废弃稀土矿区重金属污染特征及其评价以江西省定南县为例

1、废弃稀土矿区重金属污染特征及其评价以江西省定南县为例 暨南大学硕士学位论文摘要风化壳淋积型稀土矿是我国特有的稀土矿种 , 其开采容易,品位高,配分好,在造福人类的同时也使稀土矿区及其周边产生了严重的生态破坏和环境污染。本研究选择江西省定南县岭北镇来水坑废弃稀土矿区、老李坑二矿稀土生产区及其周围环境进行了详细的调查研究。首先对矿区及周边环境中水体、底泥、土壤和生物样品中重金属元素及理化因子进行了分析,并采用连续提取法对矿区及周边农田、底泥中重金属的赋存形态进行了提取及分析,然后通过相关性分析和主成分分析,对矿区周边环境中重金属来源进行了较全面的分析,最后通过地累积指数法、潜在生态风险指数法、基于

2、次生态和原生态的评价方法及美国 e p a 健康风险方法对土壤质量进行污染评价。通过研究,获得以下结论:(1)根据相关评价标准,水体、土壤、底泥及生物样品不同程度地存在重金属超标。水体中存在 p b、c d、m n、ph 值、氨氮和氯化物超标;土壤、底泥中存在 p b、h g 超标;稻米存在 c d 、a s 超标。参照赣州地区背景值, 土壤、底泥存在 c u 、z n 、m n 、c d 、p b、h g 富集。( 2)稀土 矿区、农田 、底泥中重 金属的分布 不同。受稀 土矿浸矿的 影响,来水坑 矿区和老李坑二矿已采矿区 重金属 c u 、c r 、n i 、a s 、 h g 、p b、

3、a l 含量较多,但受不同浸矿工艺的影响,老李坑二矿已采矿中重金属含量显著低于来水坑矿区。由于没有经历稀土开采, 老李坑二矿未采矿区 z n 、 m n 、 c d 、 f e 含量最多。 来水坑矿区土壤中重金属 c u 、 m n、n i 、 a s 、 a l 、 f e 含量高于南丰村水稻田, 距离矿区越近污染越严重, 表现为 南丰村大部分重金属(除 c d、a s 、p b)含量高于蔡阳村。(3)不同重金属的赋存形态不同,同一重金属赋存形态在不同采样区的分布也不同。稀土矿区 、农田土壤及底泥 中重金属 c r 、n i 、z n 、c u 均主要以 残渣态存在( 50% ) ,且在各采

4、 样点的形态 分布及 各形态 的变化幅度均较一致 ,研究 表明,c r 、 n i 、c u、z n 在环境中的迁移转化能力较小 ; p b、 m n 主要以非残渣态存在( 50% ) ,稀土矿区中 p b 的非残渣态最高, 达 83.4% , 易于流失进入周围农田和水体, 水稻田和底泥中 m n 非残渣态较高,表明有较强的迁移转化能力和生物可用性。( 4)水体 、土 壤中重 金属间 有较强 的相关 性,表 明水体 中 c d 和 z n (p 0.01) 、m n和 n i (p 0.05)有相似的来源; 土壤中 a l 、 m n 和 f e (p 0.01) ,c u 和 a s (p

5、0.01) ,m ni暨南大学硕士学位论文和 z n (p 0.05) ,有相似的来源。( 5)水体、 土壤主成分分 析的总体效果 均较理想,所提取 的主成分揭 示了变量 90%以上的影响因子,能够很好包含原有信息。主成分分析表明矿区周边环境中重金属主要有以下几个来源:c r 、 n i 主要为自然来源;m n、 a l 、f e 、 a s 、c u 、z n 主要来源于废弃稀土矿;h g 、p b 主要是人为来源;c d 部分来源于废弃稀土矿,部分为人为来源。可见,周边环境中源于废弃稀土矿的重金属有 c u、z n 、c d、a s 、m n 、a l 、f e 。(6)通过不同评价方法表

