興仁高砷煤礦區沉積物污染特征及重金屬潛在生態風險評價

2016-01-16 02:13:00廖芬

綠色科技 2015年4期

廖芬

(貴州省六盤水市環境監測站，貴州六盤水 553001)

廖芬

(貴州省六盤水市環境監測站，貴州六盤水 553001)

摘要：為評價興仁高砷煤礦區水體沉積物的污染水平及其生態風險，以貴州省表生沉積物背景值作為基準評價沉積物污染水平，采用Hakanson潛在生態風險指數法評價了沉積物中重金屬的環境生態風險。結果表明：交樂、潘家莊和小尖山煤礦區水體沉積物均表現出低pH值，高、As、Fe等特征。與貴州表生沉積物背景值相比，交樂煤礦區水體沉積物中Fe、As和Hg平均值分別超過背景值4082倍、358.8倍和19.3倍；潘家莊煤礦區水體沉積物中Fe、As和Hg平均值分別超過背景值3478倍、8.3倍和0.55倍；小尖山煤礦區水體沉積物中Fe、As和Hg平均超過背景值2457倍、5.6倍和0.65倍。利用潛在生態風險指數法分析表明：交樂、潘家莊和小尖山煤礦區水體沉積物主要受到As、Hg污染。交樂、潘家莊和小尖山煤礦區水體沉積物各重金屬的潛在生態風險指數)從高到低依次為As > Hg >Cd>Cu>Pb>Cr>Zn，As > Hg >Cd>Cu>Pb>Zn>Cr，As = Hg >Cd>Cu>Pb>Cr>Zn。生態風險指數(RI)交樂>小尖山>潘家莊, 交樂沉積物中重金屬生態風險程度為很強風險，潘家莊和小尖山沉積物中重金屬生態風險程度為中等風險。

關鍵詞：興仁；沉積物；重金屬；生態風險

1引言

興仁縣是典型的地方性砷中毒地區[1]，因煤含砷量較高[2，3]，大多數高砷煤礦已關閉，但在閉礦后礦區附近未及時進行生態恢復，大量的矸石、圍巖直接暴露于環境中，礦物在一定的物理化學條件下氧化產生含有重金屬和有毒有害物質的酸性礦山廢水(AMD)，這些重金屬和有毒有害物質在水體懸浮物、各種物理化學條件下，能被懸浮物吸附或沉淀進入沉積物。沉積物作為水環境的基本組成部分，它既是底棲生物的棲息地，又是重金屬等有毒有害物質的貯藏庫[4，5]。在環境條件發生變化時，如pH值、流速、氧化還原電位和溶解氧等因素變化時，沉積物中的重金屬等有害物質會被釋放到上覆水體中[6～8]。同時底棲動物的擾動也會加劇沉積物有害物質的釋放[9～11]。沉積物作為污染物的源和匯，在污染物的遷移及轉化方面有重要作用，所以研究煤礦區水體沉積物污染特征及生態風險具有重要意義。以興仁縣交樂、小尖山、潘家莊煤礦區水體沉積物為研究對象，在污染分析的基礎上，采用潛在生態風險指數法對其重金屬污染及潛在生態風險進行定量評價，以期為煤礦區水體沉積物的治理提供可靠依據。

2材料與方法

2.1　樣品采集及分析方法

從交樂、小尖山和潘家莊煤礦區采集水體表層沉積物(0~10cm)樣品22個，其中交樂煤礦區12個，小尖山煤礦區4個，潘家莊煤礦區6個。采樣區相對位置見圖1。沉積物樣品測定參照土壤測定方法。pH值用玻璃電極法測定。硫酸根的測定用比濁法。氟化物的測定用離子選擇電極法。沉積物Fe、Mn用原子吸收(AAS)測定；Zn、Cu、Pb、Ni、Cr、Cd、Tl等用ICP-MS測定；As、Hg用雙道原子熒光光度儀測定。

圖1　采樣區相對位置

2.2　評價方法

采用Hakanson潛在生態風險指數法[12]，分析礦區沉積物中 Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg和As的污染程度及生態風險。潛在生態風險指數(RI)的計算公式如下：

表1　各污染物的背景值及毒性系數

表和RI值及相對應的污染

3結果與分析

3.1　煤礦區沉積物的污染特征

表3　煤礦區沉積物污染物統計

注：“-”表示無相應背景值

3.2　沉積物中重金屬的潛在生態危害評價

表4　沉積物重金屬的和RI值

交樂、潘家莊和小尖山煤礦區水體沉積物中重金屬的潛在生態風險指數(RI)大小順序為交樂>小尖山>潘家莊。三個煤礦區水體沉積物受到不同程度的重金屬污染，其中交樂煤礦區水體沉積物污染最為嚴重，生態風險也最強。

4結論

參考文獻：

[1]金銀龍,粱超軻,何公理,等.中國地方性砷中毒分布調查(總報告)[J].衛生研究,2003,32(6):519～540.

