（环境科学专业论文）安徽省淮南市矿区土壤污染现状及风险评估.pdf

学位论文者签名 扩 隆彳巾 签字日期 沙i 年争月乙貊 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 2 导师签名 酗贼 签字日期厶t 年 月伪 电话 邮编 致谢 本论文是在导师周晓铁院长和孙世群副教授的悉心指导下完成的 周晓铁导师敏 锐的思维 广博的知识 平易近人和宽以待人的作风给我创造了一个进行论文工作的 宽松 自由的学术氛围 在两年半的研究生阶段 周导师给我创造了非常好的学习实 践平台 使我在参与课题研究和项目方案编制方面获得了丰富的经验 这些宝贵的经 历和经验让我在毕业后的工作中具备了一定优势 衷心感谢周导师一直以来对我无微 不至的关心和帮助以及细致耐心的教导和培养 孙世群导师用渊博的学识 严谨的治 学态度 对于科学问题独到的认识深深地感染着我 使我对于科学研究有了较以往更 加正确和深刻的认识 产生了更加浓厚的兴趣 而且导师深入学生群体 对待同学平 易近人 感怀备至 使我在研究生阶段的学习和生活倍感温暖 动力十足 两位导师 的言传身教将会使我在以后的学习 工作和生活中时刻充满信心和勇气 在论文完成 之际 谨向两位导师表示我最衷心的感谢 对于导师为我所做的一切我将永难忘怀 唯有更加刻苦努力 以取得优异的成绩来答谢您们的关心 帮助和教诲 感谢安徽省环境科学研究院提供给我论文所需的数据和资料 是他的大力支持和 精诚帮助 使我顺利完成了论文的基础工作 特别感谢张培同学 在我研究生阶段的学习和论文的编制过程给予的大力支持和 热情帮助 并且提出了很多宝贵的建议 使我获益良多 特别感谢姜栋栋 叶良涛 韩宁宁同学以你们过硬的专业能力为我论文中的一个难点给予的大力帮助 让我感动 也让我敬佩 最后 我要衷心感谢我的父母和家人 正是他们默默无闻的奉献和大力的支持与 鼓励 才使我有信心和毅力顺利完成学业 再次向所有帮助 关心和支持过我的老师和亲朋好友致谢 衷心祝愿您们万事如 意 幸福快乐1 3 作者 姚尚和 2 0 1 1 年4 月2 2 日 安徽省淮南市矿区土壤污染现状及风险评估 摘要 煤炭是重要的能源材料 为人类社会经济的发展提供了重要的能源支撑 但在煤炭开采过程中产生了大量的固体废物 这些固体废物的长期堆积可能会 对局部土壤产生重金属污染 本文通过对淮南市部分矿区土壤 附近地表水及农作物重金属污染物监测 数据的分析 分别运用单因子指数法及内梅罗综合污染指数法对其污染现状作 出评价 并对矿区土壤重金属污染致癌风险及非致癌危害商进行评价 现状评价中 评价范围内矿区土壤环境质量总体较好 目前仅有新庄孜矿 东3 点位和新庄孜矿南1 点位c d 超标 矿区附近地表水部分监测点重金属 含量已超过相应环境质量标准 评价区域重点农产品监测点位中潘三矿附近及 新庄孜矿附近小麦中n i 超标 其余各点的农产品重金属含量均在标准范围之 内 健康评价中 评价区域内土壤单个重金属污染非致癌风险值及总非致癌风 险值均小于1 说明评价区域内土壤重金属污染非致癌风险水平是可以接受的 评价区域内a s 和c r 的致癌风险均已超出可接受水平 说明矿区土壤对暴露于 该区域的人群有一定的致癌风险 本文对区域土壤中的a s 和c r 的含量提出修 复建议指标值 评价区域土壤致癌风险主要是由经口摄入引起的 并由经口摄 入土壤途径致癌风险提出土壤修复建议指标值 关键词 淮南 矿区 污染土壤 现状评价 风险评估 r e s e a r c h0 np o l l u t i o ns t a t u sa n dr i s ka s s e s s m e n ti ns o i l so f t t h u a l n a nm l n l n ga r e ai na n n u i a b s t r a c t c o a li so n eo ft h ei m p o r t a n te n e r g yr e s o u r c e s w h i c hp r o v i d e se s s e n t i a le n e r g ys u p p o r t f o rt h ed e v e l o p m e n to fh u m a ns o c i a le c o n o m y b u tt h e r ea r el o t so fs o l i dw a s t e sd u r i n g c o a lm i n i n g a n dt h o s el o n g t e r mp i l i n gs o l i dw a s t e sm a yc a u s eh e a v ym e t a lp o l l u t i o no n p a r to f s o i l s t h em o n i t o r i n gd a t ao fh e a v ym e t a lp o l l u t a n t si np a r t so fm i n i n ga r e a s u r f a c e w a t e rn e a r b ya n dc r o p si nh u a i n a nc i t yw a s a n a l y z e d a n ds i n g l e f a c t o rm e t h