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永城某煤矿区周围土壤重金属污染评价

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永城某煤矿区周围土壤重金属污染评价 张壮,王利君,任梦洋,赵婉婷,闫明涛,张成丽 (河南大学环境与规划学院,河南开封475004) 摘要:为了解永城煤矿区周围土壤重金属污染状况,于2016年6月14日布点采集永城某矿区周围土壤,进行分析评价矿区周围土壤重金 属污染特征。以河南省土壤背景值为标准,利用单因子指数法、内梅罗综合污染指数法和地累计指数法进行评价污染特征。结果表明,土 壤中cr、As、Ni、cu、zn、cd和Pb等重金属的平均含量分别为64.47、7.49、27.46、25.45、93.20、O.33和21.19 mg-kg ,分别是背景值 的1.16、1.2O、1.12、1.27、1.27、1.65和1.22倍,表明矿区周围土壤大多数重金属出现不同程度的积累;单因子指数法评价土壤各重金属污 染状况,cd、Pb、cr、Ni、As五种元素处于轻度污染水平,Cu、Zn处于清洁水平;利用内梅罗综合污染指数评价该矿区重金属污染综合 状况,处于中污染风险;地累计指数法评价,cr的3.7O%样点数处于轻污染水平,As的25.93%样点数处于轻污染水平,重金属Ni和Zn 的7.41%样点数处于轻污染水平,重金属Cu、Pb、Cd的3.70%样点数处于偏中污染水平,其余其余样点无污染。 关键词:煤矿区周围土壤;重金属;污染特征;评价 中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:2095—672X(2017)03—0047—04 DoI:10.166470.cnki.cn15—1369/X.2017.03.021 Evaluation of heavy metal pollution in soil around Yongcheng coal mine Zhang Zhuang,Wang Lijun,Ren Mengyang,Zhao Wangting,Yan Mingtao,Zhang Chengli (College ofEnvironmentandPlanning,Henan University,Ka ngHenan 475004,China.) Abstract:In order to nderstuand the soil heavy metal pollution in the surrounding area ofYongcheng Coal Mine,the soil around the mining area ofYongcheng was collected on June 14.2016。and the characteristics ofheavy metal pollution in the surrounding rea awere nalayzed and evaluated.Based on he tsoi1 background value of Henan Province.the single factor index methOd.the Nemero comprehensive pollution index methOd and the cumulative index method were used to evaluate the pollution characteristics.The results showed that the average contents of heaw metals such as Cr,As.Ni,Cu.Zn,Cd and Pb in soil were 64.47,7.49,27.46,25.45,933.2O,0_33 nd 21.19 amgkg一1,respectively,which were 1.16,1.20,1.12,1.27,1.27,1.65 and l_22 times,which indicated that most ofthe heavy metals in he stoil round athe mining area had diierentf degrees of accumulation.The single factor index method was used to evaluate the soil heaw metal pollution,Cd,Pb,Cr,Ni and As The concentration of Cu and Zn was at the clean leve1.The comprehensive pollution index Was used to evaluate the comprehensive situation of heavy metal pollution in the mining rea,a nd tahe