有色金属科学与工程  2012, Vol. 3 Issue (3): 66-70
文章快速检索     高级检索
引用本文
0
杨慧跃, 饶运章. 江西东乡铜矿重金属污染监测预警[J]. 有色金属科学与工程, 2012, 3(3): 66-70. DOI:10.13264/j.cnki.ysjskx.2012.03.022.
YANG Hui-yue, RAO Yun-zhang. Heavy metal pollution monitoring and pre-warning of Ｊiangxi Ｄongxiang copper mine[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2012, 3(3): 66-70.DOI: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2012.03.022.
江西东乡铜矿重金属污染监测预警[PDF全文]
杨慧跃, 饶运章    
江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州341000
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50864007）
通信作者：饶运章（1963- ），男，博士，教授，主要从事采矿工程和环境岩土方面的教育科研工作，E-mail：raoyunzhang@sohu.com
作者简介： 杨慧跃（1988- ），女，硕士研究生，主要从事矿山环境质量预警方面的研究，E-mail：shnshtc@sina.com
收稿日期：2012-04-08
摘要：矿山资源的盲目开发导致矿区和周围环境重金属污染十分严重，污染防治，已刻不容缓.本研究结合国内外关于环境质量预警方面的理论知识，设计了矿山环境监测预警的基本方法，以矿山重金属含量为评价指标，并对重金属的变化趋势、速度等方面进行预测预警.并且通过江西东乡铜矿的实例应用，分析有代表性的采样点，结果表明该矿区污染源1、2 及尾矿库重金属污染程度较严重，从重金属综合污染指数的预警类型角度分析，2003 年至2008 年东乡铜矿重金属污染级别均已超过警戒线，从重金属单因子污染指数的预警类型角度分析，重金属Cu、Pb、Cd 的污染程度较为严重，其次为重金属Zn、Ni.
关键词： 矿山环境    重金属污染    监测预警    污染指数    警戒线    
Heavy metal pollution monitoring and pre-warning of Ｊiangxi Ｄongxiang copper mine
YANG Hui-yue, RAO Yun-zhang    
School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 34100, China
Abstract: Excessive mining development led to serious heavy metal pollution in the mining area and surrounding regions. Based on introducing the environmental quality pre-warning, this article designs the basic methods of mine environment monitoring and pre -warning. Using the heavy metals content as the evaluation index, this article forecasts the changing trend, speed of heavy metals. The representative samples of Dongxiang Copper Mine are analyzed. The results show that the pollution source No. 1, No. 2 and tailings are serious polluted. From the perspective of heavy metals pollution comprehensive index, heavy metal pollution levels have been higher than the alarming line from 2003 to 2008 in Dongxiang copper mine. From the perspective of heavy metals pollution single factor index , Cu, Pb and Cd pollutions are relatively serious, followed by Zn, Ni.
Key words: mine environment    heavy metal pollution    monitoring and pre-warning    pollution index    alarming line    
0 引言

人类对矿产资源的不合理开采、运输等过程中会造成矿区周围环境的破坏，重金属是矿山环境的主要污染物之一，其具有隐蔽性、累积性和不可逆性等特点，是矿山环境污染治理过程中所面临的一个比较棘手的问题[1].因此，对矿区重金属含量的变化趋势进行预警以便提前做好预防准备.本研究结合国内外关于农田土壤环境质量预警、区域水环境预警、大气环境污染预警等方面的文献和理论知识，为东乡铜矿设计了监测预警的基本方法，即以矿山重金属含量为评价指标，对其变化趋势、速度等方面进行预测预警.

1 矿山重金属污染监测预警 1.1 矿山重金属污染评价模型

评价是预测和预警的基础，对环境中重金属污染的评价方法有很多，比如有单因子指数评价法，内梅罗（N.L.Nmeeorw）污染综合指数法、潜在生态风险指数法、污染负荷指数法等[2-6].

1.1.1 单因子指数法

单因子指数法是国内通用的一种单项污染指数法，是评价水、土壤、大气和河流沉积物中重金属污染通用的一种方法.单因子指数法是其他环境质量分级、环境质量指数、综合评价的基础.计算公式如下：

(1)

式（1） 中，EPi为污染物单因子指数； Ci为污染物i的实测浓度；Si为污染物i 的评价标准.

