遵义某锰矿区水土环境重金属含量分析及风险评价_赵磊.pdf

2 0 2 3年1月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第2 5卷 第2期收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 9作者简介:赵 磊(1 9 9 1-),男,工程师,主要从事水文地质、工程地质、环境地质工作。遵遵义义某某锰锰矿矿区区水水土土环环境境重重金金属属含含量量分分析析及及风风险险评评价价赵 磊(贵州省有色金属和核工业地质勘查局地质矿产勘查院,贵州 贵阳5 5 0 0 0 0)摘要:采用数理统计分析、内梅罗综合污染指数评价法对贵州连续开采1 5年的某锰矿地表水及表层土壤重金属污染情况进行了评价,以研究区域地表水执行 地表水环境质量标准(G B 3 8 3 8-2 0 0 2)中类水质标准作为风险筛选值,发现氨氮、C O DM n、p H值等均未出现超标现象,而A s、M n、C d、C r均属于高变异,表明这几种金属元素受采矿活动干扰较大。由内梅罗综合污染指数评价法判断出该研究区域地表水体水质污染程度为安全状态。矿区不同采样点主要累积污染元素为C d,Z n和M n,而C u,C r,P b累积水平相对较低。各重金属元素含量的平均值均超过贵州省土壤背景值。研究区矿洞口、堆土、污水处理设施排放口内梅罗综合污染指数分别高达1 9.1 7,8.4 4,2 0.3 2,均属于重度污染水平。关键词:矿山;地表水;土壤;重金属污染;评价中图分类号:X 5 2 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 4-9 9 4 4(2 0 2 3)0 2-0 1 5 5-0 5A n a l y s i sa n dR i s kA s s e s s m e n t o fH e a v yM e t a l s i nW a t e ra n dS o i lE n v i r o n m e n to faM a n g a n e s eM i n i n gA r e a i nZ u n y iZ h a oL e i(G e o l o g i c a l a n dM i n e r a lE x p l o r a t i o nI n s t i t u t eo fG u i z h o uN o n f e r r o u sM e t a l sa n dN u c l e a rI n d u s t r yG e o l o g i c a lE x p l o r a t i o nB u r e a u,G u i y a n g,G u i z h o u5 5 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep o l l u t i o no fh e a v ym e t a l s i nt h es u r f a c ew a t e ra n ds u r f a c es o i lo fam a n g a n e s em i n et h a th a sb e e nc o n t i n u o u s l ym i n e d f o r 1 5y e a r s i nG u i z h o uP r o v i n c ew a s e v a l u a t e db yu s i n gm a t h e m a t i c a l s t a t i s t i c s a n a l-y s i sa n dN e m e r oc o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o n i n d e xe v a l u a t i o nm e t h o d.T h es u r f a c ew a t e r i nt h es t u d ya r e aw a ss u b j e c t t ot h eC l a s sI I Iw a t e rq u a l i t ys t a n d a r di nt h eE n v i r o n m e n t a lQ u a l i t yS t a n d a r df o rS u r f a c eW a t e r(G B 3 8 3 8-2 0 0 2)a s t h er i s ks c r e e n i n gv a l u e.I tw a s f o u n dt h a t a mm o n i an i t r o g e n,C O DM n,p H,e t c.d i dn o te x c e e dt h es t a n d a r d.A s,M n,C da n dC rw e r eh i g h l yv a r i a b l e,w h i c hs h o w st h a tt h e s em e t a le l e m e n t sa r eg r e a t l yd i s t u r b e db y m i n i n ga c t i v i t i e s.A c c o r d i n gt ot h eN e m e r oc o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e xe v a l u a t i o nm e t h o d,t h ep o l l u t i o nd e g r e eo fs u r f a c ew a t e r i nt h es t u d ya r e ai ss a f e.T h em a i nc u m u l a t i v ep o l l u t i o ne l e-m e n t sa td i f f e r e n t s a