（环境科学专业论文）钼矿区及周边农田土壤重金属污染现状分析及评价.pdf

a b s t r a c t t h i sa r t i c l eh a sc o n d u c t e dt h o r o u g hr e s e a r c ho nt h eh e a v ym e t a l sp o l l u t i o no ft h es o i li n t h em o l y b d e n u mo r ea r e a s ，t h eo r ec o l l e c t i o na r e aa n dt h et r a n s p o r t a t i o nz o n ef o rm i n i n ga s w e l la st h ed e b r i si nh u l u d a oc i t yo fl i a o n i n gp r o v i n c e 8 0s o i ls a m p l e si nt h em i l l el o ta n d 6 0f a r m l a n ds a m p l e sw e r es a m p l e d t h ec o n t e n t so f p b ，h g ，c d , c r , z n ，c u , m o ，n i ，a so f t h e s a m p l e sw e r em e a s u r e db yi c p o e s t h ep r e s e n ts i t u a t i o no fh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni nt h e s o i lw a sa s s e s s e da c c o r d i n gt ot h em e t h o do f p o l l u t i o ni n d e xa n dn e m e r oi n d e x a tt h es a n l e t i m e ，t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l si nt h ef a r m l a n da r o u n dt h el o tw c l ea n a l y z e d t h er e s u l t s i n d i c t e dt h a tt h es o i lp o l l u t i o ni nt h i sm i n i n ga r e aw a sm e t a l l i cc o m p o u n dp o l l u t i o n t h em a i n p a r t so ft h eh e a v ym e t a l sw e r eh g ，c d , z n , a s ，o fw h i c ht h ec o n t e n t so fa s ，c aw e r e r e s p e c t i v e l y1 5 4 1 3 m g k ga n d7 4 5 9 m g k g t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l si nd i f f e r e n tz o n e s h a v ed i s t i n c td i f f e r e n c e s t h ep o l l u t i o ni n t e n s eo f t h eo r ec o l l e c t i o na r e aw h i c hn e m e r oi n d e x w a s5 9 3 3w a sm o r es e r i o u s ，c o m p a r ew i t ht h eo r ea r e a sa n dt h et r a n s p o r t a t i o nz o n ef o r m i n i n g t h ep o l l u t i o ni n t e n s eo ft h ef a r m l a n da r o u n dt h ed e b r i sw h i c hn e m e r o wi n d e xw a s 8 4 6 w a sm o r es e r i o u s ，c o m p a r ew i t ht h ef a r m l a n da r o u n dt h eo r ec o l l e c t i o na r e aa n dt h e f a r m l a n da r o u n dt h et a i l i n g sa r e a s t h eh e a v ym e t a l so f t h ef a r m l a n dw e r ep r e s e n ti nr e m n a n t f o r m s t h er a t i oo ft h ea c i de x t r a c t i o nw a sm i n i l n u l n a n dt h er a t i o so fd i f f e r e n tf o r m sw e r e n o