汞銻礦區(qū)土壤重金屬污染源解析和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

盧 楠，王 娜

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；3.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；4.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；5.陜西省土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710061)

1 引言

礦產(chǎn)資源是工業(yè)發(fā)展的必需品，對(duì)區(qū)域發(fā)展具有重要影響。陜西省是全國礦產(chǎn)資源大省之一，具有儲(chǔ)量豐富、礦種齊全等特征[1]，截至2018年底，已發(fā)現(xiàn)的各類礦產(chǎn)達(dá)138種(含亞礦種)，其中探明儲(chǔ)量的有93種，在已探明的礦產(chǎn)中，有17種在全國占有重要地位[2]。礦業(yè)在我省經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有十分重要的地位，2018年，礦業(yè)及相關(guān)加工制造業(yè)產(chǎn)值14629.76億元，占全省規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值的58.07%，實(shí)現(xiàn)利潤1397.6億元，占全省規(guī)模以上工業(yè)利潤總額的57.37%，礦業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)在全省國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的地位[3]。

2 汞和銻污染調(diào)查的意義

汞、銻與其他8種金屬在國際上稱為十大常用有色金屬，因其特殊性能，是制造優(yōu)質(zhì)合金鋼和特殊性能鋼必需的合金元素，屬于國家戰(zhàn)略物資，在國民經(jīng)濟(jì)和國防工業(yè)的建設(shè)和發(fā)展等方面具有重要地位[4]。汞銻是我省的優(yōu)勢(shì)礦種之一，按儲(chǔ)量名列全國第二，僅次于貴州，主要分布在旬陽、商縣、丹鳳、鎮(zhèn)安等地區(qū)，隨著貴州銅仁地區(qū)汞銻礦的衰竭，地處陜西省東南部，秦巴山區(qū)東段，漢江橫貫其中的旬陽縣現(xiàn)已經(jīng)成為我國最大的汞銻礦產(chǎn)地，其汞銻礦為全國特大型礦床，鉛鋅礦遠(yuǎn)景儲(chǔ)量200萬t以上。旬陽地區(qū)汞銻礦帶是秦嶺-中亞汞銻礦帶山陽-旬陽汞銻成礦亞帶的南帶-公館-鄖西汞銻礦帶的主體部分[5]。以礦物含量為標(biāo)準(zhǔn)，分為單汞礦石、汞銻礦石、銻汞礦石和單銻礦石，其中以汞銻礦或銻汞礦石為主[6]。雖然存在汞銻合礦開采技術(shù)難度系數(shù)大，汞銻選礦分離難等問題，但在利益的驅(qū)使下，違規(guī)開采屢見不鮮，且多采用選冶聯(lián)合工藝進(jìn)行小規(guī)模開采生產(chǎn)，不僅成本高、能耗大，而且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，不但嚴(yán)重浪費(fèi)了礦產(chǎn)資源，而且對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。與此同時(shí)，因旬陽縣地處漢江中上游，平均年自產(chǎn)徑流量占漢江出境流量的5%，旬陽境內(nèi)流長占丹江口以上水源段流長的9.2%，既是南水北調(diào)中線工程的水源涵養(yǎng)區(qū)，也是南水北調(diào)工程水源水質(zhì)影響控制區(qū)，其水土質(zhì)量直接關(guān)系到沿線近6000萬人的用水安全[7]。

3 礦區(qū)汞銻的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外科研工作者對(duì)汞銻污染開展了研究工作并取得一些進(jìn)展，主要集中在以下幾個(gè)方面：一是汞銻對(duì)人體及生物毒害作用的研究；二是環(huán)境介質(zhì)與汞銻賦存、累積規(guī)律的關(guān)系；三是汞銻礦區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.1 汞銻對(duì)人體及生物毒害作用的研究

