貴州水城石橋村鉛鋅礦山淺層地下水化學特征及水質(zhì)評價

陳淼,吳永貴

(貴州大學資源與環(huán)境工程學院,貴州 貴陽 550003)

鉛鋅礦的開采對環(huán)境造成較為嚴重的污染破壞,其中重金屬污染是鉛鋅礦區(qū)最為典型的現(xiàn)象.重金屬污染物有毒且具有長期效應(yīng),可通過吸附、螯合、重力沉降、地表徑流等多種物理、化學方式進入環(huán)境,影響更大區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng),且可通過食物鏈(以溶解態(tài)為主)的富集作用對生物體,尤其是人類的健康產(chǎn)生嚴重的危害和影響.

1 研究區(qū)概況

貴州水城位于貴州省西部邊緣,東鄰六枝特區(qū)和納雍縣,西接威寧縣和云南省宣威市,南抵盤縣和普安縣,北與赫章縣毗鄰.山高、坡陡、谷深,土地貧瘠,境內(nèi)山巒起伏,海拔高差大,最高海拔2 861 m,最低海拔633 m,屬溫涼濕潤的高原亞熱帶季風氣候,冬無嚴寒,夏無酷暑,氣候溫和,雨量充沛,年平均氣溫12 ℃,年平均降雨量1 100～1 300 mm.水城礦產(chǎn)資源豐富,探明的礦產(chǎn)有煤、鐵、鉛、鋅等26種.水能資源富集,全年平均水能資源總量2.7×109m3,地下水豐富,北盤江、三岔河穿境而過.貴州水城是貴州鉛鋅礦分布的主要地區(qū),區(qū)內(nèi)巖石以海相碳酸鹽巖夾碎屑巖為主[1].

2 樣品采集與數(shù)據(jù)分析

2.1樣品采集對貴州水城石橋村鉛鋅礦山進行現(xiàn)場踏勘,可見正在開采的有青山鉛鋅礦廠(簡稱青山礦)以及開采停止約3年左右的大井鉛鋅礦(簡稱大井礦)廢棄礦井,兩礦場相距約2 500 m.青山礦采礦點200 m處有一礦渣堆場,采礦點附近地表有大量未處理的鉛鋅礦渣,對以青山礦場為中心3 000 m范圍內(nèi)的地下水源點進行調(diào)查統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)地下水源主要為井水,采集調(diào)查范圍內(nèi)所有地下水源點樣品共7個.采樣區(qū)域位置及布點如圖1.采樣點W1、W7相距約200 m,W1、W7距青山礦采礦點約1 000 m,W2、W3距青山礦采礦點分別為1 500 m、1 800 m左右；W1與W2、W2與W3、W5與W6相距約500 m.2011年1月(枯水期)前往研究區(qū)——貴州水城石橋村鉛鋅礦山采集地下水樣.

2.2測試指標及方法測試指標除pH、溫度、電導率、DO進行現(xiàn)場測定外,其余參數(shù)均在實驗室內(nèi)進行測定;Cd、Pb、As、Cr等為(ICP-MS)/X SERIES 2測定儀測定,其余指標均用等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)/IRIS Intrepid II測定;監(jiān)測方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第3版)規(guī)定的方法[2]進行.水樣分析結(jié)果(連續(xù)3天采樣,取平均值)見表1.

圖1 采樣區(qū)區(qū)域位置及采樣點分布圖

表1 各水樣點水質(zhì)測試指標

pH 無量綱,溫度單位為℃,EC 單位為μS/cm,其他單位均為 mg/L,“-”為低于檢測限.

3 淺層地下水水質(zhì)分析

3.1水化學成分特征利用SPSS軟件對7個水樣點測試指標進行統(tǒng)計分析,超標率根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749-2006)[3]進行計算,結(jié)果見表2.由表2得出：各水樣點水質(zhì)pH值在2.05～7.14之間,普遍偏低,其中4個水樣點的pH值遠遠低于生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)規(guī)定的不小于6.5的限值,平均為4.86,呈酸性.TDS、總硬度(以CaCO3計)、Fe、NO3-、SO42-指標含量變化范圍較大,其標準差相對較高,說明這些指標具有較大的分散性.污染因子主要為硬度、硫酸鹽、Fe、Pb、Cr、Be、Zn、Ni等.