o da n d n e m e r o nc o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e xm e t h o dw e r ea p p l i e dt oa s s e s sp o l l u t i o n s t a t u s a n dc a r c i n o g e n i cr i s kb yh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni nm i n i n ga r e as o i l sa n d n o n c a r c i n o g e n i ch a z a r dq u o t i e n tw e r ea l s oa s s e s s e d o fp r e s e n ts i t u a t i o na s s e s s m e n t s e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yi n s o i l so fm i n i n g a r e a si sr a t h e rg o o di ng e n e r a l c u r r e n t l yo n l yc di np l o t3 群i ne a s to fx i n z h u a n g z i m i n ea n dp l o t1 群i ns o u t ho fx i n z h u a n g z im i n ei sb e y o n dt h es t a n d a r di n d e x a n d t h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l si ns u r f a c ew a t e ro f p a r to fm o n i t o r i n gp l o t si nm i n i n g a r e an e a r b yi sb e t t e rt h a n c o r r e s p o n d i n ge n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d n i c o n t e n t si nk e yc r o pp r o d u c t si nt h ev i c i n i t yo fp a n s a nm i n ea n dw h e a tn e a r b y x i n z h u a n g z im i n e a n dt h ec o n t e n t so fh e a v ym e t a l si nc r o pp r o d u c t si no t h e rp l o t s a r ei nt h er a n g eo fs t a n d a r dv a l u e s i nh e a l t ha s s e s s m e n t s i n g l eh e a v ym e t a lp o l l u t i o nn o n c a r c i n o g e n i cr i s kv a l u ea n dt o t a l n o n c a r c i n o g e n i cr i kv a l u ei ns o i l so fa s s e s s m e n ta r e a sa r eb e t hl e s st h a n1 w h i c hi n d i c a t e s t h a tn o n c a r c i n o g e n i cr i s ks t a t u so fh e a v ym e t a li ns o i l so fa s s e s s m e n ta r e a si sa c c e p t a b l e b u tt h ec a r c i n o g e n i cr i s ks t a t u so fa sa n dc ri ng i v e na r e a si sb e y o n da c c e p t a b l el e v e l s w h i c hr e v e a l st h a tp e o p l ee x p o s e dt os o i l si nm i n i n ga r e a sm a yc a u s es o m ec a r c i n o g e n i c r i s k s t h ec o n t e n t so fa sa n dc ri ns o i l so fg i v e na r e a sw a sg i v e na p r o p o s e dr e h a b i l i t a t i o n v a l u e c a r c i n o g e n i cr i s k sb ys o i l si ng i v e na r e a sa r em a i n l yc a u s e db yo r a li n g e s t i o n a n da p r o p o s e ds