矿区生态环境质量评价在环境监测实践教学中的应用

李勇超 任伯帜

摘要：本文针对锡矿山锑矿区水质、固体浸出毒性、土壤中重金属含量、降尘量及化学成分等监测项目，提出了特定的监测方案。将矿区生态环境质量评价应用于环境监测实践教学中，提高了学生监测能力，激发了他们对矿区污染控制这一前沿性课题的兴趣，为环境监测实践教学提供了一个成功的借鉴案例。

关键词：矿区生态环境，环境监测，实践，案例

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0138-02

一、引言

《环境监测》是环境科学、给排水科学与工程等专业必修的一门理论与实践并重的专业主干课程，对培养环境方向专业监测人才具有十分重要地位[1]。其中环境监测教学改革主要集中在精品课程建设、课堂教学内容优化、产学研结合、网络教学等。当然高质量的课堂教学对学生获得系统的环境监测专业技能具有重大意义。然而随着环境污染的进一步加剧，国民环保意识的提高，以及社会对环境监测实践性人才的不断需求，加强环境监测实践教学改革，逐渐成为课程改革的主要方向。但是环境监测课程实践教学却存在诸多问题，以笔者在湖南科技大学多年的教学经验发现：（1）环境监测实验课时很少，大多是讲授实验步骤，实验仪器设备有限，学生得不到实际的锻炼；（2）生成实习也主要以参观为主，综合性和设计性实验少，完全无法激发学生的兴趣；（3）学生对环境监测的认识局限在实验室测试，对整个监测流程没有概念。环境监测主要目的是对有关项目就行定期、长时间的监测，以确定环境质量及污染源状况，评价控制措施，促进环保事业的发展。

二、矿区生态环境质量评价应用于环境监测实践教学可行性分析

随着工业的发展，矿区环境受到涉矿企业和环保部门极大重视。以湖南省锡矿山为例，这是全球最大的锑成矿区，素有“世界锑都”之美称[2]。矿物组合主要为石英-辉锑矿和方解石-辉锑矿，并且还伴生有汞、铅、砷、金等金属矿床[3]。至今锑矿的开采和冶炼已有一个多世纪，带动了当地经济发展，但是同时也导致矿区生态环境质量严重恶化，目前土壤鲜有种植，河水、地下水已禁止饮用，大部分矿区居民已经搬离[4]。从而对整个矿区生态环境质量进行全面系统的评价成为了污染控制、环境管理的关键。可见锑矿区生态环境质量评价是一个与环境监测课程非常相关的实践项目，这也是本科生很感兴趣的话题，他们年轻富有激情对环保事业十分热衷，这将极大地带动他们对环境监测的积极性。

三、矿区生态环境质量评价在环境监测实践教学中的运用

1.水质监测。目前矿山废水仅经过简单的沉淀处理或者不经处理直接排放，河流以及地下水受到重金属污染，居民用水困难。通过对整个矿区进行实地调查以及对选矿冶炼工艺的了解，发现污染源主要为矿坑水、选矿废水、冶炼废水。选择某采矿点的矿坑水、冶炼废水、选矿废水和邻近河流为监测对象，锑、砷、汞、硫酸盐、磷酸盐等作为主要监测项目。学生3～4人为一组，对这四个采样点进行采样。其中河流的取样严格按照地表水监测断面和采样点的要求从上游到下游逐渐布设对照断面、控制断面和消减断面。采样工具为250 mL聚乙烯瓶，采样前用10%硝酸浸泡过24 h，并用去离子水清洗干净。使用美国哈希HQ30d便携式测定仪现场测定pH、溶解氧、电导率并记录水温。将水样装满瓶后，加少量的硝酸，调pH为1～2，防止重金属离子水解沉淀，密封，送回实验室，放入冰箱4℃保存。在这里强调学生做好采样记录，因为冷水江市锡矿山距湘潭市湖南科技大学有一定的距离，在水样的运输过程中，标签纸可能会磨损丢失。其次教导学生根据监测项目有针对性的选择采样工具、保存方法。总之，样品的采集是整个环境监测的重点，如有偏差，后面的测试数据没有任何意义。

按照水和废水监测分析方法[5]，对水体中重金属与阴离子进行测定。其中高浓度的金属采用火焰原子吸收分光光度计（AA-7002A北京三雄）测定总量，而低浓度的锑、汞、砷则采用原子荧光光谱仪（AFS-9700北京海光），采用离子色谱仪（ICS-900美国戴安）测定水样中的硫酸盐等。测试环节要学生掌握仪器的原理，构造，测试条件，懂得检测限对仪器的选择要求，而且要他们掌握仪器的开机、使用、维护等基本常识。整个过程包括溶液的配置等全部由本科生亲自操作，每个监测项目要求测定三次，求平均值，并有计量单位。采用地表水环境质量标准和污水综合排放标准对水质进行评价。

