某铜矿尾矿库对周围环境影响污染评价研究

收稿日期：２０１４ － ０５ － ０６ 基金项目：云南省科技计划项目云南藏区矿产开发对环境的 影响及防控技术应用研究 （ ２０１０ＣＡ０１０ ） 。 １９８７ － ） ，男，湖南岳阳人，硕士，主要 作者简介：陈文韬 （ 从事矿产开采对周围环境影响与防控规程研究。 通信作者：张乃明。
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ｈｔｔｐ ： ／ ／ ｈｊｋｘｄｋ ｙｉｅｓ ｏｒｇ ｃｎ
环境科学导刊 ｈｔｔｐ ： ／ ／ ｈｊｋｘｄｋ ｙｉｅｓ ｏｒｇ ｃｎ 第 ３４ 卷 第 ２ 期 ２０１５ 年 ４ 月 （ ＧＢ１５６１８ － １９９５ ） ，把土壤质量分成三级。为了使 隶属分级更具有层次性，采用表 ２ 中金属污染物的 分级方法
［ １２ － １４ ］
３ １ ３ 评价结果与分析 对各土壤采样点基于模糊综合型评价得到采样点 土壤重金属污染模糊综合型评价结果，如表 ３ 所示。
１０ ］ １１］ 行测定 ［ 。土壤中重金属化学形态参照 Ｔｅｓｓｉｅｒ［
某铜矿尾矿库对周围环境影响污染评价研究 陈文韬 构成了评价因子与水质类别模糊关系矩阵式，其 中：ｍ 为评价因子数；ｉ ＝ １ ，２ ，… ｍ； ｎ 为水体级 别；ｊ ＝ １ ，２ ，３ ，４ ，５ 。 ｒ １ １ ｒ １２ … ｒ １ ｎ ｒ２１ ｒ２２ … ｒ２ ｎ … … … … ｒｍ１ ｒｍ２ … ｒｍｎ
由高到低依次为 Ｃｕ ＞ Ｚｎ ＞Ｃｒ ＞Ｐｂ ＞Ｃｄ 。与当地土 壤环境背景值比较发现， Ｃｕ 、 Ｚｎ 、 Ｃｄ 均高于当地 背景值，且 Ｃｄ 的平均含量为 １ １４ｍｇ ／ ｋｇ，是当地 背景值的 ９ ５ 倍。可能是由于在堆放过程中尾矿中 的硫化物受到风化作用发生了氧化反应，引起区域 酸度降低，导致 Ｃｄ 向周围区域迁移，造成尾矿区 周围土壤中 Ｃｄ 的积累。 ３ １ ２ 评价标准 参照国家土壤质量标准及土壤环境质量标准 — ９７ —
环境科学导刊 ｈｔｔｐ ： ／ ／ ｈｊｋｘｄｋ ｙｉｅｓ ｏｒｇ ｃｎ ２０１５ ，３４ （ ２）
ＣＮ５３ － １２０５ ／ Ｘ ＩＳＳＮ１６７３ － ９６５５
某铜矿尾矿库对周围环境影响污染评价研究
陈文韬，徐红娇，张乃明，康日峰 （ 云南农业大学资源环境学院，云南 昆明 ６５０２０１ ） 摘 要：运用模糊综合型评价法对某铜矿尾矿库区土壤和水体中 Ｃｕ 、Ｚｎ 、Ｐｂ 、 Ｃｄ 、 Ｃｒ ５ 种重金属含 量进行评价以及尾矿库矿渣泥土重金属化学形态分析，结果表明：铜矿尾矿库对周边土壤和水体有不同程 度的重金属污染，矿库矿渣泥土为重污染 Ｖ 类，其污染主导因子为 Ｃｕ ；尾矿库周边植被覆盖土为中污染 Ⅳ类，其主导污染因子为 Ｃｄ ；矿库渗漏水下游土壤和远离尾矿库区土壤为轻污染 Ⅲ 类，其主导污染因子 为 Ｃｄ ；矿渣泥土重金属各形态以铁锰氧化物结合态、残渣态、可交换态为主，其中 Ｃｕ 的可交换态所占比 列极小，为 ０ ２４％；尾矿积水、尾矿库渗漏水和尾矿库渗漏水下游溪水均为极严重污染 ５ 级，尾矿积水 中主导污染因子为 Ｃｕ 、Ｐｂ 、Ｃｄ ，尾矿库渗漏水和尾矿库渗漏水下游溪水主导污染因子为 Ｃｄ 。 