o i lr e h a b i l i t a t i o nv a l u ew a sp u tf o r w a r db a s e do no r a li n g e s t i o np a s s a g e k e y w o r d s h u a i n a n m i n i n ga r e a s o i lp o l l u t i o n c u r r e n te v a l u a t i o n h e a l t h y a s s e s s m e n t 2 目录 第一章绪论 1 1 1 矿产资源开发可能引起的环境问题 1 1 2 矿区土壤重金属污染现状 一j 3 1 2 1 矿区土壤重金属污染现状 3 1 2 2 土壤重金属存在形态及其环境影响 3 1 3 国内外土壤健康风险研究现状 4 1 3 1 环境风险及环境风险评价的概念 4 1 3 2 国内土壤健康风险研究现状 5 1 3 3 国外土壤健康风险研究现状 5 1 4 课题来源及研究目的 5 1 4 1 课题来源 5 1 4 2 研究内容 5 1 4 3 研究目的和意义 6 第二章研究区域概况 7 2 1 淮南市概况 7 2 1 1 自然环境概况 7 2 1 2 社会环境概况 9 2 2 淮南煤矿区地质特征 1 0 2 3 淮南矿区生态环境破坏情况 1 0 第三章研究区土壤重金属污染现状评价 1 2 3 1 研究范围及布点情况 1 2 3 2 研究项目确定及现状调查结果 1 2 3 2 1 研究项目确定 1 2 3 2 2 重金属现状调查结果 1 2 3 3 研究区域现状评价 1 7 3 3 1 评价标准 1 7 3 3 2 评价方法 19 3 3 3 评价结果 2 2 第四章矿区土壤重金属污染健康风险评价 3 3 4 1 概述 3 3 4 2 健康风险评价工作程序 3 4 4 3 评估模型确定及污染土壤暴露量计算 3 4 4 3 1 评价模型确定及参数值选取 3 4 4 3 2 暴露量计算结果 3 6 4 3 3 毒性评估 3 6 4 插图清单 图2 1淮南地理位置图 7 图2 2淮南市采煤塌陷区分布图 1 l 图3 1淮南市土壤环境采样点位置分布图 1 3 图3 2淮南市矿区土壤c d 元素界定图 2 6 图3 3淮南市矿区土壤c r 元素界定图 2 6 图3 4淮南市矿区土壤c u 元素界定图 2 6 图3 5 淮南市矿区土壤h g 元素界定图 2 7 图3 6淮南市矿区土壤a s 元素界定图 2 7 图3 7淮南市矿区土壤n i 元素界定图 2 7 图3 8淮南市矿区土壤p b 元素界定图 2 8 图3 9淮南市矿区土壤z n 元素界定图 2 8 表4 1 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表格清单 要有色金属矿采矿占地情况 2 南市土壤环境背景值 1 4 南市土壤环境重点地表水数据 1 4 南市矿区土壤重点数据 1 5 南市土壤环境重点农产品数据 1 6 壤环境质量标准值 1 8 表水环境质量标准值 i i i 类 1 8 壤环境重点农产品重金属含量标准值 1 9 因子指数法评价标准 2 0 梅罗综合污染指数法土壤污染等级表 2 0 据地质累积指数法土壤污染级别划分表 2 1 集因子与重金属污染程度的关系 2 l 区土壤重金属污染单因子指数法评价结果 2 4 区土壤内梅罗综合污染指数评价结果 2 9 南矿区污染物综合评价结果 3 1 南市土壤环境重点地表水重金属单因子评价结果 3 1 南市土壤环境重点农产品重金属污染评价结果 3 2 三种途径暴露量计算结果表 3 6 参数s f 及r f d 的取值 3 6 矿区土壤重金属污染致癌风险及非致癌危害商评价结果 4 0 单一污染物不同暴露途径的致癌风险贡献率 4 2 不同污染物所有暴露途径的致癌风险贡献率 4 2 6 第一章绪论 土壤 是由多层厚度各异的矿物质成分所组成大自然主体 是覆盖于地球 陆地表面的疏松物质层 它具有肥力特征 能够生长绿色植物 是人类赖以生 存的最重要的自然物质要素之一 是社会经济持续发展的基础 近年来 由于社会经济的发展 人类活动对自然界的影响不断加剧 人为 产生并释放到自然界土壤中的各类污染元素不断增加 造成局部土壤不同程度 的污染 其中表现最为突出的是重金属污染土壤 因为土壤中的重金属的去向 只能通过生物富集 进而导致土壤的生物种类和数量急剧减少 生物种群的结 构及功能发生改变 另外 土壤中的重金属还可以通过食物链进入人畜体内 对人畜健康产生危害 最为典型的重金属污染事件是上世纪5 0 年代日本发生的 骨痛病和水俣病i l 因此 土壤重金属污染问题已成为目前学术界研究的重要 课题 本文研究的主要是淮南矿区的重金属污染情况 众所周知 煤炭是重要的 能源材料 为人类社会经济的发展提供了重要的能源支撑 但在煤炭开采过程 中产生了大量的固体废物 这些固体废物的长期堆积可能会对局部土壤产生重 金属污染 因此 对矿区土壤污染程度及环境风险作出合理评估 明确土壤污 染物的空间布局对强化相应的环境管理 改善区域环境质量及保护人来健康具 有重要的现实意义 1 1 矿产资源开发可能引起的环境问题 矿业是一种最古老而又最重要的工业 矿产资源开采为人类提供了燃料 各类化工原料 建筑材料等多种生活和生产的必须品 矿产资源是地壳在其长 期形成 