1、引言

酸性廢水是有色金屬工業的主要廢水，由于礦山處理酸性廢水量大，同時產生大量的固體廢棄物底泥。高濃度泥漿處理雖然大幅減少了底泥的體積，但由于底泥無法直接回收利用，這些底泥的堆置處理逐漸成為困擾礦山的另一難題。底泥大量堆放不僅會占用大量土地，同時也存在二次環境污染的風險。從經濟、資源和環境三方面綜合考慮，研究將底泥固體廢棄物與有機肥料摻混，用作礦業廢棄地修復基質改良，實現“以廢治廢”，既解決了底泥的堆置難題和礦山污染問題，實現資源的循環利用，同時，可減少原來改良材料的使用量，降低生態恢復成本，具備較好的創新性和先進性，對于資源節約型社會、綠色礦山建設均具有十分重要的意義。

2、底泥的基本理化性狀

（1）樣品采集。

通過現場考察評估，在底泥過濾車間采集了4個具有代表性的底泥樣品。編號為DN-1~DN-4，每個樣品由3~5個子樣品混合而成。

（2）樣品理化分析。

檢測指標包括pH、EC、NAG-pH、NAG、總碳、總氮、總磷等。同時，考慮到底泥樣品中鈣含量很高，所以增加了對底泥總鈣和有效鈣的測定。

（3）數據結果及分析。

從表1數據可知，底泥樣品pH均值為7.7，為中性偏堿；而在EC方面，其均值為689μS/cm，是正常土壤EC的范圍（100~300μS/cm）最大值的2倍多，顯示出底泥中存在高濃度的游離離子；NAG-pH均值為8.6，大于產酸閾值5.0，無產酸能力，凈產酸NAG為0kgH2SO4/t。在營養情況方面，底泥樣品總氮和總磷含量均較低，均為0.4g/kg，分別為缺乏和甚缺乏水平。另外，我們測定了底泥樣品總鈣和有效鈣的含量，其均值分別為115842mg/kg和96535mg/kg，可以看出底泥樣品中總鈣和有效鈣均非常高。

（4）檢測分析結論。

從底泥樣品的檢測分析結果來看，底泥樣品呈現弱堿性，無產酸能力，但存在高濃度的游離離子；總氮、總磷含量十分低；底泥樣品中鈣含量很高。從理化性質等方面分析，底泥通過改良應用于礦區生態恢復是可行的。

①底泥的弱堿性能夠中和一部分巖土的酸性，并且不會產酸，避免了可能的產酸風險；底泥中含有大量的鈣，這可以在一定程度上降低重金屬對植物的毒害作用。

②礦業廢棄地一般存在大量石塊或風化的大顆粒碎石，整體上粒徑較大，容易透水，而底泥則粒徑細小，緊實度高，用于礦業廢棄地改良可以實現物理結構互補，提升廢棄地的保水蓄水能力，滿足植物生長需求。

③不經改良直接使用底泥是不可取的。首先，由于底泥營養成分如氮、磷等元素匱乏，并且底泥顆粒細小、物理結構不良、極易板結，從而造成植物生長困難；其次，選礦底泥中微生物很少，缺乏碳、氮、磷等元素循環相關的活性微生物，不能持久地改善土壤。因此，需要通過添加其他一些材料對其進行改良，改善其物理結構；添加有機質增加植物生長所需的營養成分，引入有益功能微生物之后，才能將其用于生態恢復。