关键词：铜矿；尾矿库；土壤；水；重金属；污染；影响；化学形态；模糊综合评价 中图分类号：Ｘ８２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３ － ９６５５ （ ２０１５ ） ０２ － ００９６ － ０６ 矿产资源是社会发展的主要资源之一，是人类生 存和社会经济发展重要的组成部分。在矿产资源开发 过程中， 人们在获得有价值矿产同时，也产生了大量 的废渣，这些废渣大部分被送到尾矿库堆存，不仅占 用大量的土地， 而且矿渣中的重金属通过各种介质向 周围 环 境 缓 慢 释 放，对 周 围 的 生 态 系 统 造 成 影 响
。为了维护当地生态环境，促进社会的可持续
发展，对矿区土地进行复垦、防治土壤重金属污染的
４－ ８］ 。 研究已引起国内外学者的广泛关注［
合理分析与评价铜矿尾矿库区土壤及水环境质 量，全面掌握尾矿库周边环境的污染现状是环境污 染治理、生态恢复必不可少的前提。目前，针对铜 矿开采的环境影响评价研究往往仅针对土壤和水样 进行单独评价，对两者的综合评价少见报道。矿区 水、土壤环境紧密联系，本文以某铜矿尾矿区周围 的土壤和水体为研究对象，通过野外采样和样品分 析得出采集土壤和水体中 Ｃｕ 、 Ｚｎ 、 Ｐｂ 、 Ｃｄ 、 Ｃｒ 含 量以及尾矿渣泥土重金属化学形态，进而对该铜矿 尾矿区周边土壤和水体的污染程度进行评价，找出 各重金属对水体污染程度与土壤污染之间关系，为 今后开展铜矿尾矿区污染控制以及土壤修复工作提 供参考。
。
表 １ 采样点土壤重金属元素含量 采样点 Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ Ｓ４ 平均值 背景值 平均值 ／ 背景值 Ｃｕ １３５０ ３１ ２６３ ７９ １０８ ２６ ３６ ９３ ４３９ ８２ ３０ ９２ １４ ２２ Ｚｎ ２６５ ６３ １７０ ０３ １６４ ２５ １９ １ ５８ １９７ ８７ ９７ ６５ ２ ０３ Ｐｂ ２３ ６８ ５ １ ２８ ３０ ２７ ３４ １５ ３４ ８５ ５０ ８１ ０ ６９ Ｃｄ １ ０２ １ ５６ １ １３ ０ ８５ １ １４ ０ １２ ９ ５ Ｃｒ ３８ ０６ ５４ ５７ ４０ ０８ ３７ ９８ ４２ ６７ ６５ ２０ ０ ６５
Ｒ＝
{
}
隶属度通过对隶属函数的计算来确定。对于其 值越大越好的指标，在设计隶属函数时采用极大型 分布；对 于 其 值 越 小 越 好 的 指 标，采 用 极 小 型 分布。 ２ ４ 确定评价因素的模糊权向量 对水质污染的影响大小用 权 重 表 示，权 重 越 大，该指标对水质污染的影响也越大。通过评价因 子贡献率来计算权重向量，通过计算超标比来计算 权重值。对于极小值指标，采用的计算式为： Ｃｉ Ｉｉ ＝ Ｓｉ 式中：Ｉｉ —无量纲数，表示某评价因子的实际监测 值相对于水质标准超标的倍数； Ｃｉ —评价因子 Ｘｉ 的监测值； Ｓｊ—评价因子 Ｘｉ 各类水质标准限值的 均值。