大紅山礦區(qū)水體中重金屬污染現狀評價分析

黃茜蕊,程先鋒,徐 俊,向云剛,張香群

(云南國土資源職業(yè)學院，昆明 652501)

綠色礦山，是以資源綜合利用、節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境和促進礦地和諧為主要目標，以開采方式科學化、資源利用高效化、企業(yè)管理規(guī)范化、生產工藝環(huán)?；?、礦山環(huán)境生態(tài)化為基本要求，將綠色礦業(yè)理念貫穿于礦產資源開發(fā)利用全過程，推行循環(huán)經濟發(fā)展模式，實現資源開發(fā)的經濟效益、生態(tài)效益和社會效益協調統(tǒng)一[1]。

礦山企業(yè)是云南省礦業(yè)最重要的組成部分，截止2014年底，云南省礦山總數7 683個。因此，要發(fā)展綠色礦業(yè)，最重要的是要建設好綠色礦山。云南省作為礦產資源大省，礦山情況復雜，既有大型礦山，但更多的是中小型礦山；既有具有世界先進工藝技術的生產企業(yè)，也有手工式開采與加工的落后生產企業(yè)；有重視生態(tài)環(huán)境治理與保護的花園式礦山，也有礦山環(huán)境差與污染嚴重的礦山[2]。

云南玉溪大紅山鐵礦于2013年4月被國土資源部授予“國家級綠色礦山試點單位”，通過實施礦產資源利用集約化、開采方式科學化、生產工藝節(jié)能化、企業(yè)管理規(guī)范化、礦區(qū)環(huán)境建設園林化、礦區(qū)建設和諧化的具體實踐，促進礦業(yè)經濟與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。重點推進綠色礦山建設的規(guī)范化，根據礦產資源規(guī)劃的要求制定綠色礦山建設的標準和相關辦法，樹立綠色礦山典型，推廣綠色礦山建設。 使綠色礦山建設工作向前推進一大步，安全、環(huán)保、可持續(xù)地發(fā)展礦業(yè)經濟[3]。

于2016年8月針對大紅山礦區(qū)周邊水體、土壤、植被、地質環(huán)境進行調查，對礦山企業(yè)進行調研，為加大建設綠色礦山、發(fā)展綠色礦業(yè)的輿論宣傳，提高全民認識，調動各方面的積極性和支持力度提供一定依據。

1 研究區(qū)概況

大紅山鐵礦區(qū)位于新平縣戛灑鎮(zhèn)，101°73′52″～101°39′51″E，24°04′58″～24°6′49″N，面積15.2km2。大紅山鐵礦及銅儲量均達到大型、超大型規(guī)模，探明及保有鐵礦儲量4.24億t，銅金屬儲量155萬t，其中富鐵礦1.61億t，分別占全省同類儲量的15.6%和54.8%，品味大于1%的富銅礦62.58萬t，占全省富銅的20%。

礦區(qū)地處戛灑江河谷以東的戛灑江流域內，地勢西北高，東南低，屬紅河流域(元江)的上游區(qū)。戛灑江是新平縣的一條主要河流，自北而南，斜貫新平全境，支流很多，在研究區(qū)內有曼崗河、肥味河、老廠河從礦區(qū)流過，三條河流既是礦區(qū)內地勢高出地下水的排泄渠道，又是低洼處地下水的補給水源，河水流量受降雨量控制，一般在雨季水量較多，旱季河床存在無水現象。控制流域面積共為 333km2。這三條河匯合為渾龍河后，在礦區(qū)西南約9km處注入戛灑江。研究區(qū)域主要河流的水文特征見表1，幾條河流水流方向為：老廠河→困龍河→戛灑江；曼崗河→困龍河→戛灑江；肥味河→曼崗河→困龍河→戛灑江。

表1 礦區(qū)周圍主要河流水文特征Tab.1 hydrological characteristics of main rivers around the mine

