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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

某废弃煤矿区土壤重金属污染风险评价

2024-09-27


创新点

本文以土壤重金属元素全量和重金属形态分析为切入点,以某废弃煤矿区为研究对象,采用单因子指数法和潜在生态危害指数法分析该矿区土壤重金属污染状况,同时在潜在重点污染区洗煤厂下游区开展了追踪式调查,查明了该区域重金属污染特征,采用改进BCR法分析了土壤样品重金属形态,阐释了土壤重金属生物有效性和环境风险程度;本文为可为废弃煤矿区土壤重金属防治提供重要参考。

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某废弃煤矿区土壤重金属污染风险评价

作者张永康1,2,3,曹耀华1,2,3,冯乃琦1,2,3,刘 岩1,2,3,张 耀1,2,3,王 庆1,2,3,刘 佳1,2,3

单位:1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所;2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心;3.自然资源部多金属矿综合利用评价重点实验室
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 

煤炭是我国主导的能源,也是重要的化工原料。煤炭资源的开发利用为国民经济发展作出了突出贡献。同时,煤炭资源的开采利用也造成一系列环境污染、地面沉降、含水层破坏、生态破坏等灾害问题。目前,煤矿区周边土壤重金属污染问题日益受到人们的关注。在煤炭的开采、运输、加工和利用过程中,煤与煤矸石粉尘所蕴含的重金属经沉降、淋溶、渗滤、迁移等多种方式进入土壤富集积累,进而污染煤矿周边土壤。针对煤矿区周边的重金属污染问题,国内外学者开展了大量研究,我国新疆、内蒙古、陕西、宁夏、山西、河南、安徽、贵州等主要产煤基地均开展大量的重金属污染评价工作,取得了丰硕成果。

这些研究主要针对大型的煤矿开采基地基于重金属元素全量开展污染评价,分析煤矿区周边土壤重金属污染特征、污染程度,重金属元素来源等,为煤矿区土壤重金属污染防治、土壤修复提供了重要支撑。李海霞等利用潜在因子法对淮南某废弃矿区污染场进行了土壤重金属污染风险评价,孙贤斌等对淮南煤矿废弃地土壤重金属潜在生态风险,并结合GIS技术分析其空间变化趋势。总体而言,针对废弃煤矿区开展土壤重金属污染研究较少,对煤矿周边土壤中重金属元素形态分布及其污染评价研究偏少。开展废弃煤矿区周边土壤重金属污染研究,对废弃煤矿区水土污染防治、生态修复工作具有重大意义。

笔者以江西省某典型废弃煤矿区为研究对象,以矿区周边土壤重金属全量及重金属元素形态分析为切入点,分析了重金属全量污染状况及潜在生态风险,以洗煤厂下游地块为典型矿业活动影响区,重点研究了其下游区域重金属污染特征,基于重金属元素形态开展了重金属元素生物有效性和环境风险评价。本研究可为该废弃煤矿区土壤重金属污染防治提供针对性的指导。
摘要
 ABSTRACT 
煤矿在开采过程中产生大量煤矸石、洗煤水等废弃物,其中的重金属污染物经沉降、径流、淋滤等作用迁移、扩散至周边水土环境中,对生态环境构成威胁。为研究某废弃煤矿区土壤重金属污染状况,评价重金属污染生态风险,检测了该矿区煤矸石、水、土壤样品中CuPbZnAsCrNiHgCd元素质量分数,利用单因子指数法和潜在生态危害指数法分别分析了土壤重金属污染状况和潜在生态风险;重点分析了矿区洗煤厂下游土壤重金属污染特征,并采用改进BCR连续提取法分析了洗煤厂下游土壤样品重金属元素(CuZnCd)形态,借鉴风险评价编码法评价了重金属元素的生物有效性和环境风险。结果表明:
以平均值计,废弃煤矿区煤矸石中重金属质量分数较低,仅Cr元素质量分数稍高于土壤中的质量分数,且煤矸石中重金属元素质量分数均未超过相应的农用地土壤风险筛选值,对矿区土壤重金属污染影响小。
废弃煤矿区土壤重金属超标元素为CuZnCdNiAsCuZnNiAs元素污染较轻微,Cd元素污染较严重;CuZnNi元素污染区主要集中在矸石山西部和东南部地块,在空间分布上有一定重合;As元素污染分布在矸石山东北部地块,Cd元素污染在矿区广泛分布,以中度–重度污染为主。
CdHg元素存在潜在生态危害风险,Cd元素潜在生态危害风险程度高,重金属元素综合潜在生态危害风险等级较高,主要为中等强风险。
洗煤厂下游区域沿水流方向土壤重金属元素总体呈递减趋势,Cd元素污染较严重,CuZnNiAs元素污染集中在洗煤厂下游200 m内,剖面样品中垂向方向上重金属元素质量分数呈递减趋势,在垂向上没有累积。
矿区地下水水质较好,矿井排水重金属元素质量分数及pH满足Ⅲ类地表水水质标准限值,矿井水外排对周边土壤重金属污染影响小。
CuZn元素酸可提取态占比低,生物有效性低,Cd元素酸可提取态占比高,呈高度风险–极高风险,生物有效性强,环境风险高。基于矿区重金属污染现状,建议进一步加强土壤重金属污染防治工作,加强源头治理、农产品食品安全监测和Cd元素污染调查研究工作。
部分图片






图 1    采样点分布示意


图 2    重金属元素污染空间分布


图3  洗煤厂下游沿水流方向土壤样品重金属质量分数


图 4   剖面土壤样品重金属质量分数


图5  土壤样品重金属元素形态分布


作者简介


张永康,男,198712日生,江西上饶人,工程师。

研究方向

矿山生态环境调查、重金属水土污染修复

主要成果

长期从事矿山生态环境调查评价,土壤重金属污染修复研究工作。作为项目负责人完成中国地质调查局地质调查子项目2项,发表土壤重金属污染调查评价相关学术论文7篇。对土壤重金属污染分析评价有丰富的经验。




来源:

张永康,曹耀华,冯乃琦,等. 某废弃煤矿区土壤重金属污染风险评价[J]. 煤炭学报, 2024, 49(7):3188−3198.

  责任编辑:宫在芹
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