发展与演变过程中的产物 是自然界矿物质在一定的地质条件下 经 一定地质作用而聚集形成的 不同的地质作用可以形成不同类型的矿产 矿业 的发展为人类创造了无数的文明和繁荣 但是 作为其特定的产业属性 不可 避免的带来了各类环境问题 1 占用和破坏土地资源 矿山开采占用和破坏的土地资源主要包括 采矿场占地 废渣堆放占地 矿区修路占地 建设厂房占地及塌陷区占地 2 据统计资料 我国每年因矿产 开采产生的固体废物1 3 3 8 亿吨 每年由各类尾矿 废石及废渣直接破坏和侵 占土地面积多达1 4 0 万一2 0 0 万公顷 并且以每年2 0 0 0 0 公顷的速度递增 2 0 0 0 年的增加速度达到3 4 0 0 0 公顷 年1 3 刘琦等 4 编制的 淮南市环境质量报告书 2 0 0 8 年度 显示 淮南市全市煤矸石产生量1 2 0 8 7 7 万吨 粉煤灰产生量 5 2 5 9 9 万吨 分别较上年增加5 8 7 6 3 8 7 3 杨西飞 3 在对主要有色金属铜 矿和铅锌矿采矿场和塌陷区占地面积统计结果见表1 1 表卜1主要有色金属矿采矿占地情况单位 万公顷 由以上论述及资料可以看出 矿山开采过程中占用和破坏土地资源的量是 相当巨大的 2 对大气造成污染 煤矿区大气污染主要为煤烟型大气污染 其主要污染源为煤矿在开采过程 中产生的有毒有害气体 烟尘及粉尘 煤矸石在堆放过程中风化或自燃产生的 悬浮于大气中的气态污染物 2 这些悬浮颗粒中含有一定量的重金属污染物 通过呼吸系统进入人畜体内 对人畜健康造成危害 3 对地表及地下水资源造成污染 矿区开采过程中产生的废水有很多 一般来说 主要有矿井水 选矿废水 废石淋滤水 使用化工原料产生的废水及矿区职工生活污水 其中矿井水是排 放最多的废水 主要污染物来自开采和运输过程中的散落物及伴生矿物分解氧 化 据统计 当前全国每年煤矿开采产生的外排矿井废水量约为2 2 亿吨 选煤 废水约为o 2 8 亿吨 其他工业废水产生量约为0 3 亿吨 生活污水4 亿吨 5 1 这些废水中含有大量的重金属污染成分 不仅会影响地表水环境质量 还会通 过渗滤进入地下 从而污染地下水 造成水资源枯竭 危害人类生存环境 4 对生态及地质环境产生的影响 矿产资源开采引发森林植被破坏 山体崩塌 滑坡 泥石流 水土流失 采矿塌陷区造成地表变形 沉降 地震 岩溶塌陷等地质环境破坏 据 淮南环境质量报告书 2 0 0 8 年 1 9 4 9 2 0 0 0 年 淮南市累计生产原 煤5 1 2 亿吨 采煤塌陷区总面积 不含谢桥与张集煤矿 下同 7 2 6 2 1 7 公顷 1 9 9 9 年 下同 在采煤塌陷区中 国家统配煤矿6 2 7 6 8 9 公顷 地方煤矿 9 8 5 2 8 公顷 淮河南岸老矿区 西部自八公山区西北端的孔集矿至李郢孜二矿 全长2 2 公里 采煤塌陷区长1 7 9 5 公里 东部沿舜耕山向东延伸至原九龙岗矿 全长1 8 公里 采煤塌陷区长7 3 5 公里 淮河南岸全矿区采煤塌陷区长2 5 3 公 里 宽0 0 5 1 8 8 公里 采煤塌陷土地总面积5 3 2 8 6 4 公顷 淮河北岸潘集矿区 采煤塌陷区 主要是袁庄西北1 1 0 8 5 2 公顷的采煤塌陷区域 淮河北岸新集矿 区采煤塌陷区 主要是岳文章家村附近8 2 5 0 1 公顷的采煤塌陷区域 此外 位 于颍上县东南端谢桥镇的谢桥煤矿1 9 9 6 年投产 已形成采煤塌陷区1 9 5 公顷 1 9 9 9 年与1 9 8 6 年相比 全市采煤塌陷区面积增长6 0 1 5 年均增长3 6 9 淮河北岸潘谢矿区总体设计建成8 对矿井 设计能力 年产原煤2 6 5 0 万吨 矿区面积8 6 5 平方公里 据分析 2 0 4 3 年 潘谢矿区第一水平原煤采完后 塌 陷土地3 7 0 8 0 公顷 3 1 2 由此可见 矿产资源的开采对地质环境的影响是巨大的 给矿区生态环境 保护工作提出了严峻的课题 1 2 矿区土壤重金属污染现状 1 2 1 矿区土壤重金属污染现状 自然环境是人类生活和生产的基础 但人类的生活或生产活动又会对自然 环境带来一定的破坏 正如矿产资源开采在发展国民经济的同时 带来了严重 的环境问题 其中很重要的一个方面是土壤重金属污染问题 目前 国内外很 多专家 学者在土壤重金属污染方面做了大量的研究工作 矿区土壤重金属主 要来源于矿山矿山开采和冶炼过程中各类废水的直接排放及降雨对矿区废石和 尾矿的淋滤 使矿区土壤中富集了大量的重金属 6 1 对土壤造成了污染 我国矿产资源较为丰富 在金属矿产资源开发利用过程中也造成不同程度 的土壤污染 具有涉及面大且污染严重的特点 徐友宁等 7 对小秦岭某金矿区 农田土壤进行采样分析发现其重金属h g p b c u z n c d 含量均值不同程度 超过了国家土壤环境质量相应标准 样本超标率分别为4 3 1 6 1 2 8 7 5 2 3 0 1 和2 2 5 雷鸣等 s 通过对湘南某铅锌矿区附近的菜园土和水稻土进行取 样分析发现 菜园土重金属p b c d c u 和z n 的总量分别达到国家土壤环境质 量二级标准 g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 蔬菜地标准 8 的5 1 3 3 2 3 3 和8 0 倍 水 稻土重金属p b c d c u 和z n 的总量分别达到 g