專利名稱：一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于對礦山廢棄地的復(fù)墾、生態(tài)恢復(fù)及土地修復(fù)領(lǐng)域，即通過生物技術(shù)實 現(xiàn)含砷尾礦庫的快速生態(tài)恢復(fù)，消除尾礦庫對周邊的環(huán)境污染和健康威脅。
背景技術(shù)：
砷是一種成礦元素，有色金屬礦床中普遍存在有砷。有色金屬的開采、冶煉使砷進(jìn) 入環(huán)境之中，導(dǎo)致嚴(yán)重的污染。礦山開采、選礦和冶煉的過程中產(chǎn)生大量廢石、尾礦和冶煉 廢渣，由于未得到有效處理而堆存于礦區(qū)，形成尾礦壩和廢渣堆，這些尾礦壩、廢渣堆不僅 占壓大量土地，還會由于風(fēng)蝕、水蝕作用向環(huán)境釋放大量的污染物質(zhì)，造成周邊水系、土壤 污染，農(nóng)作物重金屬含量超標(biāo)，人群健康損害等一系列環(huán)境與健康問題。目前對這些尾礦庫和廢渣堆的治理方法主要包括礦山井下回填、地表填埋和生物 修復(fù)。井下回填一般根據(jù)礦山開采規(guī)劃和工藝設(shè)計，采出的廢石、選礦產(chǎn)生的尾礦和冶煉產(chǎn) 生的廢渣不經(jīng)地表堆存，直接由專用運(yùn)輸線運(yùn)至井下進(jìn)行回填。這一方法要求礦山開采之 初就設(shè)計好廢石回填方式，并結(jié)合到礦山的開采、選礦和冶煉工藝之中，投入較高。我國有 部分新投產(chǎn)的礦山采用了這一先進(jìn)的回填方式，但大部分已經(jīng)開采的老礦山目前還無法采 用這一工藝。地表填埋需要專用的填埋場，一般選擇遠(yuǎn)離村莊、居民點和水源地的山溝峽谷 地帶，并要求進(jìn)行嚴(yán)格的防滲處理。以上兩種方法均需要投入大量的人力、物力和財力，地 表填埋還會占用大片土地，并對周邊生態(tài)和環(huán)境產(chǎn)生潛在的威脅。生物修復(fù)是通過種植當(dāng) 地耐性植物、先鋒植物在尾礦庫和廢渣堆上快速形成植被，從而固定尾礦庫和廢渣堆中的 污染物，消除尾礦庫的風(fēng)蝕和水蝕污染。生物修復(fù)方法具有成本低、工程量小、原位實施、生 態(tài)協(xié)調(diào)等優(yōu)點，在礦山廢棄地復(fù)墾、廢棄物治理和生態(tài)恢復(fù)中具有優(yōu)勢。通過發(fā)明人的多年研究發(fā)現(xiàn)，蜈蚣草和芒草對砷具有極強(qiáng)的耐性，在含砷 20000-50000mg/kg的尾礦上，蜈蚣草和芒草均能正常生長。這為利用蜈蚣草和芒草修復(fù)含 砷尾礦庫提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速、經(jīng)濟(jì)而有效治理含砷尾礦庫或廢渣堆的方法。 本發(fā)明采用人工移栽的方法，迅速在尾礦庫或廢渣堆上形成蜈蚣草和芒草優(yōu)勢植物群落， 消除尾礦庫或廢渣堆風(fēng)蝕與水蝕污染。本發(fā)明所用的蜈蚣草和芒草在南方含砷有色金屬礦 區(qū)大量生長，為本地鄉(xiāng)土植物，材料易得。本研究組前期大量研究表明，蜈蚣草和芒草可以 耐受高含量砷的毒害，在含砷數(shù)千mg/kg的土壤和含砷20000-50000mg/kg的尾礦上可正常 生長。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，—種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法將耐砷毒性植物種植培育在所述含砷尾 礦或廢渣表面，待所述耐砷毒性植物成活后，形成耐砷毒性植物群落，實現(xiàn)尾礦庫或廢渣堆 植被的快速恢復(fù)。
