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摘 要：在煤的开发、开采以及洗选过程中，会产生大量废弃物，如矸石、粉煤灰等。这些废弃物通常堆积在煤矿周边地表，导致重金属污染日趋严重，尤其是土壤中的重金属污染，直接影响农作物产品的质量安全，威胁着人们的生命健康。针对这种情况，论述了矿区周围土壤中重金属的污染危害、污染源、污染现状，探讨了土壤重金属污染的防治措施。希望通过分析，对煤矿周围的污染形成更深入的了解，为矿区周边土壤重金属污染的防治提供方向和思路。
关键词：煤矿;土壤;重金属污染;防治
煤炭是世界上的主要能源之一。世界能源消费的27%左右来自煤炭燃烧，煤炭消费正以2%/年的速度增长。在煤的开发、开采以及洗选过程中，会产生大量废弃物，如矸石、粉煤灰等。这些废弃物通常堆积在煤矿周边地表。由于其含有大量硫化铁等矿物，在自然环境中很容易被氧化和风化，矿物中的重金属元素，如Ni、Zn、Pb、Al和Mn等被释放出来。因此，煤矿区周围的污染一直是一个亟待解决的大问题，特别是土壤中的重金属污染，对土壤本身造成了极大的破坏，严重损害了土壤生产力，对地下水和农作物造成了极大的污染，破坏了人们的生存环境。如何治理矿区周围的土壤已成为一个必须解决的问题。希望通过本研究的分析，让人们对煤矿周边的土壤污染有更深入的认识，并为矿区周边土壤的重金属污染防治提供方向和思路。
1 重金属污染的危害
在自然状态下，土壤中存在大量的重金属。重金属会在动植物中积聚，并通过食物链逐渐累积，浓度会增加数千倍，对人体造成严重危害。例如铅（Pb）经食物链进入人体[1-3]，被肠道吸收，通过血液扩散到全身器官和组织、进入骨骼[4]，而铅化合物的排出速度很慢，导致慢性中毒;镉（Cd）摄入过量，导致人体无法吸收钙，骨质疏松，骨骼也会变软。严重者会引发水肿和骨痛病（也称痛风）[5];砷（As）化合物通过血液积聚在人体组织中，导致人体中毒，被视为最毒物质[6];汞危害不仅影响中枢神经系统、消化系统和肾脏，对呼吸系统、皮肤、血液和眼睛也有一定的影响[7]。铬是人体必需的微量元素，缺铬可引起动脉硬化，但过量摄入会损害肾脏和肝脏组织，并导致癌症。
2 煤矿区土壤重金属污染来源
采煤矿区周边土壤的重金属污染主要来源包括以下 3种。（1）在采煤过程中形成的粉尘被风吹散，然后随着降雨逐渐沉降在土壤中[8];（2）在开采过程中产生的煤矸石中重金属含量较高，在煤矸石的堆积过程中，重金属随地表径流流入土壤，对土壤和地下水造成污染[9];（3）在煤矿开采过程中形成的酸性废水，渗入土壤，腐蚀土壤中的矿石，使大量重金属渗入土壤，污染水体[10]。由于采矿过程中的废弃物处理不当，大部分重金属在风雨交加的作用下进入土壤。
3 矿区土壤重金属污染现状
淮南地处安徽省中部、淮河中游，是一座“缘矿而建、因煤而兴”的典型资源型城市。淮南煤炭储备量占安徽省煤炭总储量的70%、华东地区煤炭总储量的32%，被称为“华东工业粮仓”。学者对淮南矿区周边土壤重金属污染的研究较多。