b l 5 6 1 8 一1 9 9 5 农田标准 9 的2 6 1 2 0 0 2 和1 9 倍 可以看出两种土壤都受到重金属p b c d c u 和 z n 的严重污染 1 2 2 土壤重金属存在形态及其环境影响 土壤中积累的重金属对动植物生长发育的影响可从两个方面进行考虑 一 是考虑其存在量的问题 二是考虑其存在的形态 重金属在土壤环境中存在量 的不同 对环境的影响差别很大 人们在研究重金属存在量的问题时更多的关 注其是否过量或毒害问题 部分重金属是动物及人体生长发育必需的微量营养 元素 不可缺失 而有些重金属为有毒有害元素或过量后会对人体产生毒害作 用 土壤不同组分之间重金属的分配是决定重金属对植物有效性的基础 一种 离子由固相转移到土壤溶液中 是土壤中增加该离子对植物有效性的前提 1 0 自然界中重金属的过量问题通常是人为活动引起的 学术界正对此作不断的研 究 进入土壤环境中的重金属元素 通过溶解 沉淀 凝聚 络合和吸附等各 种不同的化学反应 形成不同的化学形态 不同形态之间受土壤理化特性及其 环境因素的影响存在一个动态平衡 这些重金属在土壤中的形态变化直接影响 到它的化学活性和生物有效性并通过土壤一植物系统经食物链进入动物和人 3 体 危害人畜健康和安全 2 因此 考虑重金属元素的环境影响及对人体的危 害 不仅要了解量的因素还要考虑其在环境中的存在形态 有关重金属形态的 定义 目前还没有统一的定义 一般说来 它是指重金属元素在环境中实际存 在的离子或分子的形式 包括元素原子所具有的价态 化合态 结合态和结构 态四个方面 不同的存在形态其生物毒性及环境行为是不同的 根据资料显示 c r v i 的毒性比c r 1 i 要大1 0 0 倍左右 另外 重金属在自然界中的迁移和转 化是由其不同的存在形态决定的 并由此产生的化学毒性和生物有效性也是不 同的 因此 研究重金属元素在自然界中的存在形态对保护及改善土壤环境质 量 降低或避免对人体健康的危害是十分必要的 1 3 国内外土壤健康风险研究现状 1 3 1 环境风险及环境风险评价的概念 风险一般是指遭受损失或损伤或毁坏的可能性 其意义为一定时期有害事 件发生的概率与有害后果的乘积 环境风险是指人们在生产或生活过程中所遭 遇的突发性事故及由此产生的对环境 健康或生态系统破坏等 的为害程度 其表征值r 为事故发生概率p 与其环境危害程度c 的乘积 环境风险评价 e r a 狭义的说是指有毒有害化学物质危害人体健康或生 态系统的可能程度的概率估算 并提出预防 应急与减缓措施 广义的说是对 人类活动和各种自然灾害引起的风险进行评估并提出防范和降低风险的方案和 措施 环境风险评价国外始于上世纪7 0 年代初 国内萌动于上世纪8 0 年代中 期 土壤环境风险评价是环境风险评价在环境土壤领域的一个分支 起步较晚 目前尚没有形成完整的体系 国内外许多专家学者正积极探索研究 研究较多 的有土壤重金属污染风险评价及其他化学物质污染土壤风险评价 这方面的研 究往往与地下水及地表水污染联系在一起 目前 土壤风险评价通常有分为两 个方向 即健康风险评价和生态风险评价 健康风险评价是基于土壤污染元素 对人体健康的影响及危害程度来考虑的 通过定性表述或定量的计算得出其对 人体健康的危害度 并由此提出预防及土壤修复方案 给决策者提供依据 生 态风险评价是研究一种或一种以上外界因素可能引起不利生态环境的影响 并 提出相应解决方案的过程 其重点是研究外环境因素对生物群落或生态系统的 不利影响 是建立在生态学和生态毒理学等学科基础之上 生态风险评估已受 到世界性的关注 相关的研究在不断地深入和拓展 主要体现三个方面 即生 态毒理研究 生态效应预测与风险表征的模型研究以及概率风险评估在生态风 险评估中的研究与运用 4 1 3 2 国内土壤健康风险研究现状 就我国而言 健康风险评估虽然起步较晚 目前在评估方法 评估基准及具 体评估工作等方面也取得了一定进展 例如 胡二邦 等较详细介绍了健康风险评估 的技术与方法 李志博 1 2 等在土壤环境质量指导值与标准研究i i 污染土壤的健康风险 评估中介绍了风险评估的模型 1 9 9 9 年国家环保总局发布了 工业企业土壤环境质量 风险评价基准 2 0 0 7 年北京市制定并发布了 场地环境评价导则 2 0 0 9 年国家环 保部颁布了 污染场地风险评估技术导则 征求意见稿 系统阐述了部分重金属污 染健康风险评估的基准与方法 就具体的评估工作而言 杨刚 1 3 等人对雅安市耕地重 金属进行了健康风险评价 并确定了土壤重金属对人体危害的大小 张伯尧 1 4 在其硕 士论文中对兰州市菜地土壤重金属进行了健康风险评估 陈华 l5 等人利用线性回归建 立了土壤风险基准值与健康风险值的量化关系 徐勇贤 1 6 等人对长三角部分区域蔬菜 地重金属进行了健康风险评估 赵肖 1 7 1 等评估了因污水灌溉引起的土壤a s 污染 暴露风险 郭淼等 1 8 1 9 估算了天津地区人群对六六六的暴露剂量 李正文等 2 0 通过研究水稻籽粒中c d c u 与s e 的含量 简单估计了人类膳食摄入风险 2 1 1 一 总体来看 由于我国还没有建立完善的适合中国国情的评估方法与程序 土壤环境健康风险评估很多是以国外评估方法为主 当前我国可以研究的污染 物的种类还比较少 1 3 3 国外土壤健康风险研究现状 1 9 8 3 