偏大型分布指标采用上式的倒数形式计算。 计算完 每 个 超 标 比 后，将 其 进 行 归 一 处 理， 即用每个超标比值除以该测点所有指标超标比之 和，即可得到每个指标的权重值 ｗ ｉ ，从而获得权 重集： Ｗ＝ （ ｗ １ ，ｗ２ ，…，ｗ ｍ ） ２ ５ 建立模糊综合评判模型 很多。由于土壤 中和水中重金属的评价指标具有区域性，且大部分 指标及其相互关系难以精确量化表达，在评价时往 往不能给以明确的分级，表现出一定的模糊性，因
９］ 此采用模糊数学模型 ［ 对土壤与水环境质量进行
评价，可以更好地表征出其客观实在性。 １ 材料与方法 １ １ 样品采集 本次研究共设置 ８ 个采样点，其中 ４ 个土壤采 集点：尾矿库矿渣泥土 （ Ｓ１ ） ，尾矿库周边植被覆 盖土 （ Ｓ２ ） ， 尾 矿 库 渗 漏 水 下 游 约 １ ｋｍ 处 土 壤 （ Ｓ３ ） ，远离尾矿库区原始土样 （ Ｓ４ ） ；４ 个水样采 集点： 尾 矿 库 内 积 水 （ Ｗ１ ） ，尾 矿 库 渗 漏 水 （ Ｗ２ ） ，尾矿库渗漏下游 １ ｋｍ 处溪水 （ Ｗ３ ） ，远离 铜矿区河流水样 （ Ｗ４ ） 。 土壤样品按照梅花形布点法进行采集，先用铁 铲挖出方形土坑，选定一个切面，用竹片刀削去与 铁铲接触的土壤，再按先下 后 上 的 顺 序 挖 取 ０ ～ ３０ｃｍ 的上层部分的土样，最后将分层多点取得的土 样充分混合，用四分法反复取舍，装入自封袋并写 好标签。待土样自然风干、磨碎、过 １００ 目筛后装 入自封袋中待测。在水样采样点采集瞬时样本，每 个水样装在用稀酸浸泡过的塑料瓶中。实验所用容 器均用 ２０％ （ 体积分数）的 ＨＮＯ３ 浸泡 ２４ｈ 以上。 １ ２ 分析方法 土壤中重金属元素测定方法：土壤样品经王水 － 氢氟酸 － 高氯酸消解后，采用原子吸收光谱法进
ｍｇ ／ ｋｇ
表 ３ 土壤重金属污染的模糊综合型评价结果 采样点 Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ Ｓ４ Ⅰ类 ０ ０２７ ０ ０５５ ０ ０９ １ ０ １２９ Ⅱ类 ０ ０００ ０ １ １３ ０ １６６ ０ ２３５ Ⅲ类 ０ １２４ ０ ０９ １ ０ ４２５ ０ ４８８ Ⅳ类 ０ ０６８ ０ ６２８ ０ ３１８ ０ １４８ Ⅴ类 ０ ７８１ ０ １ １３ ０ ０００ ０ ０００ 综合评价结果 属Ⅴ类 属Ⅳ类 属Ⅲ类 属Ⅲ类 重污染 中污染 轻污染 轻污染
Ｂ＝ ＷＲ ＝ （ ｗ １ ，ｗ２ ，…，ｗ ｍ ）
{
ｒ １ １ ｒ １２ … ｒ １ ｎ ｒ２１ ｒ２２ … ｒ２ ｎ … … … … ｒｍ１ ｒｍ２ … ｒｍｎ
}
＝（ ｂ １ ，ｂ ２ ，…，ｂ ｎ ）
据最大隶属度原则，若 ｂ ｊ ＝ ｍａｘ （ ｂ １ ，ｂ ２ ，…， ｂｎ） ，则待评价对象的水质级别应该为第 ｊ 类。 ３ 尾矿库周围环境污染评价 ３ １ 土壤重金属污染评价 ３ １ １ 土壤重金属全量分析结果 按照常规方法首先进行前消化处理，然后采用 原子吸收光谱法测定土壤重金属含量，结果如表 １ 所示。 表 １ 表明该尾矿区土壤中 ５ 种重金属平均含量