1.1.2 内梅罗（N.L.Nmeeorw）污染综合指数法

内梅罗综合指数法重点突出了单因子污染指数最大的污染物对环境质量的作用和影响，忽略了各项污染因子对环境影响的差异，所以用内梅罗综合指数法评价只能反映环境受污染的程度而不能反映污染的质变特点[7].计算公式如下：

(2)

式（2）中，EP 为污染物综合污染指数；Aνr（EPi）为环境中各污染物的单因子指数平均值；Max（EPi）为环境中单因子污染物的最大污染指数.

1.2 矿山重金属污染预警模型

假设从时间t1开始对未来的某段时间t2进行矿区重金属污染环境预警，那么预警的时间段为△t=t1-t2，设矿区重金属污染环境预警综合污染指数为EP（t），参数EP 表示不良状态预警时矿区重金属污染环境的临界值，参数△EP 表示矿区重金属污染的变化速率临界值，即预警综合污染指标EP（t）在△t 内变化的临界值[8-10].在已知参数EP、△EP 的情况下，预警评价的数学关系式可以表示如下：

不良状态预警：

(3)

恶化趋势预警

(4)

恶化速率预警

(5)

模型中，EP 值的选择是依据环境重金属质量标准、矿区环境重金属质量监测技术规范而定，详见表 1；△EP 为环境质量变化速率临界值，△EP=1/a.

表1 水污染评价分级标准和预警标准
点击放大

1.3 矿山重金属污染监测预警系统

矿区重金属污染监测预警体系建立在重金属污染评价、预测模型的基础上[11]，其主要步骤如下.

1.3.1 矿山历史数据的收集

历史数据既是对客观事实的记录，也是研究矿山重金属污染环境的基础.建立矿区重金属污染监测预警体系首先就要建立与重金属污染相关的数据库，主要包括自然条件的数据、矿山历史重金属排放量、酸性废水排放、pH 等[12].

1.3.2 监测预警标准的确定

监测预警标准的确定是对矿山重金属污染预警的核心和关键，在对矿山历史数据定量评价和定性分析的基础上，查阅相关大量文献资料、科研成果及理论研究，结合矿区重金属污染的实际情况，才确定监测预警的临界值，然后再结合污染因子的环境背景值及评价分级指标，明确矿区重金属污染监测预警标准[13].矿区重金属污染评价分级标准和预警标准见表 1.

1.3.3 预警时段的确定

如果时段太短就失去了预警的意义，达不到预警的目的.如果选取的时段太长，技术上的操作存在一定的困难，因此本次预警选取预警时段为5 年.

1.3.4 监测预警

第1，采用矿区重金属污染评价模型对研究区的各个污染因子进行评价，根据评价结果选出关键预测因子，运用矿区重金属污染预测模型对污染因子进行预测，获的该污染因子的预测值，将预测或者已知的矿区污染因子值代入公式（1），计算得到各个污染因子的评价值；第2，根据内梅罗公式（2），计算得到矿区重金属的综合指数评价值；第3，将矿区重金属污染的评价值代入预警模型（3）、（4）、（5）中，根据预警评价的数学关系式计算得到预警的类型[10].用A0表示良好状态，A1表示不良状态，A2表示较差状态，A3表示差状态，A4表示极差状态，B 表示恶化趋势预警，C 表示恶化速率预警.

2 实例分析---东乡铜矿重金属污染监测预警 2.1 选择地表水重金属含量为预警评价因子

鉴于监测预警需要时间序列的数据，结合收集到的东乡铜矿重金属含量的历史数据，通过分析采样的时间和地点，最终选取2003～2008 年东乡铜矿地表水重金属含量作为预警评价因子.

2.2 数据分析 2.2.1 历史数据收集

收集到的历史数据有1984 年至2008 年东乡铜矿地表水重金属含量监测数据，考虑到预警的警度，选取2003～2008 年采样点较一致的监测数据，见表 2.

表2 2003～2008 年东乡铜矿地表水重金属含量监测数据/（mg·kg-1）
点击放大

2.2.2 数据分析

剔除部分反常监测数据，根据矿山每个月对固定监测点多次监测的历史数据，求出每个月重金属含量的平均值，再由月平均值求得每年该监测点重金属的含量.

2.3 矿山重金属污染监测预警 2.3.1 选择预警标准

根据地表水环境质量标准重金属标准限值确定东乡铜矿重金属预警警戒线，见表 1.