6、明,各重金属指标和采样点的污染程度如下:根据地累积指数 h g 、m n 达中度?强度污染,根据潜在生态危害指数达到 h g 很强生态危害,根据 k m n 、p b 达到重度污染;根据地累积指数 c u、z n 、c d、c r 、n i 达到无r s p?中度污染,根据 k c u、z n 、c r 、p b 达到轻度?中度污染。根据综合潜在生态危害指r s p数法, 来水坑矿区和南丰村水稻田污染最严重, 达到中等生态危害; 根据美国 e p a 健康风险评价方法, 对于儿童, 南丰村水稻田总的非致癌风险 h i 大于 1, 来水坑矿区总的非致癌风险 h i 达 0.995,接近于 1。综

7、上所述,重金属 h g 、p b、m n、c u、z n 、c d 是风化壳淋积型废弃稀土矿及其周边环境中主要的重金属污染物, 其中, m n、 c u、 z n 来源于废弃稀土矿, c b 部分来源于废弃稀土矿,因此,应该对废弃稀土矿进行工程整治及生物修复,防治其继续对周边环境产生影响。关键词 :废弃稀土矿; 重金属污染; 顺序提取; 重金属来源;污染评价i i暨南大学硕士学位论文a a a a b b b b s s s s t t t t r r r r a a a a c c c c t t t ta s a n u ni q ue r a r e e a r t h m i ne r

8、 a l s i n ou r c ou nt r y, t he w e a t he r i ng c r us t - e l uvi a l t ype r a r e e a r t hor e s ha ve s e ve r a l a dv a nt a ge s ,s uc h a s e a s y- t o- e x pl oi t , h i g h - gr a de , bu t a f t e r s e ve r a l ye a r s ofe xpl or a t i on , i t ha s c a us e s e r i ous e c ol ogi

9、 c a l de s t r uc t i on a n d e n vi r onm e nt a l pol l ut i on. t hea ba ndone d r a r e e a r t h m i n i ng a r e a i n p i t l a i s hui , l a o l i p i t s e c ond m i ne a nd t he s u r r oundi nge nvi r onm e nt i n d i ngna n of j i a ngxi p r ovi nc e , c h i na , w e r e c h os e n a s

10、 s t udy obj e c t sf i r s t of a l l , l a bor a t or y a na l ys i s of t o t a l he a vy m e t a l , ph ys i c a l a nd c h e m i c a l f a c t or a n d he a vym e t a l s pe c i a t i on , t he n c or r e l a t i o n a n a l ys i s a n d pr i nc i p a l c om pone nt a na l ys i s m e t hod s f

11、or s ou r c e sof h e a vy m e t a l .f i na l l y , pol l ut i on a s s e s s m e nt m e t hod s of g e o a c c um ul a t i o n i nde x, p ot e nt i a le c ol ogi c a l r i s k i nde x, m e t hod ba s e d o n m or phol o gy a n d h e a l t h r i s k a s s e s s m e nt of e p at hem a i n c onc l us

12、 i o n c ou l d be dr a w n a s f ol l ow :1 b a s e d on r e l e va nt e va l ua t i on s t a nda r d,t he he a vy m e t a l c ont e nt s w e r e e xc e s s i ve i n-s i ol , w a t e r ,s e di m e nt a nd r i c et he c on t e nt s of p b, c d, m n , n h - n , c l w e r e e x c e s s i ve i n w a t

13、e r ,t he3c ont e nt s of h g a n d p b w e r e ov e r t he l i m i t a t i o n of i i l e ve l s t a nda r d of s t a t e e nvi r onm e nts t a nda r d of c h i na i n s oi l , t he c ont e nt s of c d, a s w e r e ove r t he l i m i t a t i o n of f ood i n c h i na i nr i c e .i n a ddi t i o n,

14、t he c on t e nt s of c u , z n, m n, p b, h g e x c e e de d t he ba c kgr ound va l ue of ofg a nz hou i n j i a ngxi i n s oi l.2 t he di s t r i but i on of he a vy m e t a l s i s di f f e r e nt i n r a r e e a r t h m i ni ng a r e a , pa ddy f i e l d a nds e di m e ntb y l e a c hi ng pr oc