risk of pollution was in the index.The cumulative index method was used to evaluate the 1evel 0f 3.70%25.93%0f the samples were lightly polluted.The number of samples ofheavy metals Ni nd aZn Was light pollution 1eve1.The number ofheavy metals Cu.Pb and Cd was 3.70%.111e remaining samples were polluted. Key words:Coa1 area round athe soil;Heavy metal;Pollution characteristics;Evaluation 采矿业在很大程度上能够促进当地经济水平的发展,但也会引发一 过对永城某煤矿区周围土壤进行采样、重金属含量测量分析,并在此基 定的环境污染问题。煤和煤矸石中的重金属可以通过淋溶、渗透、迁移 础上进行了单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价。 等多种方式进入土壤,污染矿区周边的土壤。重金属在土壤中难迁移降 1 材料与方法 解、易积累、毒性大,直接影响农业生产,进而危害人体健康 。煤矿 1.1样品的采集与处理 区土壤中的重金属污染问题已经引起了国内外学者的高度关注。 Bhuiyan等 通过研究孟加拉国北部受煤矿污染的农耕地中的重金 属,发现该地区土壤明显受到Mn、Zn、Pb、Ti重金属的污染。Clark等” 2016年6月14目前往永城某矿区采集样品。利用手持GPS进行定位, 采用梅花型布点法在矿区周边进行布点。采集。一20 cm深的土壤,每个 样点以5米对角线的五个点进行采集,采用四分法取大概1Kg的土壤, 对澳大利亚德克矿区地表水中重金属含量进行测定,表明该矿区地表水 放入干净的聚乙烯塑料袋中,并进行详细编号,本次共采集27个样品。 受到Cd、Cu、Zn的严重污染。Bhanup等 对印度]haria煤矿区周边 把采集回的土壤样品放在室内自然风干,去除其中的砾石、树根、有机 土壤样品研究,发现该区出现明显的Pb、cd、cu、zn和Ni等重金属 体残渣,用玛瑙研钵进行研磨,过100目尼龙筛,以作备用。 的富集。吕建树等 利用多元统计与地统计分析技术,对日照市土壤 1.2样品测定 重金属来源及环境风险进行了分析评价。戴彬等 发现莱芜市钢城区 土壤重金属整体处于中度与高度生态风险的临界水平。王丽等 对比 土壤的pH值测定按2.5:1的水土比 ,采用pH计进行测定。在土 壤样品中加10%H O:加热使其与有机质充分反应,再加入HCI加热, 05 mol/L六偏磷酸钠后超声振荡处理, 分析了神府煤田3个煤矿区的周边土壤,发现土壤重金属含量受到煤矿 静置一夜去上清液,加入浓度为0.开采年限、土壤质地、风向等多种因素的影响。董霁红等 通过调查 随后上机测定土壤的粒度。土壤样品的中的有机质采用重铬酸钾容量 徐州矿区周边的区域,发现该区土壤受到Cd的污染严重,且在土壤剖 法进行测量。土壤样品的消解采用手动消解仪,利用HNO,.HF—HCLO 面上存在随深度增加而逐渐含量升高的趋势。 三元酸消解方法进行提取土壤中的重金属元素,采用电感耦合等离子体 永城市处于河南和安徽两省交界处,该地区的煤矿区是中国六大无 发射光谱仪(ICP.AES)测定样品中的cr、As、Ni、Cd、Zn、Cd、Pb 烟煤基地之一,兴盛的煤矿采集业在带来经济利益的同时,也可能会带 等重金属元素的含量。 3评价方法 来土壤重金属污染的相关环境问题,此方面还未见有研究报道。本文通 1.HUANJINGYUFAZHAN 47● 垦1.3.1 单因子指数法  堂 ! 计算公式如下: Igeo log2[ 】 (3) . =c。/s, (1) 其中:Cn为样品中元素n的浓度;Bn为背景浓度;k为修正指数(一 般取1.5),通常用来表征沉积特征、岩石地质及其它影响。 地质累计指数分级见表4。 1.4数据统计 采用Excel2010和SPSS17 0软件对数据进行处理与分析。 单因了指数法 ”’是对土壤中的一种再金属元素的污染程度进行评 价,是目前比较常用的一 种评价方法,其关系模式为: 其中:Pi为土壤重金属元素的污染指数:Ci为土壤重金属元素的 实测俏:Si为土壤重金属元素的背景值。 评价标准依据河南省土壤重金属背景值(四十年前开封土样),如 表1 表1河南省土壤重金属背景值(mg kg。。)mg 2结果与分析 2.1 煤矿区各重金属含量分析 利用ICP.AES进行测量土壤中重金属的含量,以河南省土壤重金 污染物污染等级如表2所示 表2土壤重金属单项污染指标污染分级标准 1 3 2内梅罗综合污染指数法 内梅罗综合污染指数法在不仅考虑了单项元素的污染水平,还考虑 到了最大污染指数,能更综合、更科学地反映所评价区域的总体环境质 }状况。因此,我们在使用单因子污染指数法的基础上,往往会结合内 梅罗综合评价法进行全面、准确的评价。