刘旭等[11]对淮南潘集矿区内农田土壤和小麦中重金属的污染状况进行了研究，发现淮南潘集矿区内农田土壤中的Cu、Cd、As浓度平均值分别是背景浓度的1.03、4.17、 1.81倍，矿区农田土壤重金属综合潜在生态风险指数处于轻度或中度等级，相对较轻，主要贡献重金属是Cd。李洪伟等[12]通过系统收集和分析淮南新集矿区土壤样品中的CO、Cr、Cu、Pb、Zn含量，研究了矿区煤矸石和粉煤灰堆积引起的重金属污染。研究表明，煤矸石和粉煤灰长期风化淋溶等原因导致周围土壤重金属累积污染。熊鸿斌等[13]对淮南矿区内新庄孜矿、潘一矿和顾桥矿3个矿区周边的表层土壤进行了重金属污染研究，结果表明，As、Cr的含量远超淮南土壤背景值，煤矿长期进行采矿和治炼，使As在土壤中严重累积。此外，矿山开采中的伴生矿是导致As污染的主要因素。郭旻欣[14]研究表明，淮南土壤中Cu、As、Zn、Cr的平均值均高于背景值，存在污染，Zn的污染程度较高。邢雅珍等[15]通过文献研究，对新庄子矿、古桥矿、番一矿和大同矿的土壤微量元素污染进行分析，其中Cd、As含量超过背景值，污染较为严重。
从以上研究结果来看，煤矿的开采会给矿区周边土壤带来不同程度的重金屬富集，其中以Zn、As和Cd元素的污染较为严重，其余元素也有不同程度的污染，因此，对煤矿区周边土壤重金属污染的防治尤为重要。
4 煤矿区土壤重金属污染的防治措施
4.1 预防措施
根据土壤中重金属的来源，可采取以下防治措施。 （1）根据煤尘的特点，有针对性地采取措施，减少煤尘的排放。（2）积极挖掘煤矸石的综合利用方法，提高煤矸石的综合利用率，减少煤矸石的堆放;对不能综合利用的煤矸石，要选择合理的堆放地点，通过覆土绿化等措施，降低已达到堆放高度的矸石淋溶对土壤重金属的影响。（3）煤矿酸性废水经矿井水处理系统处理后，才能作为灌溉用水，水质要符合有关标准的要求。
4.2 修复措施及对比分析
土壤重金属污染的修复可采用物理、化学、农业和生物等方法。其中，植物修复技术广受关注，是近年来发展起来的土地污染原位修复技术。
4.2.1 物理治理方法
物理治理主要有换土、客土、去表土、翻土等方式，这种方法效果十分稳定，而且治理过程较为完善，缺点在于治理费用比较高，土壤的肥力容易下降，而且开展过程较为复杂。
4.2.2 化学治理方法
化学治理是投入一些改良剂、抑制剂，减弱重金属的生物有效性。治理效果、费用处于中等水平，但是问题在于容易反复。 4.2.3 农业治理方法
农业治理方法是通过改变一些农业治理制度，选择不进入食物链的植物在被污染的土壤中生长，减少或阻断重金属对人体的危害。对于不能在短时间内修复的土壤，如废弃矿区和重金属污染区的土壤，可以采取农业处理的方法。农业治理方法操作简单、成本低，但周期长，效果不显著。
4.2.4 生物治理方法
生物治理是指利用一定的生物习性来适应、抑制和改善重金属污染。目前，广泛应用的是植物管理，主要筛选出能吸收和积累大量重金属的超积累植物。它是一种利用植物吸收土壤中过量的重金属，然后回收利用植物来解决土壤中重金属超标问题的方法。该技术实施简便、投资少，对坏境破坏小，治理效果较好，是一种新兴的绿色安全修复技术，也是目前最有前途的土壤修复技术。
5 结语
煤矿的开采活动对煤矿区周边土壤造成了不同程度的重金属污染，一旦富集就很难在短时间内清除，这将在很长一段时间内造成影响。因此，对矿周边土壤重金属污染的预防尤为重要，应以预防为主、修复为辅，从污染源上切断污染途径，减少対土壤的影响。同时要因地制宜地采取合适的措施，对已经受到影响的土壤进行及时修复治理。生物治理法中的植物修复治理法将成为一种治理效果好、费用低和治理周期较短的优选治理方法，为煤矿区周边土壤重金属污染治理提供很好的技术方向。
[参考文献]
[1]C.赖利.食品的金属污染[M].轻工业出版社翻译组，译.北京：轻工业出版社，1986.