15、 e s s ,t he c ont e nt s o f m os t of t he h e a vy m e t a l s w e r e h i ghe r i n r a r e e a r t hm i ni ng a r e a o f p i t l a i s hui a nd p i t l a ol i , w hi c h ha d be e n e x pl o r e d ,bu t t he c ont e nt s of h e a vym e t a l s w e r e l ow e r i n p i t l a o l i f or t he di

16、f f e r e nc e of m i ni ng t e c hni q ue .w h i l e t he c on t e nt s of z n,m n, c d, f e w e r e h i ghe s t i n l a o l i p i t w hi c h w a s une xpl or e d , c on s i d e r i ng t he a ba ndone d m i ne sa nd pa ddy f i e l d , t h e c ont e nt s of c u , m n, n i , a s , a l , f e w e r e h

17、i ghe r i n l a i s hui p i t .c om pa r i e dw i t h c a i ya ng pa ddy f i e l d ,t he c ont e nt s of h e a vy m e t a l s e xc e pt c d, a s , p b w e r e h i ghe r i nn a n f e ng pa ddy f i e l d w hi c h i s c l os e r t o p i t l a i s hui 3 t he h e a vy m e t a l s pe c i a t i on w a s di

18、 f f e r e nt w i t h di f f e r e nt he a vy m e t a l or di f f e r e nts a m pl i ngsm os t o f t he c r , n i , z n , c u w e r e f ound i n r e s i d ua l f r a c t i o n ove r 50% a nd h a d t hes a m e di s t r i but i ons of he a vy m e t a l s pe c i a t i on i n di f f e r e nt s a m pl i

19、ngs ,w hi c h i m pl i e d w e a ke r a bi l i t yi i i暨南大学硕士学位论文of m i gr a t i o n i n r a r e e a r t h m i ni ng a r e a .h ow e ve r , m os t of t he p b,m n w e r e f ound i n non- r e s i dua lf r a c t i on ove r 50% t he n on- r e s i d ua l f r a c t i on of p b 83.4% w a s h i ghe s t i n

20、 r a r e e a r t h m i ni ng a r e aw hi c h i m pl i e d t ha t p b i s e a s y t o e n t e r i nt o t he s or r oundi ng e nvi r onm e nt f r om t he a r e e a r t hm i ni ng a r e a .t he non- r e s i d ua l f r a c t i on o f m n w a s h i g h e r i n pa ddy f i e l d s a nd s e di m e nt ,w hi

21、c hi m pl i e d t ha t m n h a d s t r onge r a bi l i t y of m i gr a t i o n i n t he pa ddy f i e l ds a nd s e di m e nt 4 t he c or r e l a t i on w a s s t r ong e r be t w e e n he a vy m e t a l s of s oi a n d w a t e rs o t h e r e w e r es i m l i e r s our c e s be t w e e n m n a n d n

22、i p 0.05 ,c d a nd z n p 0.01 i n w a t e r , a n d t h e r e w e r e s i m l i e rs ou r c e s be t w e e n a l , m n a nd f e p 0.01 , c u a nd a s p 0.01 , m n a nd z n p 0.05 i n s oi l 5 t he e xt r a c t e d pr i nc i p a l c om pone nt c oul de d r e ve a l s t he i m pa c t f a c t or ov e r

23、 90%b a s e d ont he r e s ul t of pr i nc i pa l c om pone nt a na l ys i s , t he r e w e r e s e ve r a l s our c e s of he a vy m e t a l s i nc l udi ngt he na t ur a l w e a t he r i ng c r , n i , t he w e a t he r i ng of s oi l i n a ba ndone d r a r e e a r t h m i ni ng a r e a a l ,m n,