to b v i o u sa m o n gd i f f e r e n tm e t a le l e m e n t sa n dd i f f e r e n ts o i l s b u tt h er a t i oo ft h em e r c u r i c a c i de x t r a c t i o nw a sg r e a tw h i c hi n f l u e n c et h ec r o p st og r o w k e yw o r d s ：m i n e ，h e a v ym e t a l s ，s o i lp o l l u t i o n , v a r i o u sz o n e s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东 北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：啦 日期：闻。6 、1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的 规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： l 为己污染，l p x s 2 为轻度污染，2 p b z n c r a s c u c d n i h g 综合评价结果为该区土壤已受严重污染，n c m e r o w 综合指数为5 9 1 0 a 其中 c d 、a s 属重污染，h g 属中度污染。c d 对土壤重金属污染的贡献率为8 9 4 9 ，其含量 是土壤环境质量三级标准的8 2 7 7 倍。a s 对土壤重金属污染的贡献率为4 6 8 ，其含量 1 2 是土壤环境质量三级标准的4 3 3 倍。h g 对土壤重金属污染的贡献率为2 8 7 ，其含量 是土壤环境质量三级标准的2 6 5 倍。 对2 0 个采样点的重金属含量分析表明：在2 0 个采样点中c d 、a s 的超标率为1 0 0 ： c u 、n i 均未超标，c r 超标样点数为3 个( 1 5 ) ，p b 超标样点数为9 个( 4 5 ) ，z n 超标 样点数为2 个( 1 0 ) ，h g 超标样点数为1 2 个( 6 0 ) ；两侧土壤都受到较强的污染外，矿 山山沿右侧土壤中重污染物浓度普遍高于左侧，除右侧土壤p h 值较高外，现场还观察 到：右侧为居民区，左侧为植物生长地区，表明植物对污染土壤有较强的修复作用，重 金属部分转入植物体中，其中z n 、m o 、c u ( 植物所需微量营养元素) 右侧浓度为左 侧浓度的1 4 0 、1 0 3 7 、1 0 2 倍；p b 超标样点几乎全部集中在矿山山沿右侧，表明土壤 中p b 主要可能来源于汽车尾气【5 1 - 5 2 】。 表2 3 矿山山沿土壤重金属污染物与土壤中重金属之间的相关系数 疰：n = 2 0 ，a = 0 0 t 矿山山沿土壤中重金属元素相关性分析见表2 3 。结果表明：c d 、a s 之问有很高的 相关性，污染物来源相同；该地区m o 的主要伴生元素为z n ；z n 、p b 与多数重金属相 关性较好，除土壤背景含量较高外，还应有外来污染源；其它重金属元素间相关性较差， 重金属来源不同。 矿山山沿土壤重金属污染原因主要为：a s 污染严重可能是因为成土过程中元素的 背景值较高；除成土原因，c d 可能还来源于轮胎的磨损；z n 、c u 、c r 、h g 可能来源于 钼矿石伴生以及运输时的遗落和汽车的刹车磨损；p b 、n i 可能来源于汽车的尾气。 二、选矿区土壤重金属元素全量分析及评价 选矿区土壤重金属污染状况见表2 - 4 ，对于各种重金属的污染水平评价及污染贡献 率见表2 - 5 及图2 2 。 表2 - 4 选矿区土壤重金属污染状况( m g k g ) 注：n = 2 0 表2 5 选矿区土壤重金属污染评价结果 注：n = 2 0 ，p h = 7 0 8 1 0 0 0 0 o 嘛 8 0 0 0 5 8 c d c r c u n i 件 2 n 图2 2 重金属对选矿区土壤污染贡献率 以上结果表明，选矿区土壤重金属含量依次为：m o p b z n c r a s c u c d n i h g ；综合评价结果为该区土壤已受严重污染，n c m e r o w 综合指数为5 9 3 3 。其中c d 、 a s 、h g 属严重污染。c d 对土壤重金属污染的贡献率为8 9 1 8 ，其含量是土壤环境质 量三级标准的8 3 0 9 倍。a s 对土壤重金属污染的贡献率为2 7 7 ，其含量是土壤环境质 量三级标准的4 5 0 倍。h g 对土壤重金属污染的贡献率为3 4 2 ，其含量是土壤环境质 量三级标准的3 1 9 倍。 对2 0 个采样点的重金属含量分析表明：在2 0 个采样点中c d 、a s 的超标率为1 0 0 ； c u 、z n 均未超标，c r 超标样点数为2 个( 1 0 ) ，p b 超标样点数为2 个( 1 0 ) ，n i 超标 样点数为1 个( 5 ) ，h g 超标样点数为1 2 个( 6 0 ) ；由于进入选矿场的矿物重金属浓度 高于选矿后矿渣中重金属浓度，所以选矿区上侧土壤中重污染物浓度略高于下侧。