某礦區(qū)氰渣堆周邊土壤砷污染特征及生態(tài)風(fēng)險評價

文 星 趙慶圓

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司長沙分公司,湖南 長沙 410000)

0 引言

氰化提金工藝已有100 多年的歷史,因工藝簡單、金回收率高等優(yōu)點在當(dāng)前黃金工業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位,同時,黃金品位低,尾渣產(chǎn)率幾乎為100 %,據(jù)統(tǒng)計,全國黃金行業(yè)每年氰化尾渣產(chǎn)生量約0.8～1.0 億t。As 在自然界和難處理的金礦石中主要以化合物形態(tài)存在,利用含砷金礦(毒砂、雌黃和雄黃等) 進行黃金選冶已經(jīng)成為As 污染的主要來源之一。隨著近些年環(huán)保意識的增強以及黃金行業(yè)含氰廢渣污染控制技術(shù)規(guī)范的進一步加強和完善,有主的氰化尾渣基本能夠有效控制污染物的排放和治理,但是歷史遺留的無主礦氰渣堆在產(chǎn)生過程中排放的廢水、廢氣及廢渣均未妥善處理,遺留氰渣雜亂無序堆放在環(huán)境中,對周邊環(huán)境可能造成極大的風(fēng)險。該文選取甘肅省某無主礦區(qū)歷史遺留氰渣堆下方及周邊土壤為研究對象,通過現(xiàn)場調(diào)查、取樣分析該氰渣堆下方及周邊土壤重金屬含量,研究土壤中重金屬的污染特征,在此基礎(chǔ)上進行了生態(tài)風(fēng)險評估,對無主礦區(qū)非正規(guī)生產(chǎn)遺留氰渣堆砷污染特征、修復(fù)治理或風(fēng)險管控具有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 氰渣堆情況

該氰渣堆為上世紀(jì)90 年代末非法開采生產(chǎn)遺留的,選用原始的氰化堆浸提金工藝,選冶工藝相對比較落后,且未采取任何環(huán)保措施,于2008年停止生產(chǎn)。氰渣堆處在半山腰,地勢由東北向西南方向延伸至山腳,北側(cè)為礦石開采區(qū)域,開采后在下方區(qū)域進行原位堆浸,渣堆面積約為9 847 m2。西側(cè)有條溪流,主要為泉水以及積雪融化后形成的。所在地屬高原大陸性氣候,冬季干冷漫長,夏季溫涼而多雨,高寒濕潤,四季不明顯,長冬無夏,春秋短促,氣溫日差較大,一日之中即有四季之分。主導(dǎo)風(fēng)向為NNW,年平均風(fēng)速1.6 m/s,年平均降雨量533.4 mm。

1.2 土壤采集

根據(jù)《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》 (HJ 25.1—2019) 及《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 (HJ/T 166—2004) 的有關(guān)要求以及疑似污染區(qū)域和潛在污染物的識別情況,設(shè)計布點方案,采樣點分布示意圖見圖1。土壤采樣點水平方向的布設(shè)采用專業(yè)判斷布點法,盡量保證采樣點位合理覆蓋場地各個潛在污染的區(qū)域,單個監(jiān)測地塊的面積原則不超過1 600 m2,土壤采取工作采用專業(yè)鉆探、洛陽鏟。垂直方向上,以沖擊鉆探、旋轉(zhuǎn)鉆探及挖掘勘探相結(jié)合的方式進行,氰渣堆下方土壤取樣需打穿氰渣堆,采樣深度(部分點位達不到預(yù)定深度) 分別為0～0.5 m、0.5～1.0 m、1.0～1.5 m、1.5～2.0 m、2.0～2.5 m、2.5～3.0 m、3.0～3.5 m、3.5～4.0 m。樣品采集后密封帶回實驗室處理,自然風(fēng)干、除雜后研磨,過100 目篩備用。土壤污染分布見圖2～圖8。

圖1 采樣點分布示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling point distribution

圖2 地層0～0.5 m 土壤污染分布圖Fig.2 Distribution map of soil pollution in the stratum 0～0.5 m

圖3 地層0.5～1.0 m 土壤污染分布圖Fig.3 Distribution map of soil pollution in the stratum 0.5～1.0 m

圖4 地層1.0～1.5 m 土壤污染分布圖Fig.4 Distribution map of soil pollution in the stratum 1.0～1.5 m

圖5 地層1.5～2.0 m 土壤污染分布圖Fig.5 Distribution map of soil pollution in the stratum 1.5～2.0 m

圖6 地層2.0～2.5 m 土壤污染分布圖Fig.6 Distribution map of soil pollution in the stratum 2.0～2.5 m

圖7 地層2.5～3.0 m 土壤污染分布Fig.7 Distribution map of soil pollution in the stratum 2.5～3.0 m

圖8 地層3.0～3.5 m 土壤污染分布Fig.8 Distribution map of soil pollution in the stratum 3.0～3.5 m

1.3 樣品分析

按照《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 (HJ/T 166—2004)、國家標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求進行土壤樣品的采集及實驗室分析,砷采用原子熒光法,原理方法見《土壤質(zhì)量總汞、總砷、總鉛的測定原子熒光法第2部分：土壤中總砷的測定》 (GB/T 22105.2—2008)。

