汞銻礦區土壤重金屬污染源解析和環境風險評價研究

盧 楠，王 娜

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；3.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075；4.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710075；5.陜西省土地整治重點實驗室，陜西 西安 710061)

1 引言

礦產資源是工業發展的必需品，對區域發展具有重要影響。陜西省是全國礦產資源大省之一，具有儲量豐富、礦種齊全等特征[1]，截至2018年底，已發現的各類礦產達138種(含亞礦種)，其中探明儲量的有93種，在已探明的礦產中，有17種在全國占有重要地位[2]。礦業在我省經濟建設中占有十分重要的地位，2018年，礦業及相關加工制造業產值14629.76億元，占全省規模以上工業總產值的58.07%，實現利潤1397.6億元，占全省規模以上工業利潤總額的57.37%，礦業及相關產業在全省國民經濟發展中具有十分重要的地位[3]。

2 汞和銻污染調查的意義

汞、銻與其他8種金屬在國際上稱為十大常用有色金屬，因其特殊性能，是制造優質合金鋼和特殊性能鋼必需的合金元素，屬于國家戰略物資，在國民經濟和國防工業的建設和發展等方面具有重要地位[4]。汞銻是我省的優勢礦種之一，按儲量名列全國第二，僅次于貴州，主要分布在旬陽、商縣、丹鳳、鎮安等地區，隨著貴州銅仁地區汞銻礦的衰竭，地處陜西省東南部，秦巴山區東段，漢江橫貫其中的旬陽縣現已經成為我國最大的汞銻礦產地，其汞銻礦為全國特大型礦床，鉛鋅礦遠景儲量200萬t以上。旬陽地區汞銻礦帶是秦嶺-中亞汞銻礦帶山陽-旬陽汞銻成礦亞帶的南帶-公館-鄖西汞銻礦帶的主體部分[5]。以礦物含量為標準，分為單汞礦石、汞銻礦石、銻汞礦石和單銻礦石，其中以汞銻礦或銻汞礦石為主[6]。雖然存在汞銻合礦開采技術難度系數大，汞銻選礦分離難等問題，但在利益的驅使下，違規開采屢見不鮮，且多采用選冶聯合工藝進行小規模開采生產，不僅成本高、能耗大，而且對環境污染嚴重，不但嚴重浪費了礦產資源，而且對礦區生態環境造成了嚴重破壞。與此同時，因旬陽縣地處漢江中上游，平均年自產徑流量占漢江出境流量的5%，旬陽境內流長占丹江口以上水源段流長的9.2%，既是南水北調中線工程的水源涵養區，也是南水北調工程水源水質影響控制區，其水土質量直接關系到沿線近6000萬人的用水安全[7]。

3 礦區汞銻的研究現狀

國內外科研工作者對汞銻污染開展了研究工作并取得一些進展，主要集中在以下幾個方面：一是汞銻對人體及生物毒害作用的研究；二是環境介質與汞銻賦存、累積規律的關系；三是汞銻礦區環境風險評價。

3.1 汞銻對人體及生物毒害作用的研究

汞銻礦開采與選冶等工業活動是主要來源，尤其是采選冶過程是產生污染物的重要環節，選冶過程中產生的廢氣、廢水、廢石、尾礦渣、選冶粉塵、冶煉渣、冶煉粉塵等均含有濃度不等的污染物，隨著工業化進程的不斷發展，汞銻等引起的污染問題日漸凸顯，污染事件呈多發態勢，對生態環境造成嚴重威脅。汞(mercury)元素是對人體毒害最大的5種重金屬之一，也屬129種優先控制污染物之一[8]。銻(Antimony)對人體及環境生物具有毒性作用，因其致癌性被世界衛生組織(WHO)和許多國家列為優先控制污染物[9]。如銻及其化合物已被美國國家環保局(1979年)及歐盟列為優先污染物；《控制危險廢料越境轉移及其處置巴塞爾公約》(1989年)也將銻列為危險廢物以限制銻污染越境遷移[10]。汞是毒性極高的全球性環境污染物，汞能夠在大氣中長期滯留，通過大氣環流進行全球性遷移，最終通過干濕沉降等方式進入水陸生態系統，在硫酸鹽還原菌、鐵還原菌等變形菌綱作用下，Hg2+轉化為毒性更強的甲基汞[11]。汞、銻及其化合物具有很強的神經毒性和致畸作用，積累效應和遺傳毒性顯著，即使在極低劑量下，都可以通過呼吸、皮膚接觸以及食物鏈等形式進入人體或動物體，造成皮膚黏膜、視神經損傷、視網膜出血，以及肺、肝臟、心臟、腎臟及神經系統等多組織器官損害[12]。李宗光等[13]發現低劑量汞、鉛和鎘對大鼠海馬神經元的毒性損傷。長期暴露于含銻環境下的人員多數出現肺功能改變、慢性支氣管炎、肺氣腫、早期肺結核、胸膜粘連和塵肺病等[14]。王婭等[15]在研究萬山汞礦區大米汞污染及人體甲基汞暴露風險過程中發現，51%的樣品總汞含量超過我國食品汞限量標準，且汞污染的嚴重程度與汞礦距離正相關。化玉謹等[16]研究了某金礦附近土壤中汞的賦存狀態及其相互轉化關系和生物利用性發現，最主要的賦存形態是有機結合態汞，其含量占總量60%以上。