汞銻礦開采與選冶等工業(yè)活動(dòng)是主要來源，尤其是采選冶過程是產(chǎn)生污染物的重要環(huán)節(jié)，選冶過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢石、尾礦渣、選冶粉塵、冶煉渣、冶煉粉塵等均含有濃度不等的污染物，隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，汞銻等引起的污染問題日漸凸顯，污染事件呈多發(fā)態(tài)勢(shì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。汞(mercury)元素是對(duì)人體毒害最大的5種重金屬之一，也屬129種優(yōu)先控制污染物之一[8]。銻(Antimony)對(duì)人體及環(huán)境生物具有毒性作用，因其致癌性被世界衛(wèi)生組織(WHO)和許多國家列為優(yōu)先控制污染物[9]。如銻及其化合物已被美國國家環(huán)保局(1979年)及歐盟列為優(yōu)先污染物；《控制危險(xiǎn)廢料越境轉(zhuǎn)移及其處置巴塞爾公約》(1989年)也將銻列為危險(xiǎn)廢物以限制銻污染越境遷移[10]。汞是毒性極高的全球性環(huán)境污染物，汞能夠在大氣中長期滯留，通過大氣環(huán)流進(jìn)行全球性遷移，最終通過干濕沉降等方式進(jìn)入水陸生態(tài)系統(tǒng)，在硫酸鹽還原菌、鐵還原菌等變形菌綱作用下，Hg2+轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的甲基汞[11]。汞、銻及其化合物具有很強(qiáng)的神經(jīng)毒性和致畸作用，積累效應(yīng)和遺傳毒性顯著，即使在極低劑量下，都可以通過呼吸、皮膚接觸以及食物鏈等形式進(jìn)入人體或動(dòng)物體，造成皮膚黏膜、視神經(jīng)損傷、視網(wǎng)膜出血，以及肺、肝臟、心臟、腎臟及神經(jīng)系統(tǒng)等多組織器官損害[12]。李宗光等[13]發(fā)現(xiàn)低劑量汞、鉛和鎘對(duì)大鼠海馬神經(jīng)元的毒性損傷。長期暴露于含銻環(huán)境下的人員多數(shù)出現(xiàn)肺功能改變、慢性支氣管炎、肺氣腫、早期肺結(jié)核、胸膜粘連和塵肺病等[14]。王婭等[15]在研究萬山汞礦區(qū)大米汞污染及人體甲基汞暴露風(fēng)險(xiǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，51%的樣品總汞含量超過我國食品汞限量標(biāo)準(zhǔn)，且汞污染的嚴(yán)重程度與汞礦距離正相關(guān)?；裰?jǐn)?shù)萚16]研究了某金礦附近土壤中汞的賦存狀態(tài)及其相互轉(zhuǎn)化關(guān)系和生物利用性發(fā)現(xiàn)，最主要的賦存形態(tài)是有機(jī)結(jié)合態(tài)汞，其含量占總量60%以上。

3.2 環(huán)境介質(zhì)與汞銻賦存、累積規(guī)律的關(guān)系

污染物與環(huán)境介質(zhì)之間存在復(fù)雜的交互作用，環(huán)境介質(zhì)對(duì)于污染物的擴(kuò)散運(yùn)輸、遷移轉(zhuǎn)化過程均發(fā)揮至關(guān)重要作用，與此同時(shí)，環(huán)境介質(zhì)還是污染物的主要受納及賦存場(chǎng)所，也是污染物產(chǎn)生生態(tài)損害的受體。如研究者分析了礦產(chǎn)開發(fā)、冶煉與典型重金屬污染物在廢渣、環(huán)境介質(zhì)、沉積物中累積特性的關(guān)系，暗示二者存在較大相關(guān)性[17]。孫宏飛等[18]通過測(cè)定湘西茶田典型土壤剖面不同層次土壤及礦石、廢礦和礦渣等環(huán)境樣品中的汞及重金屬含量發(fā)現(xiàn)，礦渣堆放對(duì)礦區(qū)土壤剖面中重金屬含量具有較大影響，要重視成礦元素及礦帶內(nèi)伴生重金屬的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。Zhou等[19]的研究表明，銻礦的開采和加工過程中產(chǎn)生的主要污染物分布于采礦廢石、冶煉廢渣、尾礦壩和隧道排水，且污染物的含量與殘余項(xiàng)相關(guān)。