[2]JECFA.WHO Technical Report Series 884. Evaluation of certain food additives and contaminants. Forty-ninth report of the join FAO/WHO expert committee on food additives[R].Geneva：WHO，1999.
[3]谭见安.地球环境与健康[M].北京：化学工业出版社，环境科学与工业出版社，2004.
[4]FLEMING D，BOULAY D，RICHARD N S.Accumulated body burden and endogenous release of lead in employees of a lead smelter[J].Environmental Health Perspectives，1997，105（2）：224-233.
[5]俞誉福，毛家駿.环境污染与人体保健[M].上海：复旦大学出版社，1985.
[6]史群.汞对人体的危害及预防[J].医学创新研究，2008，5（21）：186-187.
[7]孙玉锦，汤新云.铁摄入过量对人体健康的影响[J].四川生理科学杂志，2006，28（14）：183-184.
[8]王丽，王力，和文祥，等.神木煤矿区土壤重金属污染特征研究[J].生态环境学报，2011，28（8/9）：1343-1347.
[9]王荣，邓伟妮，姚锐.煤矸石堆放对周围耕作层土壤中重金属含量的影响[J].西安科技大学学报，2008，28（3）：489-492.
[10]申暾，吴永贵，黄波平，等.贵州兴仁废弃煤矿区表层土壤重金属污染及其土壤酶活性[J].贵州农业科学，2011，39（3）：111-115.
[11]刘旭，郑刘根，陈欣悦，等.淮南潘集矿区农田土壤重金属污染特征及在小麦中累积特征研究[J].环境污染与防治，2019，8（41）：959-978.
[12]李洪伟，颜事龙，崔龙鹏.准南新集矿区土壤重金属污染评价[J].矿业安全与环保，2008，35（1）：36-37.
[13]熊鸿斌，胡海文，王振祥，等.淮南煤矿区土壤重金属污染分布特征及污染溯源研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2015，5（38）：686-692.
[14]郭旻欣.基于GS的淮南矿区土壤Cu、Ni、As、Zn和Cr元素空间分布特征及来源分析[D].合肥：合肥工业大学，2016.
[15]邢雅珍，陈孝杨，许正刚，等.基于文献研究的淮南煤矿区土壤重金属空间分布与污染评价[J].安徴农业科学，2018，46（5）：77-80.
关键词：煤矿;土壤;重金属污染;防治
煤炭是世界上的主要能源之一。世界能源消费的27%左右来自煤炭燃烧，煤炭消费正以2%/年的速度增长。在煤的开发、开采以及洗选过程中，会产生大量废弃物，如矸石、粉煤灰等。这些废弃物通常堆积在煤矿周边地表。由于其含有大量硫化铁等矿物，在自然环境中很容易被氧化和风化，矿物中的重金属元素，如Ni、Zn、Pb、Al和Mn等被释放出来。因此，煤矿区周围的污染一直是一个亟待解决的大问题，特别是土壤中的重金属污染，对土壤本身造成了极大的破坏，严重损害了土壤生产力，对地下水和农作物造成了极大的污染，破坏了人们的生存环境。如何治理矿区周围的土壤已成为一个必须解决的问题。希望通过本研究的分析，让人们对煤矿周边的土壤污染有更深入的认识，并为矿区周边土壤的重金属污染防治提供方向和思路。
1 重金属污染的危害