年美国国家科学院提出了健康风险评估的定义与框架 提出健康风险评估四 步法 即危害判定 剂量 效应关系评估 暴露评估和风险表征 随后 美国环境保 护署又颁布了针对健康风险评估的一系列技术性文件 导则和指南 如 健康风险评 估导则 暴露风险评估指南 暴露因子手册 超级基金场地健康风险评估手册 等 后来 部分欧洲国家如荷兰 英国等也相继建立了健康风险评估体系 总体说来 污染土壤健康风险评估在国外经历了起步阶段 2 0 世纪9 0 年 代初 发展阶段 2 0 世纪9 0 年代中 后期 和基于g i s r s g p s 技术的快速 发展阶段 2 0 世纪9 0 年代末期至今 1 4 课题来源及研究目的 1 4 1 课题来源 本课题源自国家环保部2 0 0 6 年开展的全国土壤污染状况调查项目 论文针 对安徽省淮南市矿区土壤重金属污染情况调查数据进行现状评价及健康风险评 估 1 4 2 研究内容 l 通过对淮南市自然地貌 气象水文 土地利用现状 开采历史 矿区塌 5 陷等情况进行全面调查 确定淮南矿区基本概况及重金属的污染特征 2 对矿区土壤及水体调查及监测数据进行分析研究 选用合适的模型和方 法对矿区的土壤重金属污染情况进行现状评价及健康风险评估 并对得出的结 论进行分析比较 3 针对现状评价及健康风险评价结果 提出土壤环境重金属污染物含量建 议修复限值 1 4 3 研究目的和意义 通过本项目研究可全面了解安徽省淮南市 主要为矿区 土壤重金属污染 现状及健康风险情况 找出重点污染源及污染点位 对整个淮南矿区的土壤污 染防治及后续管理等具有重要的实际意义 6 第二章研究区域概况 2 1 淮南市概况 2 1 1 自然环境概况 1 地理位置 淮南市地处安徽省中北部 淮河中游 位于东径1 1 6 0 2 1 2 1 1 1 7 0 1 1 5 9 北纬3 2 0 3 2 4 5 3 3 0 0 0 2 4 海拔1 6 5 2 4 0 米 地形标高1 8 2 7 米 自西北向 东南 坡降1 1 0 0 0 0 淮南地跨淮河两岸 东与滁州市辖凤阳与定远两县毗邻 南依舜耕山与合肥市属长丰县接壤 西与六安市辖寿县 阜阳市属颍上县相连 北与毫州市辖蒙城县 蚌埠市属怀远县相接 全市总面积2 1 2 1 4 4 平方公里 占全省总面积的o 7 8 淮南市地理位置见图2 1 纛曩 1 1 一 度船县 一 j 剃事县 7 喃曩 i i i i i b 嘲 t 岛善 嗣姻县 厂 一 图2 1 淮南地理位置图 2 地形地貌 淮南位于江淮丘陵与黄淮平原的交界处 地貌类型兼有平原和丘陵的特点 地形较为复杂 山丘 岗地 平原 湖洼 河流湖库兼而有之 淮河由西向东横穿全市 淮河北岸为地势平坦的淮北平原 淮河南岸为丘 陵地区 市区由丘陵到淮河 自南向北依次递减为斜坡地带 洪冲积二级阶地 淮河冲积一级阶地 淮河高位漫滩 淮河滨河床滩 地貌类型分丘陵 岗地 河谷平原 河间浅洼平原 河流湖库等 淮南的区域地层 属华北地层区 淮河地层分区 淮南地层小区 地 层发育主要为上太古界 上元古界 下古生界 中生界 新生界 淮南的地质构造单元 属中朝准地台 淮河台坳 淮南陷褶断带 区内地 面与构造走向特征 西西北向 n w w 居主导地位 3 土地面积 淮南市总面积2 1 2 1 4 4 平方公里 其中 平原1 9 6 7 9 平方公里 占总面积 的9 2 7 6 水域9 0 5 1 平方公里 占总面积的4 2 7 山地 5 0 米等高线以上 6 3 0 3 平方公里 占总面积的2 9 7 在总面积中 市区面积1 0 9 1 4 4 平方公里 其中 平原9 8 8 0 7 平方公里 占市区面积的9 0 5 3 水域4 9 7 6 平方公里 占 市区面积的4 5 6 山地5 3 6 l 平方公里 占市区面积的4 9 1 风台县面积 1 0 3 0 平方公里 其中 平原9 7 9 8 5 平方公里 占全县面积的9 5 1 3 水域4 0 7 3 平方公里 占全县面积的3 9 5 山地9 4 2 平方公里 占全县面积的0 9 2 4 气象 气候 淮南市地处亚热带与暖湿带的过渡带 属暖温带半湿润大陆性季风气候区 基本特征是 春暖 夏热 秋凉 冬冷 四季分明 气候温和 光照充足 热 量丰沛 无霜期长 季风显著 雨热同季 年内冬季 受北方冷空气的控制 晴日多 气温低 降水少 春季 气温回升快 降水量逐渐增多 受南北冷暖 空气活动影响 天气多变 气温不够稳定 夏季 受副热带高压控制 气压偏 低 高温多雨 秋季 晴朗天气偏多 时有秋雨连绵 淮南近五年平均气温1 6 3 最热为7 月份 历史极端最高气温4 1 2 1 9 5 9 年8 月2 3 日 最冷为1 月份 历史极端最低气温一2 2 2 1 9 5 5 年1 月6 日 昼夜与区域较差大 一般昼间气温高于夜间 市中心区气温高于郊区 日内最 高气温出现在1 4 时左右 最低气温出现在日出前 淮南的全年平均日照时数 2 2 7 9 2 小时 冬季夜长昼短 年内l 2 月份日照时数最少 3 4 月 多阴雨天 气 期间日照率最低 8 月份后 雨季基本结束 多晴热天气 期间日照时数 最多 日照率最高 淮南的常年主导风向东风 夏季主导风向东南风 冬季主导风向东北风 1 9 9 6 2 0 0 0 年平均风速2 7 米 秒 年内春季风速最大 平均3 2 米 秒 冬夏季 次之 平均风速均为2 8 米 秒 秋季风速最小 平均2 5 米 