礦山下游水體沉積物重金屬污染與潛在生態(tài)危害評價

李彤

摘 要：對廣東粵北某礦山尾礦庫下游河流的6個表層沉積物樣品中的重金屬含量進行分析測定，對其累積污染及潛在生態(tài)危害進行了評價，結(jié)果表明：礦下河流沉積物中重金屬含量普遍高于全省土壤背景值，且沿程呈下降趨勢；各金屬指標(biāo)的污染程度由強至弱依次為鎘>砷≈鉛>>汞，潛在生態(tài)危害程度由強至弱依次為鎘>鉛≈砷>>汞。

關(guān)鍵詞：礦山、重金屬污染、地累指數(shù)、潛在生態(tài)危害

沉積物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為底棲動植物生存發(fā)展提供了基礎(chǔ)的外部環(huán)境；沉積物也是河流水環(huán)境體系中重要的“匯”和“源”，其環(huán)境質(zhì)量常被視為可用于評價水體累積污染程度的指示指標(biāo)。本文研究的礦山位于廣東粵北山區(qū)，屬特大型多金屬礦山。經(jīng)多年的開采，礦區(qū)附近已形成兩個主要的尾礦堆積庫。由于尾礦渣中硫含量較高[1]，其與空氣接觸后易被氧化，導(dǎo)致礦坑土壤酸化嚴(yán)重，加劇了尾礦中重金屬的流失。本文以礦區(qū)下游主要水系沉積物重金屬含量調(diào)查為基礎(chǔ)，對礦山尾礦庫及下游河流沉積物的污染水平及潛在的生態(tài)風(fēng)險進行評價，為評估礦山廢水環(huán)境影響及累積污染提供理論依據(jù)。

1. 材料與方法

2012年8月，對礦山攔泥壩和尾礦庫及其下游受納河流沉積物進行采樣。使用重力底泥采樣器采集各采樣點表層沉積物樣品，用雙層聚乙烯袋密封保存帶回實驗室處理；樣品自然風(fēng)干后，剔除殘留枝葉，礫石等雜物，研磨過篩（100目）；采用四分法取樣分析各指標(biāo)。所有實驗用器皿均在10%的硝酸溶液浸泡1天后洗凈使用；使用等離子光譜法測定表層沉積物中Pb、Cd、Hg和As含量進行測定。

2. 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量及空間分布特征

沉積物重金屬含量顯示：除汞元素以外，各采樣點的各金屬指標(biāo)濃度均處于較高水平。其中攔泥壩和尾礦庫污染程度最為嚴(yán)重，均遠遠超出土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，其中鉛、砷濃度最高，超Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)9.8和31.2倍，超廣東省背景值167.8和131.5倍。而尾礦庫壩前的鎘濃度最高，超土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)13.9倍，超全省背景值572.1倍。礦下納污支流河流沉積物環(huán)境質(zhì)量整體超Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，其中鎘超標(biāo)0.7-1.3倍，砷超標(biāo)2.8-5.8倍之間。

2.2重金屬污染程度評價

采用地累積指數(shù)法（Forstner，1989）評價各金屬指標(biāo)相對富集程度，結(jié)果如表2所示。結(jié)果可見，礦下下游河流沉積物中鎘的累積程度最高，各監(jiān)測點評價級數(shù)在5-6級之間，為強-極強或極強污染程度；汞累積程度最低基本處于無污染（0級）或無-中度（1級）污染。鉛、砷累積較為嚴(yán)重的區(qū)域主要在攔泥壩（6級）及其直接納污支流（4級）；下游河流累積影響相對較輕，處于無污染或重度污染。采用均方根指數(shù)綜合各重金屬指標(biāo)地累積指數(shù)[2]評價礦下河流沉積物中重金屬的污染程度由強至弱依次為：Cd>As≈Pb>Hg。