[2]丁振華,周代興.黔西南高砷煤中砷存在形式的初步研究[J].中國科學(D輯),1999,29(5):421～425.

[3]龔朝兵.黔西南高砷煤開發現狀與污染調查[J].中國煤炭地質,2008,20(4):63~66.

[4]郗曉丹.水體底泥對污染物的吸附—解吸機理的研究[J].四川環境,2014,33(2):117～121.

[5]曹占輝,黃延林,邱磽鵬,等.周村水庫沉積物污染物釋放潛力模擬[J].環境科學與技術,2013,36(9):41～44.

[6]謝丹平,李開明,江棟,等.底泥修復對城市污染河道水體污染修復的影響研究[J].環境工程學報,2009,3(8):1447～1453.

[7]高月香,張毅敏,張永春.流速對太湖底泥污染物釋放的影響[J].環境工程,2014(8):10～14.

[8]蔣文新,張光玉,趙益棟.水流作用下沉積物中多環芳烴的釋放過程研究[J].海洋通報,2014,33(4):413～418.

[9]Granberg M E,Gunnarsson J S,Hedman J E,et al.Bioturbation-driven release of organic contaminants from Baltic Sea sediments mediated by the invading polychaete Marenzelleria neglecta[J].Environmental Science & Technology,2008,42(4):1058～1065.

[10]李俐俐，武安泉，覃雪波．沙蠶生物擾動對河口沉積物中菲釋放的影響[J].環境科學學報，2014，34(9)：2355～2361.

[11]Kupryianchyk D,Noori A,Rakowska M I,et al.Bioturbation and dissolved organic matter enhance contaminant fluxes from sediment treated with powdered and granular activated carbon[J].Environmental Science & Technology,2013,47(10)：5092～5100.

[12]Hakanson L.An ecological risk index for aquatic pollution control.A sedimentological approach[J].Water Research,1980,14(8):975～1001.

[13]何邵麟.貴州表生沉積物地球化學背景特征[J].貴州地質,1998,15(2):149～156.

[14]丁振華,鄭寶山,莊敏.貴州燃煤型砷中毒地區煤的微量元素的賦存狀態[J].礦物學報,2006,25(4):357～362.

[15]丁振華,鄭寶山,金志升,等.貴州燃煤型地方性砷中毒地區煤的礦物組成[J].煤田地質與勘探,2003,31(1):14～16.

[16]陶秀珍,吳攀,楊艷,等.興仁高砷煤礦區溪流水系環境中砷自然凈化的初步研究[J].地球與環境,2007,35(4):315～320.

Pollution Characteristics of Surface Sediments and Potential Ecological

Risk Assessment of Heavy Metals inHigh Arsenic Coal Mine Area in Xingren

Liao Fen

(EnvironmentalMonitoringStationofLiupanshui,Liupanshui553001,China)

Abstract:Geochemical backgroundof supergene sediments inGuizhou was used as a benchmark to assess the pollution levels of surface sediments in the high arsenic mining area of Jiaole, Panjazhuang and Xiaojianshanin Xingren, and the potential ecological risk of heavy metals were evaluated by Hakanson method.,As and Fe.The average values of Fe, As and Hg in Jiaolewere 4082times, 358.8times and 19.3times than the values of Geochemical backgroundof supergene sediments inGuizhou,respectively; 3478times, 8.3times and 0.55times in Panjiazhuang, respectively; and 2457times, 5.6times and 0.65times in Xiaojianshan, respectively.) indicated that the sediments in three study sites were seriously polluted by As and Hg, with the pollution degree of As > Hg >Cd>Cu>Pb> Cr> Zn in Jiaole, As > Hg >Cd>Cu>Pb> Zn> Cr in Panjazhuang and As = Hg >Cd>Cu>Pb>Cr>Znin Xiaojianshan, respectively. The values of potential ecological risk indices (RI) were Jiaole>Panjiazhuang>Xiaojianshan, with very high ecological risk for Jiaole and moderate ecological risk for Panjiazhuang and Xiaojianshan.

Key words:Xinren；surface sediments; heavy metals; potential ecological risk