土壤作為重金屬的重要源和匯，主要表現(xiàn)在土壤對(duì)重金屬的固定和釋放作用上，并在生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮重要作用[20]。但土壤重金屬往往受多個(gè)污染源共同作用，且來源不明。應(yīng)用污染源解析技術(shù)尋找污染物來源，對(duì)于制訂污染源環(huán)境管理措施，進(jìn)行有效阻斷具有重要意義[21]。程晨等[22]發(fā)現(xiàn)，上海市全年大氣降水中16種多環(huán)芳烴主要來源于煤燃燒、汽油燃燒、熱電廠和柴油燃燒，貢獻(xiàn)值分別為16.4%、14.7%、13.8%和13.7%。陳志凡等[23]認(rèn)為城郊農(nóng)田9種重金屬29.7%來自于工業(yè)污染源，19.93%來自于農(nóng)業(yè)與污水灌溉復(fù)合污染，35.98%來源于自然母質(zhì)，14.35%來源于大氣沉降。

3.3 汞銻礦區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)不但是礦山環(huán)境保護(hù)工作和貫徹習(xí)近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”兩山理論的基礎(chǔ)，還是解決礦山開采造成的區(qū)域環(huán)境污染和生態(tài)破壞等安全問題的關(guān)鍵。國內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)這一問題開展了很多研究工作。其中以Hakanson提出的潛在生態(tài)危害指數(shù)法應(yīng)用最為廣泛，但是這種方法也存在監(jiān)測(cè)樣品數(shù)量的有限性、區(qū)域污染物分布的時(shí)空差異性等影響評(píng)價(jià)結(jié)果的缺點(diǎn)[24]。因而，結(jié)合研究礦區(qū)區(qū)位及生產(chǎn)特點(diǎn)，對(duì)礦區(qū)的生態(tài)危害評(píng)價(jià)方法進(jìn)行改進(jìn)，在充分掌握污染源類型、程度和范圍的基礎(chǔ)上，開展評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選，增加廢物的資源化利用和對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的治理成效等項(xiàng)目，進(jìn)行無量綱化處理、等級(jí)劃分等工作，對(duì)于發(fā)展生態(tài)危害評(píng)價(jià)至關(guān)重要。

4 進(jìn)一步探索的必要性

目前對(duì)于陜西省汞銻礦的研究主要集中于礦床地質(zhì)特征、形成機(jī)制、含礦構(gòu)造特征、成礦物質(zhì)來源等方面，對(duì)于汞銻礦區(qū)的采選冶行業(yè)產(chǎn)生污染物的污染特性、污染來源分析、在環(huán)境介質(zhì)中的賦存狀態(tài)、遷移轉(zhuǎn)化和污染物主要傳播途徑卻少見報(bào)道。因而，對(duì)汞銻礦區(qū)的生產(chǎn)、選礦、冶煉加工等工藝流程進(jìn)行全面掌握，明確我省汞銻礦區(qū)周邊環(huán)境中典型污染物的傳播途徑和擴(kuò)散機(jī)理；從污染物特性、產(chǎn)生特征和污染源解析，明晰水體和土壤中成礦元素、伴生重金屬的污染狀況，確定污染物的傳播與擴(kuò)散邊界層；對(duì)加工副產(chǎn)品和排棄物的流向及安全性等方面進(jìn)行全面分析、評(píng)估，創(chuàng)新評(píng)價(jià)機(jī)制，為南水北調(diào)工程的水質(zhì)安全提供堅(jiān)實(shí)保障，為平衡區(qū)域發(fā)展和生態(tài)安全問題提供參考。