表1 沉積物重金屬污染地累指數(shù)Igeo與分級

2.3 重金屬潛在生態(tài)危害評價

采用重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法（Risk index，RI）評價礦下水體重金屬生態(tài)危害，結(jié)果顯示（見表2）：Hg的生態(tài)危害系數(shù)Ei在各點均處于輕微級別；攔泥壩Cd、Pb和As的生態(tài)危害程度系數(shù)都超過320，達到極強程度；尾礦庫Cd的生態(tài)危害系數(shù)最高，也達極強程度。尾礦廢水的直接受納小溪沉積物中Cd、Pb和As的生態(tài)危害系數(shù)大多處于強水平；而支流與干流生態(tài)危害指數(shù)在3.2～66之間，處于輕微危害至中等危害之間。根據(jù)各重金屬元素生態(tài)危害系數(shù)均由強至若排序，則有：Cd>Pb>As>>Hg。從綜合危害指數(shù)RI上看，礦山攔泥壩及尾礦庫的生態(tài)危害程度最高，都已超過極強程度，是下游水體重金屬水質(zhì)的主要風(fēng)險源。

表3 沉積物重金屬生態(tài)危害評價

3. 結(jié)論

（1） 通過對廣東粵北某重金屬礦尾礦庫與攔泥壩沉積物重金屬含量的分析表明，Cd、Pb和As濃度已經(jīng)達到相當(dāng)高的水平，成為污染下游河流的主要污染來源。礦下直接納污小溪的沉積物環(huán)境質(zhì)量已劣于土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)，超過農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值；下游支流與干流水體沉積物質(zhì)量基本滿足三級標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 地累積指數(shù)評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)各重金屬指標(biāo)在受影響水系中的富集程度由強至弱的順序依次為：Cd>As≈Pb>Hg；潛在生態(tài)危害程度由強至弱的順序依次為：Cd>Pb>As>>Hg，并且Cd也是主要影響因子。

（3） 礦山下游各河流沉積物綜合生態(tài)危害指數(shù)沿程逐漸降低趨勢，但受礦山長期累積污染的趨勢已經(jīng)有所顯現(xiàn)。

參考文獻：

[1]柬文圣，張志權(quán)，藍崇鈺.廣東樂昌鉛鋅尾礦的酸化潛力[J].環(huán)境科學(xué)，2001，22（3）：113-117.

[2]許振成，楊曉云，溫勇 等. 北江中上游底泥重金屬污染及其潛在生態(tài)危害評價[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（11）：3262-3268

[3]中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國土壤元素背景值[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990

[4]Burton G A. Sediment quality criteria in use around the world[J].The Japanese Society of Limnology，2002，3：65-75endprint

摘 要：對廣東粵北某礦山尾礦庫下游河流的6個表層沉積物樣品中的重金屬含量進行分析測定，對其累積污染及潛在生態(tài)危害進行了評價，結(jié)果表明：礦下河流沉積物中重金屬含量普遍高于全省土壤背景值，且沿程呈下降趨勢；各金屬指標(biāo)的污染程度由強至弱依次為鎘>砷≈鉛>>汞，潛在生態(tài)危害程度由強至弱依次為鎘>鉛≈砷>>汞。

關(guān)鍵詞：礦山、重金屬污染、地累指數(shù)、潛在生態(tài)危害

沉積物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為底棲動植物生存發(fā)展提供了基礎(chǔ)的外部環(huán)境；沉積物也是河流水環(huán)境體系中重要的“匯”和“源”，其環(huán)境質(zhì)量常被視為可用于評價水體累積污染程度的指示指標(biāo)。本文研究的礦山位于廣東粵北山區(qū)，屬特大型多金屬礦山。經(jīng)多年的開采，礦區(qū)附近已形成兩個主要的尾礦堆積庫。由于尾礦渣中硫含量較高[1]，其與空氣接觸后易被氧化，導(dǎo)致礦坑土壤酸化嚴(yán)重，加劇了尾礦中重金屬的流失。本文以礦區(qū)下游主要水系沉積物重金屬含量調(diào)查為基礎(chǔ)，對礦山尾礦庫及下游河流沉積物的污染水平及潛在的生態(tài)風(fēng)險進行評價，為評估礦山廢水環(huán)境影響及累積污染提供理論依據(jù)。