秒 5 地表水 淮南市主要地表水系是淮河 淮河发源于河南省桐柏山 流经河南 安徽 江苏 山东四省 是我国五大水系之一 也是全市工农业生产与人民生活的主 要水源 淮河在淮南境内的主要支流有 济河 西淝河 东淝河 岗河 架河 泥河 黑河 永幸河 茨淮新河 窑河 由于治理淮河 开源截流 因而沿淮 河低洼地带形成 焦岗湖 瓦埠湖 施家湖 花家湖 戴家湖 钱家湖 十涧 湖 芦家沟 汤渔湖 蔡城塘 胡大涧 高塘湖等1 2 个湖泊 此外 还有南塘 丁山 乳山 罗山 泉山 曹岭等6 座水库 以及大通 谢家集 八公山矿区 形成的采煤塌陷水域 8 淮河在淮南境内长7 1 3 公里 河道宽一般4 0 0 米左右 枯水期河道宽一般 2 5 0 3 0 0 米 丰水期河道宽一般4 0 0 8 0 0 米 净水域面积2 1 5 平方公里 历史 最高水位 19 5 4 年7 月2 7 日 2 4 0 3 米 最低水位 1 9 5 3 年 1 2 3 6 米 建蚌 埠闸后最低水位1 5 1 3 米 年平均流量8 1 3 立方米 秒 最大流量1 2 7 0 0 立方米 秒 19 5 4 年7 月2 5 日 最小流量0 5 立方米 秒 1 9 7 8 年 9 0 保证率 年 平均流量3 0 0 立方米 秒 多年最枯月平均流量2 0 立方米 秒 年平均含砂量0 5 8 l 千克 立方米 最大含砂量1 7 2 千克 立方米 最小含砂量o 0 0 2 千克 立方米 6 地下水 淮南市辖区内 地下水分布与江淮丘陵地区的地下水分布基本相同 第四 纪地层中的潜水和承压水 主要分布在淮河沿岸的河漫滩及一级阶地 在洛河 姚家湾以西呈带状分布在两区 含水层较厚 水量较大 水源区主要开采q i i 第2 组冲积中细砂含水层 该区地下水的补给为基岩裂隙 地下暗河补给 市区内冲积 洪程 残坡积粘土中的地下水 系土中上部滞水 属潜水层 这类地下水分布 埋藏条件 变化与一般地下水不同 本身无一定规律 水位 水量直接受地表水影响 此类水靠降雨补给 水位埋深一般0 5 1 5 米 7 煤炭资源 淮南煤田地处昆仑至秦岭纬向构造带的东南端 华北型煤田分布区的南缘 东起定远县 西至安徽省界 南达长丰县 北抵阜阳市 煤藏分布 淮南 定 远 怀远 长丰 寿县 风台 颍上 阜南 阜阳 利辛 临泉等1 1 个市 县 位于东径1 1 5 0 5 0 一1 1 7 0 4 5 北纬3 2 0 2 5 一3 3 0 1 0 煤田东西长2 7 0 公里 南北宽 1 5 2 5 公里 总面积7 2 5 0 平方公里 含煤面积3 2 0 0 平方公里 煤田为复向斜 构造 边缘褶皱裂发育 含煤地层为石灰 二叠系 主要开采二叠系山西组与 石盒子组煤层 煤系大致呈东西向分布 含煤一般为3 8 层 可采煤层1 3 1 8 层 可采总厚度2 5 3 3 米 8 0 0 米水平 局部 1 0 0 0 米以上 总储量1 4 3 2 亿吨 精查储量9 0 亿吨 煤层倾角1 0 0 3 0 0 大部分属于缓倾斜 倾斜煤层 部分为 急倾斜或倒转煤层 现开采水平普遍达 6 0 0 米 主要煤种为气煤 1 3 焦煤 原煤低位发热量一般在2 3 0 2 8 5 2 8 4 7 1 6 千焦 千克 属中 特 低硫 低磷煤 适于炼焦 动力 化工 陶瓷生产用煤 2 1 2 社会环境概况 淮南市南面靠山 北濒平原 淮河横贯全市 市辖六区 田家庵区 大通 区 谢家集区 八公山区 潘集区 毛集实验区 一县 风台县 田家庵 区为全市主城镇中心区 淮南市总面积2 1 2 1 4 4 平方公里 其中 市区1 0 9 1 4 4 平方公里 城市建成区面积7 5 0 平方公里 全市总人口约2 4 2 5 万 9 2 2 淮南煤矿区地质特征 淮南煤田 淮河南岸老矿区 位于昆仑一秦岭纬向构造带的东南端 为华 北型煤田分布区的南缘 目前 老矿区地处淮河南岸复向斜构造的南翼 井口 附近多为低矮丘陵与冲积平原过渡地带 地势西高东低 整个老矿区东西端及 中部走向转折部位 属于倒转地层 八公山附近的新庄孜与谢家集矿区为缓倾 斜的单斜煤层 煤系分布范围内 主要断层为西西向与西北向两组 互呈埽状 分布 而与煤层走向斜交 煤层呈2 0 0 9 0 0 斜角 淮河北岸潘谢矿区 自东北 向西南斜跨于淮南向斜之上 主要由轴向东南一近东西向互相衔接的潘集 丁集 背斜 陈桥背斜 立新向斜 武集 陈倪背斜 谢桥 古沟向斜的f 5 淮河之间 的部分组成 潘谢矿区内断裂构造相当发育 受南北向压应力的挤压作用 形 成南北两侧大的走向压扭性逆冲断层 致使部分地层直立倒转 此外 尚有东 北向的斜切断层 同时还受西北向断层的影响 构成了极为复杂的潘谢矿区内 部构造 潘谢矿区内有两组断层 即 尚杨断层与阜凤断层 尚杨断层为正断 层 位于市区北端 向北倾斜 倾角7 0 0 8 0 0 落差 3 0 0 米 是潘谢矿区边界 断层 阜风断层为逆断层 位于市区南部 往南倾斜 倾角6 0 0 7 0 0 落差 1 5 0 1 5 0 0 米 与煤层走向斜交 是潘谢矿区的西部断层 这两组断层均为活动 断层 毗邻断层有1 5 6 条 潘谢矿区东部的潘集 丁集背斜以南 1 5 1 6 号线背 斜轴部的南北两侧 有 火成岩 活动 2 3 淮南矿区生态环境破坏情况 淮南矿区位于安徽省北部的淮河两岸 建国以来 淮南煤矿 为国家经济 建设做出了重大贡献 然而 煤炭开采伴随的塌陷区在不断扩展 