某礦區氰渣堆周邊土壤砷污染特征及生態風險評價

文 星 趙慶圓

(中國恩菲工程技術有限公司長沙分公司,湖南 長沙 410000)

0 引言

氰化提金工藝已有100 多年的歷史,因工藝簡單、金回收率高等優點在當前黃金工業中占據主導地位,同時,黃金品位低,尾渣產率幾乎為100 %,據統計,全國黃金行業每年氰化尾渣產生量約0.8～1.0 億t。As 在自然界和難處理的金礦石中主要以化合物形態存在,利用含砷金礦(毒砂、雌黃和雄黃等) 進行黃金選冶已經成為As 污染的主要來源之一。隨著近些年環保意識的增強以及黃金行業含氰廢渣污染控制技術規范的進一步加強和完善,有主的氰化尾渣基本能夠有效控制污染物的排放和治理,但是歷史遺留的無主礦氰渣堆在產生過程中排放的廢水、廢氣及廢渣均未妥善處理,遺留氰渣雜亂無序堆放在環境中,對周邊環境可能造成極大的風險。該文選取甘肅省某無主礦區歷史遺留氰渣堆下方及周邊土壤為研究對象,通過現場調查、取樣分析該氰渣堆下方及周邊土壤重金屬含量,研究土壤中重金屬的污染特征,在此基礎上進行了生態風險評估,對無主礦區非正規生產遺留氰渣堆砷污染特征、修復治理或風險管控具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 氰渣堆情況

該氰渣堆為上世紀90 年代末非法開采生產遺留的,選用原始的氰化堆浸提金工藝,選冶工藝相對比較落后,且未采取任何環保措施,于2008年停止生產。氰渣堆處在半山腰,地勢由東北向西南方向延伸至山腳,北側為礦石開采區域,開采后在下方區域進行原位堆浸,渣堆面積約為9 847 m2。西側有條溪流,主要為泉水以及積雪融化后形成的。所在地屬高原大陸性氣候,冬季干冷漫長,夏季溫涼而多雨,高寒濕潤,四季不明顯,長冬無夏,春秋短促,氣溫日差較大,一日之中即有四季之分。主導風向為NNW,年平均風速1.6 m/s,年平均降雨量533.4 mm。

1.2 土壤采集

根據《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》 (HJ 25.1—2019) 及《土壤環境監測技術規范》 (HJ/T 166—2004) 的有關要求以及疑似污染區域和潛在污染物的識別情況,設計布點方案,采樣點分布示意圖見圖1。土壤采樣點水平方向的布設采用專業判斷布點法,盡量保證采樣點位合理覆蓋場地各個潛在污染的區域,單個監測地塊的面積原則不超過1 600 m2,土壤采取工作采用專業鉆探、洛陽鏟。垂直方向上,以沖擊鉆探、旋轉鉆探及挖掘勘探相結合的方式進行,氰渣堆下方土壤取樣需打穿氰渣堆,采樣深度(部分點位達不到預定深度) 分別為0～0.5 m、0.5～1.0 m、1.0～1.5 m、1.5～2.0 m、2.0～2.5 m、2.5～3.0 m、3.0～3.5 m、3.5～4.0 m。樣品采集后密封帶回實驗室處理,自然風干、除雜后研磨,過100 目篩備用。土壤污染分布見圖2～圖8。

圖1 采樣點分布示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling point distribution

圖2 地層0～0.5 m 土壤污染分布圖Fig.2 Distribution map of soil pollution in the stratum 0～0.5 m

圖3 地層0.5～1.0 m 土壤污染分布圖Fig.3 Distribution map of soil pollution in the stratum 0.5～1.0 m

圖4 地層1.0～1.5 m 土壤污染分布圖Fig.4 Distribution map of soil pollution in the stratum 1.0～1.5 m

圖5 地層1.5～2.0 m 土壤污染分布圖Fig.5 Distribution map of soil pollution in the stratum 1.5～2.0 m

圖6 地層2.0～2.5 m 土壤污染分布圖Fig.6 Distribution map of soil pollution in the stratum 2.0～2.5 m

圖7 地層2.5～3.0 m 土壤污染分布Fig.7 Distribution map of soil pollution in the stratum 2.5～3.0 m

圖8 地層3.0～3.5 m 土壤污染分布Fig.8 Distribution map of soil pollution in the stratum 3.0～3.5 m

1.3 樣品分析

按照《土壤環境監測技術規范》 (HJ/T 166—2004)、國家標準中的相關要求進行土壤樣品的采集及實驗室分析,砷采用原子熒光法,原理方法見《土壤質量總汞、總砷、總鉛的測定原子熒光法第2部分：土壤中總砷的測定》 (GB/T 22105.2—2008)。