m p l i n gp o i n t s i n t h em i n i n ga r e aa r eC d,Z na n dM n.T h e c u m u l a t i v e l e v e l o fC u,C r a n dP b i s r e l a t i v e l y l o w.T h e a v e r a g e c o n t e n t o f e a c hh e a v ym e t a l e l e m e n t e x c e e d e d t h eb a c k g r o u n dv a l u eo f s o i l i nG u i z h o uP r o v i n c e.T h eM e r l o t c o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e xi nt h em i n ep o r t a l,s o i lp i l ea n ds e w a g et r e a t-m e n t f a c i l i t yd i s c h a r g eo u t l e t i nt h es t u d ya r e a i s1 9.1 7,8.4 4a n d2 0.3 2r e s p e c t i v e l y,w h i c ha r ea l l s e r i o u sp o l l u t i o nl e v e l s.K e yw o r d s:m i n e;s u r f a c ew a t e r;s o i l;h e a v ym e t a l p o l l u t i o n;e v a l u a t i o n1 引言我国锰矿资源分布地区相对集中,其中贵州地区的 资 源 比 较 丰 富,约 占 我 国 锰 矿 保 有 资 源 量 的6 0%1。贵州地区的锰矿资源主要分布于黔北遵义地区,遵义地处贵州北部,是贵州、四川和重庆交界处的中心城市。遵义锰矿以沉积型锰矿为主,资源存储量丰富,约占全省储存量的4 7%,锰矿业已成为遵义地区经济发展的重要支柱2。虽然锰矿资源的开采促进了经济的迅速发展,但相应的问题也随之出现,矿山开采会破坏周围的水环境。例如在矿山开采过程中产生的矿井废水、尾砂、551DOI:10.16663/ki.lskj.2023.02.006 赵 磊:遵义某锰矿区水土环境重金属含量分析及风险评价环境与安全废石等废弃物里含有重金属,通过土壤渗透、水体流动等 途 径 严 重 污 染 周 边 的 土 壤、水 资 源、动 植 物等3,4。相比较其他污染物质而言,重金属在自然环境中具有稳定性和不可逆性较强等特点,当重金属进入水体之后,绝大多数会与有机物、黏土矿物和硫化物等发生络合反应并吸附在沉积物上,故当外界环境条件发生改变时,附着在沉积物上的重金属会被释放,引起水体二次污染5。其次,尾矿渣中产生的重金属等有毒有害物质会对土壤造成污染。主要表现在矿长废水会导致土壤质量下降,使土壤盐渍化、碱化,锰矿尾渣中的重金属元素通过风化淋滤作用向土壤中迁移扩散,通过作物富集过程进入蔬菜,而人食用受污染的蔬菜则会严重危害人体健康6。本文对贵州遵义某锰矿区土壤及地表水进行采样分析,测定其中重金属含量,并对其进行健康风险评价。通过相关科学评价的方法,讨论锰矿的开采对周围环境造成的影响,以期为矿区安全开采利用及环境保护提出科学理论依据。2 材料与方法2.1 样品采集研究区域位于贵州省某矿区,该矿区在2 0 0 4年取得采矿许可证,已连续采矿1 5年。于2 0 2 0年7月份对该锰矿区附近河流进行采样,分别在矿区上游约5 0 0m布设对照断面(W 1)、矿区废水排放口下游约5 0 0m布设控制断面(W 2)、矿区废水排放口下游约3 0 0 0m布设削减断面(W 3)。样品采集方法参照 水质采样技术指导。地表水采集、保存、运输执行 地表水和污水监测技术规范(H J/T 9 1-2 0 0 2)8,主要监测指标有p H值、S S、氨氮、C O DM n、锰、铜、砷、镉、铬和铅。同时,根据实地调查结果,分别于矿区矿洞口、渣土堆放区、污水处理设施排放口和矿山居民区设置采样点位,每个采样点面积设为1.0m1.0m,梅花形采集1k g02 0c m表层土壤,共采集土壤样品8个,并填写现场采样情况记录表。样品采集后装袋,带回实验室,于室内风干、去杂、研磨,过1 0 0目尼龙筛后置于密封袋中保存备用。2.2 研究方法2.2.1 分析测定方法p H值使用p H计现场测定;用0.4 5 u m滤膜过滤水样,水样经过滤后会有留在过滤器上的固体物质,将固体物质置于烘箱中,设置温度1 0 31 0 5,待其烘至恒重后得到悬浮物(S S);氨氮使用纳氏试剂分光光度法进行测定;化学需氧量用高锰酸钾法进行测定;重金属锰、铜、砷、镉、铬和铅采用原子吸收光谱法(AA S)检测进行分析。2.2.2 内梅罗综合污染指数法采用内梅罗综合污染指数法评价贵州某矿山地表水和土壤重金属污染程度,因为水体和土壤中经常多种重金属并存,与其他方法相比,内梅罗综合污染指数法能够反映出水体重金属污染现状7。所以内梅罗综合污染指数法不失为一种重要的水环境质量评价方法,该方法简单易懂,水质污染程度可用简单的数值表示,因此在地表水和地下水水质评价中应用较为普遍81 1。评价等级计算公式为:Pn=m a x(Pi)2+a v e(Pi)22(1)式(1)中,Pi=CiSi为重金属污染物i的实测浓度,m g/L;Si为污染物i的评价标准值,采用 地表水质量标准(G B 3 8 3 8-2 0 0 2)中的类水质标准作为参比标准,其标准中未涵盖重金属M n的标准限值,m g/L;m a x(Pi)为地表水中重金属单因子污染指数的最大值;a v e(Pi)为各重金属单因子污染指数的平均值。地表水体、土壤中重金属的污染评价标准分别如表1、2所示。表1 地表水体中重金属污染评价标准Pn污染程度Pn0.7安全0.7Pn1警戒1Pn2轻度污染2P