24、f e , a s , c u , c d, z n , t he a r t i f i c i a l s our c e s s u c h a s a t m os phe r i c de pos i t i on h g , t he f e r t i l i z e ror t r a ns por t a t i on c d, p bs o, t he a ba ndone d r a r e e a r t h or e s w e r e pr i m a r y pol l ut i on s our c e s f orm os t h e a vy m e t a

25、 l a l , m n , f e , a s , c u , c d, z n 6 v a r i o u s i nde xe s w e r e u s e d de t e r m i ni ng t he c on t a m i na t i o n l e ve l of s oi l a nd s e di m e ntg e o- a c c um ul a t i o n i nde x i ndi c a t e d m ode r a t e t o h e a vy c on t a m i na t i o n f or h g a nd m n, a n dm

26、ode r a t e c on t a m i na t i o n f or c u a nd z n. p ot e nt i a l e c ol ogi c a l r i s k i nde x i ndi c a t e d hi ghl y s t r onge c ol ogi c a l r i s k f or h g. m or phol ogi c a l a s s e s s m e nt m e t hod i ndi c a t e d s e ve r e c on t a m i na t i o n f or p ba nd m n, a nd s l

27、i ght c on t a m i na t i o n f or c u , z n, c rt he pol l ut i o n l e ve l of s a m pl i ngs s h ow e d t ha tp i t l a i s hui a nd n a n f e ng pa ddy f i e l d w e r e be l ongi ng t o m ode r a t e e c ol ogi c a l r i s kb a s e d o n t hem ode l s of he a l t h r i s k a s s e s s m e nt ,

28、t h e t o t a l n on- c a nc e r r i s k va l ue h i w a s h i ghe r t ha n 1 i n pa ddyf i e l d of n a n f e ng, but w a s 0.995 i n s oi l of p i l l a i s hui 。i n c on c l us i o n, t he m a i n h e a vy m e t a l pol l ut a nt s i s h g, p b, m n , c u , z n, c d i n w e a t he r i ngc r us t

29、- e l uvi a l t ype r a r e e a r t h m i ni ng a r e a , t h e s our c e of m n, c u , z n, c d i s a ba ndone d r a r e e a r t hm i ni ng a r e at he r e f or e , w e s houl d f oc us o n t he e ngi ne e r i ng t r e a t m e nt a n d bi or e m e di a t i on f ora ba ndone d r a r e e a r t h m i

30、ni ng a r e a t o c ont r ol i t s i m pa c t o n s ur r oundi ng e nvi r onm e n tk e y w or d s :k k k e e e y y y w w w or or or d d d s s s : : : t he r a r e e a r t h m i ne ; h e a vy m e t a l pol l ut i on; s e que nt i a l e xt r a c t i on; t he s ou r c e s ofhe a vy m e t a l ; pol l ut

31、 i o n a s s e s s m e nti v暨南大学硕士学位论文目录摘要ia b s t r a c ti i i第一章 绪论11.1 稀土矿开采及重金属污染研究进展. 11.1.1 稀土矿及开采工艺 11.1.2 重金属污染研究进展21.2 重金属污染评价 31.2.1 重金属污染风险. 31.2.2 重金属污染评价方法研究 31.3 本研究的提出. 41.4 研究内容和技术路线. 41.4.1 研究区域概况41.4.2 采样区的选择. 51.4.3 研究内容. 81.4.4 研究目的及意义 81.4.5 技术路线 9第二章 研究方法. 102.1 样品采集. 102.1.1 水

32、体. 102.1.2 底泥 102.1.3 土壤112.1.4 生物样. 112.2 样品前处理 122.2.1 水体. 122.2.2 土壤和底泥. 122.3.3 生物样 122.3 实验方法. 122.3.1 常规理化因子分析. 122.3.2 重金属总量分析132.3.3 重金属形态提取132.3.4 重金属检测方法142.3.5 质量控制142.4 重金属风险评价方法142.4.1 土壤背景值. 142.4.2 地累积指数法 152.4.3 潜在生态危害指数法 152.4.4 基于次生相与原生相比值的评价方法162.4.5 健康风险评价 162.5 数据分析. 18第三章 重金属含量