选矿 区左侧为运输区，土壤中重金属污染物浓度高于右侧土壤。 选矿区土壤中重金属元素相关性分析见表2 - 6 。结果表明：c d 、a s 之间有很高的相 关性，污染物来源相同；m o 与h g 的相关系数较高，可推断m o 的另一种伴生元素为 h g ；p b 与多数重金属相关性较好，除土壤背景含量较高外，还应有外源污染；其它重 金属元素间相关性较差，污染物来源不同。 1 4 表2 - 6 选矿区土壤重金属污染物与土壤中重金属之间的相关系数 往：n = 2 0 ，a = 0 0 1 选矿区土壤重金属污染原因主要为：在选矿区周边无植物生长，故植物对土壤中重 金属无修复作用，重金属不断积累可能是该区污染物浓度较高的一个主要原因；a s 污 染严重主要是因为成土过程中元素的背景值较高；与矿山山沿相比较土壤的p h 较低， 可能由于在选矿后矿渣的露天堆放，硫化物的氧化作用造成酸的排放从而进入附近土壤 中。a s 污染严重可能是因为成土过程中元素的背景值较高；除成土原因，c a 可能还来 源于轮胎的磨损；勐、c u 、c r 、h g 可能来源于钼矿石伴生以及运输时的遗落和汽车的 刹车磨损；p b 、n i 可能来源于汽车的尾气。 三、公路运输区土壤重金属元素全量分析及评价 公路运输区土壤重金属污染状况见表2 7 ，对于各种重金属的污染水平评价及污染 贡献率见表2 - 8 及图2 - 3 。 表2 - 7 公路运输区土壤重金属污染状况( m g k g ) 注：n = 2 0 表2 8 公路运输区土壤重金属污染评价结果 注：n - - 2 0 ，p h = 7 2 8 图2 3 重金属对公路运输区土壤污染贡献率 以上结果表明，公路运输区土壤重金属含量依次为：m o p b z n c r a s c u c d n i h 2 ，综合评价结果为该区土壤己受严重污染，n e m e r o w 综合指数为5 2 1 4 。其中 c d 、a s 污染严重，土壤己受h g 污染。c d 对土壤重金属污染的贡献率为9 0 2 8 ，其含 量是土壤环境质量三级标准的7 3 0 4 倍。a s 对土壤重金属污染的贡献率为4 7 6 ，其含 量是土壤环境质量三级标准的3 8 5 倍。h g 对土壤重金属污染的贡献率为2 1 6 ，其含 量是土壤环境质量三级标准的1 7 5 倍。 对2 0 个采样点的重金属含量分析表明：在2 0 个采样点中c d 、a s 的超标率为1 0 0 ； c u 、n i 、z n 均未超标，c r 超标样点数为1 个( 5 ) ，p b 超标样点数为2 个( 1 0 ) ，h g 超 标样点数为9 个( 4 5 ) ；公路运输区两侧土壤中右侧土壤中重金属污染物浓度普遍大于 左侧土壤，右侧土壤中各种重金属的浓度为左侧1 2 2 5 0 9 9 倍，其中右侧土壤中p b 、 m o 、z n 的浓度分别为左侧的1 8 9 、1 6 2 、1 4 0 倍，表明土壤中p b 污染可能来源于汽车 尾气，m o 、z n 污染可能来源于钼矿石伴生以及运输时的遗落。 表2 - 9 公路运输区土壤重金属污染物与土壤中重金属之间的相关系数 往：n - 一2 0 ，a = 0 0 1 公路运输区土壤中重金属元素相关性分析见表2 - 9 。结果表明：c d 、a s 之间有很高 的相关性，污染物来源相同；p b 、z n 与c d 、a s 重金属之间的相关性也很好；其它重金 属元素间相关性较差，污染物来源不同。 公路运输区土壤重金属污染原因主要为：a s 污染严重主要是因为成土过程中元素 的背景值较高；除成土原因，c d 可能还来源于轮胎的磨损；z n 、c u 、c r 、h g 可能来源 于钼矿石伴生以及运输时的遗落和汽车的刹车磨损；p b 、n i 可能来源于汽车的尾气。 1 6 但在运输区周边生长大量的植物，植物的修复作用是造成该区的土壤中重金属浓度低于 前两个功能区的原因。 四、矿山附近山地土壤重金属元素全量分析及评价 矿山附近山地土壤重金属污染状况见表2 1 0 ，对于各种重金属的污染水平评价及污 染贡献率见表2 - 1 1 及图2 - 4 。 表2 - 1 0 矿山附近山地土壤重金属元素含量测定( m g k g ) 注：n - - 2 0 表2 1 l 矿山附近山地土壤重金属污染评价结果 注：n = 2 0 ，p h = 6 9 0 图2 - 4 重金属对矿山附近山地土壤污染贡献率 以上结果表明，矿山附近山地土壤重金属含量依次为：m o p b z n c r c u a s c d n i h g ，综合评价结果为该区土壤已受严重污染，n e m e r o w 综合指数为4 2 4 4 。其 中c d 、a s 污染严重。c d 对土壤重金属污染的贡献率为9 1 5 1 ，其含量是土壤环境质 量三级标准的5 9 4 6 倍。a s 对土壤重金属污染的贡献率为4 6 9 ，其含量是土壤环境质 量三级标准的3 0 5 倍。 1 7 对2 0 个采样点的重金属含量分析表明：在2 0 个采样点中c d 、a s 的超标率为1 0 0 ： c u 、n i 、z n 、c r 均未超标；p b 超标样点数为1 个( 5 ) ，h g 超标样点数为2 个( 1 0 ) ； 在矿山附近山地生长大量的植物，加上在该区域并无交通运输污染源存在，故与以上三 个功能区相比较，p b 及其它重金属元素的含量较低；在所评价的四个功能区中，矿山 附近山地土壤的p h 呈现最低值可能与植物的呼吸作用以及植物根部分泌的有机酸有 关。 