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铜坑矿区蔬菜和土壤汞污染研究及来源解析邱炜 固废处 置与 处理 铜坑矿区 蔬菜和土壤汞污染研究及来源解析 St u d y o n Me r c u r y Po l l u t i o n i n Ve g e t a b l e s a n d So i l s i n To n g k e n g Mi n i n g Ar e a a n d I t s So u r c e s An aly s is 邱炜 。 一 ，罗先熔 1 ．青海省地质矿产研 究所 ，青海西宁8 1 0 0 1 2； 2 ．青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海 西宁8 1 0 0 1 2 ； 3 ．青海省地质调查院，青海西宁8 1 0 0 1 2 ； 4 ．桂林理工大学广西地质工程 中心重点实验室，广西桂林5 4 1 0 0 4 摘要 为 了深入 了解铜 坑矿 区的汞污染状 况，就矿 区 内蔬菜 、土壤 中的汞进 行 了含量研 究，指 出了矿 区汞污染 传播途径以及可能造成居民受汞污染的途径 ，最后针对矿区内不同污染程度的尾砂坝、山地、农田、住宅等不同地 区 提 出了针对性 的治理方案 。 关键词 汞 污染；蔬 菜；土壤 ；铜坑矿 区 中图分类号 X 5 3 文献标识码 A Ab s t r a c t ．I n o r d e r t o s t u d y t h e e n v i r o n me n t a l i mp a c t s o f me r c u r y p o l l u t i o n ， t h i s a r t i c l e r e s e a r c h e d t h e me r c u ry q u a n t i t y i n v e g e t a b l e s a n d s o i l s i n T o n g k e n g mi n i n g a r e a ， a n d p o i n t e d o u t t h e t r a c k s o f me r c u ry p o l l u t i o n a n d me r c u ry p o l l u t i o n f o r r e s i d e n t s ． I t a l s o b r o u g h t o u t t r e a t me n t me t h o d s f o r d i f f e r e n t p o l l u t i o n a r e a s s u c h a s t a i l i n g d a m，h i l l ， f a r m a n d r e s i d e n t i a l a r e a ． Ke y wo r d sMe r c u ry P o l l u t i o n；Ve g e t a b l e s ；S o i l s ；Mi n i n g Ar e a o f T o n g k e n g CL C n u mb e r X5 3 随着全球环境的不断恶化以及人们对汞 的毒 性的深人认识 ，许多国家和地区的大型矿山汞污 染问题 13 益呈现出来。一方面 ，矿区内的大量矿 渣 、废水 以及废气 ，会依然持续不断地 向周 围环 境中排放大量的汞元素 ；另一方面 ，不 同价态的 无机汞在进入环境后，自 然条件下通过微生物活 动或光化学作用，会转化为毒性更强的甲基汞， 并通过各种途 径进入食物链 ，构成对人类 的危 害。因此 ，矿山环境中的汞污染 问题 ，已经越来 越受到人们的关注和重视。 