33、及分布特征. 193.1 引言 19v暨南大学硕士学位论文3.2 结果与分析 193.2.1 常规理化因子含量及分布. 193.2.2 水体中重金属含量及分布. 213.2.3 底泥中重金属含量及分布. 233.2.4 土壤中重金属含量及分布. 233.2.5 稻米中重金属含量. 263.3 讨论 263.4 小结 28第四章 重金属赋存形态特征294.1 引言 294.2 结果与分析 294.2.1 稀土矿区294.2.2 水稻田 314.2.3 底泥. 324.3 讨论 334.4 小结 35第五章 重金属来源分析. 365.1 引言 365.2 结果与分析 365.2.1 重金属及理化因

34、子的相关性分析. 365.2.3 重金属总量及理化因子的主成分分析395.3.讨论 445.4 小结45第六章 土壤重金属污染评价466.1 前言 466.2 结果与分析466.2.1 地累积指数评价法. 466.2.2 潜在生态危害指数评价法. 476.2.3 次生态和原生态比值评价法 486.2.4 健康风险评价 496.3 讨论 516.4 小结51第七章 结论 53参考文献 55致谢63v i暨南大学硕士学位论文第一章 绪论1 1. 1 11 1. 1 1 稀土 矿开采及 重金属污 染研究进 展1. 1. 1. 1. 1 1 1 1 .1 .1 .1 .1 稀土矿及开采工艺我国稀土资源

35、非常丰富,多年来一直是世界上最大的稀土生产、应用和出口国(中华人民共和国国务院新闻办公室, 2012) 。 其中, 风化壳淋积型稀土矿是我国特有的稀土矿种,主要分布在江西赣州、广东、福建等南方地区(彭青, 1999) 。风化壳淋积型稀土矿是由含稀 土 的 裸 露 于 地 面 的 花 岗 岩 或 火 山 岩 在 合 适 的 条 件 下 经 多 年 风 化 淋 积 而 形 成 ( 李 炜 ,2000 ) ,处于 丘陵地带,矿床 中稀土元素 呈水合或者 羟基水合阳 离子吸附于 风化壳粘土 矿物上 (池汝安 等, 2007) ,可被 化学性质更 活泼的阳离 子解吸下来(车丽萍 , 2006) 。浸矿+

36、 3+机理如下: 粘土矿物 ? n r e + 3na 粘土矿物 3na + n r e r e : 稀土元素; a : 浸矿剂 。 解m m析 出 来 的 稀 土 离 子 母 液 一 般 用 草 酸 或 碳 酸 氢 铵 沉 淀 , 反 应 原 理 如 下 :3+ + 3+ + +2r e + 3h 2 c 2o 4 r e 2 c 2o 4 3+ 6h 或 2r e + 3n h 4h c o 3 r e 2 c 2o 4 3+ 3n h 4 + 3h , 沉淀物 再经过滤、烘干、灼烧即得到混合稀土氧化物。风化壳淋积型稀土矿的开采,先后经历了 3 种不同的工艺技术,即池浸、堆浸和原地浸矿(祝

37、怡斌, 2011) 。过去,我国风化壳淋积型稀土矿开采均采用池浸和堆浸工艺,池浸工艺是一种传统的露天开采异地浸矿工艺,堆浸工艺实际上是放大的池浸工艺(高志强等, 2011) ,工艺如下:剥离表土采挖矿石浸出稀土沉淀稀土过滤灼烧混合稀土氧化物。该工艺开采深度大,地表植被破坏严重,固体废弃物产量大,水土流失严重,且资源回收率和母液收集率低, 产生严重的生态破坏和环境污染。 2003 年后, 我国已经禁止该工艺的使用,改用污染较低的原位浸矿工艺,即:原位打井原地浸矿母液除杂沉淀稀土过滤灼烧混合稀土氧化物。该工艺对矿山的破坏小,使用的浸矿液较少,但原位浸矿后的浸矿液回收率较低,可能会对地下水产生污染。