3、底泥應用模擬小試

2015年5月25日于德興銅礦壓濾機廠房取底泥運至研究基地進行模擬小試，試驗分地栽與生態袋栽兩種模式。試驗步驟如下：

（1）利用底泥摻混有機肥料；

（2）利用微生物群落加速土壤熟化進程；

（3）地栽與生態袋栽、三種配比底泥混合基質模式；

（4）利用土壤種子庫及篩選植物進行試種、試播。

經過14天模擬小試，試驗基本達到了我們的預期效果。其主要結果如下：

（1）底泥粘、粉、濕，在理化性質方面，底泥與粗顆粒的有機肥料有較強的互補性，可改善土壤結構、增加營養元素含量。

（2）種植的斑茅、刺槐三天內度過緩苗期，土壤種子庫及撒播的種子三天內開始發芽、生長。

（3）對于底泥摻混有機肥料的生態袋栽種與地栽模式，植物的生長發芽時間及生長狀況并沒有顯著差異。

（4）底泥摻混土壤和有機肥料的試驗組與僅用底泥的對照組試驗效果對比明顯，在未經改良的底泥上植物生長明顯不良。

（5）利用底泥，人工調制高團粒結構、強保水與透水性、富營養化的生態袋客土完全可以滿足植物生長。

（6）底泥分別控制在70%、50%、30%與有機肥料按體積進行配比，試驗結果存在差異；通過觀察植物生長情況，底泥控制在30%左右，植物生長情況相對最好，生物量最大。

4、底泥應用于礦業廢棄地生態恢復

4.1 礦業廢棄地的生態環境問題

礦山廢棄地是一類特殊的退化的生態系統，由于受到人為的巨大干擾，超出了原有生態系統的修復容限。礦山廢棄地分為精礦篩選后剩余巖石碎塊和低品味礦石堆積而成的廢石堆、尾礦砂形成的尾礦庫、矸石堆積的矸石山和剝離物壓占陡坡排巖場（排土場）。礦山廢棄地生態環境問題主要表現為：

（1）土壤基質物理結構不良，持水保肥能力差，導致缺乏植物能夠自然生根和伸展的介質；

（2）N、P、K及有機質等營養物質不足；

（3）存在重金屬、高鹽分等有毒有害物質限制植物生長；

（4）地表土極端pH值或鹽堿化等環境條件使得植被難以生長。

4.2 改良底泥應用于礦山排土場

模擬小試結果初步驗證了植物能夠在摻混有機肥料的底泥中生長良好。因此，在江西德興銅礦水龍山排土場選擇10000m2的區域進行了中試試驗。按模擬小試最佳結果，底泥控制在體積30%與有機肥料配比，并與排土場表層30cm的土壤摻混，進行土壤改良。按2株/m2的用量直栽喬灌木袋苗與撒播植物種子、土壤種子庫，種植完成后，用稻草覆蓋遮蔭。中試試驗取得了良好生態恢復效果，進一步證實底泥添加有機肥料調配制成的人工基質能夠滿足植被重建的需求（見圖2）。

5、底泥資源化利用的展望

（1）“以廢治廢”，利用底泥提高礦業廢棄地生態恢復治理效果，研究與探索底泥摻混礦業廢棄地土壤，進行酸堿中和、粘粗互補，實現綜合改良土壤酸性、改善土壤團粒結構，建立免維護、不退化、多物種良性循環的生態系統的一種方法。

（2）建立底泥廢棄物用于重金屬礦業廢棄地修復的全新技術體系，探討底泥與有機肥料的最優配比、適宜種植植物品種等相關的技術工藝參數。

（3）通過在典型礦山建立技術示范區，并從酸化和重金屬溶出控制、微生物群落調節以及植被恢復效果等幾方面進一步研究修復內在機制，評估技術的修復效果，建立相應的評估標準。

（4）按“以廢治廢”，覆蓋50cm厚度的底泥計，每平方米可消耗0.5m3的底泥廢棄物，明顯減輕了礦企的底泥處理壓力，節約了大量處理費用。并且，由于底泥的使用減少了原有改良材料的添加，相比降低了約6%的修復成本。

（5）解決酸性廢水處理底泥廢棄物的出路問題，避免大量堆置帶來的土地占用、污染和安全問題；同時，開發的修復新技術能夠從源頭防控重金屬污染，避免礦區周邊土壤和水體污染，改善生態環境，維護人們的身體健康，對于資源節約型社會、綠色礦山建設均具有十分重要的意義。（來源：江西銅業集團公司 德興銅礦）