特征以及目前主要有效的稳定化修复技术,笔者概述了中南地区湘鄂赣皖四省有色金属冶炼区分布和污染状况,具有污染面积大、以复合污染为主、污染途径多样、污染程度各异和重金属活性高的污染特征。从稳定化机理和材料类型两个不同的方向综述了稳定化材料的研究进展,并在高性能、可持续、谱适、绿色的复合污染稳定化材料的研究方向上提出展望,以期为中南有色金属冶炼场地与周边土壤重金属污染稳定化修复提供参考依据。

关键词: 中南地区, 冶炼, 场地, 土壤重金属, 稳定化, 修复

Abstract:

Central-south China is distinguished by the considerable numbers and areas of non-ferrous metal smelting sites that have polluted the soils both within and surrounding the sites. This brings serious risks to the local environment and needs to be controlled urgently. To explore the pollution characteristics of the smelting sites and the surrounding soil in central-south China and the main effective stabilization and remediation technologies, we summarized the distribution of nonferrous metal smelting sites in Hunan, Hubei, Jiangxi and Anhui, and their pollution status. The pollution characteristics included large pollution area, mainly compound pollution, diversified pollution ways, different pollution levels and high heavy metal activity. The advances of stabilized materials used in remediation were expounded from two aspects: stabilization mechanism and material type. Finally, we discussed future research on the development of composite stabilization materials with high-performance, sustainability, wide adaptability and environmental value, aiming to provide support for the stabilized remediation of soil heavy metal pollution in nonferrous metal smelting sites and surrounding soil in central-south China.

Key words: central-south China, smelting, site, soil heavy metal, stabilization, remediation

中图分类号:

X+53

桂娟, 常海伟, 和君强, 符云聪, 戴青云, 黎红亮, 刘代欢. 中南有色金属冶炼场地与周边土壤重金属污染概况及稳定化修复技术研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(27): 86-93.

GUI Juan, CHANG Haiwei, HE Junqiang, FU Yuncong, DAI Qingyun, LI Hongliang, LIU Daihuan. Heavy Metal Pollution Within and Surrounding Nonferrous Metal Smelting Sites in Central-south China and Stabilization Remediation Technology: A Review[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(27): 86-93.

图/表 4

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省份	冶炼聚集区	区域概况	主要重金属污染类型	参考文献
湖南	株洲清水塘	传统的老工业基地,以化工、冶金、建材为主导产业, 工业“三废”排放量大,对周围土壤、作物、地表水造成严重污染。 2006年由于该冶炼区向湘江排放大量含Cd废水造成湘江严重Cd污染	Cd、Zn、Pb、 As、Cu、Cr	[19-20]
	衡阳水口山	百余年历史的工业老区,素有“世界铅都”和“中国铅锌工业的摇篮”之称, 以铅锌冶化及新材料为主导产业。由于长时间冶炼导致该区域土壤重金属严重超标,曾发生砷中毒事故	Cd、Hg、Pb、As、 Zn、Cu、Cr	[20⇓-22]
	娄底锡矿山	有“中国锑都”之称,锑产品量占全球的60%。由于矿产的开采和冶炼,矿区周围的土壤和植被受到严重的重金属污染, 耕地基本被抛荒	Sb、As、Pb、Cd、 Cu、Zn、Hg	[20,23-24]
	郴州三十六湾	由于多年矿产资源无序开采,冶炼场地开发强度超过了当地环境承载力, 环保、水土保持设施缺失,选矿废水、尾砂直接排入河道, 对流域环境造成严重影响	Zn、As、Pb、 Cu、Cr、Cd	[25]
湖北	湖北大冶	主要冶铜基地之一,重金属污染强弱与铜、金等多金属矿床空间分布基本一致	Cu、Cd、Pb、 Zn、As、Hg	[5,26]
江西	鹰潭贵溪	第一个大型闪速炼铜厂,其大余县矿山开采历史悠久, 部分有色金属采选和冶炼企业对尾矿缺乏处置措施。长期冶炼废水的灌溉,导致大面积农田受到重金属污染	Cu、Cd、As、Hg等, 其中Cu、Cd最严重	[27-28]
江西	江西赣州	有“世界钨都”、“稀土王国”之称,钨、稀土、铜、铅、锌、钼、铋、金等矿产资源极为丰富,是中国重点有色金属基地之一	Cd、Cr、Cu、 Pb、Zn	[12,29]
安徽	安徽铜陵	中国著名的有色多金属矿区,是当前最重要的有色金属基地之一。拥有1500多年铜矿开采和冶炼历史的古铜矿城, 铜陵金属矿区矿山开采与矿石加工、运输、储存以及尾矿堆积等造成土壤重金属严重污染	Cd、Cu、As、Zn、Pb、Cr, 其中Cd、Cu污染最突出	[30⇓-32]