铜坑矿区位于被誉为 “ 有色金属之乡”的广 西南丹县 ，南丹县的 自然资源丰富 ，县 内有锡 、 锑、锌、金、银、铜、铁、铟、钨等2 0 多种有色 金属，总储量l 1 0 0 万t ，其中锡储量1 4 4 万多吨， 居全 国首位 。2 0 0 1 年 ，南丹发 生 了震 惊全 国的 “ 7l 7 ”矿难事件之后 ，国务院关 闭了所有私 有采矿点。由于整顿之后 ，没有立 即对矿区的环 境进行治理 ，所 以潜在的矿区环境 问题 日益显露 出来 。汞作为污染最严重 、毒性最强的重金属之 一 ，已经越来越引起了人们的重视，但是在金属 矿床采矿区，人们关注得更多的还是矿山利益问 题 ，总是把环境保护放一边 ，这就使得其潜在对 矿 区居民的威胁越来越大 。基于以上原因 ，本 文就铜坑矿区蔬菜、土壤 中的汞污染状况进行研 究 ，以及提出相关可行的治理方案。 1 样品的采集和加工 样品的采集和加工是分析工作的一个重要环 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 2 7 作者简介邱炜 1 9 8 1 一 ，男，硕士，工程师。研究方向地球化学。E - ma i l s l e e p d r e a m q q ． e o m 一 3 3 环境保护科学第3 8 卷第1 期2 0 1 2 年2 月 节 ，由于汽油中汞的排放主要集中在公路边 ，公 路及其两侧的土壤和生物则成为接受汽车尾气的 主要场所 ，所 以为了减少汽车尾气 中汞污染 的影 响 ，取样点应该尽量避免在车流密集处 ，同时也 应当尽量避免人为垃圾的污染。 蔬菜样品的采集选择 的是铜坑矿区农 田内种 植范围最广的、最具有代表性的小 白菜。样品每 隔2 0 ～ 4 0 m取一个样 按实际情况适当调整 。蔬 菜样品的加工要保持样品原有的成分 ，加工过程 中不污染样品。根据研究的需要 ， 将蔬菜的食用 部分切碎 ，放人烘箱 中烘干 温度设置5 0℃ ， 之后研磨粉碎 ，用样品袋封存 ，放于干燥器皿 中 保存待用。土壤样品采集的原则是在所采集蔬菜 样 的采样点1 n q _ 范 围内，对称采集3 ～ 4 个点 的土 壤 ，去掉表层 的浮土 ，在0 ～ 2 0 c m的深度范 围取 土壤组成一个混合样。采集回来的土样，放在阴 凉、干燥 、通风 、无特殊气味和附近没有污染源 的室内进行风干 ，碾碎土块 ，过1 5 0 m 筛 ，最后 装入样袋，放入干燥器保存备用。 2 样品的分析处理 样 品汞含量的测定采用R G 一 1 D 型热释测汞 仪，R G 一 1 D型热释测汞仪属于单光束单波长冷 原子吸收型仪器，该仪器采用单波长原子吸收测 汞仪直接热解样品的抗干扰气体新原理，排除固 体样品热解产生的干扰气体，从而保证了进入仪 器的气体中只有汞及不构成干扰的气体翻 。该仪 器除具有极强的抗背景干扰能力外 ，还具有检 出 限低 、精度高 、基线稳定的优点。该仪器配置 了 A ／ D 接 口，外接 电脑 ，功能强大的专用软件能够 完成除进样以外 的所有控制与运算过程 ，同时完 成峰值与积分汞浓度直接测量。在计算机及测汞 软件支持下 ，测试操作过程简单快速 自动高效。 3 结果分析 将采集 的铜坑矿区的蔬菜和土壤样品进行汞 含量分析 ，结果见表1 和图1 。 表1 铜坑矿区蔬 菜、土壤汞含量 mg k g 样品点号 蔬菜汞含量 土壤汞含量 样品点号 蔬菜汞含量 土壤汞含量 1 0 ． 26 4 0． 5 06 21 1 ． 2 20 0． 98 2 2 0 ． 3 0 1 0 ． 3 5 6 2 2 0 ．4 7 1 1 ． 4 0 4 3 0． 4 25 0．441 2 3 0．49 2 0． 2 75 4 1．27 0． 5 59 2 4 1 ． 0 56 0． 4 92 5 0 ． 2 2 2 0 ．4 3 4 2 5 0 ．2 6 9 0 ． 3 5 7 6 O． 21 8 0． 51 0 2 6 0． 3 70 0． 