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地球日征稿:修复地球浅谈

2011-06-04      来源:国土资源部门户网站     作者:中国地质大学(北京) 周进生 武建稳 姚钰莹
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  我们的地球是一个真正大到不能衰败但功能在不断下降的系统。近几个世纪以来,人类正在耗尽这个星球上的资源,并让她无时无刻不在承受我们生产的垃圾。当一个地方水资源枯竭,或者是环境被污染,人类所做的仅仅是迁往一个新地方。但是现在,我们已经无法延续这种已经使用了数千年的策略了。科学家、社会思想家以及全球民众都已经意识到,人类业已将这个星球原本的自然属性变为工业属性,为了生存,我们现在必须重新将她改造成一个可持续发展的星球。这是全人类的共同责任。

  一、令人眷恋的地球

  

太空中的地球

 

  

地球全貌

  空中遥望地球家园,呈现在我们眼前的是一个巨大的蔚蓝色星体,连绵不断的青山如宝石般镶嵌在地球表面,蓝色的海洋给地球增添了一抹神秘的色彩,土黄色的陆地承载着亿万生命体。这个神秘的星球同时存在着千年不化的冰山和炙烧一切的岩浆,高耸入云的群山和深入地下的海沟,有曲折多变的江河湖泊,有种类繁多的动物,有色彩缤纷的花朵……地球为人类的生存提供水、大气、矿产资源等,并且日地距离适中使得太阳长期稳定燃烧保证地球表面长期保持适宜的温度,有利于生命进化,大小行星公转各行其道,保证地球宇宙环境的安全,是适合人类生存的特殊星球。而宇宙空间中因受与太阳距离所限的其他星球又有多少是适于人类居住的呢?同一个世界,同一个梦想,同一个家园,同一片蓝天。每一个人都是地球的孩子,每一个人都有义务照顾好我们的母亲,可是在无节制开采、浪费资源、破坏环境的时候,你想到我们的母亲正在遭受怎样的磨难吗?善待地球其实就是善待自己。珍惜资源、改善环境在目前自然灾害不断产生致使人们的生命和健康财产遭受重大损失的时刻变得更加重要。

二、满目疮痍的地表

  近看我们的地球表面,由于人类活动范围和程度的不断加大,远远超过了自然的自身修复能力。据不完全统计,全世界矿产开发每年动用的矿石量数以百亿吨的采出、运输,选矿活动,造成了地质灾害、河水污染、植被破坏、大气污染、耕地压占等。各类破坏的活动的积累,给人类生存的地球形成了满目的疮疤。

(一)地质灾害

  目前我国露天开采设备正向大型化发展,开采规模和深度日益增大,而随着深度的逐年增加,露天矿山边坡的高度、面积、边坡的维护时间都要相应大幅度增加,从而引发边坡滑落灾害的日益突出。另外,自改革开放以来,部分乡镇和个体农民无证开采露天矿点,不先剥离、不分台阶,造成大滑坡甚至山体崩落的灾害屡屡发生。开采过程中的尾矿、废石大量堆积诱发地面塌陷、地裂缝、泥石流等次生地质灾害,造成人员健康乃至生命及财产损失,对矿区经济效益、社会效益、环境效益产生巨大威胁。

    

  

地下水位下降造成地面塌陷          

  

  

矿井掏空造成的地面塌陷

 

  

地下采空区引发地面塌陷 

   

 

  房屋地面裂缝

 

  农田地面裂缝

   

蕨叶坝滑坡

  

陕西榆林山体滑坡

 

单区泥石流

(二)水体污染

      我国是个矿业大国,采矿不仅引发地下水位失衡,造成水位下降,对地表的污染主要为矿井排水,选矿后的废水,露天矿、尾矿、矸石受雨水淋滤后排出的废水,以及矿区其他工业及生活排放的污水。污水未经处理直接排放至水体,从而造成江河湖泊等地表水和地下水的直接或者间接污染,从而增加疾病传播的潜在风险,对水中生物以及人体的身体健康甚至生命安全构成严重威胁。

 

  

采矿废水污染河流

 

选矿废水污染

  

河流污染

  

废水污染农田

(三)植被破坏

  矿山开采活动对植被产生的影响主要表现在四个方面:一是含有重金属的废水渗入土壤将干扰植物根系对于土壤中有机质的吸收,降低植物存活率;二是粉尘、CO、NO、SO2等有毒气体将严重污染大气环境,而致使降雨呈酸性,对地表水、地下水、植被、农作物造成严重损害,使植物变黄、枯萎、坏死;三是开采活动造成的地面塌陷、水质下降等改变植物的的生存环境,影响生物多样性,威胁生态平衡;四是破坏地表植被后不进行及时恢复,随意倾倒废土弃石等,造成水土流失、土地沙化等。

