煤礦區(qū)土壤重金屬污染情況評價(jià)及特點(diǎn)分析

孟淑華

（山西省忻州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 忻州 034000）

在煤礦土壤重金屬污染中，重金屬一般指Pb、Hg、Cr6+、Cd 和As 等生物毒性顯著的元素，同時(shí)也代表具有一定毒性的Ni、Cu、Zn 等一般重金屬。結(jié)合當(dāng)前煤礦開采形成的矸石，在堆放淋浴后，容易在雨水呈弱酸性下，加速矸石中重金屬元素向土壤、地下水進(jìn)行滲透和遷移，從而會(huì)對土壤和地下水造成重金屬污染。不僅會(huì)影響土壤原本的生態(tài)系統(tǒng)，也會(huì)通過植物、動(dòng)物的富集對人體造成影響，因此在當(dāng)前的煤礦開采中有必要進(jìn)行礦區(qū)土壤重金屬污染情況的評價(jià)及特點(diǎn)分析，為污染治理打下基礎(chǔ)。

1 煤礦區(qū)開采概述

某礦區(qū)的煤礦開采工作，雖然促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，但在開采中未關(guān)注矸石對土壤、地下水的污染，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)被破壞。結(jié)合衛(wèi)星圖像資料顯示，很多植物出現(xiàn)了枯死，據(jù)開采技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)初步判斷為土壤重金屬污染。為了有效了解植物枯死的原因，有必要在土壤取樣和重金屬測定后，對重金屬污染情況進(jìn)行分析和評價(jià)，有效掌握重金屬的污染特征，滿足土壤治理、環(huán)境保護(hù)工作的需要[1]。

2 礦區(qū)土壤重金屬的取樣和測定方法分析

2.1 土壤取樣

為了提高礦區(qū)土壤重金屬的測定精準(zhǔn)性，需要在進(jìn)行土壤樣品的采集中，盡量降低人為因素對取樣、測定的影響，進(jìn)而保障測定工作的合理性和有效性。具體在進(jìn)行土壤取樣中，要做好以下工作：第一，本文針對煤礦上、下風(fēng)區(qū)域土壤的重金屬元素含量進(jìn)行測定，因此在取樣中需要以礦井為中心，沿著吹風(fēng)的方向以“S”形的路線進(jìn)行取樣工作，“U”型取樣深度控制在100 mm、取樣質(zhì)量控制在1 kg；第二，在完成取樣后需要將樣品做好標(biāo)記并進(jìn)行密封，其中標(biāo)記信息需要有取樣地點(diǎn)、標(biāo)號和時(shí)間等信息；第三，要對樣品在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行一定處理，在按照要求進(jìn)行風(fēng)干、磨細(xì)和篩選后，將每份樣品準(zhǔn)備3 個(gè)試樣進(jìn)行重復(fù)檢測，將數(shù)據(jù)平均值作為最終結(jié)果[2]。

2.2 測定方法

在具體測定中需要借助原子吸收光譜儀進(jìn)行土壤重金屬元素的含量檢測，在測定前要對土壤進(jìn)行消解處理，具體方法為分解法，詳細(xì)步驟為：第一，向坩堝中加入50 mL聚四氟乙烯，并用水進(jìn)行濕潤，然后向坩堝中加入10 mL 鹽酸；第二，將樣品放在電熱板上進(jìn)行烘干處理。該過程土壤會(huì)初步分解；第三，注意觀察坩堝溶液，在剩余3 mL時(shí)停止加熱并依次加入5 mL 硝酸、5 mL 氫氟酸、3 mL 鹽酸；第四，再次進(jìn)行樣品加熱烘干分解，在觀察樣品呈黏稠狀時(shí)停止加熱，并加入硝酸，觀察溶液刻度到達(dá)50 mL。在經(jīng)過以上步驟獲得樣品后，就能用原子吸收光譜儀進(jìn)行土壤重金屬元素含量的檢測。

3 土壤重金屬污染情況評價(jià)

3.1 評價(jià)方法的選擇應(yīng)用

一般會(huì)選擇地質(zhì)累積指數(shù)法進(jìn)行土壤重金屬污染情況的評價(jià)和分析，目前該方法被廣泛應(yīng)用于土壤的重金屬污染研究中，有著較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，具體計(jì)算方法可以參考公式（1）：