3.2 環境介質與汞銻賦存、累積規律的關系

污染物與環境介質之間存在復雜的交互作用，環境介質對于污染物的擴散運輸、遷移轉化過程均發揮至關重要作用，與此同時，環境介質還是污染物的主要受納及賦存場所，也是污染物產生生態損害的受體。如研究者分析了礦產開發、冶煉與典型重金屬污染物在廢渣、環境介質、沉積物中累積特性的關系，暗示二者存在較大相關性[17]。孫宏飛等[18]通過測定湘西茶田典型土壤剖面不同層次土壤及礦石、廢礦和礦渣等環境樣品中的汞及重金屬含量發現，礦渣堆放對礦區土壤剖面中重金屬含量具有較大影響，要重視成礦元素及礦帶內伴生重金屬的生態環境風險。Zhou等[19]的研究表明，銻礦的開采和加工過程中產生的主要污染物分布于采礦廢石、冶煉廢渣、尾礦壩和隧道排水，且污染物的含量與殘余項相關。

土壤作為重金屬的重要源和匯，主要表現在土壤對重金屬的固定和釋放作用上，并在生物地球化學循環中發揮重要作用[20]。但土壤重金屬往往受多個污染源共同作用，且來源不明。應用污染源解析技術尋找污染物來源，對于制訂污染源環境管理措施，進行有效阻斷具有重要意義[21]。程晨等[22]發現，上海市全年大氣降水中16種多環芳烴主要來源于煤燃燒、汽油燃燒、熱電廠和柴油燃燒，貢獻值分別為16.4%、14.7%、13.8%和13.7%。陳志凡等[23]認為城郊農田9種重金屬29.7%來自于工業污染源，19.93%來自于農業與污水灌溉復合污染，35.98%來源于自然母質，14.35%來源于大氣沉降。

3.3 汞銻礦區環境風險評價

礦區生態環境的評價不但是礦山環境保護工作和貫徹習近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”兩山理論的基礎，還是解決礦山開采造成的區域環境污染和生態破壞等安全問題的關鍵。國內外許多學者針對這一問題開展了很多研究工作。其中以Hakanson提出的潛在生態危害指數法應用最為廣泛，但是這種方法也存在監測樣品數量的有限性、區域污染物分布的時空差異性等影響評價結果的缺點[24]。因而，結合研究礦區區位及生產特點，對礦區的生態危害評價方法進行改進，在充分掌握污染源類型、程度和范圍的基礎上，開展評價指標的篩選，增加廢物的資源化利用和對地質災害的治理成效等項目，進行無量綱化處理、等級劃分等工作，對于發展生態危害評價至關重要。

4 進一步探索的必要性

目前對于陜西省汞銻礦的研究主要集中于礦床地質特征、形成機制、含礦構造特征、成礦物質來源等方面，對于汞銻礦區的采選冶行業產生污染物的污染特性、污染來源分析、在環境介質中的賦存狀態、遷移轉化和污染物主要傳播途徑卻少見報道。因而，對汞銻礦區的生產、選礦、冶煉加工等工藝流程進行全面掌握，明確我省汞銻礦區周邊環境中典型污染物的傳播途徑和擴散機理；從污染物特性、產生特征和污染源解析，明晰水體和土壤中成礦元素、伴生重金屬的污染狀況，確定污染物的傳播與擴散邊界層；對加工副產品和排棄物的流向及安全性等方面進行全面分析、評估，創新評價機制，為南水北調工程的水質安全提供堅實保障，為平衡區域發展和生態安全問題提供參考。