在自然状态下，土壤中存在大量的重金属。重金属会在动植物中积聚，并通过食物链逐渐累积，浓度会增加数千倍，对人体造成严重危害。例如铅（Pb）经食物链进入人体[1-3]，被肠道吸收，通过血液扩散到全身器官和组织、进入骨骼[4]，而铅化合物的排出速度很慢，导致慢性中毒;镉（Cd）摄入过量，导致人体无法吸收钙，骨质疏松，骨骼也会变软。严重者会引发水肿和骨痛病（也称痛风）[5];砷（As）化合物通过血液积聚在人体组织中，导致人体中毒，被视为最毒物质[6];汞危害不仅影响中枢神经系统、消化系统和肾脏，对呼吸系统、皮肤、血液和眼睛也有一定的影响[7]。铬是人体必需的微量元素，缺铬可引起动脉硬化，但过量摄入会损害肾脏和肝脏组织，并导致癌症。
2 煤矿区土壤重金属污染来源
采煤矿区周边土壤的重金属污染主要来源包括以下 3种。（1）在采煤过程中形成的粉尘被风吹散，然后随着降雨逐渐沉降在土壤中[8];（2）在开采过程中产生的煤矸石中重金属含量较高，在煤矸石的堆积过程中，重金属随地表径流流入土壤，对土壤和地下水造成污染[9];（3）在煤矿开采过程中形成的酸性废水，渗入土壤，腐蚀土壤中的矿石，使大量重金属渗入土壤，污染水体[10]。由于采矿过程中的废弃物处理不当，大部分重金属在风雨交加的作用下进入土壤。
3 矿区土壤重金属污染现状
淮南地处安徽省中部、淮河中游，是一座“缘矿而建、因煤而兴”的典型资源型城市。淮南煤炭储备量占安徽省煤炭总储量的70%、华东地区煤炭总储量的32%，被称为“华东工业粮仓”。学者对淮南矿区周边土壤重金属污染的研究较多。
刘旭等[11]对淮南潘集矿区内农田土壤和小麦中重金属的污染状况进行了研究，发现淮南潘集矿区内农田土壤中的Cu、Cd、As浓度平均值分别是背景浓度的1.03、4.17、 1.81倍，矿区农田土壤重金属综合潜在生态风险指数处于轻度或中度等级，相对较轻，主要贡献重金属是Cd。李洪伟等[12]通过系统收集和分析淮南新集矿区土壤样品中的CO、Cr、Cu、Pb、Zn含量，研究了矿区煤矸石和粉煤灰堆积引起的重金属污染。研究表明，煤矸石和粉煤灰长期风化淋溶等原因导致周围土壤重金属累积污染。熊鸿斌等[13]对淮南矿区内新庄孜矿、潘一矿和顾桥矿3个矿区周边的表层土壤进行了重金属污染研究，结果表明，As、Cr的含量远超淮南土壤背景值，煤矿长期进行采矿和治炼，使As在土壤中严重累积。此外，矿山开采中的伴生矿是导致As污染的主要因素。郭旻欣[14]研究表明，淮南土壤中Cu、As、Zn、Cr的平均值均高于背景值，存在污染，Zn的污染程度较高。邢雅珍等[15]通过文献研究，对新庄子矿、古桥矿、番一矿和大同矿的土壤微量元素污染进行分析，其中Cd、As含量超过背景值，污染较为严重。
从以上研究结果来看，煤矿的开采会给矿区周边土壤带来不同程度的重金屬富集，其中以Zn、As和Cd元素的污染较为严重，其余元素也有不同程度的污染，因此，对煤矿区周边土壤重金属污染的防治尤为重要。
4 煤矿区土壤重金属污染的防治措施
4.1 预防措施
根据土壤中重金属的来源，可采取以下防治措施。 （1）根据煤尘的特点，有针对性地采取措施，减少煤尘的排放。（2）积极挖掘煤矸石的综合利用方法，提高煤矸石的综合利用率，减少煤矸石的堆放;对不能综合利用的煤矸石，要选择合理的堆放地点，通过覆土绿化等措施，降低已达到堆放高度的矸石淋溶对土壤重金属的影响。（3）煤矿酸性废水经矿井水处理系统处理后，才能作为灌溉用水，水质要符合有关标准的要求。
4.2 修复措施及对比分析
土壤重金属污染的修复可采用物理、化学、农业和生物等方法。其中，植物修复技术广受关注，是近年来发展起来的土地污染原位修复技术。
4.2.1 物理治理方法
物理治理主要有换土、客土、去表土、翻土等方式，这种方法效果十分稳定，而且治理过程较为完善，缺点在于治理费用比较高，土壤的肥力容易下降，而且开展过程较为复杂。
4.2.2 化学治理方法