表2 各水樣點測試指標參數(shù)統(tǒng)計

“-”表示未超標,超標率是指測試指標超過標準的次數(shù)與測試總次數(shù)的比率.

圖2 淺層地下水Piper三線圖

式中:P—綜合指數(shù)；Ci—某因子的實測值；C0—某因子的評價標準值；n—評價因子項數(shù).

表3 各水樣點的綜合指數(shù)P值

評價結(jié)果(見表3)顯示：水樣點W1、W7 的P值分別為9.450、10.765,遠大于3,水質(zhì)狀況最差,屬Ⅳ類水,基本上不適宜人們飲用,否則需做凈化處理；W2點的P值為1.439,水質(zhì)中等,屬Ⅱ類水；其余點P值均小于1,水質(zhì)較好,屬Ⅰ類水.W1、W7距青山礦采礦點較近(約1 000 m),且在其附近有大量隨處可見的尾礦石、礦渣；W2距青山礦較W1、W7遠(約1 500 m),水質(zhì)中等；W4為青山礦廠內(nèi)地下水點,距青山礦采礦點最近(約10 m),水質(zhì)卻較好,屬Ⅰ類水.由此可知,鉛鋅礦的開采對地下水的污染主要是由于尾礦石、礦渣等暴露于地表,在表生氧化、淋濾及地表水的沖刷等作用下,有毒物質(zhì)進入地表水,進而污染地下水質(zhì)；且離采礦點越遠,受污染程度越小.

4 討論及結(jié)論

貴州水城石橋村鉛鋅礦山淺層地下水監(jiān)測及評價可知：

(3)金屬陽離子污染主要為Fe、Pb、Cr、Be、Zn、Ni 等.鉛鋅礦開采導致大量尾礦石、廢礦石等堆積暴露于地表,在表生氧化、淋濾及地表水的沖刷等作用下,大量有毒金屬元素進入地表水,進而污染地下水質(zhì).

(4)水質(zhì)綜合指數(shù)評價表明：占本次采樣的28.57%的淺層地下水水質(zhì)污染較嚴重,超過生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)Ⅳ類水質(zhì)標準要求,這與調(diào)查中村民反映的水質(zhì)情況吻合,據(jù)調(diào)查,所采集的水樣點1、2、7處井水酸得甚至可以直接用來做酸菜,村民現(xiàn)已自行停止飲用.占本次采樣的57.14%的水質(zhì)良好,其余水質(zhì)中等.

從評價結(jié)果可知,開采完有價值的鉛鋅礦并不是過程的終極,而對廢礦區(qū)尾礦、礦渣等的安全處置、土壤植被的生態(tài)恢復更是重中之重.鉛鋅礦開采導致的鉛鋅鎘等有害物質(zhì)進入地表水,若不采取相應(yīng)的環(huán)保措施,對下游區(qū)域的水體、生態(tài)環(huán)境將造成嚴重污染.因此,加強廢礦區(qū)尾礦、礦渣及礦井水的污染治理,加強各地下水點周圍的環(huán)境治理與保護,避免更大范圍的水質(zhì)污染,這對于保護礦區(qū)水質(zhì)、減少人群健康風險十分重要.

[1] 余未來,范良伍. 黔西北地區(qū)典型鉛鋅礦床地質(zhì)特征分析及找礦思路[J].礦物學報, 2007,27(3):461-465.

[2] 國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M].3版.北京:中國環(huán)境科學出版社,1998.

[3] 中華人民共和國衛(wèi)生部,中國國家標準化管理委員會.生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)[S].2006.

[4] 馮慧芳,賀秋芳,謝世友,等.重慶巖溶山區(qū)農(nóng)村飲用水水質(zhì)評價及分析——以南川區(qū)南平鎮(zhèn)石慶村為例[J].地球與環(huán)境,2010,38(1):54-58.

[5] 宋曉梅,李定龍,周曉燕.礦業(yè)城市淺層地下水污染機制研究[J]. 能源環(huán)境保護,2003,17(3):22-25.

[6] Fryar A E, Mullican W F, Macko S A. Groundwater recharge and chemical evolution in the southern High Plains of Texas[J]. Hydrogeology Journal, 2001, 9(6)：522-542.

[7] Aris Z. Controlling factors of groundwater hydrochemistry in a small island’s aquifer[J]. Environ Sci Tech, 2007(4)：441-450.