ｍｇ ／ ｋｇ
表 ２ 土壤重金属元素污染评价标准 污染指标 Ｃｕ Ｚｎ Ｐｂ Ｃｄ Ｃｒ Ⅰ ２８ ８４ ２４ ０ １２ ７５ Ⅱ ４１ １ １７ ３７ ０ ２５ １００ Ⅲ １２０ ２４０ １５０ ０ ６ １５０ Ⅳ ２８０ ５６０ ３５０ １ ４ ３５０ Ⅴ ４００ ８００ ５００ ２ ５００
通过表 ３ 可以看出：离尾矿库越近，污染程度 越强。土壤 Ｓ３ 和土壤 Ｓ４ 为轻污染，属于Ⅲ类。土 壤 Ｓ３ 中对于Ⅳ类的隶属度仅次于 Ⅲ 类，而土壤 Ｓ４ 中对于Ⅱ 类隶属度仅次于 Ⅲ 类，由此可知： Ｓ３ 和 Ｓ４ 土壤虽然都处于Ⅲ类，但是土壤 Ｓ３ 污染大于土 壤 Ｓ４ 。土壤 Ｓ２ 为中污染，属 Ⅳ 类。土壤 Ｓ１ 为重 污染，属于Ⅴ类。尾矿库矿渣泥和尾矿库周边土壤 污染比较严重，是由于尾矿区的矿渣长期堆放，经 过雨水的淋洗冲刷以及风化，引起尾矿库周边土壤 中的 Ｃｕ 的不同程度污染，因此必须加以控制。 ３ ２ 土壤重金属的化学形态分析 重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大程 度上由其形态分布所决定。不同的形态产生不同的 环境效应，直接影响到重金属的毒性、迁移及在自 然界的循环
的连续提取方法，将土壤中重金属元素的形态分为 可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有 机物结合态和残渣态 ５ 种形态。不同形态提取液中 的重金属的含量采用原子吸收分光光度计进行测 定。水样中重金属测量方法为火焰原子吸收法。试 样的预处理：取 １００ｍｌ 水样放入 ２００ｍｌ 烧杯中，加 入硝酸 ５ ｍｌ，在电热板上加热消解 （ 不要沸腾） ， 蒸至 １０ｍｌ 左 右，加 入 ５ ｍｌ 硝 酸 和 过 氧 化 氢 ２ｍｌ， 再次蒸 至 １ ｍｌ 左 右，取 下 冷 却，加 入 １０％ ＮＨ４ Ｃｌ ２ｍｌ，３ｍｏｌ ／ Ｌ ＨＣｌ １０ｍｌ，加水溶解残渣，用水定容 至 １００ｍｌ。取 １００ｍｌ 蒸馏水做空白试验，按上述相 同的程序操作，以此为空白值。再在原子吸收分光 光度仪上测量。 ２ 模糊综合型评价方法概述 ２ １ 确定评价指标 根据一定原则以及实际监测的数据，选取评价 指标，建立评价因子集，设选取的指标为 ｍ 个，选 中的评价因子记为 Ｘｉ ，则评价因子集可写成： Ｕ＝ ｛ Ｘ１ ，Ｘ２ ，…，Ｘｍ ｝ ２ ２ 建立评价集 评价集的确定主要是根据文献，将地表水水质 分为 ５ 类，故评价集 Ｖ ＝ ｛ ， Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ， Ⅴ ｝ 在有些文献中，可能会出现超 ５ 类水质，这主要是 根据具体情况来确定。 ２ ３ 建立模糊关系矩阵 假设水质的评价因子有 ｍ 个，由于水质污染程 度和水质分级标准都是模糊的，故采用隶属度来刻 划分级界限。设 ｒｉｊ表示第 ｉ 种污染物的环境质量数 值可以被评价为第 ｊ 类环境质量的可能性，这样就