土壤中銻砷及汞元素風險評估

前言：本站為你精心整理了土壤中銻砷及汞元素風險評估范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

1材料與分析方法

1.1樣品采集

內礦山活動頻繁，礦石開采、冶煉過程產生的廢石、礦渣等長期自然堆放，不僅占用了農田，而且還污染了河流和土壤，同時采冶活動產生的煙氣也破壞了礦區的空氣質量。經實地考查，本研究選取了銻礦山中已廢棄的老礦山、北煉、南煉、尾砂壩及南礦采礦區等廢礦石、礦渣及礦砂堆放點附近的八處農田作為研究對象。由于礦石采冶及運輸活動遍及研究區，因此，農田中常見長期暴露空氣中發生風化的礦石礦渣。此外在南礦廢礦石堆放處50m外有一河流沿途不斷有洗砂水流入并與尾砂壩的滲漏水會合，河水混濁，少量有魚類生活，通過澆灌等行為極有可能將河水中溶有的大量金屬元素轉移到河邊農田土壤中，所以，研究區內雖有農田，但相比對照區農田，作物長勢不好。在研究區內采用四分法采集了八塊農田的表層土壤共51個樣品。各采樣點的位置和污染情況見表1中的描述。將貴陽龍洞堡木頭村農田做為對照區，采集相應表層土壤樣3個。

1.2樣品處理與分析

土壤樣品經實驗室內室溫下自然風干后，剔除植物殘根、巖石碎塊等，用瑪瑙研缽研磨通過0.149mm（110目）孔徑尼龍網篩，供元素分析用。土壤樣品的消解方法如下：準確稱取110目干燥土壤樣品0.1000g到三角燒杯中，用10mL王水半封閉在電熱板上消解溶樣（溫度≤140℃）3h，至溶液體積接近0.5mL，后冷卻到室溫，用超純水將消解液轉移到25mL刻度試管中定容，靜置待用。土壤樣品元素分析方法：用氫化物原子熒光光譜法（HG-AFS）測定上述溶液中的Hg含量；取出1mL上述溶液上清液，加入1mL預還原劑，預還原劑為10%KI+2%抗壞血酸溶液，再加入12%鹽酸定容到10mL，預還原1h后用氫化物原子熒光光譜法（HG-AFS）測定溶液中的Sb、As含量。為了保證分析方法的可靠性，同時測定消解空白，并采用了國家標準物質黃色紅壤-土壤樣品（GBW07406）對消解及元素分析過程進行質量控制。標準物質實驗測定結果與標準物質參考值接近。標準物質測定回收率分別為103%（Sb），89.5%（As）和83.3%（Hg）。土壤樣品的分析結果均以干重計。

2結果與討論

2.1銻礦區不同采樣點農用土壤中銻、砷及汞的污染特征

銻礦區不同采樣點耕地土壤中的銻、砷、汞的含量統計如表2所示。銻在礦區各采樣點表層土壤中的含量都很高，均遠高于相應土壤中的砷、汞含量，濃度范圍達到141.92～8733.26mg/kg（平均值），且不同區域土壤中的銻含量各不相同：采樣點F的含量最大，為7946.03mg/kg，其次是采樣點B、A、C和G依次減少，最少達826.80mg/kg（平均值），而樣點D、H、E土壤中的銻含量最少，最低值也達248.30mg/kg（平均值）。