2 樣品采集與測試

水樣的采集過程遵循《水質采樣技術指導》(GBl2998-91)，水樣采集前在室內將存放樣品的5L的聚乙烯桶用蒸餾水清洗3遍以上，取水樣前，用所采的水體沖洗水樣瓶2～3次。水樣在有水流出或水流最匯集的地方取樣，在條件允許的地方將5L的采樣桶沉入水下10～15cm深處采樣，避免將巖石顆粒、植物等帶入瓶內。樣品采集后貼上標簽，用記號筆在采樣桶標注采樣編號，按要求填寫“水體采樣記錄表”，詳細記錄采樣點及其附近的情況。在采樣的同時用數碼相機對周圍的環(huán)境及河水的物理性狀進行拍照，用GPS對采樣點進行定位，同時在采樣點測水溫、pH值、流速、流量并用記錄卡詳細記錄采樣點附近河流狀況、地貌及其附近污染源等方面的情況。水樣取樣點位置見下圖。

圖 大紅山水樣采樣點示意圖Fig. Sampling points of water in drainage basin of Dahong Mountain

水樣送交國土資源部昆明礦產資源監(jiān)督檢測中心檢測分析，各檢測步驟嚴格按照《中國地質調查局地質調查技術標準》(DD2005-03)中的“生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求(試行)”進行。水樣的測試嚴格按照《地下水質量標準》(GB/T14848-93)測試。

采用原子熒光法測量水樣中的重金屬含量As，儀器為AFS-3100型全自動雙道原子熒光光度計，精密度<1.0%，檢出限：As<0.005μg/mL。使用電感耦合等離子體質譜法測定，ICAP Q型質譜儀Cu≤0.001μg/mL ，Pb<0.001μg/mL，Cd<0.000 1 μg/mL，Zn<0.005μg/mL。水樣的pH采用實驗室pH法測量，儀器為PHS-3C型酸度計，測量分辨率：pH：0.01pH，精確度：pH：±0.01pH。

3 研究方法

3.1 單因子評價法

水體采用國家 《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838—2002)中的V類標準(見表2)進行評價。

表2 地表水環(huán)境質量標準 (GB3838-2002)基本限值Tab.2 Basic limit of surface water environment quality standard (GB3838-2002)

單因子評價法可用以評價水體水質類別，現行國家水質標準中已確定悲觀評價原則，即以水質最差的單項指標的所屬類別來確定水體綜合水質類別。其方法是：用水體各監(jiān)測項目的分類標準《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838—2002)直接對照大紅山周邊水體中該項目的監(jiān)測結果，來確定該項目的水質類別，在所有項目的水質類別中選取水質最差類別作水體的綜合水質類別。

3.2 內梅羅指數法

內梅羅指數法具備數學過程簡潔、運算方便等特點，以單因子評價法為基礎，對水體中的各種指標參數進行水質評價[4-5]。根據《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838—2002)劃分單項組分所屬類別，對各類別按表3分別確定單項組分評分值。利用內梅羅指數計算公式計算綜合評分值F：

F——綜合評分值；

Fmax——單項組分的最大值；

Fave——各項組分評分值F的平均值；

n——項數。

表3 地表水質量分級Tab.3 Surface water quality classification

4 結果與討論

4.1 單因子評價結果(表4)

表4 礦區(qū)周邊流域水體中重金屬含量檢測結果Tab.4 The test result of heavy metal content in the water around the mining area (mg/kg)

4.2 內梅羅指數評價結果

運用內梅羅指數法，根據不同污染物在不同類 別水質的標準濃度，以及各樣點實測污染濃度，計算各樣點水質的內梅羅指數綜合評分F值，得出各樣點水質分級結果如表5所示。

4.3 討論

4.3.1 大紅山礦區(qū)周邊河流重金屬污染現狀評述

從表4評價結果來看，Hg、Cd、Se、Ag、Pb均低于檢出限，未見任何超標樣點。Cu、Zn、As有檢出但均低于國家Ⅰ類標準，地表水評價標準中未見Fe的標準，故采用《地下水質量標準》(GB14848-93)評價，采樣點中Fe的濃度43.75%低于國家Ⅰ 類標準限制，未見超標，有一個樣點即6.25%為國家Ⅱ類標準，其余50%的樣點低于國家Ⅳ類標準。Fe濃度最高為0.818mg/kg，出現在老廠河下游，礦區(qū)下方困龍河下游水樣濃度也較高；最低的0.019mg/kg出現在肥味河，戛灑江上游未流經礦區(qū)河段為0.043mg/kg，戛灑江經困龍河匯入后下游5km河水中Fe含量為0.078mg/kg，比匯入前略高，可見受到礦區(qū)河流匯入的一定影響。與國家地表水水質標準相對比，老廠河水相中Fe達國家Ⅳ類水標準，Hg、Cd、Se、Ag、Pb、Cu、Zn、As均達Ⅰ類水標準；曼崗河與困龍河水樣中Fe達國家Ⅲ類水標準， Se、Ag、Pb、Cu、Zn、As均達Ⅰ類水標準；肥味河和戛灑江水樣中Fe、Se、Ag、Pb、Cu、Zn、As均達Ⅰ類水標準。

