礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)在環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

李勇超 任伯幟

摘要：本文針對錫礦山銻礦區(qū)水質(zhì)、固體浸出毒性、土壤中重金屬含量、降塵量及化學(xué)成分等監(jiān)測項(xiàng)目，提出了特定的監(jiān)測方案。將礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐教學(xué)中，提高了學(xué)生監(jiān)測能力，激發(fā)了他們對礦區(qū)污染控制這一前沿性課題的興趣，為環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐教學(xué)提供了一個(gè)成功的借鑒案例。

關(guān)鍵詞：礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，環(huán)境監(jiān)測，實(shí)踐，案例

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0138-02

一、引言

《環(huán)境監(jiān)測》是環(huán)境科學(xué)、給排水科學(xué)與工程等專業(yè)必修的一門理論與實(shí)踐并重的專業(yè)主干課程，對培養(yǎng)環(huán)境方向?qū)I(yè)監(jiān)測人才具有十分重要地位[1]。其中環(huán)境監(jiān)測教學(xué)改革主要集中在精品課程建設(shè)、課堂教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等。當(dāng)然高質(zhì)量的課堂教學(xué)對學(xué)生獲得系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測專業(yè)技能具有重大意義。然而隨著環(huán)境污染的進(jìn)一步加劇，國民環(huán)保意識的提高，以及社會對環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐性人才的不斷需求，加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐教學(xué)改革，逐漸成為課程改革的主要方向。但是環(huán)境監(jiān)測課程實(shí)踐教學(xué)卻存在諸多問題，以筆者在湖南科技大學(xué)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（1）環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)課時(shí)很少，大多是講授實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有限，學(xué)生得不到實(shí)際的鍛煉；（2）生成實(shí)習(xí)也主要以參觀為主，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少，完全無法激發(fā)學(xué)生的興趣；（3）學(xué)生對環(huán)境監(jiān)測的認(rèn)識局限在實(shí)驗(yàn)室測試，對整個(gè)監(jiān)測流程沒有概念。環(huán)境監(jiān)測主要目的是對有關(guān)項(xiàng)目就行定期、長時(shí)間的監(jiān)測，以確定環(huán)境質(zhì)量及污染源狀況，評價(jià)控制措施，促進(jìn)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

二、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐教學(xué)可行性分析

隨著工業(yè)的發(fā)展，礦區(qū)環(huán)境受到涉礦企業(yè)和環(huán)保部門極大重視。以湖南省錫礦山為例，這是全球最大的銻成礦區(qū)，素有“世界銻都”之美稱[2]。礦物組合主要為石英-輝銻礦和方解石-輝銻礦，并且還伴生有汞、鉛、砷、金等金屬礦床[3]。至今銻礦的開采和冶煉已有一個(gè)多世紀(jì)，帶動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，但是同時(shí)也導(dǎo)致礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重惡化，目前土壤鮮有種植，河水、地下水已禁止飲用，大部分礦區(qū)居民已經(jīng)搬離[4]。從而對整個(gè)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行全面系統(tǒng)的評價(jià)成為了污染控制、環(huán)境管理的關(guān)鍵。可見銻礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)是一個(gè)與環(huán)境監(jiān)測課程非常相關(guān)的實(shí)踐項(xiàng)目，這也是本科生很感興趣的話題，他們年輕富有激情對環(huán)保事業(yè)十分熱衷，這將極大地帶動他們對環(huán)境監(jiān)測的積極性。

三、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)在環(huán)境監(jiān)測實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用