  

  

板石沟铁矿露天开采致使水土流失

  

矿山开采造成水土流失

  

水土流失形成崩岗

  

  

甘肃土地沙漠化

  

居民区外部土地沙漠化

  

土地沙漠化

(四)大气污染

  采矿、选矿过程将产生大量煤尘、SO2、CO、H2S等有害毒气。我国每年约有50亿—60亿m3 煤层瓦斯逸散于大气,井下抽排放高浓度瓦斯6亿m3,其中有3亿m3 放空不能利用;煤炭全行业3万余台工业锅炉、窑炉,年燃煤4450万吨,年排SO257万吨。

  废气大量排放将产生三方面的问题:一是严重污染大气环境,破坏矿区及井下的生活、生产环境,而环境的改变导致动植物生活习性的变化;二是粉尘、CO、NO、SO2 的过多吸入危害矿区居民和牲畜的健康;三是炸药用量过多将增加事故的发生,极大威胁矿工的生命安全;四是大气环境是人类赖以生存的可贵资源,大气环境资源的破坏是一种不可逆过程,恢复良好的大气环境质量要比采取措施从根本上防治大气污染付出更多的经济代价。

  

矿产品生产过程产生废气

  

露天开采产生废气

  

采矿产生废气

(五)耕地压占

      采矿剥离物、废石、矿渣、粉煤灰等固体废弃物的大量堆积不仅污染环境,而且压占土地,其中包括耕地,对农田造成一定程度的影响。据官方机构估算,目前我国因矿产资源开发等生产建设活动,挖损、塌陷、压占等各种人为因素造成的破坏废弃的土地约达两亿亩,约占中国耕地总面积的一成以上,而全国土地复垦率仅为一成半左右。

      目前因采矿遭到破坏的土地七成是耕地或其他农用地,并且多数土地是品质很好的基本农田,不仅集中连片,而且地理位置优越、水资源基础条件好。耕地数量减少一方面将增加失地农民的数量,另一方面将降低土地利用效率,造成生态环境恶化,将直接影响农业农村的发展和农民的生存,进而对社会经济的可持续发展造成严重影响。

  

尾矿压占土地

  

矿区植被覆盖率低

  

废石大量堆积

  

采矿废石堆积

三、修复地球在行动

  科学技术不仅是第一生产力,是保障国家综合竞争力的关键因素,其对于矿产资源勘查开采引起的地表塌陷、水体污染、植被破坏、野生动植物生存环境恶劣等的修复与改善起着十分重要的作用。千疮百孔的地球如同患病的孩子,科学技术便是医治其的药物,通过人类这些医师根据地球患病的类型以及严重程度进行分析,从而对症下药,最大程度保障我们的生存生活环境,保护我们的家园,实现人口增长速度、资源消耗速度、环境承载力三者的统一,追求经济、社会、环境的可持续发展。目前我国修复地球技术主要表现地质灾害防治技术、污水处理技术、植物修复技术、废气处理技术、土地修复技术等五个方面。这些技术的应用对地球环境的改善起到一定的作用,让我们在保护资源的同时,留住美丽的生态环境。

(一)地质灾害防治技术

  塌陷灾害防治技术主要包括充填开采法和减灾开采法。充填开采法是减轻采空塌陷灾害的较好方法,但由于成本过高,此法主要应用于有重要地面设施的地段,在农田等大面积采空威胁区仍未进行推广。减灾开采法是从回采技术上预防或减轻采空塌陷的办法,包括条带开采法,顺序开采和协调开采法以及高层高压注浆法。

  地裂缝防治措施主要为开展回填采矿法和治理地裂缝,消除隐患。开展回填采矿法是指开矿弃渣不运出矿井或洞,而将其充填到采空区,从而保证采空区围岩的稳定性,可避免产生地裂缝;治理地裂缝之前,应先调查其几何特征、成因。对于沉降盆地边缘的地裂缝,可采用灌浆方法治理,而采空塌陷地裂缝的治理方法较多,条件具备时可改造为地下水库。

  

露天开采矿坑修复

  

矿坑修复

  

辽宁阜新海州露天矿国家矿山公园

  

黑龙江鸡西恒山国家矿山公园

  

山东临沂归来庄金矿地质公园

  

河南南阳独山玉国家矿山公园

  

安徽淮北南湖湿地公园

  

浙江遂昌金矿国家矿山公园

  

江苏盱眙象山国家矿山地质公园

  

湖南黄石国家矿山公园

  