表5 各樣點的內梅羅指數綜合評分F值以及質量分級Tab.5 The nemerow index score F of the sample and quality classification

由表5中的質量分級，可以看到所有采樣點的水質都為優(yōu)良，研究區(qū)大致的水質情況通過該評價體現出來。

單從超標的重金屬Fe來看，各河流受礦區(qū)生產活動影響不同，包括各河流距礦區(qū)距離遠近不同，受礦區(qū)生產活動影響不同；各河流沿岸分布的明暗排污源、受納污水類型不同；同時也與河流自身的水文狀況、消解稀釋能力有關。曼崗河緊挨礦區(qū)流過，大部分河段穿過礦區(qū)主要活動范圍內，河流受到礦區(qū)以及周圍居民活動的干擾最大，河水自身凈化能力下降，使得河流對多種重金屬元素復合性污染的消解能力較差，水體中Fe含量較高。而戛灑江地理位置距礦區(qū)較遠，礦區(qū)廢水經過企業(yè)處理后，經尾礦庫內的滲井，上清液排至戛灑江。由于戛灑江水量較大、水資源充沛，江水自身對污染物的消解、凈化及緩沖能力較強，污染程度相對較輕。老廠河多接納的是經處理后的礦區(qū)生活污水排放水，受礦區(qū)影響較曼崗河小。

根據《云南省地表水水環(huán)境功能(復審)報告》(2012年)，戛灑江水功能區(qū)劃為Ⅳ類水體，執(zhí)行Ⅳ類水質標準；其它河流為戛灑江的支流，未進行水體功能區(qū)劃。根據水體功能現狀，執(zhí)行Ⅳ類水質標準。戛灑江水體功能主要是工農業(yè)用水，監(jiān)測結果表明：大紅山礦區(qū)周圍地表水能滿足《云南省地表水水環(huán)境功能(復審)報告》中對戛灑江水功能區(qū)劃的要求。

總體來看，大紅山銅鐵礦周圍水體中重金屬元素總量含量較低，水質基本屬于國家Ⅰ類標準。戛灑江水體表現出對上游高濃度重金屬元素稀釋緩沖的特征。這說明中金屬含量變化受到了礦山生產活動的干擾。由于礦山重金屬污染往往受污染源礦山控制，污染范圍一般在礦山的周圍或河流的下游，沿著河流的上游到下游，由于金屬元素遷移能力減弱和水體自凈化能力的適度恢復，金屬化學污染強度逐漸降低。

4.3.2 大紅山礦區(qū)周邊河流重金屬污染變化趨勢

根據李曉燕在2008年的采樣研究，老廠河水相中Cu達國家Ⅱ類水標準，Cr、Cd、Pb、Zn均達Ⅰ類水標準；曼干河與困龍河水樣中Cu、Cr達國家Ⅱ類水標準，Cd、Pb、Zn達Ⅰ類水標準；肥味河水樣中Zn達達國家Ⅱ類水標準，Cu、Cr、Cd、Pb達Ⅰ類水標準；戛灑江水樣中Cr達國家Ⅱ類水標準，Cu、Cd、Pb達Ⅰ類水標準[6]。對比8年前數據，此次項目組取樣分析結果顯示，重金屬超標率已經非常低，之前污染的普遍狀況有所好轉，Fe的情況稍差，但是由于沒有相關對比數據，不做比較。

4.3.3 大紅山礦區(qū)河流重金屬污染防治的主要舉措

大紅山銅礦和大紅山鐵礦分別是第二批和第三批國家級綠色礦山試點單位，在綠色礦山建設的背景下，礦業(yè)公司以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心，按照“減量化、再利用、資源化”的原則，經濟效益、社會效益、環(huán)境效益三者兼顧，經多項技術改造，在節(jié)約利用資源、降低環(huán)境污染、優(yōu)化“三率”(貧化率、回采率，選礦回收率)，循環(huán)經濟工作取得了顯著成果。此次取樣測試結果也顯示，較綠色礦山建設前，水環(huán)境有了明顯好轉。