2.3.2 监测预警

将2003～2008 年的重金属监测数据（见表 2），带到重金属污染预警评价公式（1），（2）中，预警评价标准为地表水环境质量标准（GB3838-2002）中的三类标准（见表 3），通过计算得到各个重金属的单因子污染指数和综合污染指数，最后将重金属质量评价值代入矿山重金属污染预警模型（3），（4），（5）得出预警类型.用A0表示良好无警状态，A1表示警戒线状态，A2表示较差的轻警状态，A3表示差的中警状态，A4表示极差重警状态，B 表示恶化趋势预警，C 表示恶化速率预警.监测预警的结果见表 4.

表3 地表水环境质量三类标准（GB3838-2002） /（mg·kg-1）
点击放大

表4 2003～2008 年东乡铜矿重金属监测结果
点击放大

3 矿山重金属污染监测预警结果分析

（1）从东乡铜矿重金属综合污染指数预警类型的角度观察，2003 年至2008 年东乡铜矿重金属污染级别均已超过警戒线，2003 年至2005 年重金属污染程度已经非常严重，预警级别以重警为主，随后几年，可能由于人们的环保意识增强和政府的监督管理，重金属污染程度稍有减轻，但还是超过警戒线，急需当地相关人员采取相关措施，否则将对周围的环境造成不可逆的破坏.

（2）从东乡铜矿重金属单因子污染指数预警类型的角度观察，重金属Cu、Pb、Cd 的污染程度较为严重，其次为重金属Zn、Ni.从2003 年到2008 年，监测点在污染源处的重金属污染指标的预警级别基本上都已超过警戒线，外排尾矿库重金属污染程度相对较轻.

（3）从监测点的角度观察，污染源1、2 处的污染情况均比外排尾矿库1、2 处的污染程度要严重，这可能由于污染源1，2 处的采样点位于选矿厂附近河流，早年选矿厂将选矿废水以及尾矿沉淀后的废液，经简单处理后用于周边农田灌溉，部分废液经尾矿坝泄水孔直接外排至周边水体，从而导致污染源1，2处重金属污染较严重；从外排尾矿库1、2 处观察，从2006 年到2008 年，重金属Cu、Zn、Ni、Fe 的恶化速率较快，重金属Cd 有恶化的趋势.

（4）通过观察预警结果，分析东乡铜矿重金属污染的来源.由各个监测点的预警级别可知，污染源1，2 处的监测区域是东乡铜矿重金属污染的主要来源，对重金属污染治理也应重点放在污染源1，2 周围；其次从监测点外排尾矿库处可知，尾矿库固体废弃物的长期堆放，经过环境一系列的物理化学等作用而释放大量的重金属，这是矿山重金属污染的另一个来源.

参考文献
[1] 郑喜坤, 鲁安怀, 高翔, 等. 土壤中重金属污染现状与防治方法[J]. 土壤与环境, 2002, 11(1): 79–84.
[2] 敬久旺, 赵玉红, 张涪平, 等. 藏中矿区表层土壤重金属污染评价[J]. 贵州农业科学, 2011, 39(7): 126–128.
[3] 金成俊, 金明姬, 元灿熙, 等. 龙井市近郊农田土壤重金属污染评价[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(33): 20433–20434.
[4] 李绍生. 永城矿区土壤重金属污染评价研究[J]. 河南科学, 2011, 29(4): 484–488.
[5] 李朝奎, 王利东, 李吟, 等. 土壤重金属污染评价方法研究进展[J]. 矿产与地质, 2011, 25(2): 172–176.
[6] 曹斌, 夏凡, 夏建新. 水环境质量评价方法的比较与应用研究[J]. 中央民族大学学报, 2011, 20(3): 12–19.
[7] 王猛, 印军荣. 地表水环境质量综合评价应用方法深讨[J]. 广东化工, 2011, 12(38): 96–97.
[8] 陈治谏, 陈国阶. 环境影响评价的预警系统研究[J]. 环境科学, 1991, 13(4): 20–23.
[9] 陈国阶. 对环境预警的深讨[J]. 重庆环境科学, 1996, 18(5): 1–4.
[10] 王瑞玲. 农田土壤环境质量预警[D]. 北京:中国农业科学院,2005.
[11] 何玲玲, 陈正洪. 武汉市水环境重金属污染的监测[J]. 环境科学与技术, 2007, 30(5): 41–42.
[12] 徐水太, 饶运章, 熊灵燕. 金属硫化矿区水土重金属污染预警系统研究[J]. 环保与分析, 2009, 7(30): 58–61.
[13] 张于池, 黄凯辉. 福清市龙江水质检测与分析[J]. 化学工程与装备, 2012(1): 165–167.