1.水質(zhì)監(jiān)測。目前礦山廢水僅經(jīng)過簡單的沉淀處理或者不經(jīng)處理直接排放，河流以及地下水受到重金屬污染，居民用水困難。通過對整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查以及對選礦冶煉工藝的了解，發(fā)現(xiàn)污染源主要為礦坑水、選礦廢水、冶煉廢水。選擇某采礦點(diǎn)的礦坑水、冶煉廢水、選礦廢水和鄰近河流為監(jiān)測對象，銻、砷、汞、硫酸鹽、磷酸鹽等作為主要監(jiān)測項(xiàng)目。學(xué)生3～4人為一組，對這四個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣。其中河流的取樣嚴(yán)格按照地表水監(jiān)測斷面和采樣點(diǎn)的要求從上游到下游逐漸布設(shè)對照斷面、控制斷面和消減斷面。采樣工具為250 mL聚乙烯瓶，采樣前用10%硝酸浸泡過24 h，并用去離子水清洗干凈。使用美國哈希HQ30d便攜式測定儀現(xiàn)場測定pH、溶解氧、電導(dǎo)率并記錄水溫。將水樣裝滿瓶后，加少量的硝酸，調(diào)pH為1～2，防止重金屬離子水解沉淀，密封，送回實(shí)驗(yàn)室，放入冰箱4℃保存。在這里強(qiáng)調(diào)學(xué)生做好采樣記錄，因?yàn)槔渌绣a礦山距湘潭市湖南科技大學(xué)有一定的距離，在水樣的運(yùn)輸過程中，標(biāo)簽紙可能會磨損丟失。其次教導(dǎo)學(xué)生根據(jù)監(jiān)測項(xiàng)目有針對性的選擇采樣工具、保存方法?？傊瑯悠返牟杉钦麄€(gè)環(huán)境監(jiān)測的重點(diǎn)，如有偏差，后面的測試數(shù)據(jù)沒有任何意義。

按照水和廢水監(jiān)測分析方法[5]，對水體中重金屬與陰離子進(jìn)行測定。其中高濃度的金屬采用火焰原子吸收分光光度計(jì)（AA-7002A北京三雄）測定總量，而低濃度的銻、汞、砷則采用原子熒光光譜儀（AFS-9700北京海光），采用離子色譜儀（ICS-900美國戴安）測定水樣中的硫酸鹽等。測試環(huán)節(jié)要學(xué)生掌握儀器的原理，構(gòu)造，測試條件，懂得檢測限對儀器的選擇要求，而且要他們掌握儀器的開機(jī)、使用、維護(hù)等基本常識。整個(gè)過程包括溶液的配置等全部由本科生親自操作，每個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目要求測定三次，求平均值，并有計(jì)量單位。采用地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)對水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。

2.土壤中重金屬的分析。選取地勢較低的田間土壤，根據(jù)梅花形布點(diǎn)法進(jìn)行取樣，土壤采集深度在0～20cm左右，盡量保持土壤的完整性，不破壞其物理結(jié)構(gòu)。將在一個(gè)采樣單元內(nèi)采集的土樣混合均勻制成混合樣，采取“四方法”棄取，裝袋。同樣采取距離礦區(qū)較遠(yuǎn)的土壤作為對照樣品。土壤樣品經(jīng)室溫下自然風(fēng)干后，剔除植物殘根、巖石碎塊等，用木棒研磨后通過2 mm孔徑尼龍網(wǎng)篩，待用。土壤樣品的消解：準(zhǔn)確稱取過篩后的土壤樣品0.1g至于三角燒杯，添加10mL HNO3-HCl溶液，在電熱板上消解溶樣（溫度≤150℃）至溶液體積大約為0.5mL，冷卻至室溫，將消解液轉(zhuǎn)移到25mL試管加水定容，然后對溶液中銻、砷、汞、鉛濃度進(jìn)行測定，測定方法如前所述。為了保證分析方法的可靠性，同時(shí)消解對照樣品，并采用了國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)黃色紅壤-土壤樣品GBW07406）對消解及元素分析過程進(jìn)行質(zhì)量控制。參照對照區(qū)土樣及土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)礦區(qū)土壤重金屬污染狀況。