综合污染指数法计算公式如下: :、/ 半 , (2) 式中: 采样点的综合污染指数: …为i采样点重会属污染物单 项污染指数中的最大值:P为单因了指数平均值。 污染物污染等级如表3所示: 表3内梅罗综合污染程度分级标准 1.3.3 地质累计指数法 表4地质累计指数分级 地质累积指数(Igeo)通常称为Muller指数… ,它不仅考虑了自然 地质过程造成的背景值的影响,而且也充分考虑r人为活动对重金属污 染的影响。因此,该指数不仅反映了重金属分布的自然变化特征,而且 町以判别人为活动埘环境影响,是判断受重金属污染程度的重要指标。 48 HuANJINGYuFAzHAN 属背景值为评价标准,该矿重金属各含量水平见表5。由表5可知, 土壤中cr、As、Ni、Cu、Zn、Cd和Ph等重金属的平均含量分别为 64.47、7.49、27 46、25 45、93 20、0.33和21 19mg‘kg。,分别是背景 值的1 16、1.20、1 12、1 27、1 27、I 65和1 22倍,表明矿区周围土壤 大多数重金属出现不同程度的积累。Cd的超标情况最为严重.超标率 高达100%;Pb、Cr次之,超标率分别为85.19%、81.48%;相比较而言, Cu、Zn的超标情况较轻,超标率均为14 81%。 由表5亦知,变异系数zn>cu>Pb>cd>As>Ni>cr。变异系数大, 表明各个样点含量分布差异较大,而变异系数的大小与人类活动有关, 变异系数越大,表明受人类活动影响越大。因为Zn、Cu的变异系数均 超过0.5,表明其受人类活动的影响较为显著。 表5煤矿区重金属含量状况表 2.2煤矿区重金属污染指数分析 本研究以河南省土壤重金属背景值为评价标准,采用单因子指数 法和内梅罗综合污染指数法评价该矿区的重金属污染状况见表6。由表 6可知,Cd、Pb、As、Ni、Cr这5种重金属均有不同程度的污染,污 染程度为Cd>Pb>As>Cr>Ni。其中以重金属cd的污染最为严重,P 为 l 64,采集的27个样品均出现重金属Cd污染现象,达到中度污染及以 上水平的样品有3个,占总样品的11.1%:其次污染较为严重的重金属 为Pb,P 为1.22,在所采集的样品中85.2%的样品存在着污染现象; 而Cu和zn的均值均为0.79,属于清洁水平。 采用内梅罗综合污染指数法评价各个样点的综合污染情况.表明各 个样点均存在重金属污染现象。其中A8样点的污染程度最大,P 为3.42, 处于重度污染水平;另外还有两个样点处于中度污染水平,其余样点均 处于轻度污染水平。综合评价该矿区的重金属污染状况,其P 为1 45, 表明该矿区属于轻度污染水平。 表6永城某煤矿区土壤重金属污染状况 2.3煤矿区土壤重金属地累计指数分析 结合公式3,对数据进行处理分析,得到结果见表7。由表7可见, cr的1个样点轻污染水平,占样点总数的3.70%,其余样点无污染; As的7个样点处于轻污染水平,占样点总数的25 93%,其余样点无污染; 重金属Ni和zn都是有2个样点处于轻污染水平,分别占样点总数的7.41 %,其余样点也都是无污染;重金属cu、Pb、cd的在同1个样点(A8) 处于偏中污染水平,分别占样点总数的3.70%,其余样点无污染。 总体从结果来看,地累计指数基本与单因子污染指数结果大致一致, 但其污染评价等级较单因子污染指数偏低。 3结论 (1)该煤矿周围土壤中cr、As、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等重金 属的平均含量分别为64 47、7.49、27.46、25 45、93 20、o 33和21.19 mg・k异‘。,分别是背景值的1 16、1.20、1.12、1.27、1.27、1.65和1.22倍, 表明了矿区周围土壤大多数重金属出现不同程度的积累。 表7土壤重金属地累计指数数值 (2)单因子指数法评价,cd、Pb、cr、Ni、As五种元素处于轻度 污染水平,Cu、Zn处于清洁水平;梅罗综合污染指数法评价,处于中 污染风险:地累计指数法评价,Q的3.70%样点数处于轻污染水平, As的25.93%样点数处于轻污染水平,重金属Ni和zn的7.41%样点 数处于轻污染水平,重金属cu、Pb、cd的3.70%样点数处于偏中污 染水平,其余样点无污染。 参考文献 【l】孟雷,袁新田,张春丽,杜尊龙。许龙,袁高昂.朱仙庄和芦岭煤 矿土壤重金属污染评价【J】.井冈山大学学报,2012,33(5):39—45. 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(下转第66页) HUANJINGYUFAZHAN 49● 垦 兰 . ... 理区的水流顺利排出场外,对其两岸采取护岸治理,见治理工程设计方 案图所示,设计采用浆砌石护岸,直角梯形断面,顶宽0.2米、高1 2米, 为了加强该矿山地质环境项目工程质量的管理,保证工程质量,保 护人民生命和财产安全,该治理工程由金寨县国土资源局组织形成由项 目业丰、承建商、监理单位直接参加的“三方 管理。按照上述工 底款O 25m,总长度160m。 