包钢尾矿坝及周边土壤重金属复合污染特征

包钢尾矿坝及周边土壤重金属复合污染特征 李艳君;王建英;郑春丽;税刘杨;易明;蔡禄 【摘 要】应用综合污染评价法和Hakanson潜在生态风险指数法对包钢尾矿坝及周边的表层土壤中(0～20cm)重金属元素铅、锌、铜、砷和铬单独与复合污染特征进行研究,定量测定了包钢尾矿坝的潜在生态风险程度、主要污染因子和潜在生态风险因子.结果表明:包钢尾矿坝及周边土壤受到不同程度的重金属污染,各重金属潜在生态风险参数由高至低顺序为Pb>As>Cu>Cr>Zn,Pb的潜在污染风险参数最高,是主要潜在生态风险因子,其次是As.%Individual and combined pollution characteristics of heavy metal elements( Pb, Zn, Cu, As and Cr) of surface soil(0 ～ 20 cm) in Baosteel Group Tailing Dam and its neighboring regions were investigated by utilizing Combined Pollution Assessment Method(CPAM) , Hakanson Latent Ecological Risk Index Method(HLERIM) and quantitative determination of latent ecological risk degree. The key pollutant and latent ecological risk factor was carried out. The results indicated that the heavy metal pollution degree varies in Baosteel Group Tailing Dam and its neighboring regions. It also showed the latent ecological risk indexes can be seen as followings from high to low:Pb, As, Cu, Cr ,Zn. Among them,the pollution risk index of Pb is the highest and then As.

【期刊名称】《金属矿山》 【年(卷),期】2011(000)005 【总页数】5页(P137-140,148) 【关键词】尾矿坝;重金属;潜在生态风险评价;复合污染 【作 者】李艳君;王建英;郑春丽;税刘杨;易明;蔡禄 【作者单位】内蒙古科技大学;内蒙古科技大学;内蒙古科技大学;内蒙古科技大学;内蒙古科技大学;内蒙古科技大学