3.固體廢棄物監(jiān)測。在整個(gè)礦區(qū)存有大量的堆放區(qū)和尾礦壩，這些廢渣成分復(fù)雜，含有多種有害成分。它們不僅侵占大量農(nóng)田，更嚴(yán)重的是廢棄物一般未經(jīng)處理裸露堆放于地表，常年受到雨水的淋溶，加上堆放區(qū)的防滲濾措施不完善，造成重金屬等有害物質(zhì)的釋放，且隨雨水徑流進(jìn)入周圍土壤、水體。因此以銻礦堆放區(qū)為研究對象，考查固體廢物浸出毒性具有重大意義。首先對堆放區(qū)的尾礦砂、冶煉渣、選礦廢石進(jìn)行分別采樣。由于堆放區(qū)面積比較大，地形較平坦、各類廢棄物堆有很多，所以選用棋盤式采樣方法，布設(shè)15個(gè)采樣點(diǎn)，對每個(gè)采樣點(diǎn)的廢棄物堆分別進(jìn)行取樣裝袋。濕樣在室溫下自然干燥，破碎、過5mm孔徑篩，縮分，1.5kg備用。浸出毒性實(shí)驗(yàn)采用規(guī)定的方法浸出水溶液，即分別稱取過篩后的尾礦砂、冶煉渣、選礦廢石100g（干基）放置于2L廣口聚乙烯瓶中，并加入1L的去離子水。查閱當(dāng)?shù)貧庀筚Y料可知，冷水江錫礦山屬于酸雨地區(qū)。故在實(shí)驗(yàn)過程中，淋溶液的配置應(yīng)符合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境條件，調(diào)節(jié)溶液初始pH為6.0，將瓶子放入恒溫水浴振蕩器上，振蕩頻率為100次/min，室溫下振蕩8h，靜置16h。浸出液通過0.45μm的濾膜過濾。我國規(guī)定的浸出毒性分析項(xiàng)目有：汞、鎘、砷、鉻、鉛、銅、鋅、鎳、銻、硫化物、硝基苯等。根據(jù)銻礦廢棄物性質(zhì)，本項(xiàng)目主要測銻、汞、砷、鉛、硫化物的濃度，同時(shí)分析溶液pH、顏色變化等。

4.廢氣監(jiān)測。礦山廢氣主要成分有二氧化硫、氟化物及固體懸浮物等，這里以降量塵的測定作為實(shí)踐內(nèi)容。該地區(qū)大氣降塵量具有明顯的季節(jié)性?；诖憾竟?jié)干旱少雨、植被覆蓋率低造成揚(yáng)塵較多，此次采樣時(shí)間為2月15日至3月16日，為期30天。采取功能區(qū)布點(diǎn)法布設(shè)10個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)高度為6～8m，位置視野開闊。采樣工具為內(nèi)徑15cm、高30cm的集塵缸，缸內(nèi)置有100mL的水溶液。收集時(shí)首先揀出枯枝、小蟲等異物，并用水沖洗將缸內(nèi)溶液和塵土全部轉(zhuǎn)入燒杯中，加熱蒸發(fā)濃縮至15mL后，再全部轉(zhuǎn)移到已恒重的坩堝中，電熱板加熱蒸發(fā)后，放到烘箱（110℃）中恒重，計(jì)算降塵量。然而根據(jù)降塵量并不能完全反映顆粒物的毒性，其化學(xué)組成則是重要的判斷指標(biāo)。因此采用X射線光譜儀與掃描電鏡儀分析顆粒的形貌和元素成分，并參比遠(yuǎn)離銻礦的對照區(qū)降塵量及化學(xué)組成，查看銻礦的開采冶煉對空氣顆粒的元素組成是否產(chǎn)生了影響。

四、問題及取得效果

錫礦山銻礦的開采冶煉給當(dāng)?shù)貛順O大的負(fù)面影響，湖南科技大學(xué)很多學(xué)生來自湘西，他們深有感觸，而將礦山生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)帶入環(huán)境監(jiān)測這門課程，使他們學(xué)以致用，同時(shí)對整套環(huán)境監(jiān)測的流程熟練掌握，學(xué)會自己制作監(jiān)測方案。水體、固廢、大氣監(jiān)測這些教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)都成功的添加到這一實(shí)踐項(xiàng)目中。此外，環(huán)境監(jiān)測是很嚴(yán)肅的工作，要求同學(xué)們實(shí)事求是，絕不能修改數(shù)據(jù)。

五、結(jié)論與展望

通過對銻礦區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)，使學(xué)生增長了知識面，理論結(jié)合到實(shí)際。他們對環(huán)境監(jiān)測的認(rèn)識有很大的改進(jìn)，不局限在課堂和實(shí)驗(yàn)室中，動手能力會得到極大的提高。礦區(qū)環(huán)境污染如此嚴(yán)重，如何改良選礦工藝以及治理污水，廢物再利用等話題得到了廣泛的探討，激發(fā)了他們的科研興趣。在今后的教學(xué)中，我們還會不斷增加其他項(xiàng)目來鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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