1. 材料與方法

2012年8月，對礦山攔泥壩和尾礦庫及其下游受納河流沉積物進行采樣。使用重力底泥采樣器采集各采樣點表層沉積物樣品，用雙層聚乙烯袋密封保存帶回實驗室處理；樣品自然風(fēng)干后，剔除殘留枝葉，礫石等雜物，研磨過篩（100目）；采用四分法取樣分析各指標(biāo)。所有實驗用器皿均在10%的硝酸溶液浸泡1天后洗凈使用；使用等離子光譜法測定表層沉積物中Pb、Cd、Hg和As含量進行測定。

2. 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量及空間分布特征

沉積物重金屬含量顯示：除汞元素以外，各采樣點的各金屬指標(biāo)濃度均處于較高水平。其中攔泥壩和尾礦庫污染程度最為嚴(yán)重，均遠遠超出土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，其中鉛、砷濃度最高，超Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)9.8和31.2倍，超廣東省背景值167.8和131.5倍。而尾礦庫壩前的鎘濃度最高，超土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)13.9倍，超全省背景值572.1倍。礦下納污支流河流沉積物環(huán)境質(zhì)量整體超Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，其中鎘超標(biāo)0.7-1.3倍，砷超標(biāo)2.8-5.8倍之間。

2.2重金屬污染程度評價

采用地累積指數(shù)法（Forstner，1989）評價各金屬指標(biāo)相對富集程度，結(jié)果如表2所示。結(jié)果可見，礦下下游河流沉積物中鎘的累積程度最高，各監(jiān)測點評價級數(shù)在5-6級之間，為強-極強或極強污染程度；汞累積程度最低基本處于無污染（0級）或無-中度（1級）污染。鉛、砷累積較為嚴(yán)重的區(qū)域主要在攔泥壩（6級）及其直接納污支流（4級）；下游河流累積影響相對較輕，處于無污染或重度污染。采用均方根指數(shù)綜合各重金屬指標(biāo)地累積指數(shù)[2]評價礦下河流沉積物中重金屬的污染程度由強至弱依次為：Cd>As≈Pb>Hg。

表1 沉積物重金屬污染地累指數(shù)Igeo與分級

2.3 重金屬潛在生態(tài)危害評價

采用重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法（Risk index，RI）評價礦下水體重金屬生態(tài)危害，結(jié)果顯示（見表2）：Hg的生態(tài)危害系數(shù)Ei在各點均處于輕微級別；攔泥壩Cd、Pb和As的生態(tài)危害程度系數(shù)都超過320，達到極強程度；尾礦庫Cd的生態(tài)危害系數(shù)最高，也達極強程度。尾礦廢水的直接受納小溪沉積物中Cd、Pb和As的生態(tài)危害系數(shù)大多處于強水平；而支流與干流生態(tài)危害指數(shù)在3.2～66之間，處于輕微危害至中等危害之間。根據(jù)各重金屬元素生態(tài)危害系數(shù)均由強至若排序，則有：Cd>Pb>As>>Hg。從綜合危害指數(shù)RI上看，礦山攔泥壩及尾礦庫的生態(tài)危害程度最高，都已超過極強程度，是下游水體重金屬水質(zhì)的主要風(fēng)險源。