38、3+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+风化壳淋积型稀土矿淋出液中主要含有 a l 、f e 、c d 、p b 、z n 、m n 、c u 等(张培善, 1985) , 这些重金属在稀土沉淀过程中最终以氢氧化物或硫化物的形式存在 (池汝安,2007) 。陈志澄等(1994)经采样调查发现我国南方某稀土矿区周边水体 p b、c d、c u、z n 污染较严重,许亚夫等(2012)也发现赣州市定南县废弃稀土矿区及周边土壤中p b 严重超标,c u 接近超标。1暨南大学硕士学位论文1.1.21. 1. 1. 1 1 1 .2 .2 .2 重金属污染 研究进展重金属属于过渡元素 , 化学性质活泼

39、, 各形态之间通过氧化 - 还原、吸附- 解吸、沉淀-溶解及酸- 碱等物理化学反应不断地进行着相互转化 (何用, 2004) , 其迁移转化受重金属本身性质、重金属赋存形态、土壤理化性质及气候条件的影响。环境污染方面所涉及的重金属主要是指生物毒性显著的 h g、c d、p b、c r 、a s ,还包括具有毒性的 z n 、c u、c o、n i 、s n 、v 等。重 金属 污 染 与 其它 污 染 不同 , 具 有隐 蔽 性 、长 期 性 及后 果 严 重性 等 特点 ( m i l l e r e ta l .,2004 ) 。当人体中吸收 过多金属后就可能会出现疾病症状 ,如肝脏、肾脏

40、、消化系统、神经系统、心血管系统和免疫系统疾病,甚至造成癌症,一般来说,儿童更易受到重金属的毒害。由于食物链的富集作用,低浓度的重金属能在人体内大量蓄积,从而产生慢性毒害 ,如日 本的“水俣病” 和“骨痛病 ” ,就是在重 金属产生污 染十几年后 才被发现 (赵庆龄 等, 2012) 。重金 属 广泛分 布于大气 、土壤及水 体之中,据 报道一些受 重金属污染 的土壤可能要经过一两百年时间才能恢复 (k i m e t a l ., 2008) 。而且,进入土壤的重金属能破坏土壤结构,使农作物产量和品质下降、甚至不可食用(庄国泰 等,2012) 。金属采矿是环境中重金属 污染最重要的一个来源(

41、j ung e t a l ., 1996; r a z o e t a l , 2004) 。n r i a gu 和 p a c y na (1998)估算出每年通过采矿和冶炼行业释放到环境(大气、水和土壤)6 6中的 p b 有 636× 10 kg,a s 有 35× 10 k g ,分别占释放到环境中总铅和总砷的 35% 和 22% 。目前,已经有大量文献对矿山重金属污染进行了研究 (w i l s on e t a l ., 2005; 耿婷婷, 2011 ) ,包括铜矿、铅矿、钨矿、锰矿等,在不同工矿企业周围,重金属含量表现出明显的特异性(王亚平 等 , 20

42、00; 付善明 , 2007; 王志楼 等, 2010) ,稀土同 属重金属,但目 前对稀土矿重金属污染的研究成果还比较少。对矿区存在的重金属污染,很多文献通过对水体、沉积物、土壤重金属污染进行调查(王志楼, 2010) ,包括重金属污染程度、迁移转化和环境评价(滕彦国 等, 2002; 栾和林 等, 2006; 佘国英 等, 2006)等。我国对矿山重金属污染问题的研究起步较晚,比国际晚了将近 20 年(赵庆龄, 2010) 。由于常使用工矿企业排放的工业废水进行农田灌溉,使我国农田重金属污染非常严重。目前全国受重金属污染的耕地已达 2000 万公顷,约占总耕地面积的 1/ 5 , 每年因重

43、金属污染而减产的粮食超过 1000 万吨,被重金属污染的粮食每年多达 1200 万吨(郑国璋, 2007) 。2011 年中国政府发布了“ 综合预防和控制重金属污染的第十二个五年计划” 专项项目。h g 、 c r 、 c d、 p b 和 a s 这五种重金属由于具有高毒性 、 普遍存在性及持续性而被列为优先控制的污染物。十四个省和自治区被选为优先控制地区,包括内蒙古自治区、江苏省、浙2暨南大学硕士学位论文江省、 江西省和河南省。 另外, 4452 个公司企业被列入优先监控名单。 国家对重金属污染的控制和监测进入高速发展时期。1 1 1 12 2 2 2 重金 属 污染 评价1.2.1 1.