省份	冶炼聚集区	区域概况	主要重金属污染类型	参考文献
湖南	株洲清水塘	传统的老工业基地,以化工、冶金、建材为主导产业, 工业“三废”排放量大,对周围土壤、作物、地表水造成严重污染。 2006年由于该冶炼区向湘江排放大量含Cd废水造成湘江严重Cd污染	Cd、Zn、Pb、 As、Cu、Cr	[19-20]
	衡阳水口山	百余年历史的工业老区,素有“世界铅都”和“中国铅锌工业的摇篮”之称, 以铅锌冶化及新材料为主导产业。由于长时间冶炼导致该区域土壤重金属严重超标,曾发生砷中毒事故	Cd、Hg、Pb、As、 Zn、Cu、Cr	[20⇓-22]
	娄底锡矿山	有“中国锑都”之称,锑产品量占全球的60%。由于矿产的开采和冶炼,矿区周围的土壤和植被受到严重的重金属污染, 耕地基本被抛荒	Sb、As、Pb、Cd、 Cu、Zn、Hg	[20,23-24]
	郴州三十六湾	由于多年矿产资源无序开采,冶炼场地开发强度超过了当地环境承载力, 环保、水土保持设施缺失,选矿废水、尾砂直接排入河道, 对流域环境造成严重影响	Zn、As、Pb、 Cu、Cr、Cd	[25]
湖北	湖北大冶	主要冶铜基地之一,重金属污染强弱与铜、金等多金属矿床空间分布基本一致	Cu、Cd、Pb、 Zn、As、Hg	[5,26]
江西	鹰潭贵溪	第一个大型闪速炼铜厂,其大余县矿山开采历史悠久, 部分有色金属采选和冶炼企业对尾矿缺乏处置措施。长期冶炼废水的灌溉,导致大面积农田受到重金属污染	Cu、Cd、As、Hg等, 其中Cu、Cd最严重	[27-28]
江西	江西赣州	有“世界钨都”、“稀土王国”之称,钨、稀土、铜、铅、锌、钼、铋、金等矿产资源极为丰富,是中国重点有色金属基地之一	Cd、Cr、Cu、 Pb、Zn	[12,29]
安徽	安徽铜陵	中国著名的有色多金属矿区,是当前最重要的有色金属基地之一。拥有1500多年铜矿开采和冶炼历史的古铜矿城, 铜陵金属矿区矿山开采与矿石加工、运输、储存以及尾矿堆积等造成土壤重金属严重污染	Cd、Cu、As、Zn、Pb、Cr, 其中Cd、Cu污染最突出	[30⇓-32]