表2 1 2 矿山附近山地土壤重金属污染物与土壤中重金属之间的相关系数 往；n = 2 0 ，删0 1 矿山附近山地土壤中重金属元素相关性分析见表2 1 2 。结果表明：c d 、a s 之间有 很高的相关性，污染物来源相同；z n 与c a 、a s 重金属之间的相关性较好；其它重金属 元素间相关性较差，污染物来源不同。 矿山附近山地土壤重金属污染原因主要为：在该区域成土过程中c d 、a s 的背景值 较高。 五、小结 通过对钼矿区矿山山沿、选矿区、公路运输区及矿山附近山地土壤中的重金属m o 、 p b 、a s 、h g 、c r 、c d 、z n 、c u 、n i 进行i c p o e s 全量测定，结果表明：该钼矿区各 功能区土壤中a s 、c d ，m o 的含量较高；所测定的九种重金属中a s 、c d 、z n 、c u 、 n i 、p b 、c r 在不同功能区土壤中含量相差不大，i c p o e s 测定结果平均值的最小值与 最大值之比分别为，0 7 1 、0 7 2 、0 6 2 、0 9 3 、0 6 3 、0 6 7 、0 7 7 ；各功能区土壤中m o 、 h g 含量相差较大，i c p o e s 测定结果平均值的最小值与最大值之比分别为，o 1 4 、o 1 3 ， 表明m o 、h g 有较强烈的外源污染。 矿区的采矿、选矿以及运输过程对矿区土壤重金属有一定的贡献。植物对土壤中重 金属的修复作用较明显，同一功能区中有植物生长的区域，土壤中重金属的含量明显低 于没有植物生长的区域，在该矿区，植物对h g 的吸收利用作用较为强烈，在没有植物 生长地点的土壤中往往测定到较高的h g 含量，矿区绿化不好也可能是造成矿区土壤重 金属污染的一个原因。 采用单污染指数评价法及内梅罗指数法综合指数评价进行系统地评价土壤重金属 污染现状，结果表明：各片区土壤重金属污染程度递降的顺序为，选矿区 矿区 公路 运输区 矿区附近山地，其内梅罗指数分别为5 9 3 3 、5 9 1 0 、5 2 1 4 、4 2 4 4 ：该钼矿区土 壤重金属污染严重，污染类型是以c d 、a s 污染为主，伴有h g 污染的重金属复合污染； 各种重金属对矿区土壤污染的平均贡献率为c d ( 8 9 9 9 ) a s ( 4 6 5 ) h g ( 2 4 1 1 1 8 z n ( 0 6 5 ) e b ( 0 9 0 ) o r ( 0 7 1 ) c u ( 0 4 0 ) n i ( 0 3 0 ) 。 对钼矿区不同功能区土壤中重金属之间的相关性进行分析，结果表明：c d 、a s 的 相关性较好，但在各片区中没有观察到其来源，表明c d 、a s 主要来源于矿区土壤的成 土过程造成的元素背景值偏高；z n 、p b 与各重金属元素之间在不同功能区的相关性有 的也较好，表明z n 、p b 来源除成土及背景较高外仍有外源污染。 钼元素为植物的必需微量元素，植物对钼的耐受性很高，并且钼对植物的生长有促 进作用，但土壤中钼过多对植物也是有害的【5 3 删。本论文的研究结果表明，钼矿区各片 土壤中钼元素的含量为7 2 0 6 1 - - 5 3 4 1 7 5 m g k g ，但目前我国土壤质量标准中未对土壤中 重金属钼给出土壤污染的限制浓度范围，所以本次未对钼矿区土壤中钼的污染贡献进行 评价。建议我国土壤质量标准中增加钼元素的污染限制浓度。 1 9 第三章钼矿区周边农田土壤元素含量测定、形态分析及评价 一、矿山周边农田土壤重金属元素各形态含量及评价 矿山周边农田土壤重金属全量以及形态分析见表3 - 1 及图3 - 1 ，对于各种重金属的 污染水平评价见表3 2 。 表3 1 矿山周边农田土壤重金属元素各形态含量( m g k g ) 注；n = 2 0 ，n d 为未检出 咖 钿 求 丑 a sc d c rc uh gm o n i p b z n 图3 1 矿山周边农田各形态重金属元素占其全量的百分比 表3 - 2 矿山周边农田土壤重金属元素污染评价 重金属a s c dc rc u h g m on i p bz n p j0 1 54 2 01 1 0o 9 59 柏 一0 6 1 0 1 60 4 3 p n 6 8 1 污染水平 严重污染 注：n = 2 0 ，p h = 7 3 1 对2 0 个采样点的重金属含量分析表明：在2 0 个采样点中c d 的超标率为1 0 0 ； 胡且0舳盟bh目目h口口目l国翻勘0龃_i_i_咱担i口目日h日rr口口目日日hr日日口目bhh月曰也捌00醴瞻恫且_mm瞻咀咀旧帽胆 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 嗍帆嘶嘴嘶帆嘣嘣吣嗍 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 c r 超标样点数为3 个( 1 5 ) ：h g 超标样点数为1 8 个( 9 0 ) ：c u 超标样点数为3 个( 1 5 ) ： n i 超标样点数为1 个( 5 ) ；a s 、z n 、p b 均未超标。 分析及评价结果表明：矿山周边农田土