式中：Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；K 代表常數(shù)（取值1.5）；Cn為土壤中重金屬的實(shí)測含量，mg/kg；Bn為該元素在土壤中的背景值，mg/kg。在結(jié)合化學(xué)方法完成土壤重金屬元素的含量測定后，需要代入公式（1）中進(jìn)行計(jì)算，最終可以得到不同重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)，結(jié)合不同地質(zhì)累積指數(shù)的大小，可以將其劃分為7 個(gè)等級，分別是0 級～6 級，0 代表該重金屬元素未對土壤造成污染；6 代表該重金屬元素對土壤造成了極強(qiáng)的污染，具體的地質(zhì)累積指數(shù)和分級的關(guān)系可以參考下頁表1[3]。

表1 土壤重金屬污染等級評價(jià)

3.2 評價(jià)結(jié)果

結(jié)合土壤重金屬含量研究方式，計(jì)算出土壤中的金屬元素含量，同時(shí)借助地質(zhì)累積指數(shù)法對金屬的污染程度進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)結(jié)果表2。表2 既對土壤中的高含量重金屬元素進(jìn)行了展現(xiàn)，同時(shí)也將對應(yīng)的元素地區(qū)背景值給予了標(biāo)注，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，鎘元素的含量超過了土壤背景值，超過比例為1 291%，對土壤造成了嚴(yán)重的污染。雖然鎳金屬元素的含量也超過土壤平均值，但超出比例為13.2%，對土壤的污染較低。銅、鉻、錳三種重金屬元素的含量都低于土壤背景值，因此可以證明以上三種金屬元素未對土壤造成污染。

表2 土壤重金屬污染情況評價(jià)

結(jié)合表1 和表2 而言，通過對地質(zhì)累積指數(shù)法的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對土壤重金屬元素含量污染程度的評價(jià)，結(jié)合銅、錳、鎘、鎳、鉻的地質(zhì)累積指數(shù)而言，分別為-1.15、-1.32、3.18、-0.48、-1.14，對照污染級別分別是0、0、4、0、0。因此可以了解到該礦區(qū)中鎘元素的污染等級最高，其他重金屬元素的污染等級較低。結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可以證明煤礦在開采和運(yùn)輸中對土壤造成的污染，具體為重度的鎘元素污染和輕度的鎳元素污染，同時(shí)銅、錳、鉻三種重金屬元素未造成污染。

4 土壤重金屬污染特征研究

為了更好地了解該礦區(qū)不同位置的土壤重金屬污染特征，需要對煤礦下風(fēng)區(qū)域、上風(fēng)區(qū)域土壤中的金屬元素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。表3 所示，上、下風(fēng)區(qū)域土壤中重金屬的含量差距較大，不過無論是哪一種重金屬，上風(fēng)區(qū)域土壤的重金屬含量均低于下風(fēng)區(qū)域。對于銅、錳、鎳、鎘、鉻等重金屬的上、下風(fēng)區(qū)域土壤含量差值而言，分別為4.48、9.09、2.47、0.54、4.26 mg/kg；對于差距程度而言，分別為36.99%、2.62%、8.19%、52.40%、10.56%。結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可以得出重金屬在土壤中的遷徙存在速度差異，進(jìn)而導(dǎo)致重金屬元素在煤礦區(qū)域分布中存在差異。

表3 上、下風(fēng)區(qū)域中土壤重金屬分布特征結(jié)果

5 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合當(dāng)前我國不斷落實(shí)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和煤礦企業(yè)開展環(huán)保生產(chǎn)的重要價(jià)值，需要煤礦企業(yè)在開采中關(guān)注土壤的重金屬污染情況，在有效做好重金屬污染情況的評價(jià)和特點(diǎn)分析后，為對應(yīng)的治理和預(yù)防工作提供數(shù)據(jù)支持。經(jīng)過一定方式的土壤重金屬檢測，可以發(fā)現(xiàn)案例中煤礦區(qū)域存在較嚴(yán)重的重金屬污染，且下風(fēng)區(qū)域的重金屬含量要遠(yuǎn)高于上風(fēng)域，同時(shí)各金屬元素的分布含量也各有不同，可以結(jié)合以上結(jié)論幫助煤礦企業(yè)做好土壤重金屬污染的治理工作，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的開采發(fā)展。