青海格尔木察尔汗盐湖国家矿山公园

       崩塌防治方法包括锚固与挂网喷护、支撑加固、遮挡避让等三种方法。锚固与挂网喷护是在裂隙较为密集的谐和裂隙区和危岩区,在清除部分危岩体的基础上,用锚杆加挂网喷护锚固危岩体,已达到减缓卸荷裂隙的产生和卸荷裂隙区的扩展,以及加固已经形成的危岩体的目的。支撑加固法是对较完整的悬挑危岩体可以采用支撑的方法加固,以保持危岩体的稳定性。遮挡避让法是对直接加固困难,或加固成本高的高陡危岩边坡,可以采用遮挡避让的方法防治崩塌。

  

  

边坡防护网治理崩塌

  

遮挡避让法防止崩塌

  

  滑坡灾害防治主要是露天矿边坡稳定技术。该技术可确定不同地段边坡界限范围、边坡构成参数,找出边坡不稳定因素及其影响,运用概率论和经济分析方法,提供边坡稳定性的最优边坡角。为保证露天矿安全生产和综合经济效益,这一技术正朝着研究、设计、施工、生产和现场检测一体化的方向发展。

  

  

四川柏林煤矿山体滑坡治理

  

滑坡治理

  

  泥石流灾害防治措施包括四个方面:一是保护露天矿附近山坡的植被,二是严禁乱猜乱挖及任意丢弃废石与尾砂,三是在露天矿周围或有山洪暴发危险的坑口周围设置排水沟、挡土墙栅栏、阻泥不阻水的防泥石流坝,四是加强露天矿的防水、防洪预报工作及周围山体复土或风化层平时位移的观测工作。

  

  

设置排水沟预防泥石流

  

设置挡土墙预防泥石流

  

(二)污水处理技术

   目前矿山废水的处理方法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、湿地法、微生物法和膜分离法。

  中和法是通过向酸性污水中投加中和剂,利用酸碱中和反应增加废水的PH值,并使重金属离子与氢氧根离子发生反应,生成难容的重金属氢氧化物沉淀而使污水净化的方法。硫化物沉淀法是利用硫化剂将矿山废水中重金属离子转化为不溶或者难溶的硫化物沉淀的方法,金属硫化物沉淀比氢氧化物沉淀离子溶度更小。人工湿地法就是利用自然湿地生态系统中物理、化学、生物的协同作用,通过沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径去除悬浮物、有机物、N、P和重金属等的方法。微生物法是目前国内外处理酸性矿山废水的最新方法,微生物处理技术根据微生物处理重金属废水作用机理的不同分为生物吸附技术、生物累积技术、生物浸出技术。反渗透中是一种浓缩技术,在渗滤去除悬浮固体物之后,以压力4.0MPa将溶液用泵抽入反渗透装置。可以用来改善矿山排水的质量,几乎可以完全去除酸性水中的溶解性固体物,约95%的水可以回收,98%的铜金属离子浓缩在小的水体中。

  

  

污水处理效果

  

“把美丽还给人间”

  

天蓝蓝水清清

(三)植物修复技术

  植物修复即植物治理技术,是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的理论为基础,利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术。其以人工种植的方法形成连续的植物覆盖,达到保持地面的长期稳定性。目前基本成熟的植物修复技术包括萃取、过滤、固定、激活、降解、挥发等。其中萃取、固定及挥发能够清楚土壤污染中的重金属,降解、转化、挥发和植物激活微生物降解行为能清除土壤污染中的有机化合物,根际过滤能清除废水中的污染物。通过植物修复能建立与周围环境一致的植被景观或生态系统,并且以其观赏价值、生物生产力或自然保护效果而创造效益。

  

矿山植被修复

  

曾经满目疮痍的银川市横城黏土矿区如今花团锦簇

  

  

银川市吴怨矿区如今水禽成群

       水土流失治理措施主要包括四个方面:一是工程措施,常用的防护工程措施有拦渣工程、护坡工程和截排水工程;二是植物措施,应据当地情况,选择根蘖性强,生长迅速,耐干早贫瘠的适生树种,以保护现有植被为主,积极开展植树造林,退耕还林还草生态项目建设,并从安全和避免重力侵蚀角度考虑,特殊地段辅以工程措施;三是土地整治和复耕措施,矿区在采挖活动中会剥离表土,这些剥离的表土除用于填埋坑洞外,还可作为矿区后期复耕覆土之用,应根据不同情况,采取土地整治和覆土措施,改造成可利用的土地;四是运用3S技术,建立矿区水土流失动态监测网络和地质灾害预警预报系统,预防和避免地质灾害,提高水保监督管理水平。

  

植物措施治理水土流失

  

风沙区人工造林景观

  土地沙化的主要治理措施是工程治理和植物治理。工程治理主要是防风固沙,通常使用的方法是在沙丘上设置沙障,在沙丘上覆盖一些致密膜状物或植防护林。沙障主要有草方格沙障、粘土沙障、篱笆沙障、立式沙障、平铺沙障等。植物治理指在沙漠地区播种沙生植物,以阻止沙漠扩张及改善沙漠土地,一种方法是在沙漠地区有计划地栽培沙生植物,造固沙林,另一种方法是在沙漠边缘地带造防风林,以削弱沙漠地区的风力,阻止沙漠扩张。