2 結(jié)果與討論

2.1 氰渣堆下方及周邊土壤砷含量分布特征

該次采集土壤樣品中砷含量測定結(jié)果見表1。以農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險砷篩選值25 mg/kg 作為標(biāo)準(zhǔn),采用sufer 軟件運用克里金插值法計算模擬出污染分布圖,綜合以上結(jié)果可以得知,各層砷污染最嚴(yán)區(qū)域僅2.0～2.5 m 層出現(xiàn)在氰渣堆范圍外,其余砷污染最嚴(yán)重區(qū)域均出現(xiàn)在氰渣堆范圍下方土壤,而2.0～2.5 m 出現(xiàn)砷污染最嚴(yán)重區(qū)域恰好處在貴金屬液收集池所在位置。雖然富砷金礦土壤砷本底值較高,但是原始狀態(tài)下不會形成污染。因此,砷污染來源于氰渣堆浸過程中砷的溶出遷移,砷污染分布特征明顯是由氰渣堆區(qū)域隨地勢向四周擴散,垂直方向上呈現(xiàn)對下層土壤影響變小的趨勢,最深污染在3.5～4 m 范圍,但是由于土壤滲透性、地形地勢等因素的影響,部分下層土壤出現(xiàn)比上層土壤污染更加嚴(yán)重的情況,這可能是礦石中砷經(jīng)過浸出富集在經(jīng)過長期雨水淋洗后局部出現(xiàn)集中下滲的情況造成的。

表1 土壤樣品中砷含量測定結(jié)果Tab.1 Results of determination of arsenic content in soil samples

(備注：/表示到巖石層無土壤可以取樣)

2.2 氰渣堆下方及周邊土壤砷污染生態(tài)風(fēng)險評價

Hakanson 的潛在生態(tài)危害指數(shù)法是應(yīng)用廣泛、在國際上影響較大的評價方法之一。該方法中單種重金屬潛在生態(tài)危害系數(shù)計算表達式為：

式中：

——環(huán)境中重金屬的實測濃度,mg/kg;

——計算所需的參比值,mg/kg;

——某一金屬潛在生態(tài)風(fēng)險參數(shù);

——單個污染物的毒性響應(yīng)系數(shù)。

以《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T 332—2006) 中砷的值作為土壤重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)計算的參比值,砷的標(biāo)準(zhǔn)值為30 mg/kg;釆用Hakanson 制定的標(biāo)準(zhǔn)化重金屬毒性響應(yīng)系數(shù),砷毒性響應(yīng)系數(shù)為10。單種重金屬污染潛在生態(tài)危害程度分級見表2。

表2 單種重金屬污染潛在生態(tài)危害程度分級Tab.2 Classification of potential ecological hazards of single heavy metal pollution

把表1 中各采樣點土壤砷含量代入公式(1),見表3。

表3 該區(qū)域土壤中單種重金屬砷潛在生態(tài)風(fēng)險評價Tab.3 Potential ecological risk assessment of single heavy metal arsenic in soil in the area

由表3 可見,該氰渣堆下方及周邊土壤的潛在風(fēng)險參數(shù)大部分＞80,說明氰渣造成大部分土壤砷潛在生態(tài)風(fēng)險為強,氰渣堆下方土壤的潛在風(fēng)險參數(shù)最大達到1 603.3,砷潛在生態(tài)風(fēng)險為極強,下方及周邊土壤隨著氰渣對其的影響越小,砷潛在風(fēng)險參數(shù)就相對較小,造成的砷潛在生態(tài)風(fēng)險為輕微。通過以上數(shù)據(jù)結(jié)果說明,氰渣堆下方及周邊土壤中砷潛在風(fēng)險參數(shù)主要與氰渣堆有關(guān),金礦石雖然富砷,但是在自然原始狀態(tài)下不會造成很強的潛在生態(tài)風(fēng)險,隨著堆浸的作用,使得氰渣堆進行了砷的富集,富集后的砷如果不進行妥善處理,砷隨著雨水的淋洗及擴散再次進入環(huán)境造成極強的潛在生態(tài)風(fēng)險。

3 結(jié)語

(1) 通過對某無主礦區(qū)歷史遺留氰渣堆下方及周邊土壤砷污染特征分析,該氰渣堆下方及周邊土壤砷含量分布可能與氰渣堆、土壤滲透性、地形、地勢等因素有關(guān)。砷含量分布較高的區(qū)域明顯集中在氰渣堆下方土壤,砷含量最高值出現(xiàn)在氰渣下方土壤,砷含量由氰渣堆位置向四周擴散。

(2) 通過剖面各土層砷含量分析可知,總體上,上層土壤中砷含量較高,隨著深度增加砷含量依次降低,但是由于土壤滲透性、地形地勢等因素的影響,部分下層土壤出現(xiàn)比上層土壤砷污染更加嚴(yán)重的情況,這可能與氰渣堆富集的砷出現(xiàn)了局部集中下滲有關(guān)。

(3) 根據(jù)土壤單一重金屬砷污染潛在生態(tài)風(fēng)險評價表明,剖面各土層砷污染潛在生態(tài)風(fēng)險程度不一,各生態(tài)危害程度等級均出現(xiàn),氰渣堆下方土壤為極強,整體上均呈現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險程度為強,由此可知該氰渣堆下方及周圍土壤受到的砷污染極為嚴(yán)重,在該附近種植食用農(nóng)產(chǎn)品存在砷污染高風(fēng)險。

(4) 氰渣堆作為一個環(huán)境高風(fēng)險敏感點,建議對其采取修復(fù)或者管控手段,防止其造成生態(tài)風(fēng)險和人體健康風(fēng)險。