淮南矿产资 源开发伴随的生态环境破坏主要表现有四 首先 矿产资源开采引发森林破坏 山体崩塌 山体滑坡 泥石流 水土流失 其次 石灰石加工利用过程中排放 大量的废气及其扬尘 导致区域环境空气质量变劣 再次 废石与煤矸石长期 大量堆存 污染物形成蓄积性影响 区域环境污染负荷不断加重 最后 采煤 塌陷区造成的植被破坏与地表变形 沉降 地震 岩溶塌陷等 使矿区生态环 境恢复成为难题 淮南煤田是中国东部地区煤层气资源量较多 抽放量较大的煤 田 淮南市采煤塌陷分布情况见图2 2 1 0 第三章研究区土壤重金属污染现状评价 3 i 研究范围及布点情况 因本研究课题源自国家环保部2 0 0 6 年开展的全国土壤污染状况调查项目 项目在采样布点时考虑到自然环境和社会经济数据多以行政区域为单位来收 集 本次调查的范围以淮南市行政范围为基础 实际研究范围将具体到部分矿 区的实际覆盖范围及其部分周边地区 本次评价主要就研究区域内的重金属污 染情况进行分析 按照 全国土壤污染状况调查技术规定 的有关要求 根据污染场地污染 特征 单独或综合采取网格法 扇形法 带状法 放射线法等方法布点 确定 点位密度和具体点位 并采集相应的土壤 地表水及农产品样品进行分析 淮南市土壤环境采样点位置分布情况见图3 1 3 2 研究项目确定及现状调查结果 3 2 1 研究项目确定 论文主要以淮南市矿区土壤重金属污染为研究对象 结合国家环保部2 0 0 6 年开展的全国土壤污染状况调查项目 确定本次研究的主要内容为矿区土壤及 周边收影响区域的地表水及农产品重金属污染情况 研究项目主要为包括 镉 汞 砷 铜 铅 铬 锌 镍等8 种重金属元素 其中砷从其密度上尚不能归 为重金属类 但由于其化学性质及在环境中的行为表现出与重金属相似特征 常被成为类重金属 本次研究将其作为重金属考虑 3 2 2 重金属现状调查结果 本文数据来源于2 0 0 6 年开展的全国土壤污染状况调查中安徽省淮南市采 矿区周边土壤采样调查结果 土壤样品采自耕作层 所取样品为o 2 0 c m 或o 1 5 c m 表层土壤混合样 布点采样和样品测试按照 全国土壤污染状况调查技术 规定 中的要求进行 其中 采矿区及周边可能影响到的地表水及农产品污染 数据参照相关标准及技术规范要求采集 研究范围内重金属现状调查结果分别 见表3 1 3 4 1 2 匦 梏 求 唰 遥 壮 米 磐 酶 群 刊 棰 控 樊 i n 匝 寸 寸 o 卜卜寸o o n 寸o oh 卜峪n o on o 0 n 夺母o 0 h n 卜 0 hn卜 ho 0n o n n o o o寸价n心oo o 心nhh卜o 0 寸 n o 0 寸 寸一o 0 卜心寸 o o h n o o 0 卜 口 oo o n o心oo on寸n卜oo o n 卜oo o 吗 卜oo 0 岔 n口oo 0 寸o n o o n o 0 岭岭ho 0 n o o o o h 岭n n o od n h n o o 价 n寸no o o oo no n c o 幽oo n n o 衄0 0 h no 衄 小 n o 衄o n n 心寸n o o卜o n n o o n n o o寸o n n o 0一 寸寸o o o 寸o o n一心 寸o o 西 anoo o 岔寸寸o o o n 寸o o o n n o o 0 寸hn崎oo 0寸 崎n o o o寸西 noo 0 n o 寸o o o o n o o o o寸n h o o o 0 ooo 0 n n o o o o o n o o o o岭 nooo o 僻黉困球晕蜓 卜 懈署困球摹蜓 崎长搽舞匠球葚蜓 n长懈舞困涨尊蜓 寸 群舞围球皋辫 n繁懈舞圆球辜蜓 n 擀霉困球皋桀 a卜一一 寸 寸n 卜iio寸 寸n卜卜一一 寸 寸n 心卜一一 寸 寸n n卜一一 寸 寸n寸卜一一 寸 寸nn卜一一 寸 寸n 嗥簌 僻嗣哑恻骡薛鞴刊怛证樊n c僻 卜 9 n k 寸 6 n 式心 寸n n n nn ns h n 卜n n n n o n 匕 n 寸n 岭盘 6n n 8 n o d 均n t o 卜n o 0 口 崎ho o n 岭叼h o 0 卜寸o o 卜寸 心n 6 n n 岭 9 n a 9 n 卜n 岭卜 口 卜h o 田卜 n oa卜o 0 n o n 卜o o n 卜a o o卜卜n寸卜o o 卅 磷稚冷 州 雕椭余 卅 雕讯会 趔露 拓 世张赴球札 萁 世联心涨救 拓 世枨弧涨救 onhn ho寸 寸no吼on一一一 寸 寸n o寸on 一一 寸 寸n a n 叠厶 王 j u u 口u 皿群徊器 剥脉群州 删攀挺铎 妒骠q 趔蟥牡螺薛鲜州怪怔瓣 h c 擗 z a n 叶 口n 6 a n o a 厶寸h 冀 1 一昏6 岭寸 o n h 0 n 6 寸心 n 寸8 心寸口 寸寸 卜寸 寸 6 寸 o n9 o 6 叩 d 一啦卜 n 寸 n 寸 8 nn 式寸 q n a 0 n心 一n n 9 n岔 n 8 n冀寸n 口 一 n c n n n n 式na 式n 一 c n d n a c nn n n 寻n t t n n 寸n匕n nt 寸n厶 n n i na i nn n 寸t 吼n蛤 i 寸 i i n 一寸 nn 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