貴州省地表環(huán)境重金屬空間分布特征研究*

石金芳 張瑞雪 吳 攀 韓志偉

(貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025)

由于采礦、企業(yè)排放、污水灌溉和重金屬制品的使用等人為因素的影響，貴州省重金屬污染日趨突出。其中，重金屬污染歷史遺留問(wèn)題尤為嚴(yán)重。如:萬(wàn)山汞礦有600多年的開(kāi)采歷史，是世界著名的汞產(chǎn)地之一，由此帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也造成了當(dāng)?shù)貒?yán)重的汞污染局面［1］;黔西北土法煉鋅有300多年的歷史，廢棄地廢渣使周?chē)寥篮退w都遭到嚴(yán)重污染［2］。21世紀(jì)以來(lái)，貴州省已進(jìn)入重化工業(yè)時(shí)期，之后幾年重化工業(yè)一直持續(xù)快速發(fā)展［3］，導(dǎo)致污染物和廢棄物的增加。上述因素使貴州省部分區(qū)域土壤和水體均不同程度受到重金屬污染和潛在威脅。因此，清楚地了解貴州省重金屬污染情況尤為重要。本文通過(guò)對(duì)貴州省重金屬污染相關(guān)文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)的收集與分析，對(duì)貴州省土壤、水體和沉積物中的重金屬 Pb、Zn、Hg、As、Cd、Cu 等含量水平與空間分布特征進(jìn)行了研究。

1 重金屬數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

本研究所用的土壤、水體和沉積物含量數(shù)據(jù)分別來(lái)自 2004—2013、2000—2013和 2007—2013年期間發(fā)表的貴州省重金屬分布的相關(guān)文獻(xiàn)［5－48］，對(duì)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)以區(qū)域?yàn)閱挝贿M(jìn)行了平均處理，采用Excel2007軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 重金屬污染種類(lèi)及空間分布特征分析

貴州省重金屬污染元素主要包括Pb、Zn、Cd、As、Hg、Cr、Sb、Mn 和 Tl等，Pb、Zn 污染主要分布于黔西北、六盤(pán)水地區(qū);黔西南地區(qū)主要有Sb、As和Tl污染;黔南地區(qū)主要有Sb、As、Hg和Pb污染;Hg和Mn污染主要分布于銅仁地區(qū)(表1)。重金屬污染和礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用及工礦企業(yè)的分布密切相關(guān)，有明顯的區(qū)域性和不均勻性。

表1 貴州省重金屬污染分布

2.2 重金屬污染分析

2.2.1 土壤污染分析

貴州省不同功能區(qū)表層土壤重金屬含量水平見(jiàn)表2。不同功能區(qū)表層土壤重金屬含量水平相差較大，采冶礦區(qū)Pb、Cd和Hg含量最高，最小值分別為背景值［4］的7.40、26.69 和51.00 倍，可能是其高含量的地質(zhì)背景和礦產(chǎn)開(kāi)采冶煉造成［5］。工業(yè)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)Cd、Hg的含量最高，最大值分別為背景值的34.77 和18.50 倍、38.38 和 33.90 倍，工業(yè)區(qū)土壤重金屬污染明顯，主要受電廠、燃煤廠、鋁廠、電鍍廠等大型工業(yè)企業(yè)排放的廢氣及廢水的影響［6］。農(nóng)業(yè)區(qū)Cd污染相對(duì)于其他幾種重金屬較為嚴(yán)重，這可能與貴州省屬于高背景土壤Cd有關(guān)，而銅仁地區(qū)土壤中的Hg處于重污染級(jí)別，這與汞礦資源的開(kāi)采利用密切相關(guān)［7］。