  

沙地植被显现

  

  

宁夏灵武市扎草格治沙

  

宁夏盐池县荒漠公路变为绿洲公路

(四)废气处理技术

  废气处理技术的应用目的主要是出去排放废气中有毒有害物质及烟尘,使其处理后达标排放,减少大气污染,净化空气。目前由吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法、燃烧法、生物净化法、膜分离法和稀释法等延伸出的废气处理技术包括复合式生物反应器废气处理设备,含汞废气、废水和固废治理技术,高压脉冲电晕放电治理低浓度有机废气,氮氧化物废气湿法脱除技术,硫化碱脱除工业废气二氧化硫,低温等离子体催化系统集成技术,废气回流冷凝器壳体,大风量低浓度有机废气净化装置,控制二恶英废气混合高分子材料复合降解的基础研究,FM系列彩涂钢板生产线废气净化处理催化剂,涡轮增压柴油机废气再循环排放控制系统瞬态性能研究,纳米二氧化钛光催化治理废弃废水及清洁高层建筑物外立面,催化还原脱除废气中的NOx技术,再生胶、松焦油废气回收再利用技术,高沸点混合有机溶剂废气回收技术及装置,生物过滤方法脱除工业废气中氮氧化气体NOx,增压柴油机湿空气—柴油均质燃烧系统,脱除废气中NOx方法,燃煤锅炉废气中SO2净化回收工艺,生物法脱除废气中硫和氮研究,非定态SO2转化技术工业化示范工程,缸径直喷柴油机燃烧过程与废气排放机理研究,卷鼓式废气抽排装置,净化工业废气的发泡镍催化剂及其制备方法和应用,多功能集成一体化废气净化设备,稀散元素废气净化催化剂,酸性废气净化新技术,催化燃烧治理有毒、恶臭有机废气等。

  

废气处理前后工区环境对比

  

矿区道路及周边环境对比

(五)土地复垦技术

  我国土地复垦按技术方法来分,可以分为工程复垦、生物复垦与生态复垦,其中工程复垦是复垦技术的核心。

  工程复垦方面,推广采(选)矿—排土(尾)—造地—复垦一体化技术。该技术的特点是复垦不增加设备,按照复垦工程对复垦材料及复垦场地几何形状的要求,编制和调整剥离与排土作业计划,变更排土场的排土线发展方式,使剥离、排土与复垦作业在时间与空间和工艺方法上紧密结合,减少排土场占地时间和提前恢复农业用途。生物工程进行废弃地复垦时,宜对土壤重构、地形、景观进行优化设计,对物种选择、配置及种植方式进行优化。生态工程方面,矿山生产过程中应采取种植植物和覆盖等复垦措施,对露天坑、废石场、尾矿库、矸石山等永久性坡面进行稳定化处理,防止水土流失和滑坡。

  

尾矿库治理前后土地复垦情况对比

  

选厂外一角土地复垦状况对比

  

北露天排渣场土地复垦

  

三斗坪镇土地复垦

  

镇康县土地复垦

  保护地球,珍惜资源是我们每一个人的责任。政府应切实承担起在矿产资源勘查开采加工方面完善保护各类资源的法律法规体系的责任,体现社会主义国家依法治国的效力;各类企业尤其是矿产企业应将可持续发展作为目标,不能以牺牲环境为代价换取短期经济利益,而忽视整个行业、整个国家甚至整个世界的长远发展;个人应持有可持续发展的意识,减少对资源的浪费,不能将希望全部寄托在政府身上,将环境保护的责任全部交与政府。政府、企业、个人履行自身职责的同时,应携起手来共同保护资源,保护环境,创造我们美好的未来。

  善待地球其实就是善待自己。每当清晨起床感受温暖的阳光洒在我们身上,仰望如画布般的蓝天如棉花般的白云,静静倾听花开花落的声音,枝头鸟儿的叽叽喳喳拉近了我们与自然的距离……这和谐美好的画面是我们每个人所向往的。那还在等什么,朋友们,让我们行动起来从自己做起,从小事做起,不浪费一粒米、一滴水、一度电、一张纸;增加菜篮子、手绢、自行车的使用率而减少塑料袋、纸巾、汽车、一次性物品等的使用;减少对非必需品的购买,多多用电脑等工具工作而非娱乐,多多步行而非去健身房,多多锻炼而非吃保健品,多多读书而非打游戏……或许你还能想到更多有益于自身、有益于地球的节能环保健康生活方式,但不论是何种方式,就让我们从现在开始行动起来,善待地球,造福自己和子孙后代吧。

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