砷在這8個采樣點土壤中的含量變化趨勢與銻的基本相似，濃度范圍達到14.95～363.19mg/kg（平均值），不同采樣點土壤中的砷含量分布變化如下：采樣點F的含量最大，其次是采樣點C、B、A依次減少，其中C、B點土壤中的銻濃度非常接近，分別為103.20和100.77mg/kg（平均值），而樣點G、H、E、D土壤中的砷含量最少，但都高于湖南土壤砷背景值14mg/kg[14]和對照區土壤中砷的平均含量。從采樣點土壤中砷的分布情況來看，隨著銻礦開采和冶煉活動的進行，在礦石礦渣風化、冶煉廢氣的干濕沉降及礦石廢渣的滲濾水等作用下砷也大量進入礦區表生環境，導致礦區農用土壤相比湖南土壤砷背景及對照區土壤中砷含量升高。Carvalho等[18]在研究葡萄牙瓦隆古廢棄的銻-金等礦區土壤中金屬及非金屬的潛在遷移性及毒性時發現Montalto銻-金礦區土壤中砷總量也相當高，濃度變化范圍為16.98～337.76mg/kg（干重），可以與本研究相比較。而在這8個采樣點土壤中的汞含量最低，濃度范圍達到0.16～5.68mg/kg（平均值）。汞含量在各采樣點分布狀況如下：采樣點B土壤中的汞含量最高，其次是采樣點C、F中汞含量較高，隨后是采樣點D、E、G（H，與G點含量相同）、A依次減少。但礦區農用土壤中汞含量相對于湖南土壤汞背景值0.09mg/kg[14]依然較高，也高于對照區土壤中汞含量。根據各采樣點鄰近污染源的性質，本研究將上述8個采樣點劃分為冶煉區（B和C點）、采礦區（A、D、F和G點）與尾礦區（E和H點）。則這3個區域內農用土壤中銻、砷、汞的含量分布狀況。土壤中這3種元素的含量依次為冶煉區＞采礦區＞尾礦區，且均遠高于對照區土壤濃度和湖南土壤背景值。究其原因可能是冶煉區緊鄰冶煉廠，冶煉產生的煙氣沉降進入表層土壤導致，土壤中這3種元素含量增高，同時冶煉產生含有高濃度重金屬元素的爐渣堆放在田地附近，通過雨水淋溶滲濾作用，大量有毒重金屬元素也隨之進入地表導致土壤中濃度劇增，此區域土壤中的銻、砷、汞的含量分別為：4526.05、101.58、3.2mg/kg（平均值，下同）。而采礦區內采礦產生的廢礦石隨意堆放在地表，有的甚至散落于田地里，在人體的踩踏、運輸工具的碾壓及礦石風化作用下，這些廢礦石混入土壤之中，再加之人們常用采礦排放的污水灌溉和村民洗砂的污水流入田間，諸多因素導致土壤中這3種元素的富集，此區域土壤中的銻、砷、汞的含量分別為：2154.79、78.28、1.24mg/kg。而在尾礦區即尾砂壩附近，由于尾礦砂風化、擴散及尾礦砂滲濾水流入流經田地的河水等原因，也使得銻、砷、汞在尾礦區土壤中的含量較高，分別為368.05、45.18、0.50mg/kg。

2.2銻礦區農用土壤環境質量風險評估

銻礦區所調查的農用土壤中銻、砷、汞的濃度分別為2431.81±371、77.34±8.10、1.64±0.22mg/kg，遠高于世界、中國、湖南土壤中3種元素背景值（表3）。從表3比較可以看出銻礦區長期的礦業活動導致銻、砷、汞有毒有害元素在礦區最大允許含量3.5mg/kg、34mg/kg[19]相比較，發農用土壤表層大量富集。同時將所調查的銻礦區農用土壤中銻、砷平均濃度與荷蘭土壤中銻、砷現前兩者分別是最大允許值的695和2.3倍，而銻礦區農用土壤中汞的平均含量與荷蘭土壤中汞最大允許含量2.2mg/kg接近，可見錫礦山銻礦區農用土壤受到3種元素不同程度的污染。為了能定量評價銻礦區內礦業活動對礦區內農用土壤的影響，本研究采用修正的地累積指數（theindexofgeoaccumulation,Igeo）[24]對錫礦山銻礦區農用土壤中上述3種重金屬污染程度進行評估。地累積指數是20世紀70年代晚期在歐洲發展起來的最先用于研究沉積物中重金屬污

3結論

（1）該銻礦區所調查的農用土壤中銻、砷、汞的平均濃度分別為2431.81、77.34、1.64mg/kg，是湖南土壤中這3種元素背景值的816、5.5、18倍。同時還發現土壤中這3種元素的含量依次為冶煉區＞采礦區＞尾礦區。可見，該礦區長年的采冶活動使上述3種元素大量進入礦區周邊土壤介質中。

（2）三個研究區：冶煉區、采礦區、尾礦區的綜合地質累積指數Itot分別為9.98、8.91、6.36，均大于5，按地積累指數評價標準，這3個研究區農用土壤都處于重金屬嚴重污染狀態。分析這3種元素的地積累指數。可知，該銻礦區農用土壤這3種重金屬元素中銻的污染強度最大，銻是主要的污染因子，而汞的污染次之，砷對土壤重金屬污染的貢獻最小。

（3）將調查結果與采樣分布點結合分析可知，銻礦礦業活動嚴重影響礦區農用土壤的質量，其生產過程中產生“三廢”是礦區內農用土壤銻、砷、汞污染的主要人為源。嚴格控制、治理選礦污水及采冶礦石產生的煙塵的排放、綜合利用礦渣、禁止廢石廢渣隨意堆放是防止礦區土壤環境破壞的根本舉措。

作者：莫昌琍吳豐昌符志友朱靜冉靚單位：中國科學院中國科學院大學貴陽學院