礦山企業(yè)是建設綠色礦山的主體，對綠色礦山建設高度重視，大紅山鐵礦為避免選礦廠、井下生產和生活污水對環(huán)境污染，并循環(huán)利用生產、生活污水，變廢為寶，已建成 72 246.8 m3/d的生產和生活污水處理廠，實現了生產和生活污水全部循環(huán)利用(坑內每天外排的廢水，經回水調節(jié)水池，再進入全自動反沖凈水器，經處理后供生產循環(huán)使用)[7]。

2012年8月，大紅山鐵礦投資近6 399萬元建設尾礦回水工程，該工程的實施提高了礦山水資源的循環(huán)利用水平，進一步節(jié)約水資源，又對環(huán)境進行了有效保護，達到國家節(jié)能減排技術政策和清潔生產標準要求。尾礦回水系統(tǒng)取水成本為1.36元/m3，較江邊取水(2.56元/m3)節(jié)省1.2元/m3，在政府的支持下，經濟效益、社會效益、環(huán)境效益都得到滿足。該工程爭取到了國家重金屬污染防治資金補助1 000萬元。

截至2016年，礦坑廢水、尾礦廢水得到全部回收利用。廢石出坑后，一部分用于建筑材料，一部分用于選礦系統(tǒng)再選；尾砂通過分級充填井下采空區(qū)，創(chuàng)造了較大的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益，同時有效防治礦山采空區(qū)崩落，防止上覆蓋層塌陷，地表、村莊和農田被毀，有效地保護了地表生態(tài)環(huán)境。節(jié)約尾礦庫的建設和管理維護費用，減少尾砂庫占地面積， 減少地表尾砂揚塵污染空氣、尾礦壩下游水質污染，不僅尾砂得到充分利用，而且有效保護了地表生態(tài)環(huán)境。

5 結 語

國務院在2008年的全國礦產資源規(guī)劃中納入綠色礦山建設目標任務，于2010年頒布《關于貫徹落實全國礦產資源規(guī)劃發(fā)展綠色礦業(yè)建設綠色礦山工作的指導意見》，“十二五”規(guī)劃綱要已將綠色礦山建設工作上升到國家戰(zhàn)略層面。在地方，通過優(yōu)化礦山布局，高效利用資源，對礦山環(huán)境進行保護治理，循序有效的推進綠色礦山建設工作。隨著綠色礦山建設工作的不斷推進，政府、企業(yè)、社會共同努力打造綠色礦山成效顯著，樹立了一批先進帶頭企業(yè)[8]，大紅山鐵礦和大紅山銅礦即是典型代表。從目前國家級綠色礦山試點單位來看，涉及能源、黑色、有色和非金屬等各個行業(yè)，涵蓋國有、民營和外資企業(yè)[9]。

通過資料收集、企業(yè)調研和周邊河流老廠河、困龍河、戛灑江、曼崗河、困龍河、肥味河水體采取樣品，按照《中國地質調查局地質調查技術標準》(DD2005-03)中的“生態(tài)地球化學評價樣品分析技術要求(試行)”進行測試，用水體各監(jiān)測項目的分類標準《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838—2002)直接對照大紅山周邊水體中該項目的監(jiān)測結果，運用內梅羅指數法，根據不同污染物在不同類 別水質的標準濃度，以及各樣點實測污染濃度，計算各樣點水質的內梅羅指數綜合評分F值，結果各采樣點均顯示為“優(yōu)良”，對比8年前數據，此次取樣分析結果顯示，重金屬超標率已經非常低，之前污染的普遍狀況有所好轉。

作為試點單位，大紅山銅鐵礦彰顯了礦山企業(yè)正面形象，產生了積極的社會影響。因此，應鼓勵企業(yè)積極研發(fā)，探索推廣較好經驗，提高資源經濟環(huán)境綜合效益，提高資源綜合利用，循序漸進的全面推進綠色礦山建設，為2020年在全國范圍內基本形成綠色礦山格局的總體目標投入更多努力。

參考文獻：

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[6] 李曉燕.云南大紅山鐵礦周圍河流和土壤中Cu等重金屬元素分布特征研究[D].北京:首都師范大學，2009.

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[9] 張應平.實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 創(chuàng)建環(huán)保型綠色礦山[J].環(huán)境科學導刊，2013，32(增) ：17-21.