3 55 7 0 ． 54 5 0． 4 7 2 7 0． 3 36 0． 4 28 8 0 ． 4 4 0 0 ．4 8 4 2 8 0 ． 3 5 5 0 ． 4 21 9 1 ． 0 3 4 0 ．4 9 4 2 9 0 ． 1 3 9 0 ． 4 0 0 l 0 0． 1 3 4 0． 5 5 7 3 0 0．425 0． 3 95 1 1 6 ． 41 2 0． 5 95 31 0． 1 28 0． 33 6 1 2 0． 401 0．45 3 3 2 0． 1 22 0． 3 97 1 3 0． 1 7 6 0． 5 3l 3 3 1 ． 1 30 0． 3 47 1 4 1 ． 0 5 8 0 ． 5 3 2 3 4 0 ． 4 4 4 0 ． 4 5 2 1 5 0 ． 3 1 6 0 ． 8 3 7 3 5 0 ． 7 1 2 0 ． 3 6 5 1 6 0 ． 1 6 2 0 ． 6 3 8 3 6 0 ． 2 8 1 3 ． 5 2 9 l 7 0 ． 1 0 4 0 ． 3 6 9 3 7 1 ． 2 3 0 0 ． 4 0 8 1 8 0 ．4 2 5 0 ． 5 41 3 8 0 ． 8 3 6 0 ． 2 9 8 1 9 0_ 21 6 0． 48 4 39 0． 4 21 0 ． 34 9 2 0 0 ． 1 4 9 0 ． 6 8 6 4 0 0 ． 3 3 2 0 ． 4 3 7 ． 3 4． 铜坑矿区蔬菜和土壤汞污染研究及来源解析邱炜 样 品 点 号 图1蔬菜汞和土壤汞含量变化 本次共采集蔬菜样品4 0 个 ，汞的平均含量为 0 ． 6 2 6 m g ／ k g ，含量范围为0 ． 1 0 4 - 6 ． 4 1 2 mg ／ k g ，根据 国家蔬菜监测卫生标准G B 2 7 6 2 1 9 9 4 ，汞含量应 该不大于0 ． 0 1 mg ／ k g ，但是本次所采集的所有蔬菜 样品，其汞含量均超出了国家蔬菜监测卫生标准 规定的蔬菜中汞含量，超标率已达1 0 0 ％，最大 超标6 4 1 倍 ，平均6 1 ． 5 倍。 本次工作共采集土壤样品4 0 个 ，汞含量平均 值为0 ． 5 7 3 mg ／ k g 。含量范围为0 ． 2 7 5 - 3 ． 5 2 9 m g ／ k g 。 我国无公害蔬菜基地汞含量标准为0 3 mg ／ k g ，根 据此次菜地采 集 的土壤样 的分 析结果显示 有 3 9 个样品汞含量超过无公害蔬菜土壤标准 ，占样 品总数的9 7 ． 5 ％，说 明菜地土壤 已经受到污染 ， 但是在超标样品中有9 7 _ 3 ％的样品均未超过国家 三级 土壤标准 范 围 1 ． 0 mg ] k g ，所 以总的来 说 ，污染 尚不严重。 土壤汞的来源主要受两方面因素的制约一方面 是 自然作用形成的原生环境的制约 ，其汞分布的 特点是，不同母质、母岩形成的土壤其含汞量存 在很大差异，而广西整体的土壤汞含量偏高可能 就与此相关 ；另一方面是受人类活动造成的次 生环境的制约，其释放 出来 的汞不断叠加在土壤 汞的分布之上 ，而使土壤汞的分布复杂化和形成 不同程度 的污染。 金属矿区汞污染传播及居 民受汞污染途径很 多、且复杂。一方面，矿山的采、选、冶等矿 业活动 向大气 释汞 ；另一方面 ，长期 的外力地 质 作用 ，使暴 露 于 地表 的矿渣 不 断 向环境 释 汞 。因此 ，矿区居 民通过 吸人大气汞 、饮用汞 污染水体 ，或者通过食用蔬菜 、谷物，或食入 猪、鱼、牛、鸡等摄食牧草、蔬菜、饲料、谷物 的动物等食物链的传输 ，将会导致体内汞的摄 入 ，见 图2 。 人 ／ ＼ 植物 动物 气 功 物 图2 铜坑矿 区汞污染传播及居 民受汞污染途径 示意图 4 铜坑矿区汞污染来源分析 5 铜坑矿 区汞污染 的防治方法研究 从本次研究的蔬菜样品来看，蔬菜汞含量与 土壤汞含量相关性非常差 ，即土壤汞含量对蔬菜 汞含量的贡献很小。