孟淑華

（山西省忻州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 忻州 034000）

在煤礦土壤重金屬污染中，重金屬一般指Pb、Hg、Cr6+、Cd 和As 等生物毒性顯著的元素，同時也代表具有一定毒性的Ni、Cu、Zn 等一般重金屬。結(jié)合當前煤礦開采形成的矸石，在堆放淋浴后，容易在雨水呈弱酸性下，加速矸石中重金屬元素向土壤、地下水進行滲透和遷移，從而會對土壤和地下水造成重金屬污染。不僅會影響土壤原本的生態(tài)系統(tǒng)，也會通過植物、動物的富集對人體造成影響，因此在當前的煤礦開采中有必要進行礦區(qū)土壤重金屬污染情況的評價及特點分析，為污染治理打下基礎(chǔ)。

1 煤礦區(qū)開采概述

某礦區(qū)的煤礦開采工作，雖然促進了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展建設(shè)，但在開采中未關(guān)注矸石對土壤、地下水的污染，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)被破壞。結(jié)合衛(wèi)星圖像資料顯示，很多植物出現(xiàn)了枯死，據(jù)開采技術(shù)人員的經(jīng)驗初步判斷為土壤重金屬污染。為了有效了解植物枯死的原因，有必要在土壤取樣和重金屬測定后，對重金屬污染情況進行分析和評價，有效掌握重金屬的污染特征，滿足土壤治理、環(huán)境保護工作的需要[1]。

2 礦區(qū)土壤重金屬的取樣和測定方法分析

2.1 土壤取樣

為了提高礦區(qū)土壤重金屬的測定精準性，需要在進行土壤樣品的采集中，盡量降低人為因素對取樣、測定的影響，進而保障測定工作的合理性和有效性。具體在進行土壤取樣中，要做好以下工作：第一，本文針對煤礦上、下風(fēng)區(qū)域土壤的重金屬元素含量進行測定，因此在取樣中需要以礦井為中心，沿著吹風(fēng)的方向以“S”形的路線進行取樣工作，“U”型取樣深度控制在100 mm、取樣質(zhì)量控制在1 kg；第二，在完成取樣后需要將樣品做好標記并進行密封，其中標記信息需要有取樣地點、標號和時間等信息；第三，要對樣品在實驗室中進行一定處理，在按照要求進行風(fēng)干、磨細和篩選后，將每份樣品準備3 個試樣進行重復(fù)檢測，將數(shù)據(jù)平均值作為最終結(jié)果[2]。

2.2 測定方法

在具體測定中需要借助原子吸收光譜儀進行土壤重金屬元素的含量檢測，在測定前要對土壤進行消解處理，具體方法為分解法，詳細步驟為：第一，向坩堝中加入50 mL聚四氟乙烯，并用水進行濕潤，然后向坩堝中加入10 mL 鹽酸；第二，將樣品放在電熱板上進行烘干處理。該過程土壤會初步分解；第三，注意觀察坩堝溶液，在剩余3 mL時停止加熱并依次加入5 mL 硝酸、5 mL 氫氟酸、3 mL 鹽酸；第四，再次進行樣品加熱烘干分解，在觀察樣品呈黏稠狀時停止加熱，并加入硝酸，觀察溶液刻度到達50 mL。在經(jīng)過以上步驟獲得樣品后，就能用原子吸收光譜儀進行土壤重金屬元素含量的檢測。

3 土壤重金屬污染情況評價

3.1 評價方法的選擇應(yīng)用

一般會選擇地質(zhì)累積指數(shù)法進行土壤重金屬污染情況的評價和分析，目前該方法被廣泛應(yīng)用于土壤的重金屬污染研究中，有著較強的應(yīng)用價值，具體計算方法可以參考公式（1）：