3.5绿化 程项目建设管理实施治理工程,使直接参加工程建设的业主、监理 3.单位、承建商通过承发包关系、委托服务关系和监理被监理关系有效地 联系起来,形成完整的工程项目组织系统,在建设行政主管部门的 由于边坡进行放坡等工程措施后,植被破坏严重,本次设计 边坡 坡脚处种植杨树、爬山虎等藤蔓植物起到边坡复绿效果。根据边坡长 0颗爬山虎。根据种植间距 监督管理下规范地、一体化地运行,顺利完成工程项目。既有利于加强 度,每隔2m种植一个爬山虎,共购置9治理工程的宏观监督管理,也有利治理工程的微观监督管理。 3.3施工方案 3 3.1边坡清理 1.5mX 1.Sn,可确定种植杨树6i7颗。 3.3.6开凿宕穴 对于爬山虎挖穴深度0.2.0.3m即可,杨树挖穴深度0.5m,宽0.8m, 选择阴天或傍晚进行移栽提高成活率,同时爬山虎以2-3年苗龄为佳, 杨树苗龄选择两年苗,苗长规格2-3m,总共挖穴在45m。。 3.3.7 警示牌 边坡设计人工结合机械的方法清除边坡表面松动的岩石,对A区 和B区的边坡进行清理,削坡清理后坡度在63。,根据 工程地质手册》 (第四版)岩质边坡坡度与高度参考值,本边坡岩性为安山岩,弱风化 至强风化,且节理裂隙较发育,30m以内的边坡坡度约为l:0.5(63。), 对A区和B区采场有安全隐患的部位应设立醒目便于观察的警示  采用赤平极射投影和数值分析等两种方法进行评价,结合两种方法的评 牌,警示牌统一使用金属制作,规格为长100cm,宽70 cm,厚6 cm,cm。共设计6个警示牌,其中A区3个, 价结论并最终确定5处支架基础边缘的斜坡稳定性,结果显示,经过边 金属立柱固定,基础埋深在50 坡清理后基本能满足边坡稳定性要求,清坡的工程量为1000m。,其中A B区3个。 区630m。B区370m。。 .4结论 以古碑王湾废弃石料矿为代表的废弃矿区,对周围自然以及人为环 境影响较严重,且易已发地质灾害发生。有关部门应加强重视,应用先 进技术,提出具有可行性的方案对其进行综合治理,确保矿区能够被有 效利用。 3.3.2底盘区平整土石方开挖 对于A区和B区的底盘区采用人工结合机械的方式进行放坡整平, 其巾A区按标高224m,B区按219m标高进行整平,两处底盘区土石方 开挖总方皱在2000m。,其中A区1260m。,B区740m。。 3.3.3 客土覆盖 参考文献 对丁业场地l、工业场地Ⅱ进行覆士,将场地治理成耕地。客土来 【1】谢永彬,毛煜露.广西灌阳方解石矿矿山地质环境影响评估及治 源为古碑镇开发区一耕地征地处,距离在5km左右。该地块原为农田, 现已报批置换为建设用地。役土厚度为O 5m,总面积5520m2(其中工 理恢复措施 .山东国土资源,2014.(4):78—81. 【2】李钟.矿山地质环境影响评估及综合治理研究『J】_中国新技术新 业场地I面积为1 592 m2,工业场地Ⅱ处面积为3928m2)。共需自然沉 产品,2O14,(13):154.155. 实土壤2760m3。 3.3.4护岸工程 收稿日期:2017—05—10 作者简介:刘传奇(1986一),男,本科,助理工程师,研究方向 为水文地质、工程地质、环境地质方面。 由于B采场 土区东侧的冲沟受水流冲蚀影响严重,局部形成小 规模的岸崩及底部掏空现象,局部已形成小规模的水沟堵塞,为了使治 (上接第49页) 布特征及其潜在风险评价[J】l环境科学,2013,34(9):3654—3662. 【1 1】Muller G.Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine river[J1.Geologicaljournal,1969,2(3):108—1 18. 收稿日期:2O17 05.02 f51吕建树,张祖陆,刘洋等.日照市土壤重金属来源解析及环境风 险评价….地理学报,2O12,67(7):97 1—984. 『6]戴彬,吕建树,战金成等.山东省典型工业城市土壤重金属来源、 空间分布及潜在生态风险评价l JI_环境科学,2015,36(2):507—515. 基金项目:国家自然科学青年基金项目(4160l522):中国博 【7]王丽,王力,和文祥等.神木煤矿区土壤重金属污染特征研究 . 士后科学基金项目(165913):河南大学本科生科研创新计划项目 生态环境学报,201 1,20(8—9):1343一i347. 『81董霁红,卞正富,王贺封等.徐州矿区充填复垦场地作物重金属 (16NBO09) 作者简介:张壮(1993 ),本科生,环境科学专业。 含量研究 .水土保持学报,2017,21(5):l8O一182. 通讯联系人:张成丽(1978一),博士,讲师,环境与规划学院,研  【91刘春早,黄益宗,雷鸣等.湘江流域土壤重金属污染及其生态环 究方向为土壤重金属污染防治。境风险评价【J]环境科学,2012(1):260—265. 【101张鹏岩,秦明周,陈龙等.黄河下游滩区开封段土壤重金属分 66 HuANJINGYuFAzHAN 

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