【正文语种】中 文 土壤重金属污染具有移动性差、滞留时间长、不能被生物降解的特点。土壤中有害重金属积累到一定程度,不仅会导致土壤退化,农作物产量和品质下降,而且还会污染地表水和地下水,恶化水体环境,并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康[1-4]。随着工业和城市污染的加剧,土壤重金属污染的面积和强度日益增大,采矿或土壤废弃物造成的大规模土壤重金属污染已是一个十分严重且应受到高度重视的环境问题[5-6]。 包头市属典型的大陆性季风气候,年降水量240～400 mm,年蒸发量2 100～2 700 mm,春季干旱多风,风速大,常年盛行风向为西北风[7]。包头市矿产资源丰富,已探明40多种,其中白云鄂博闻名中外,是一座巨型多金属共生矿,稀土矿储量居世界首位[8]。包钢尾矿坝是兴建于1965年的国家级重点工程,用于堆放来自白云鄂博矿区的尾矿,尾矿粉以循环水冲渣方式通过露天流槽排入坝内,占地约11 km2[8]。包钢尾矿坝经过40多年的沉积,水分蒸发后,部分尾矿暴露于空气中,在强劲的风力作用下,扩散到周边的土壤,引发了一系列的环境问题。如浅水水质污染水平明显加重,尾矿坝西侧农灌水和饮用水污染严重,致使该地区土地沙化、盐渍化,失去了耕种的能力,被长期废弃,地下水已经全部丧失饮用水和农业灌溉水的功能,严重影响当地居民的生产生活,危害人畜健康[9]。 本课题以包钢尾矿坝及周边土壤为研究对象,研究包钢尾矿坝及周围土壤的重金属污染特征,以期从重金属污染角度,寻求土地失去耕种能力、人畜健康遭受威胁的原因,指导矿区周边重金属污染土壤的生态修复,促进生态城市的建设,为包头市土地的安全利用提供依据。 按照对角线采样法采集了尾矿坝周边土壤16个表层(0～20 cm)土壤样品,同时采集了尾矿坝坝上、坝下表层土及排水管道出口处污泥,并以远离尾矿坝的农田样品作为对照样。采样的具体位置如图1所示。图中A1为农田对照样,B1～B16为尾矿坝周边土壤。C1为尾矿坝上排水沟污泥,C2为尾矿坝坝上污泥。 采用四分法挑出一部分新鲜土样,拣出土壤样品中的异物后自然风干,经石英研钵研细,过100目筛,装入无菌塑料袋中,供分析测定使用。 准确称取0.2 g已过筛的样品,用10 mL的王水,90℃消解4 h,定容到50 mL,准备测样。其中Pb、Zn、Cu、Cr用原子吸收光谱法测定,As用原子荧光光谱法进行测定。测定结果用Excel 2003和SPSS 16.0软件进行数据处理。 按照国家标准,结合该地区实际,选取了该地区影响较大的5种重金属污染元素作为该地区土壤环境质量的评价因子。国家环境质量标准中Ⅱ类土壤评价标准主要适用于一般农田蔬菜地茶园果园牧地等,土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染,Ⅱ类土壤环境质量执行二级标准。调查区域采用国家土壤环境质量标准(GB15618—1995)中Ⅱ类二级标准进行评价[10]。 1.3.1 单因子与综合污染评价 评价方法采用指数分级法,首先根据该区域土壤重金属含量的实测值分别求出各污染因子的分指数,然后再根据分指数计算评价区域内土壤重金属的单因子综合污染指数和多因子综合污染指数(分别见式(1)～式(3)),最后根据分指数、单因子综合污染指数和多因子综合污染指数来判断土壤重金属污染特性及现状。在评价中,若Pi≤1并且Pn≤1,说明未受污染;而若Pi＞1或PN＞1,说明已受污染,Pi或PN越大,则表明污染越严重。 (1)单因子污染指数。以土壤单项污染物的实测值与评价标准相比,比值即为分指数,用以表达土壤中该污染物的污染程度,即 式中,Pi为第i种污染物的分指数;Ci为其实测浓度;Si为其评价标准。 (2)单因子综合污染指数。区域单个污染元素的所有分指数的算术平均值,即 (3)多因子综合污染指数。按内梅罗(Nemerow)污染指数法计算,即 式中,Pn为土壤污染综合指数;maxPi为土壤污染物中最大的污染分指数。 (4)污染等级划分标准。综合污染指数全面反映了各污染物对土壤污染的不同程度,同时又突出高浓度对土壤环境质量的影响,因此用综合污染指数评定和划分土壤质量等级更为客观。 1.3.2 潜在生态危害指数评价 按照Hakanson潜在生态危害指数法定量划分出潜在生态危害的程度,该指数不仅反映了某一特定环境中每种污染物的影响,而且也反映了多种污染物的综合影响[11]。污染土壤中污染物的潜在风险参数和潜在生态危害指数可表示为 式中,Fi为污染因子;Ce为某污染物参比值,mg/kg;内蒙参比背景值为Pb 17.2 mg/kg,Zn 59.1 mg/kg,Cu 14.1 mg/kg,As 7.5 mg/kg,Cr 41.4 mg/kg;Ei为潜在风险参数,Ei＜40为低潜在生态风险,40≤Ei＜80为中潜在生态风险,80≤Ei＜160为较高潜在生态风险,160≤Ei＜320为高潜在生态风险,Ei≥320为很高潜在生态风险[11];Ti为单个污染物毒性响应参数,Pb,Zn,Cu,A s,Cr的毒性响应参数分别为5、1、5、10、2;R I(risk index)为潜在生态风险指数,R I＜150,表示低潜在生态风险,150≤R I＜300表示中等潜在生态风险;300≤R I＜600表示较高生态风险,R I≥600表示具有极高潜在生态风险[12]。 土壤样品重金属浓度见表1。 表1显示了包钢尾矿坝及周边土壤中重金属的含量。分析表1数据发现,尾矿坝周边土壤16个样品与对照样中,Pb的含量范围为4.19～83.3 mg/kg,平均值为43.65 mg/kg;Zn的含量范围为16.77～91.44 mg/kg,平均值为62.74 mg/kg;Cr的含量范围为47.5～57.5 mg/kg,平均值为55.93 mg/kg。三者的平均值均明显超过内蒙土壤背景值,Cu、As的平均值低于内蒙土壤背景值。在尾矿坝周边土壤的16个样品中,这5种重金属含量的平均值比对照样略高,元素分布并没有明显的规律。 包钢尾矿坝排水沟污泥Pb、Zn含量远远高于内蒙土壤背景值,也高于国家二级土壤标准,分别是内蒙土壤背景值的38.02倍和12.45倍,国家二级土壤标准的2.61倍和3.68倍,Cu、As、Cr并没有超过内蒙背景值。尾矿坝坝上污泥的Pb、Zn、As、Cr的含量高于内蒙背景值,其中As的含量高于国家二级土壤标准6.71倍,Pb和Zn接近国际二级土壤标准,Cu未超标。 包钢尾矿坝及周边土壤重金属单因子及综合污染指数见表2。 参照国家二级土壤标准对单项污染指数评价和综合评价得出的结果进行分析,尾矿坝周边土壤与对照样大部分处于污染水平之下。从多因子综合污染指数来看,除B7～B11、B15、B16属轻度污染(1.0＜Pn≤2.0)外,其余均处于警戒线范围(0.7＜Pn≤1.0)。尾矿坝排水沟污泥的Zn属于重度污染(Pi＞3.0),Pb属于中度污染(2.0＜Pi≤3.0),其余都处于警戒线(Pi≤1.0)下,坝上污泥的As属于重度污染(Pi＞3.0)。从多因子综合污染指数来看,尾矿坝排水沟污泥和坝上污泥都属于重度污染,土壤受到的污染已相当严重。王哲[13]在2004—2005年采用单项污染指数法、综合污染指数法对包钢尾矿坝5个样点的土壤重金属(Cu、Zn、Cd、Pb、As)含量进行评价,尾矿坝土壤中的Cu、Zn、Cd、Pb、As大部分在污染水平之下,都未发生污染。 土壤重金属的潜在生态风险评价结果见表3。 从表3可以看出,5种重金属中,Pb的潜在生态风险参数值最高,其次是As。从各采样点的潜在生态风险指数来看,尾矿坝周边的土壤与对照样均处于低潜在生态风险中,尾矿坝排水沟污泥处于中等潜在生态风险中,坝上污泥处于较高的潜在生态风险中。