表2 不同功能區(qū)表層土壤重金屬含量 mg/kg

貴州省土/渣中主要重金屬含量分布及各重金屬含量分布見(jiàn)表3。Mn在銅仁地區(qū)含量高主要由于該區(qū)眾多電解錳企業(yè)產(chǎn)生大量廢渣，且有些未作防滲措施，造成周?chē)沫h(huán)境受到嚴(yán)重影響［8］。Pb、Zn、As、Cd、Cu在黔西北地區(qū)含量較高，主要是由于歷史上鉛鋅礦產(chǎn)開(kāi)采以及土法冶煉過(guò)程中，高溫熔融將重金屬?gòu)牡V物晶格中釋放出來(lái)造成［5］。銅仁萬(wàn)山汞礦區(qū)土壤重金屬Hg含量遠(yuǎn)超過(guò)地球化學(xué)背景值，研究表明，此地區(qū)總汞量最高達(dá)790.00 mg/kg，甲基汞含量為0.13～15μg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照區(qū)土壤甲基汞含量0.10 ～0.28 μg/kg［9］。由于礦山長(zhǎng)期的開(kāi)采和冶煉以及高背景地質(zhì)，當(dāng)?shù)氐闹脖?、農(nóng)作物、動(dòng)物中存在明顯的汞蓄積，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到汞污染的嚴(yán)重威脅，并對(duì)相關(guān)人群的健康造成危害［10］。貴州省黔西南地區(qū)由于富含高砷煤礦、銻礦的開(kāi)采冶煉原因，大量的As、Sb及密切共生的有毒微量元素(As、Cu、Zn、Pb 等)被帶到地表［11～12］，使土/渣中 As、Cu、Pb、Zn 的含量較高，以 As和 Cu 最為嚴(yán)重，最高分別達(dá)953.44 mg/kg 和1 824.90 mg/kg。

表3 搖貴州省典型區(qū)域土/渣中重金屬含量 mg/kg

2.2.2 地表水污染分析

為了更好地了解貴州省典型重金屬污染區(qū)地表水在國(guó)內(nèi)的污染水平，本文將貴州省的地表河流和國(guó)內(nèi)典型湖泊中的幾種重金屬含量作了對(duì)比分析(表4)。研究表明，礦產(chǎn)資源開(kāi)采利用后，地表徑流將各種重金屬帶入河流，造成污染區(qū)內(nèi)地表河流各重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他湖泊水體［15～17］。

貴州省畢節(jié)地區(qū)，受杉樹(shù)林鉛鋅礦選礦廠排水的影響，周邊河流水中Pb含量高達(dá)6 780μg/L［18］，平均值達(dá)231.69μg/L，遠(yuǎn)高于百花湖、紅楓湖、鄱陽(yáng)湖等湖庫(kù)水體。在受煉鋅廢渣堆和鉛鋅選礦廠等影響的采樣點(diǎn)，重金屬含量明顯比其他采樣點(diǎn)高，Zn和Cd的最高含量分別為14 325μg/L和178.5μg/L，平均含量分別是GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值(100μg/L、5μg/L)的1.91和2.84倍，說(shuō)明畢節(jié)赫章土法煉鋅及鉛鋅選礦等礦業(yè)活動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境造成了很?chē)?yán)重的污染［19］。地表水汞的含量在貴州萬(wàn)山汞礦區(qū)高達(dá)9.26μg/L，其中主要存在顆粒態(tài)汞，占總汞比率大于99%，溶解態(tài)汞在爐渣附近水體含量偏高，遠(yuǎn)離爐渣區(qū)域水體含量偏低，活性汞與溶解態(tài)汞含量變化相似，而活性汞含量的高低會(huì)直接反應(yīng)水體中汞的活動(dòng)性能和汞的甲基化能力，由此會(huì)直接危及當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康［9］。在興仁的高砷煤礦區(qū)，礦物的開(kāi)采和利用導(dǎo)致礦區(qū)水體和地下水中產(chǎn)生嚴(yán)重的砷污染，最高值達(dá) 2 680.2 μg/L［11］。