44、2.1 1.2.1 1.2.1 重金属污染风险重金属 污染风险主 要受下列因 素影响: 1)人体或 生物体接触 重金属的方 式和暴露程度。 一般情况下, 人体通过以下几个途径吸收环境中的重金属: a ) 吸入含重金属的蒸气 (如汞蒸气 )或颗粒 物,在采矿 区或道路两 边可能吸入 较多的颗粒 物;b) 食用污 染的农作物或动物;c )饮用受污染的水,这种情况一般发生在农村的非公共水源;d)儿童在污染场地玩耍 后吮吸手指 。2) 有效性 ,重金属有 效性指可被 水溶出或者 能够被生物 体吸收的部分。 3)金属的 性质和污染 物的存在形 态。重金属 形态对重金 属毒性影响 很大,如六 价铬比三价铬

45、的毒性大很多,无机汞转化为甲基汞后毒性增加。重金属与土壤颗粒物的结合形态影响重金属的生物效应和迁移能力。1.2.2 1.2.21.2.2 1.2.2 重金属 污染评价方法研究目前,土壤重金属生态风险评价是重金属污染研究的热点之一。常用于评价土壤重金属方法包括富集因子法 (d a vut l uo gl u e t a l ., 2011 ) 、内梅罗综合指数法(张玉莲, 2012) 、 地累积指数法 (a l ba e t a l ., 2011 ; 李国莲, 2011 ) 以及潜在生态危害指数法 (徐争启 等, 2008)等。还有些学者基于生物可利用性考虑,提出基于重金属形态的评价方法,这种

46、方法既能反应重金属的现实污染,又能反映重金属的潜在风险。但各评价方法的评价重点和优缺点各不同。富集因子 (e nr i c hm e nt f a c t or , e f ) 法是判断和评价表层环境中重金属自然来源或人为来源的有效方法,该方法通常以全球页岩为背景值,以地球化学过程中的惰性元素为标 准元 素 ( 邓 昌州 等 , 2012 ) 。 单项 污染 指 数法 能够 直 观的 反映 单 项重 金属 的 污染 状况( h j / t 166 - 2004) ,但不能反映综合 污染状况。内梅罗综合指数法 能够突出高含量重 金属元素对 环境污染的 影响,但可 能带入异常 值对评价结 果的影响

47、 (李亚松 等, 2009) ;地积累指数法是 m ül l e r 在 1969 年提出的,该方 法能够充分地考虑地质背景所产生 的影响,越来越多 地被用于评 价土壤重金 属污染 (柴世伟 等, 2006) 。潜在 生态危害指 数法是瑞典 学者 h a ka ns on 于 1980 年建立的, 其优点是将重金属的毒性效应考虑到重金属评价中, 其重点是各重金属毒性系数的确定 (l e ve i e t a l , 2013) 。 基于重金属形态提取的评价方法可以反映重金属的来源 (d a vut l uo gl u e t a l, 2011 ) ,刘峰等(2011)将非残渣态之和

48、称为次生相,将残渣 态称为原生 相,用次生 相与原生相 两者的比值 反映重金属 的人为污染 。20 世纪 703暨南大学硕士学位论文至 80 年 代 进 入健 康风险 评价 研究 的高 峰期 , 目 前,健 康风险 评价 方法 以美 国国 家科 学院n a s 提出的四 步法为典范 ,即危害鉴 别 、 计量一反 应评估、暴露评估 和风险表征,该方法广泛应用于由于空气、水和土壤等污染造成的人体健康风险评价(湛宏伟,2006) 。由于各种方法都是在假定参考值的基础上进行的,因此,在生态风险评价中,背景值的选择对 评价结果影响很 大( d e s a ul e s , 2012) 。传统上 用地壳元