2.土壤中重金属的分析。选取地势较低的田间土壤，根据梅花形布点法进行取样，土壤采集深度在0～20cm左右，尽量保持土壤的完整性，不破坏其物理结构。将在一个采样单元内采集的土样混合均匀制成混合样，采取“四方法”弃取，装袋。同样采取距离矿区较远的土壤作为对照样品。土壤样品经室温下自然风干后，剔除植物残根、岩石碎块等，用木棒研磨后通过2 mm孔径尼龙网筛，待用。土壤样品的消解：准确称取过筛后的土壤样品0.1g至于三角烧杯，添加10mL HNO3-HCl溶液，在电热板上消解溶样（温度≤150℃）至溶液体积大约为0.5mL，冷却至室温，将消解液转移到25mL试管加水定容，然后对溶液中锑、砷、汞、铅浓度进行测定，测定方法如前所述。为了保证分析方法的可靠性，同时消解对照样品，并采用了国家标准物质黄色红壤-土壤样品GBW07406）对消解及元素分析过程进行质量控制。参照对照区土样及土壤环境质量标准，评价矿区土壤重金属污染状况。

3.固体废弃物监测。在整个矿区存有大量的堆放区和尾矿坝，这些废渣成分复杂，含有多种有害成分。它们不仅侵占大量农田，更严重的是废弃物一般未经处理裸露堆放于地表，常年受到雨水的淋溶，加上堆放区的防渗滤措施不完善，造成重金属等有害物质的释放，且随雨水径流进入周围土壤、水体。因此以锑矿堆放区为研究对象，考查固体廢物浸出毒性具有重大意义。首先对堆放区的尾矿砂、冶炼渣、选矿废石进行分别采样。由于堆放区面积比较大，地形较平坦、各类废弃物堆有很多，所以选用棋盘式采样方法，布设15个采样点，对每个采样点的废弃物堆分别进行取样装袋。湿样在室温下自然干燥，破碎、过5mm孔径筛，缩分，1.5kg备用。浸出毒性实验采用规定的方法浸出水溶液，即分别称取过筛后的尾矿砂、冶炼渣、选矿废石100g（干基）放置于2L广口聚乙烯瓶中，并加入1L的去离子水。查阅当地气象资料可知，冷水江锡矿山属于酸雨地区。故在实验过程中，淋溶液的配置应符合当地气候环境条件，调节溶液初始pH为6.0，将瓶子放入恒温水浴振荡器上，振荡频率为100次/min，室温下振荡8h，静置16h。浸出液通过0.45μm的滤膜过滤。我国规定的浸出毒性分析项目有：汞、镉、砷、铬、铅、铜、锌、镍、锑、硫化物、硝基苯等。根据锑矿废弃物性质，本项目主要测锑、汞、砷、铅、硫化物的浓度，同时分析溶液pH、颜色变化等。

4.废气监测。矿山废气主要成分有二氧化硫、氟化物及固体悬浮物等，这里以降量尘的测定作为实践内容。该地区大气降尘量具有明显的季节性。基于春冬季节干旱少雨、植被覆盖率低造成扬尘较多，此次采样时间为2月15日至3月16日，为期30天。采取功能区布点法布设10个采样点，每个采样点高度为6～8m，位置视野开阔。采样工具为内径15cm、高30cm的集尘缸，缸内置有100mL的水溶液。收集时首先拣出枯枝、小虫等异物，并用水冲洗将缸内溶液和尘土全部转入烧杯中，加热蒸发浓缩至15mL后，再全部转移到已恒重的坩埚中，电热板加热蒸发后，放到烘箱（110℃）中恒重，计算降尘量。然而根据降尘量并不能完全反映颗粒物的毒性，其化学组成则是重要的判断指标。因此采用X射线光谱仪与扫描电镜仪分析颗粒的形貌和元素成分，并参比远离锑矿的对照区降尘量及化学组成，查看锑矿的开采冶炼对空气颗粒的元素组成是否产生了影响。

四、问题及取得效果

锡矿山锑矿的开采冶炼给当地带来极大的负面影响，湖南科技大学很多学生来自湘西，他们深有感触，而将矿山生态环境质量评价带入环境监测这门课程，使他们学以致用，同时对整套环境监测的流程熟练掌握，学会自己制作监测方案。水体、固废、大气监测这些教学重点难点都成功的添加到这一实践项目中。此外，环境监测是很严肃的工作，要求同学们实事求是，绝不能修改数据。

五、结论与展望

通过对锑矿区生态环境质量的评价，使学生增长了知识面，理论结合到实际。他们对环境监测的认识有很大的改进，不局限在课堂和实验室中，动手能力会得到极大的提高。矿区环境污染如此严重，如何改良选矿工艺以及治理污水，废物再利用等话题得到了广泛的探讨，激发了他们的科研兴趣。在今后的教学中，我们还会不断增加其他项目来锻炼学生的实践能力。

参考文献：

[1]奚旦立，孙裕生.环境监测[M].第四版.北京：高等教育出版社，2010.

[2]伍钢柱.锑都话锑[J].化学教学，1995，（3）：25-26.

[3]彭建堂，胡瑞忠.湘中锡矿山超大型锑矿床的碳、氧同位素体系[J].地质论評，2001，47（1）：34-41.

[4]刘镔锋，资锋，曹运江，代领.湖南锡矿山环境地质问题及其防治对策研究[J].能源与环境，2015，（1）：58-59

[5]国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京：中国环境科学出版社，2002.