表3 沉積物重金屬生態(tài)危害評價

3. 結(jié)論

（1） 通過對廣東粵北某重金屬礦尾礦庫與攔泥壩沉積物重金屬含量的分析表明，Cd、Pb和As濃度已經(jīng)達到相當(dāng)高的水平，成為污染下游河流的主要污染來源。礦下直接納污小溪的沉積物環(huán)境質(zhì)量已劣于土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)，超過農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值；下游支流與干流水體沉積物質(zhì)量基本滿足三級標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 地累積指數(shù)評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)各重金屬指標(biāo)在受影響水系中的富集程度由強至弱的順序依次為：Cd>As≈Pb>Hg；潛在生態(tài)危害程度由強至弱的順序依次為：Cd>Pb>As>>Hg，并且Cd也是主要影響因子。

（3） 礦山下游各河流沉積物綜合生態(tài)危害指數(shù)沿程逐漸降低趨勢，但受礦山長期累積污染的趨勢已經(jīng)有所顯現(xiàn)。

參考文獻：

[1]柬文圣，張志權(quán)，藍崇鈺.廣東樂昌鉛鋅尾礦的酸化潛力[J].環(huán)境科學(xué)，2001，22（3）：113-117.

[2]許振成，楊曉云，溫勇 等. 北江中上游底泥重金屬污染及其潛在生態(tài)危害評價[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（11）：3262-3268

[3]中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國土壤元素背景值[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990

[4]Burton G A. Sediment quality criteria in use around the world[J].The Japanese Society of Limnology，2002，3：65-75endprint

摘 要：對廣東粵北某礦山尾礦庫下游河流的6個表層沉積物樣品中的重金屬含量進行分析測定，對其累積污染及潛在生態(tài)危害進行了評價，結(jié)果表明：礦下河流沉積物中重金屬含量普遍高于全省土壤背景值，且沿程呈下降趨勢；各金屬指標(biāo)的污染程度由強至弱依次為鎘>砷≈鉛>>汞，潛在生態(tài)危害程度由強至弱依次為鎘>鉛≈砷>>汞。

關(guān)鍵詞：礦山、重金屬污染、地累指數(shù)、潛在生態(tài)危害

沉積物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為底棲動植物生存發(fā)展提供了基礎(chǔ)的外部環(huán)境；沉積物也是河流水環(huán)境體系中重要的“匯”和“源”，其環(huán)境質(zhì)量常被視為可用于評價水體累積污染程度的指示指標(biāo)。本文研究的礦山位于廣東粵北山區(qū)，屬特大型多金屬礦山。經(jīng)多年的開采，礦區(qū)附近已形成兩個主要的尾礦堆積庫。由于尾礦渣中硫含量較高[1]，其與空氣接觸后易被氧化，導(dǎo)致礦坑土壤酸化嚴(yán)重，加劇了尾礦中重金屬的流失。本文以礦區(qū)下游主要水系沉積物重金屬含量調(diào)查為基礎(chǔ)，對礦山尾礦庫及下游河流沉積物的污染水平及潛在的生態(tài)風(fēng)險進行評價，為評估礦山廢水環(huán)境影響及累積污染提供理論依據(jù)。

1. 材料與方法

2012年8月，對礦山攔泥壩和尾礦庫及其下游受納河流沉積物進行采樣。使用重力底泥采樣器采集各采樣點表層沉積物樣品，用雙層聚乙烯袋密封保存帶回實驗室處理；樣品自然風(fēng)干后，剔除殘留枝葉，礫石等雜物，研磨過篩（100目）；采用四分法取樣分析各指標(biāo)。所有實驗用器皿均在10%的硝酸溶液浸泡1天后洗凈使用；使用等離子光譜法測定表層沉積物中Pb、Cd、Hg和As含量進行測定。

2. 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量及空間分布特征

沉積物重金屬含量顯示：除汞元素以外，各采樣點的各金屬指標(biāo)濃度均處于較高水平。其中攔泥壩和尾礦庫污染程度最為嚴(yán)重，均遠遠超出土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，其中鉛、砷濃度最高，超Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)9.8和31.2倍，超廣東省背景值167.8和131.5倍。而尾礦庫壩前的鎘濃度最高，超土壤環(huán)境質(zhì)量Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)13.9倍，超全省背景值572.1倍。礦下納污支流河流沉積物環(huán)境質(zhì)量整體超Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，其中鎘超標(biāo)0.7-1.3倍，砷超標(biāo)2.8-5.8倍之間。