在具體的實踐中，所述耐砷毒性植物為蜈蚣草或芒草。針對尾礦庫或廢渣堆，所述生物修復(fù)方法需要采用如下實施手段a)對尾礦庫或廢渣堆進(jìn)行平整，修排水溝，建擋土壩；
b)在所述尾礦庫或廢渣堆表面挖掘穴坑；c)在所述每個穴坑中施入客土和底肥；d)在所述穴坑中種植蜈蚣草或芒草，澆水直至植物成活。e)經(jīng)1-3年，在所述尾礦庫或廢渣堆上形成穩(wěn)定的蜈蚣草-芒草優(yōu)勢植物群落，消 除風(fēng)蝕與水蝕污染。在具體的應(yīng)用中，在所述步驟a中，在尾礦庫或廢渣堆外側(cè)擋建所述的土壩；所述的排水溝包括壩外排水溝和壩內(nèi)排水溝；所述壩外排水溝設(shè)置在所述土壩外 側(cè)，且壩外排水溝的深度為20cm-50cm ；所述壩內(nèi)排水溝為依尾礦庫和廢渣堆坡向所建橫、 縱向排水溝，所述橫、縱向排水溝的寬度為15cm-55cm深度為30cm-60cm ；所述橫、縱排水 溝將所述尾礦庫或廢渣堆表面分割成塊狀；且在所述尾礦庫或廢渣堆的中心設(shè)置人車通行 道，并在所述通行道兩側(cè)設(shè)置道旁排水溝；在所述步驟b中，所述穴坑的設(shè)置密度在1-2個/平方米，且穴坑面積為500-800 平方厘米，穴坑深度在50cm內(nèi)；在所述步驟c中，所述客土的施放量為15公斤-40公斤，其中，客土是指從他處取 來的土，為土壤修復(fù)專用名詞。所述底肥的投放量為150克-400克；在所述步驟d中，在所述穴坑中種植蜈蚣草或芒草的密度為1-2株/平方米。在實踐中，優(yōu)選的所述壩外排水溝的深度為35cm，寬度為40cm ；所述壩內(nèi)橫、縱向排水溝的寬度為35cm深度為50cm ；將所述尾礦庫或廢渣堆表面劃成塊狀，且每塊大小為30 X 30m ；所述道旁排水溝為寬度30cm，深度30cm ；所述穴坑的設(shè)置間距為80cmX80cm ；穴坑直徑為30cm，穴坑深度為30cm ；所述每個穴坑中客土的施放量為30公斤，且每個穴坑中所述底肥為300g復(fù)合肥， 其氮磷鉀各為45克。優(yōu)選的種植時間是春秋季進(jìn)行蜈蚣草或芒草的取苗和移栽。將所述蜈蚣草幼苗和 芒草植株，直接移栽到尾礦庫或廢渣堆覆土坑穴中。且所述耐砷毒性植物還包括劍葉鳳尾蕨(Pteris ensiformis), 漸尖毛藏(Cyclosorus acuminatus),尼泊爾酸模(Rumex. nepalensis),敗 胃(Patriniascabiosaefolia), ^ ^ (Cynodon dactylon),(Boehmeria nivea)，牡蒿(Artemisia japonica)，截葉鐵掃帚(Lespedea cunteata)，一 枝黃花 (Solidagovirgauren)，何首烏(Polygonum multiflorum)中的一禾中或幾禾中。本方法具原位實施、工程量小、所需時間短、費(fèi)用低廉和生態(tài)協(xié)調(diào)優(yōu)點。與井下回 填和地表填埋相比，可節(jié)省大量人力物力和財力，工程易于實施，管理技術(shù)要求較低。本發(fā) 明迅速在尾礦庫或廢渣堆上形成蜈蚣草和芒草植物優(yōu)勢植物群落，消除尾礦庫或廢渣堆風(fēng) 蝕與水蝕污染。