49、素平均 值或全球页岩平均值作为背景值(邓昌州 等, 2012) ,但不同地质背景下土壤中重金属元素差异很大。因此,目前大多数学者使用区域背景值, 其中, 一部分使用未受人类干扰的深层样品 ( 一般取 30- 50c m 深的样品)作为背景值(滕彦国 等, 2002) ,一部分使用当地地区背景值。1 1 1 13 3 3 3 本研 究的提出综上所述,受风化壳淋积型稀土矿开采或废弃稀土矿的影响,矿区周围环境中可能会存在重金属污染,并在人们未了解的情况下长期对附近居民产生健康威胁。但目前有关稀土矿重金属污染状况的研究比较少,因此,开展对稀土矿重金属污染的考察和评价是十分必要。本论文针对我国特有的、具

50、有代表性的风化壳淋积型废弃稀土矿(以江西省定南县为例 )及其 周围环境中重金属 污染( 包括对水体 、土壤、稻 米的考察) 、来源及 污染程度进行考察和评价,力求为风化壳淋积型稀土矿重金属污染的进一步研究做基础。1 1. 4 41 1. 4 4 研究 内容和技 术路线1.4 1.4 .1 .11.4 1.4 .1 .1 研究区域概况本 研 究 选 择 的 区 域 位 于 江 西 省 定 南 县 岭 北 镇 ( 东 经 114° 46 1 15° 23 , 北 纬224° 33 25° 05 ) , 岭北镇位于定南县城北面, 面积 337.14 km ,

51、人口 2.37 万, 自然条件优越,稀土矿山 资源丰富,是定 南县稀土生产的重 点基地,地理位 置见图 1- 1。该镇属东亚季 风18.8 80% 1587.3 m m气候区, 境内气候温和, 平均气温 , 平均相对湿度 , 年平均降雨量 。冬季河流无冰冻现象,无霜期 293 天。岭北镇神仙岭以北属于赣江水系,流入贡水,主要2河流有月子河,龙头河、迳脑河,流域面积 365.14 km ,占定南县总流域面积的 27.7% 。4暨南大学硕士学位论文图 1- 1 岭北镇位置f i g1- 1 t he pos i t i on of r a r e e a r t h m i ni ng a r e

52、 a i n t he t ow n of l i ngbe i1.4.21.4.2 1.4.2 1.4.2 采样区的选择(1)污染区及对照区本论文选择江西省定南县岭北镇来水坑废弃稀土矿、老李坑二矿的稀土矿生产区及矿区周边集水区作为污染区进行调查研究。对照区选择定南县县政府所在地历市镇的修建村和文昌村,该区域没有经历过稀土开采(见图 1- 2) 。5暨南大学硕士学位论文图 1- 2 采样点位f i g1- 2 t he s a m pl i ng s i t e s(2)来水坑废弃稀土矿区来水坑废弃稀土矿区位于岭北镇南丰村,开采工艺为池浸和堆浸工艺。矿区全貌见图2 21- 3,该矿区高出地表四五百米, 矿区总面积 0.304 km ,植被破坏面积 0.223 km ,表土大面积裸露,矿山内部有一些大小不一的集液池,池中水体颜色显浅蓝色,池底有隔离层防止废水渗透,从矿山流出的雨水汇集到矿山脚下沟渠后进入附近溪流。该矿于上世纪九十年代开始进行稀土开采,已废弃五年之久。6暨南大学硕士学位论文居民区农田集液池矿区研究区域图 1- 3 来水坑地图全貌f i g1- 3 t he pa nor a m a of p i t l a i s hui注:图中来水坑废弃矿区大面积地表裸露,绿色的部分为集液池,矿区右边是研究区域南丰村农田及居民区。(3)老李坑二矿稀土生产区老李坑全部采用原位