2.2重金屬污染程度評價

采用地累積指數(shù)法（Forstner，1989）評價各金屬指標(biāo)相對富集程度，結(jié)果如表2所示。結(jié)果可見，礦下下游河流沉積物中鎘的累積程度最高，各監(jiān)測點評價級數(shù)在5-6級之間，為強-極強或極強污染程度；汞累積程度最低基本處于無污染（0級）或無-中度（1級）污染。鉛、砷累積較為嚴(yán)重的區(qū)域主要在攔泥壩（6級）及其直接納污支流（4級）；下游河流累積影響相對較輕，處于無污染或重度污染。采用均方根指數(shù)綜合各重金屬指標(biāo)地累積指數(shù)[2]評價礦下河流沉積物中重金屬的污染程度由強至弱依次為：Cd>As≈Pb>Hg。

表1 沉積物重金屬污染地累指數(shù)Igeo與分級

2.3 重金屬潛在生態(tài)危害評價

采用重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)法（Risk index，RI）評價礦下水體重金屬生態(tài)危害，結(jié)果顯示（見表2）：Hg的生態(tài)危害系數(shù)Ei在各點均處于輕微級別；攔泥壩Cd、Pb和As的生態(tài)危害程度系數(shù)都超過320，達到極強程度；尾礦庫Cd的生態(tài)危害系數(shù)最高，也達極強程度。尾礦廢水的直接受納小溪沉積物中Cd、Pb和As的生態(tài)危害系數(shù)大多處于強水平；而支流與干流生態(tài)危害指數(shù)在3.2～66之間，處于輕微危害至中等危害之間。根據(jù)各重金屬元素生態(tài)危害系數(shù)均由強至若排序，則有：Cd>Pb>As>>Hg。從綜合危害指數(shù)RI上看，礦山攔泥壩及尾礦庫的生態(tài)危害程度最高，都已超過極強程度，是下游水體重金屬水質(zhì)的主要風(fēng)險源。

表3 沉積物重金屬生態(tài)危害評價

3. 結(jié)論

（1） 通過對廣東粵北某重金屬礦尾礦庫與攔泥壩沉積物重金屬含量的分析表明，Cd、Pb和As濃度已經(jīng)達到相當(dāng)高的水平，成為污染下游河流的主要污染來源。礦下直接納污小溪的沉積物環(huán)境質(zhì)量已劣于土壤環(huán)境質(zhì)量三級標(biāo)準(zhǔn)，超過農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值；下游支流與干流水體沉積物質(zhì)量基本滿足三級標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 地累積指數(shù)評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)各重金屬指標(biāo)在受影響水系中的富集程度由強至弱的順序依次為：Cd>As≈Pb>Hg；潛在生態(tài)危害程度由強至弱的順序依次為：Cd>Pb>As>>Hg，并且Cd也是主要影響因子。

（3） 礦山下游各河流沉積物綜合生態(tài)危害指數(shù)沿程逐漸降低趨勢，但受礦山長期累積污染的趨勢已經(jīng)有所顯現(xiàn)。

參考文獻：

[1]柬文圣，張志權(quán)，藍崇鈺.廣東樂昌鉛鋅尾礦的酸化潛力[J].環(huán)境科學(xué)，2001，22（3）：113-117.

[2]許振成，楊曉云，溫勇 等. 北江中上游底泥重金屬污染及其潛在生態(tài)危害評價[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（11）：3262-3268

[3]中國環(huán)境監(jiān)測總站.中國土壤元素背景值[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990

[4]Burton G A. Sediment quality criteria in use around the world[J].The Japanese Society of Limnology，2002，3：65-75endprint