工业区周边典型小流域耕地土壤重金属污染源解析

工业区周边典型小流域耕地土壤重金属污染源解析

向进【1】   ,谢芬【2】 

[1] 云南地勘检验检测有限公司  [2]云南科诚环境监测有限公司                        云南省昆明市     650217

摘要：矿产资源是人类社会正常运行所必需的珍贵自然资源，工业的不断发展必然伴随着对矿产资源的持续开发和利用。我国是黑色金属和有色金属冶炼大国，尾矿是金属矿石开采过程的主要副产物，一般超过矿石总量的50%。2019年，我国尾矿总量累计超过170亿t，其以金属尾矿为主。金属尾矿的堆积给周边生态环境及人体健康构成较大威胁。尾矿粒度小，极易产生扬尘并扩散至周边土壤和水体中；尾矿受到长期自然风化作用，其中的重金属元素极易释放至周边环境中，造成金属尾矿堆存场地及周边土壤出现重金属污染；经过雨水淋滤，重金属污染物可以迁移至地下水或土壤中，造成严重的环境污染。

关键词：土壤重金属；污染源解析；小流域；受污染耕地；正定矩阵因子模型

引言

随着近40a经济社会尤其是工业的快速发展，土壤重金属污染日益凸显。2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤污染形势严峻，耕地土壤重金属点位超标率19.4%。近年来，我国倡导并践行“精准治污、科学治污、依法治污”，然而耕地土壤重金属污染来源多样且迁移途径复杂，污染成因依然不明，严重制约了耕地土壤重金属污染的源头防控与精准施策，亟待科学准确解析耕地土壤重金属污染成因。

1土壤重金属污染危害

1.1对周边生态环境构成危害

矿山开采过程中会产生数倍于矿石量的岩土，岩土堆存需要占用大量土地，一些尾矿含有重金属污染物，也会对环境造成危害。金属矿开采后产生的大量尾矿需要运输至固定堆放区域，但在运输过程中，由于渗漏、风力等作用，部分尾矿扩散至周边环境中，对周边的土壤、水和大气造成污染。尾矿库中，多数尾矿含水率较高，长期堆积后会产生大量废液，一旦废液处理不彻底且进入周边环境，就会导致严重污染。目前，国家正在大力推进绿色矿山建设，因此妥善处理尾矿资源意义重大。

1.2重金属对人类健康的危害

在土壤中存在的重金属也会通过食物链到达人体内。目前发现许多医疗上无法治愈的疾病大多源于重金属的毒害作用。1956年的日本水俣病的病因就是由于人体内汞元素超标导致患者口齿不清、步履蹒跚甚至精神失常直至死亡。20世纪美国铅浓度超标导致儿童智力普遍下降，对成人神经系统带来了难以恢复的干扰。十多年前的湖南省稻米镉元素过量的罪魁祸首就是湖南省攸县湘江流域的土壤镉元素超标，导致全国各地吃了该地区的大米的患者轻者出现头晕目眩，重者出现骨痛病等症状，这也给政府对于土壤重金属污染及时防治和修复敲响了警钟。

2土壤重金属污染的分析方法

测定土壤中重金属的前处理方法有很多，除了砷、汞等金属元素遇高温易挥发损失外，其余大部分金属元素均可通过电热板等设备进行消解。其中按照是否加入HF可以将土壤的消解分为完全消解法和不完全消解法。从国内外研究现状可知，目前土壤消解的主要方法是王水浸提消解法和盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸（或盐酸-硝酸-氢氟酸-双氧水）的四酸消解方法，这种消解方式可以彻底破坏土壤的矿物晶格，待测元素将会全部溶解至试样中。测试金属元素的仪器主要有原子吸收光度计、原子荧光光度计、火焰光度计、冷原子吸收测汞仪、电感耦合等离子体发射光谱和电感耦合等离子体质谱。本文探索土壤中镉（Cd）、锰（Mn）、锑（Sb）、铜（Cu）、铅（Pb）、铬（Cr）、锌（Zn）、镍（Ni）等8种金属元素分析方法的优化及改进。