2 結果與討論

2.1 氰渣堆下方及周邊土壤砷含量分布特征

該次采集土壤樣品中砷含量測定結果見表1。以農用地土壤污染風險砷篩選值25 mg/kg 作為標準,采用sufer 軟件運用克里金插值法計算模擬出污染分布圖,綜合以上結果可以得知,各層砷污染最嚴區域僅2.0～2.5 m 層出現在氰渣堆范圍外,其余砷污染最嚴重區域均出現在氰渣堆范圍下方土壤,而2.0～2.5 m 出現砷污染最嚴重區域恰好處在貴金屬液收集池所在位置。雖然富砷金礦土壤砷本底值較高,但是原始狀態下不會形成污染。因此,砷污染來源于氰渣堆浸過程中砷的溶出遷移,砷污染分布特征明顯是由氰渣堆區域隨地勢向四周擴散,垂直方向上呈現對下層土壤影響變小的趨勢,最深污染在3.5～4 m 范圍,但是由于土壤滲透性、地形地勢等因素的影響,部分下層土壤出現比上層土壤污染更加嚴重的情況,這可能是礦石中砷經過浸出富集在經過長期雨水淋洗后局部出現集中下滲的情況造成的。

表1 土壤樣品中砷含量測定結果Tab.1 Results of determination of arsenic content in soil samples

(備注：/表示到巖石層無土壤可以取樣)

2.2 氰渣堆下方及周邊土壤砷污染生態風險評價

Hakanson 的潛在生態危害指數法是應用廣泛、在國際上影響較大的評價方法之一。該方法中單種重金屬潛在生態危害系數計算表達式為：

式中：

——環境中重金屬的實測濃度,mg/kg;

——計算所需的參比值,mg/kg;

——某一金屬潛在生態風險參數;

——單個污染物的毒性響應系數。

以《食用農產品產地環境質量評價標準》(HJ/T 332—2006) 中砷的值作為土壤重金屬污染潛在生態風險系數計算的參比值,砷的標準值為30 mg/kg;釆用Hakanson 制定的標準化重金屬毒性響應系數,砷毒性響應系數為10。單種重金屬污染潛在生態危害程度分級見表2。

表2 單種重金屬污染潛在生態危害程度分級Tab.2 Classification of potential ecological hazards of single heavy metal pollution

把表1 中各采樣點土壤砷含量代入公式(1),見表3。

表3 該區域土壤中單種重金屬砷潛在生態風險評價Tab.3 Potential ecological risk assessment of single heavy metal arsenic in soil in the area

由表3 可見,該氰渣堆下方及周邊土壤的潛在風險參數大部分＞80,說明氰渣造成大部分土壤砷潛在生態風險為強,氰渣堆下方土壤的潛在風險參數最大達到1 603.3,砷潛在生態風險為極強,下方及周邊土壤隨著氰渣對其的影響越小,砷潛在風險參數就相對較小,造成的砷潛在生態風險為輕微。通過以上數據結果說明,氰渣堆下方及周邊土壤中砷潛在風險參數主要與氰渣堆有關,金礦石雖然富砷,但是在自然原始狀態下不會造成很強的潛在生態風險,隨著堆浸的作用,使得氰渣堆進行了砷的富集,富集后的砷如果不進行妥善處理,砷隨著雨水的淋洗及擴散再次進入環境造成極強的潛在生態風險。

3 結語

(1) 通過對某無主礦區歷史遺留氰渣堆下方及周邊土壤砷污染特征分析,該氰渣堆下方及周邊土壤砷含量分布可能與氰渣堆、土壤滲透性、地形、地勢等因素有關。砷含量分布較高的區域明顯集中在氰渣堆下方土壤,砷含量最高值出現在氰渣下方土壤,砷含量由氰渣堆位置向四周擴散。

(2) 通過剖面各土層砷含量分析可知,總體上,上層土壤中砷含量較高,隨著深度增加砷含量依次降低,但是由于土壤滲透性、地形地勢等因素的影響,部分下層土壤出現比上層土壤砷污染更加嚴重的情況,這可能與氰渣堆富集的砷出現了局部集中下滲有關。

(3) 根據土壤單一重金屬砷污染潛在生態風險評價表明,剖面各土層砷污染潛在生態風險程度不一,各生態危害程度等級均出現,氰渣堆下方土壤為極強,整體上均呈現生態風險程度為強,由此可知該氰渣堆下方及周圍土壤受到的砷污染極為嚴重,在該附近種植食用農產品存在砷污染高風險。

(4) 氰渣堆作為一個環境高風險敏感點,建議對其采取修復或者管控手段,防止其造成生態風險和人體健康風險。