式中：Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；K 代表常數(shù)（取值1.5）；Cn為土壤中重金屬的實測含量，mg/kg；Bn為該元素在土壤中的背景值，mg/kg。在結(jié)合化學(xué)方法完成土壤重金屬元素的含量測定后，需要代入公式（1）中進行計算，最終可以得到不同重金屬元素的地質(zhì)累積指數(shù)，結(jié)合不同地質(zhì)累積指數(shù)的大小，可以將其劃分為7 個等級，分別是0 級～6 級，0 代表該重金屬元素未對土壤造成污染；6 代表該重金屬元素對土壤造成了極強的污染，具體的地質(zhì)累積指數(shù)和分級的關(guān)系可以參考下頁表1[3]。

表1 土壤重金屬污染等級評價

3.2 評價結(jié)果

結(jié)合土壤重金屬含量研究方式，計算出土壤中的金屬元素含量，同時借助地質(zhì)累積指數(shù)法對金屬的污染程度進行評價，評價結(jié)果表2。表2 既對土壤中的高含量重金屬元素進行了展現(xiàn)，同時也將對應(yīng)的元素地區(qū)背景值給予了標注，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，鎘元素的含量超過了土壤背景值，超過比例為1 291%，對土壤造成了嚴重的污染。雖然鎳金屬元素的含量也超過土壤平均值，但超出比例為13.2%，對土壤的污染較低。銅、鉻、錳三種重金屬元素的含量都低于土壤背景值，因此可以證明以上三種金屬元素未對土壤造成污染。

表2 土壤重金屬污染情況評價

結(jié)合表1 和表2 而言，通過對地質(zhì)累積指數(shù)法的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對土壤重金屬元素含量污染程度的評價，結(jié)合銅、錳、鎘、鎳、鉻的地質(zhì)累積指數(shù)而言，分別為-1.15、-1.32、3.18、-0.48、-1.14，對照污染級別分別是0、0、4、0、0。因此可以了解到該礦區(qū)中鎘元素的污染等級最高，其他重金屬元素的污染等級較低。結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可以證明煤礦在開采和運輸中對土壤造成的污染，具體為重度的鎘元素污染和輕度的鎳元素污染，同時銅、錳、鉻三種重金屬元素未造成污染。

4 土壤重金屬污染特征研究

為了更好地了解該礦區(qū)不同位置的土壤重金屬污染特征，需要對煤礦下風(fēng)區(qū)域、上風(fēng)區(qū)域土壤中的金屬元素含量進行統(tǒng)計和分析，具體統(tǒng)計結(jié)果見表3。表3 所示，上、下風(fēng)區(qū)域土壤中重金屬的含量差距較大，不過無論是哪一種重金屬，上風(fēng)區(qū)域土壤的重金屬含量均低于下風(fēng)區(qū)域。對于銅、錳、鎳、鎘、鉻等重金屬的上、下風(fēng)區(qū)域土壤含量差值而言，分別為4.48、9.09、2.47、0.54、4.26 mg/kg；對于差距程度而言，分別為36.99%、2.62%、8.19%、52.40%、10.56%。結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可以得出重金屬在土壤中的遷徙存在速度差異，進而導(dǎo)致重金屬元素在煤礦區(qū)域分布中存在差異。

表3 上、下風(fēng)區(qū)域中土壤重金屬分布特征結(jié)果

5 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合當前我國不斷落實的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和煤礦企業(yè)開展環(huán)保生產(chǎn)的重要價值，需要煤礦企業(yè)在開采中關(guān)注土壤的重金屬污染情況，在有效做好重金屬污染情況的評價和特點分析后，為對應(yīng)的治理和預(yù)防工作提供數(shù)據(jù)支持。經(jīng)過一定方式的土壤重金屬檢測，可以發(fā)現(xiàn)案例中煤礦區(qū)域存在較嚴重的重金屬污染，且下風(fēng)區(qū)域的重金屬含量要遠高于上風(fēng)域，同時各金屬元素的分布含量也各有不同，可以結(jié)合以上結(jié)論幫助煤礦企業(yè)做好土壤重金屬污染的治理工作，實現(xiàn)可持續(xù)的開采發(fā)展。