安慶銅礦礦區地表水中Cu、Cd 的測試與評價

劉 春，陳 純，安樂生

（1.安徽省地質礦產勘查局326 地質隊，安徽安慶246003；2.安慶師范大學資源環境學院，安徽安慶246133）

重金屬是一類具有潛在危害的重要污染物，有很強的遷移、轉化、富集及隱藏性，可經大氣、水、食物鏈等途徑進入人體，生物毒性顯著，易引發慢性中毒，具有“三致”作用，對免疫系統有一定影響，威脅人體健康和食品安全[1-2]。近年來，我國部分地表水監測斷面存在重金屬個別時段超標現象；個別城鎮集中式飲用水水源地也存在Cr、Hg、Pb 等超標現象。重金屬污染是礦產資源開發引起的主要環境問題之一[3]。采礦及加工過程中產生的含有大量重金屬的廢礦石及尾礦，在干濕交替的環境中發生氧化，在雨水、地表徑流的淋濾作用下，會產生含有重金屬的淋溶水[4]。礦區廢水滲入地下會造成土壤及地下水污染，甚至導致區域生態系統的破壞[5]。近年來，礦區重金屬污染引起了越來越多學者的關注。喬曉英等[6]利用Field Spec 4 便攜式地物光譜儀采集植物光譜曲線，采用導數光譜等信息提取法，分析植物紅邊斜率、植被指數等光譜參數與植物樣品中重金屬含量的相關性。薛喜成等[7]借助原子吸收分光光度計分析了秦嶺安河礦區地表水中Cd、Pb、Cu、Cr、Zn 5 種重金屬的形態含量，并對重金屬污染程度進行了綜合評價。

痕量的銅和鎘的測試方法常用的有原子吸收光譜法、電化學分析法、電感耦合等離子體發射光譜法和電感耦合等離子體質譜法等[8-9]。王巧巧等[10]以氧化石墨烯和Fe3O4磁性納米顆粒制備新型分離富集材料，與原子熒光光譜儀聯用測定水中Cd、Pb。劉芳等[11]利用巰基棉分離富集ICP-OES 測定巖鹽礦中水溶性Cu、Pb、Zn、Cd。為了解安慶銅礦礦區地表水中重金屬Cu、Cd 含量及分布情況，通過采集礦區及周圍地表水樣，采用石墨爐原子吸收光譜法測定樣品中Cu、Cd，并進行綜合評價分析，以期為區域地表水重金屬污染控制提供參考。

1 實驗部分

1.1 研究區概況

安慶銅礦隸屬安徽月山礦田。月山礦田是長江中下游銅、鐵、硫（金）成礦帶的重要組成部分，是此地區具有代表性的大型矽卡巖-熱液脈型銅、鐵、金多金屬礦田[8]。礦區主要礦石類型有矽卡巖型磁鐵礦、矽卡巖型磁鐵銅礦石、閃長巖型銅礦石等，主要礦物成分為磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、透輝石、方解石等[9]。

1.2 樣品采集

在安慶銅礦礦區及周邊布置采樣點11 個（圖1），每個采樣點采集地表水1 個，共11 個地表水樣P1～P11。每個水樣中加入HNO3酸化，加入量為每1.0 L 水樣中加入2.0 mL 濃HNO3。

1.3 樣品測試

1.3.1 儀器及工作條件

ZEEint700p 原子吸收光譜儀（德國耶拿公司），儀器工作條件及測試參數見表1。

1.3.2 標準溶液及試劑

Cu 標準溶液：50 μg/L；Cd 標準溶液：5 μg/L。

基體改進劑：Mg（NO3）2·6H2O：0.6 g/L；NH4H2PO4：10.0 g/L。

1.3.3 實驗測試

按照表1 的工作條件，采用石墨爐原子吸收光譜法測定采集的地表水水樣P1～P11 中的Cu、Cd，以0.6 g/L的Mg（NO3）2·6H2O 和10.0 g/L 的NH4H2PO4作為基體改進劑，以降低基體效應，消除干擾，提高檢測靈敏度。測試結果見表2。

表1 儀器配置參數

圖1 研究區及采樣點示意

2 結果與分析

從水樣檢測指標的統計分析結果（表2）來看，11 個水樣c（Cu）、c（Cd）的變化范圍分別為0.1～42.4 μg/L，0.1～9.9 μg/L，均值分別為21.2 μg/L、5.0 μg/L，標準偏差分別為12.2、3.1。《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中Ⅱ-Ⅳ類水c（Cu）限值均為1.0 mg/L，c（Cd）限值均為0.005 mg/L。以1.0 mg/L、0.005 mg/L 分別作為Cu、Cd 的質量濃度限值標準，計算出研究區各水樣Cu、Cd 的單因子污染指數。由表2 可知，水樣中Cu的污染指數均小于0.5，各水樣c（Cu）滿足Ⅱ類水質標準；水樣2、6、8 和11 中Cd 的污染指數均超過1，4 個采樣點水樣c（Cd）均超出Ⅳ類水質標準，說明部分地表水存在Cd 輕微污染。此外，水樣1、5 和7 中Cd 的污染指數雖然都小于1，但均超過0.5。

表2 水樣統計分析結果

從圖2 可以看出，研究區地表水中c（Cd）數值變化不大，而c（Cu）變幅較大，尤其是6 號采樣點c（Cu）明顯偏高。安慶銅礦已生產近30 年，銅礦開采和礦石選冶產生大量的尾礦廢渣，同時，出露地表的巖礦體、廢礦石、尾礦庫產生的酸性排水、揚塵及其中富含的重金屬（如銅離子）一定程度造成周圍環境的污染。6 號采樣點距離采礦區較近，加之地形因素及排水路徑，易受到礦區廢水排放的影響。Cd 和Zn 是同族元素，在自然界中Cd常與Zn、Pb 共生。安慶銅礦是多金屬礦田，礦區水土中Cd 含量可能要比其他地區高。圖2 中c（Cd）變幅相對不大，說明該區域水體中c（Cd）主要受環境本底值影響。

通過對研究區水樣典型重金屬c（Cu）、c（Cd）的分析可以看出，該區域部分水體c（Cd）濃度偏高，礦區需進一步加強水環境治理，一是完善排水體制，嚴格實施雨污分流，通過良好的截流系統，避免上游匯水、地面徑流等進入礦區；二是進一步加大污水處理投入，采用更高效的污水處理工藝，確保采礦及加工過程中產生的廢水得到有效處理，實現廢水達標排放。此外，《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中部分重金屬指標的Ⅱ-Ⅳ類濃度限值數值一致，需要進一步加強該類標準的研究，細化標準分級，提高應用性和可操作性。

圖2 各水樣重金屬Cu、Cd 質量濃度分布

3 結論

（1）安慶銅礦礦區地表水中c（Cu）、c（Cd）變化范圍分別為0.1～42.4 μg/L，0.1～9.9 μg/L，各水樣c（Cu）滿足Ⅱ類水質標準，而少數水樣c（Cd）偏高。

（2）礦區地表水中c（Cd）數值變化不大，而c（Cu）變幅較大，相對于c（Cu），一定程度上水體中c（Cd）主要受環境本底值影響。

（3）礦區應在完善雨污分流、強化污水收集與處理等方面進一步加大投入，確保廢水達標排放。