蔬菜 中汞的来源 比土壤要复 杂 ，据牟树森 、青长乐等 研究显示 作物 吸收 汞有两个途径 一是 由叶片的气孑 L 从大气 中吸 收 ，二是 由根系从土壤中吸收。由于小 白菜是一 种叶食性蔬菜品种，叶子发育 ，与大气接触面 广 ，所 以除了土壤汞的污染之外 ，大气汞污染也 是导致小 白菜汞含量过高的一个重要原 因。 从本次研究的土壤样品来看，虽然总体上汞 污染属于轻度污染，但是其中已经有9 7 - 3 ％的样 品均未超过国家三级土壤标准范围。一般来讲， 矿业活动是环境中重金属的最主要来源 。金 属矿山开发 的采 、选 、冶都会 向环境中排放重金 属元素 。由图2 可以看出，治理铜坑矿区汞污染 最基本 的方法就是切断汞污染源 ，此外 ，与大 气、水体相比，土壤对汞具有长期累积性，而且 土壤具有较大的容纳力 ，所以对土壤汞污染的治 理也成为了一个刻不容缓的问题 。 目前 ，治理土壤汞污染的途径主要有两种 一 种是改变重金属在土壤中的存在形态，使其 固定 ，降低其在环境中的迁移性和生物可利用 性 ；另一种是从土壤 中去除重金属汞。常用的方 法有客土法、固汞法、水洗法、热解析法、电解 一 35 环境保护科学第3 8 卷第1 期2 0 1 2 年2 月 法、生物修复法。 由于铜坑矿区内各不同地区的差异性，所以 应该针对不 同地 区的土壤汞污染 ，采用不同的治 理方案 。基于此点 ，提出以下防治措施 。 1 针对受汞污染严重的尾砂坝区、矿石 堆积区等地区，先在其周围修筑围墙，即可以减 少汞和其它重金属元素流人环境，也可以为将来 的金属元素 回收做好准备。由于修筑围墙并不能 完全阻挡汞的流失 ，所 以还可以在围墙的周 围用 一 些能吸收汞的物质填埋 ，如客土法中的高岭 土 ，高岭土 由于其疏松性和多孑 L 性 ，对汞具有很 强的吸附能力，可以起到强有力的屏障作用。 2 针对受汞污染 的山地 ，可以直接利用 植物修复法 ，大规模种植一些超富集汞的生态型 植物 ，如海州香薷、鸭跖草 、高山漆古草 、蝇子 草 、蜈蚣草等植物 ，一方面吸收掉一部分汞 ，另 一 方 面可以防止水土流失 ，减 少进入环境 中的 汞 ，而且还可以改善空气质量 ，绿化环境。 3 针对受汞污染 的农 田地 区，宜采用固 汞法 ，向土壤中施用一些碱性化肥 ，可以提高土 壤 中的p H值 ，从 而把土壤 中的一价汞或二价汞 转化为难溶和难迁移的汞的形式。 4针对受汞污染 的道路 、住宅地 区，宜 先采用客土法 ，从别处运土过来覆盖在上面 ，然 后再用植物修复法，覆盖的客土可以阻碍已被汞 污染的土壤 向大气释放汞 ，而种植的植物也可以 吸收土壤中的汞 。 总的来说，针对铜坑矿区土壤汞污染的治理 要本着 “ 植物修复法为主，其它修复法为辅”的 原则 ，因为植物修复法具有其它修复法所无法 比 拟的费用低廉，同时植物修复法也可为矿区的生 态环境创造有利的条件 ，对可持续发展这一永恒 主题也有着积极的影响。 6 结语 立足现在 ，展望未来 ，我们相信经过 以上多 种不同的有针对性的措施对铜坑矿区进行治理之 后，矿区的环境将会有一个较大的改善。不但可 以防止未来时期汞污染对矿区居民健康的潜在危 害 ，而且可 以改善矿区的环境 ，形成一个可持续 发展的生态型矿区环境 。 参考文献 [ 1 ] 蔡周荣．大厂铜坑矿区土壤重金属汞 的污染研究[ D ] ． 硕士学位论 文． 桂林 桂林工学院， 2 0 0 5 ． f 2 】 卫敬生． 地球化学测汞方法应用讨论[ J 】 ． 物探与化探， 1 9 9 8 ，2 2 6 2 1 2 7 ． [ 3 】 牟树森， 青长乐． 酸沉降区作物对汞的积累及其影响因素的研 究[ J ] ． 重庆环境科学 ，1 9 9 7 ，1 9 1 5 - 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