化学治理是投入一些改良剂、抑制剂，减弱重金属的生物有效性。治理效果、费用处于中等水平，但是问题在于容易反复。 4.2.3 农业治理方法
农业治理方法是通过改变一些农业治理制度，选择不进入食物链的植物在被污染的土壤中生长，减少或阻断重金属对人体的危害。对于不能在短时间内修复的土壤，如废弃矿区和重金属污染区的土壤，可以采取农业处理的方法。农业治理方法操作简单、成本低，但周期长，效果不显著。
4.2.4 生物治理方法
生物治理是指利用一定的生物习性来适应、抑制和改善重金属污染。目前，广泛应用的是植物管理，主要筛选出能吸收和积累大量重金属的超积累植物。它是一种利用植物吸收土壤中过量的重金属，然后回收利用植物来解决土壤中重金属超标问题的方法。该技术实施简便、投资少，对坏境破坏小，治理效果较好，是一种新兴的绿色安全修复技术，也是目前最有前途的土壤修复技术。
5 结语
煤矿的开采活动对煤矿区周边土壤造成了不同程度的重金属污染，一旦富集就很难在短时间内清除，这将在很长一段时间内造成影响。因此，对矿周边土壤重金属污染的预防尤为重要，应以预防为主、修复为辅，从污染源上切断污染途径，减少対土壤的影响。同时要因地制宜地采取合适的措施，对已经受到影响的土壤进行及时修复治理。生物治理法中的植物修复治理法将成为一种治理效果好、费用低和治理周期较短的优选治理方法，为煤矿区周边土壤重金属污染治理提供很好的技术方向。
[参考文献]
[1]C.赖利.食品的金属污染[M].轻工业出版社翻译组，译.北京：轻工业出版社，1986.
[2]JECFA.WHO Technical Report Series 884. Evaluation of certain food additives and contaminants. Forty-ninth report of the join FAO/WHO expert committee on food additives[R].Geneva：WHO，1999.
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[6]史群.汞对人体的危害及预防[J].医学创新研究，2008，5（21）：186-187.
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[8]王丽，王力，和文祥，等.神木煤矿区土壤重金属污染特征研究[J].生态环境学报，2011，28（8/9）：1343-1347.
[9]王荣，邓伟妮，姚锐.煤矸石堆放对周围耕作层土壤中重金属含量的影响[J].西安科技大学学报，2008，28（3）：489-492.
[10]申暾，吴永贵，黄波平，等.贵州兴仁废弃煤矿区表层土壤重金属污染及其土壤酶活性[J].贵州农业科学，2011，39（3）：111-115.
[11]刘旭，郑刘根，陈欣悦，等.淮南潘集矿区农田土壤重金属污染特征及在小麦中累积特征研究[J].环境污染与防治，2019，8（41）：959-978.
[12]李洪伟，颜事龙，崔龙鹏.准南新集矿区土壤重金属污染评价[J].矿业安全与环保，2008，35（1）：36-37.
[13]熊鸿斌，胡海文，王振祥，等.淮南煤矿区土壤重金属污染分布特征及污染溯源研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2015，5（38）：686-692.
[14]郭旻欣.基于GS的淮南矿区土壤Cu、Ni、As、Zn和Cr元素空间分布特征及来源分析[D].合肥：合肥工业大学，2016.
[15]邢雅珍，陈孝杨，许正刚，等.基于文献研究的淮南煤矿区土壤重金属空间分布与污染评价[J].安徴农业科学，2018，46（5）：77-80.