3耕地土壤重金属污染源控制技术

3.1电动力技术

电动力修复技术也称为“电修复”，该技术特点为：可将土壤中重金属污染物实现准确回收。对比传统修复法，该技术成本低廉。技术操作原理为：依托电场力效应，将土壤中深藏的污染物完成“定向移动”，继而达到土壤修复的目标。在开展土壤深层修复作业中，可随即伴生出离子迁移、动态分散等物质移动现象，催动土壤pH指数、离子强度发生对应变更。且对于不同区域的重金属污染土壤而言，其电导率参数、电场强度随之转变。尤其是对于“阴极”土壤，其电导率大幅下跌。由于电场强度不断提高，土壤pH指数增长，催发重金属逐步沉降。对此，若土壤离子浓度符合相应标准，加之实际电导率逐渐下降，污染物与离子迁移量也将逐步减少。工作人员要考量土壤温度等各项关键要素，保障修复成效。

3.2微生物修复

微生物修复主要通过微生物对土壤中的重金属污染物进行吸附、转化和去除。采用碳酸盐矿化菌对选矿区周边重金属污染土壤进行修复，研究表明，碳酸盐矿化菌生长代谢过程产生的碳酸根离子可将土壤中的重金属有效钝化，土壤中的交换态重金属As、Pb、Cd、Zn和Cu浓度分别减少83.1%、74.7%、51.6%、50.2%和73.6%。孙立群[33]研究了耐受Pb、Mn和Zn的土著菌种对铁尾矿重金属污染土壤的修复效果，培育的菌种能改善铁尾矿污染土壤的肥力，对重金属Pb、Mn和Zn有较好的稳定化作用，稳定化后土壤重金属Pb、Mn和Zn的固化率分别为74.98%、85.29%和79.41。培养菌剂的使用使细菌、真菌和放线菌的数量明显增加，改善了铁尾矿污染土壤的菌落结构。

3.3固化及稳定化技术

固化技术就是在重金属污染土壤内分撒固化药剂，阻隔重金属持续挥发、释放，维持土壤生态有序运转。稳定化技术利用稳定化试剂，将重金属污染物沉淀、吸附。当土壤内重金属污染物经过该类技术有效控制后，则可减少其对深层土壤及底层地下水的消极影响。在确定选择该类技术后，工作人员应注重挑选药剂。保证药剂不含重金属物质，避免土壤二次污染及药剂持续性，加强土壤修复综合实效性。在总结修复实践经验后，铁锰化合物、蒙脱石等均可成为高效性药剂材料。

3.4化学修复法

当前，常用的化学修复法有土壤淋洗、稳定化/固化等。土壤淋洗使用络合能力或螯合能力强的淋洗剂对土壤中的重金属进行活化，再对淋洗液进行处置。利用3种淋洗剂对铅锌尾矿土壤进行淋洗修复，研究了其对铅锌尾矿土壤重金属污染物的淋洗去除效果。采用多种螯合剂对铅锌矿周边重金属污染农田进行淋洗修复，研究表明，淋洗剂乙二胺四乙酸（EDTA）的淋洗效果最好，当EDTA淋洗浓度为0.1mol/L，淋洗时间为24h，pH为4.0时，土壤中Cd、Cu、Zn和Pb等重金属的最高去除率分别为91.0%、42.5%、57.0%和52.0%。为实现环保修复，有研究使用可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠（GLDA）对重金属Cd、Cu、Pb、Zn污染土壤进行淋洗，当螯合剂GLDA与重金属的摩尔比为3∶1时，重金属Cd、Cu、Pb、Zn的去除率分别为95%、90%、83%和78%。

结束语

源排放清单法可明确重金属进入耕地土壤的当前途径，PMF模型可分析出污染源的类型及其相对贡献与分布等特征；受体模型结合源排放清单法可有效解析小流域耕地土壤重金属污染来源，对耕地土壤重金属污染来源精准识别和防控具有重要意义。

参考文献

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[3]庞雯斐,陈晓青,孙小波,等.土壤中镉、锰、锑等8种金属元素消解方法的改进[J].浙江化工,202049(12):52-54.

[4]赵君威.微波消解/ICP-OES法测定钴基合金中多元素的方法研究[D].北京：机械科学研究总院,2020

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