稳定化技术分类	修复机理	常用药剂	优点	缺点	参考文献
pH控制技术	主要通过添加碱性药剂提高土壤pH至适当范围,土壤负电荷增加,重金属吸附增强,溶解度降低,实现稳定化	石灰、石灰石、碳酸钙等	药剂廉价易得, 操作简单	稳定化长期性易受周围酸性环境影响,特别是酸雨入侵时	[35,40⇓-42]
吸附技术	加入吸附剂将重金属吸附实现稳定化	海泡石、蒙脱石、凹凸棒石、活性炭、沸石等	高效、廉价易得	吸附剂对重金属具有针对性,对复合污染稳定化效果不佳,且其稳定化效果受土壤酸碱性影响较大	[8]
沉淀技术	加入药剂通过自身溶解调节土壤pH或产生OH^-、CO₃^2-、SO₄^2-、HPO₄^2-等阴离子, 与重金属离子形成沉淀,实现稳定化	磷酸盐类、硅酸盐类等	简单、易操作、稳定性好	存在材料安全性问题	[35,40,43]
氧化/还原电势控制技术	添加氧化剂或还原剂,将变价金属（类金属）转化为生物可利用性低、迁移低、毒性低的价态,实现稳定化	铁系（零价铁、亚铁盐、亚硫酸盐等）,硫系（多硫化钙、亚硫酸钠、硫代硫酸钠等）,金属氧化物（铁氧化物、锰氧化物、铝氧化物）等	简单、易操作	长期性易受环境影响	[36-37,44⇓⇓-47]

稳定化技术分类	修复机理	常用药剂	优点	缺点	参考文献
pH控制技术	主要通过添加碱性药剂提高土壤pH至适当范围,土壤负电荷增加,重金属吸附增强,溶解度降低,实现稳定化	石灰、石灰石、碳酸钙等	药剂廉价易得, 操作简单	稳定化长期性易受周围酸性环境影响,特别是酸雨入侵时	[35,40⇓-42]
吸附技术	加入吸附剂将重金属吸附实现稳定化	海泡石、蒙脱石、凹凸棒石、活性炭、沸石等	高效、廉价易得	吸附剂对重金属具有针对性,对复合污染稳定化效果不佳,且其稳定化效果受土壤酸碱性影响较大	[8]
沉淀技术	加入药剂通过自身溶解调节土壤pH或产生OH^-、CO₃^2-、SO₄^2-、HPO₄^2-等阴离子, 与重金属离子形成沉淀,实现稳定化	磷酸盐类、硅酸盐类等	简单、易操作、稳定性好	存在材料安全性问题	[35,40,43]
氧化/还原电势控制技术	添加氧化剂或还原剂,将变价金属（类金属）转化为生物可利用性低、迁移低、毒性低的价态,实现稳定化	铁系（零价铁、亚铁盐、亚硫酸盐等）,硫系（多硫化钙、亚硫酸钠、硫代硫酸钠等）,金属氧化物（铁氧化物、锰氧化物、铝氧化物）等	简单、易操作	长期性易受环境影响	[36-37,44⇓⇓-47]

材料类型	常用药剂	参考文献
硅钙材料	石灰、石灰石、碳酸钙、硅酸盐等	[41-42,48]
含磷材料	磷酸盐、磷矿粉、磷酸二氢钙、羟基磷灰石等	[35,48,50⇓⇓-53]
矿物材料	膨润土、凹凸棒石、海泡石、沸石、硅藻土等	[8,54-55]
有机物料	生物碳、污泥、壳聚糖等	[56⇓-58]
工业副产物	飞灰、赤泥、粉煤灰、石膏、钢渣等	[59⇓⇓-62]
含铁化学制剂	硫酸亚铁、铁粉、氧化铁等	[63⇓⇓⇓⇓⇓-69]
新型功能材料	高分子材料、纳米零价铁、纳米羟基磷灰石、人工合成沸石等	[70⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-78]
复配材料	含铁材料、碱性物质、黏土矿物等相互复配	[79⇓-81]
改性材料	改性生物炭、改性黏土矿物、改性纳米材料等	[82⇓⇓⇓-86]

中南有色金属冶炼场地与周边土壤重金属污染概况及稳定化修复技术研究进展

Heavy Metal Pollution Within and Surrounding Nonferrous Metal Smelting Sites in Central-south China and Stabilization Remediation Technology: A Review

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