具體實施例方式對尾礦庫或廢渣堆進(jìn)行平整之后，尾礦庫或廢渣堆四周建擋土壩，壩基外側(cè)建 45cm寬X 35cm深排水溝。尾礦庫或廢渣堆中央建3m寬道路，方便人車通行。道路兩邊建 45cm寬X 35cm深排水溝。尾礦庫或廢渣堆上建橫、縱向排水溝35cm寬X 50cm深，將尾礦 庫或廢渣堆表面劃成約30 X 30m方格狀。按80cmX80cm的間距在尾礦庫或廢渣堆表面挖掘穴坑，坑穴大小30cm直 徑X 30cm深。將30公斤客土與300g復(fù)合肥(N-P-K = 15-15-15)充分混合，施入以上坑穴中。于春季或秋季在周邊挖取蜈蚣草幼苗和芒草植株，移栽至尾礦庫或廢渣堆坑穴 中，適當(dāng)澆水至移栽苗成活。移栽1年后，蜈蚣草和芒草正常生長，2-3年后，尾礦庫或廢渣堆形成穩(wěn)定的蜈 蚣草-芒草優(yōu)勢群落，其他耐性植物也開始自然定居。蜈蚣草高度達(dá)70cm，蓋度達(dá)35% ； 芒草高度達(dá)2m，蓋度達(dá)45%。除人工移栽的蜈蚣草Pteris vittata和芒草Miscanthus sinensis外，還自然定居有其他10種耐砷植物，包括劍葉鳳尾蕨Pteris ensiformis, 漸尖毛藏 Cyclosorus acuminatus,尼泊爾酸模 Rumexnepalensis,敗醫(yī) Patrinia scabiosaefolia,狗牙根 Cynodon dactylon,芒麻 Boehmeria nivea,牡蒿 Artemisia japonica, ■ Bf H # Lespedea cunteata, 一 fe 胃 # Soli dago virgauren, f nj H" -Sj Polygonum multifiorum，這些植物蓋度達(dá)5%。尾礦庫或廢渣堆植被恢復(fù)后，其風(fēng)蝕與水 蝕污染消失，尾礦庫與廢渣堆暴雨淋濾水砷含量由修復(fù)前的5mg/L降低至lOOy g/L。蜈蚣 草地上部砷、鎘、鉻、銅、鎳和鉛平均含量發(fā)別為825，14. 34，3. 27，16. 48，5. 53和3. 64mg/ kg ；芒草地上部砷、鎘、鉻、銅、鎳和鉛平均含量發(fā)別為0. 45,0,9. 86，0. 25，1. 85和2. 49mg/ kg。兩種優(yōu)勢植物中，僅蜈蚣草地上部富集了較高含量的砷和鎘，但就目前相關(guān)研究報 道來看，蜈蚣草含砷量較高時能夠抵御草食動物的掠食。Rathinasabapathi等人(New Phytologist, 2007 年 I75 卷 2 期，363 至 369 頁)及 Mathews 等人(Environmental and Experimental Botany, 2009年65卷2期，282至286頁)分別報道含砷的蜈蚣草對于草食 昆蟲有防御作用，自然生長蜈蚣草地上部砷含量為5.40-812mg kg—1時能明顯抵御草食動物 的掠食。因此，尾礦庫與廢渣堆上生長的蜈蚣草體內(nèi)的砷不會通過食物鏈進(jìn)入生物體和人 體，因而不會導(dǎo)致健康風(fēng)險。
權(quán)利要求
1.一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于，所述生物修復(fù)方法為將耐砷毒性植物種植培育在所述含砷尾礦或廢渣表面，待所述耐 砷毒性植物成活后，形成耐砷毒性植物群落，實現(xiàn)尾礦或廢渣植被的快速恢復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于，所述 耐砷毒性植物為蜈蚣草或芒草。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于， 所述生物修復(fù)方法包括a)對尾礦庫或廢渣堆進(jìn)行平整，修排水溝，建擋土壩；b)在所述尾礦庫或廢渣堆表面挖掘穴坑；c)在所述每個穴坑中施入客土和底肥；d)在所述穴坑中種植蜈蚣草或芒草，澆水直至植物成活；e)經(jīng)1-3年，在所述尾礦庫或廢渣堆上形成穩(wěn)定的蜈蚣草-芒草優(yōu)勢植物群落，消除風(fēng) 蝕與水蝕污染。