矿山下游水体沉积物重金属污染与潜在生态危害评价
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摘 要：对广东粤北某矿山尾矿库下游河流的6个表层沉积物样品中的重金属含量进行分析测定，对其累积污染及潜在生态危害进行了评价，结果表明：矿下河流沉积物中重金属含量普遍高于全省土壤背景值，且沿程呈下降趋势；各金属指标的污染程度由强至弱依次为镉>砷≈铅>>汞，潜在生态危害程度由强至弱依次为镉>铅≈砷>>汞。
关键词：矿山、重金属污染、地累指数、潜在生态危害
沉积物是河流生态系统的重要组成部分，为底栖动植物生存发展提供了基础的外部环境；沉积物也是河流水环境体系中重要的“汇”和“源”，其环境质量常被视为可用于评价水体累积污染程度的指示指标。本文研究的矿山位于广东粤北山区，属特大型多金属矿山。经多年的开采，矿区附近已形成两个主要的尾矿堆积库。由于尾矿渣中硫含量较高[1]，其与空气接触后易被氧化，导致矿坑土壤酸化严重，加剧了尾矿中重金属的流失。本文以矿区下游主要水系沉积物重金属含量调查为基础，对矿山尾矿库及下游河流沉积物的污染水平及潜在的生态风险进行评价，为评估矿山废水环境影响及累积污染提供理论依据。
1. 材料与方法
2012年8月，对矿山拦泥坝和尾矿库及其下游受纳河流沉积物进行采样。使用重力底泥采样器采集各采样点表层沉积物样品，用双层聚乙烯袋密封保存带回实验室处理；样品自然风干后，剔除残留枝叶，砾石等杂物，研磨过筛（100目）；采用四分法取样分析各指标。所有实验用器皿均在10%的硝酸溶液浸泡1天后洗净使用；使用等离子光谱法测定表层沉积物中Pb、Cd、Hg和As含量进行测定。
2. 结果与分析
2.1 重金属含量及空间分布特征
沉积物重金属含量显示：除汞元素以外，各采样点的各金属指标浓度均处于较高水平。其中拦泥坝和尾矿库污染程度最为严重，均远远超出土壤环境质量Ⅲ级标准，其中铅、砷浓度最高，超Ⅲ级标准9.8和31.2倍，超广东省背景值167.8和131.5倍。而尾矿库坝前的镉浓度最高，超土壤环境质量Ⅲ级标准13.9倍，超全省背景值572.1倍。矿下纳污支流河流沉积物环境质量整体超Ⅲ级标准，其中镉超标0.7-1.3倍，砷超标2.8-5.8倍之间。
2.2重金属污染程度评价
采用地累积指数法（Forstner，1989）评价各金属指标相对富集程度，结果如表2所示。结果可见，矿下下游河流沉积物中镉的累积程度最高，各监测点评价级数在5-6级之间，为强-极强或极强污染程度；汞累积程度最低基本处于无污染（0级）或无-中度（1级）污染。铅、砷累积较为严重的区域主要在拦泥坝（6级）及其直接纳污支流（4级）；下游河流累积影响相对较轻，处于无污染或重度污染。采用均方根指数综合各重金属指标地累积指数[2]评价矿下河流沉积物中重金属的污染程度由强至弱依次为：Cd>As≈Pb>Hg。
表1 沉积物重金属污染地累指数Igeo与分级
采用重金属潜在生态危害指数法（Risk index，RI）评价矿下水体重金属生态危害，结果显示（见表2）：Hg的生态危害系数Ei在各点均处于轻微级别；拦泥坝Cd、Pb和As的生态危害程度系数都超过320，达到极强程度；尾矿库Cd的生态危害系数最高，也达极强程度。尾矿废水的直接受纳小溪沉积物中Cd、Pb和As的生态危害系数大多处于强水平；而支流与干流生态危害指数在3.2～66之间，处于轻微危害至中等危害之间。根据各重金属元素生态危害系数均由强至若排序，则有：Cd>Pb>As>>Hg。从综合危害指数RI上看，矿山拦泥坝及尾矿库的生态危害程度最高，都已超过极强程度，是下游水体重金属水质的主要风险源。
表3 沉积物重金属生态危害评价
3. 结论
（1） 通过对广东粤北某重金属矿尾矿库与拦泥坝沉积物重金属含量的分析表明，Cd、Pb和As浓度已经达到相当高的水平，成为污染下游河流的主要污染来源。矿下直接纳污小溪的沉积物环境质量已劣于土壤环境质量三级标准，超过农林业生产和植物正常生长的土壤临界值；下游支流与干流水体沉积物质量基本满足三级标准。
（2） 地累积指数评价结果发现各重金属指标在受影响水系中的富集程度由强至弱的顺序依次为：Cd>As≈Pb>Hg；潜在生态危害程度由强至弱的顺序依次为：Cd>Pb>As>>Hg，并且Cd也是主要影响因子。
（3） 矿山下游各河流沉积物综合生态危害指数沿程逐渐降低趋势，但受矿山长期累积污染的趋势已经有所显现。
参考文献：
[1]柬文圣，张志权，蓝崇钰.广东乐昌铅锌尾矿的酸化潜力[J].环境科学，2001，22（3）：113-117.
[2]许振成，杨晓云，温勇 等. 北江中上游底泥重金属污染及其潜在生态危害评价[J].环境科学，2009，30（11）：3262-3268
[3]中国环境监测总站.中国土壤元素背景值[M].北京：中国环境科学出版社，1990
[4]Burton G A. Sediment quality criteria in use around the world[J].The Japanese Society of Limnology，2002，3：65-75