在湖庫(kù)水體中，紅楓湖的Pb、Zn、Cd含量相對(duì)于其他湖泊較高，可能是因?yàn)橹車(chē)w有新的污染源(紅楓湖為貴州鐵鋁合金廠排水處)。

2.2.3 沉積物污染分析

貴州省典型重金屬污染區(qū)河流表層沉積物重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他湖庫(kù)及土壤背景值(表5)，亦遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)和國(guó)家的重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)值(表6)，說(shuō)明這些區(qū)域受人類(lèi)活動(dòng)影響嚴(yán)重。其中，受鉛鋅廢渣堆和鉛鋅選礦廠的影響，其周?chē)恿鞒练e物的 Pb、Zn、Cd 含量分別高達(dá)11 868.03 mg/kg、17 671.71 mg/kg、141.54 mg/kg［19］。而貴州東部是著名的汞都，受汞礦開(kāi)采、冶煉以及燃煤和化工工業(yè)排放等因素的影響，沉積物中汞的含量最高達(dá)2.4 mg/kg［21］。貴州高砷煤礦區(qū)含砷硫化物的風(fēng)化以及流向下游的礦山水體中未被吸附/共沉淀的水溶態(tài)砷蓄積下來(lái)，使沉積物中砷含量高達(dá) 447.90 mg/kg［11］。

草海沉積物中各重金屬含量明顯高于背景值，出現(xiàn)了不同程度的富集，其中Cd尤為嚴(yán)重，其次為Hg，一方面草海位于貴州西部的Cd、Hg高背景值區(qū)域;另一方面主要是草海周邊及鄰縣曾存在的土法煉鋅工藝所致［22］。百花湖7種重金屬的污染順序?yàn)?Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Zn＞Cr，其中，Hg的生態(tài)危害性最大，這和百花湖周邊煤礦的開(kāi)采有直接關(guān)系［23］。紅楓湖中各種重金屬含量都處于不同污染水平，而Hg污染最為嚴(yán)重，研究表明，工業(yè)污染物的排放是其主要來(lái)源［24］?？傮w來(lái)說(shuō)，貴州省湖庫(kù)沉積物重金屬含量除草海中Zn、Cd以外，其他都處于PEL與ISQV－h(huán)igh之內(nèi)。

綜上，貴州省典型重金屬污染區(qū)內(nèi)土壤、水體、沉積物都明顯的受到各重金屬不同程度的污染;開(kāi)采礦區(qū)及工礦企業(yè)周?chē)乇硭亟饘傥廴久黠@，水體污染程度呈現(xiàn)隨離污染源的距離增大而減小的趨勢(shì);貴州省湖庫(kù)水重金屬含量和國(guó)內(nèi)其它湖庫(kù)處于同一水平;沉積物中重金屬含量都高于國(guó)內(nèi)外的沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)值。所以，貴州省重金屬污染受礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用以及工業(yè)排污等人類(lèi)活動(dòng)影響相當(dāng)嚴(yán)重。

表4 搖地表水中不同重金屬含量對(duì) ug/ L

表5 搖不同水體沉積物中典型重金屬含量對(duì) mg/kg

表6 部分國(guó)家和地區(qū)沉積物重金屬質(zhì)量基準(zhǔn)值［23］mg/kg

3 結(jié)論

(1)貴州省重金屬污染分布受礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用及工礦企業(yè)的影響，有明顯的區(qū)域性和不均勻性。Pb、Zn污染主要分布于黔西北地區(qū);黔西南地區(qū)主要有Sb、As和Tl污染;黔南地區(qū)主要有Sb、As、Hg和Pb污染;Hg和Mn污染主要分布于銅仁地區(qū)。

(2)不同功能區(qū)表層土壤重金屬含量水平相差較大，土/渣中重金屬含量較高主要受礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用影響。

(3)地表水體受礦山開(kāi)采及涉重企業(yè)排污的影響，局部地區(qū)重金屬含量超標(biāo);河流水體重金屬含量普遍高于湖庫(kù)水體;貴州省湖庫(kù)水體和國(guó)內(nèi)其他典型湖庫(kù)水體重金屬含量處于同一水平。

(4)貴州省河流表層沉積物重金屬含量受人類(lèi)活動(dòng)影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他湖庫(kù)及土壤背景值，湖庫(kù)表層沉積物受周?chē)V山開(kāi)采及涉重企業(yè)排污的影響，重金屬含量普遍較高。

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