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于， 在所述步驟a中，在尾礦庫或廢渣堆外側(cè)擋建所述的土壩；所述的排水溝包括壩外排水溝和尾礦庫內(nèi)排水溝；所述壩外排水溝設(shè)置在所述土壩外 側(cè)，且壩外排水溝的深度為20cm-50cm ；所述尾礦庫內(nèi)排水溝為依尾礦庫坡向所建橫、縱向 排水溝，所述橫、縱向排水溝的寬度為15cm-55cm深度為30cm-60cm ；所述橫、縱向排水溝將 所述尾礦庫或廢渣堆分割為塊狀；且在所述尾礦庫或廢渣堆的中心設(shè)置人車通行道，并在 所述通行道兩側(cè)設(shè)置道旁排水溝；在所述步驟b中，所述穴坑的設(shè)置密度在1-2個/平方米，且穴坑面積在500-800平方 厘米，穴坑深度在50cm內(nèi)；在所述步驟c中，所述客土的施放量為15-40公斤；所述底肥的投放量為150-400克； 在所述步驟d中，在所述穴坑中種植蜈蚣草或芒草的密度為1-2株/平方米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于， 所述壩外排水溝的深度為35cm，寬度為40cm ；所述橫、縱向排水溝的寬度為35cm深度為50cm ； 將所述尾礦庫劃成塊狀，且每塊大小為30mX30m ； 所述道旁排水溝為寬度30cm，深度30cm ；所述穴坑的設(shè)置間距為80cmX80cm ；穴坑直徑為30cm，穴坑深度為30cm ； 所述每個穴坑中客土的施放量為30公斤，且每個穴坑中所述底肥為300g復(fù)合肥，其氮 磷鉀各為45克。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5之一所述的一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于，所述種植蜈蚣草或芒草的時間是春秋季進(jìn)行蜈蚣草或芒草的取苗和移栽；將所述蜈蚣 草幼苗和芒草植株，直接移栽到尾礦庫或廢渣堆覆土坑穴中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種對含砷尾礦或廢渣的生物修復(fù)方法，其特征在于， 所述耐砷毒性植物還包括劍葉鳳尾蕨(Pteris ensiformis)，漸尖毛蕨(Cyclosorus acuminatus)，尼泊爾酸模(Rumex nepalensis)，敗醫(yī)(Patriniascabiosaefolia Fisch)，狗牙根(Cynodon dactylon),芒麻(Boehmeria nivea),牡蒿(Artemisia japonica),截 pf ^ # (Lespedea cunteata), — fe H (Solidagovirgauren), fη]" "i" -S, (Polygonum multiflorum)中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明為一種含砷尾礦和廢渣的生物修復(fù)方法。本發(fā)明主要利用人工移栽蜈蚣草和芒草對含砷尾礦庫與廢渣堆進(jìn)行快速原位植物修復(fù)。對尾礦庫與廢渣堆進(jìn)行平整、建擋土壩和排水溝；在尾礦庫與廢渣堆上移栽蜈蚣草和芒草植株。來年后，蜈蚣草和芒草正常生長。2-3年后，可形成穩(wěn)定的蜈蚣草-芒草優(yōu)勢植物群落，同時還有10種耐砷植物自然定居。尾礦庫與廢渣堆植被恢復(fù)后，其風(fēng)蝕與水蝕污染消失，尾礦庫與廢渣堆暴雨淋濾水砷含量由修復(fù)前的5mg/L降低至100μg/L。
文檔編號B09C1/10GK101992209SQ20091016971
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者楊林生, 韋朝陽 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所