安庆铜矿矿区地表水中Cu、Cd 的测试与评价

刘 春，陈 纯，安乐生

（1.安徽省地质矿产勘查局326 地质队，安徽安庆246003；2.安庆师范大学资源环境学院，安徽安庆246133）

重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，有很强的迁移、转化、富集及隐藏性，可经大气、水、食物链等途径进入人体，生物毒性显著，易引发慢性中毒，具有“三致”作用，对免疫系统有一定影响，威胁人体健康和食品安全[1-2]。近年来，我国部分地表水监测断面存在重金属个别时段超标现象；个别城镇集中式饮用水水源地也存在Cr、Hg、Pb 等超标现象。重金属污染是矿产资源开发引起的主要环境问题之一[3]。采矿及加工过程中产生的含有大量重金属的废矿石及尾矿，在干湿交替的环境中发生氧化，在雨水、地表径流的淋滤作用下，会产生含有重金属的淋溶水[4]。矿区废水渗入地下会造成土壤及地下水污染，甚至导致区域生态系统的破坏[5]。近年来，矿区重金属污染引起了越来越多学者的关注。乔晓英等[6]利用Field Spec 4 便携式地物光谱仪采集植物光谱曲线，采用导数光谱等信息提取法，分析植物红边斜率、植被指数等光谱参数与植物样品中重金属含量的相关性。薛喜成等[7]借助原子吸收分光光度计分析了秦岭安河矿区地表水中Cd、Pb、Cu、Cr、Zn 5 种重金属的形态含量，并对重金属污染程度进行了综合评价。

痕量的铜和镉的测试方法常用的有原子吸收光谱法、电化学分析法、电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等[8-9]。王巧巧等[10]以氧化石墨烯和Fe3O4磁性纳米颗粒制备新型分离富集材料，与原子荧光光谱仪联用测定水中Cd、Pb。刘芳等[11]利用巯基棉分离富集ICP-OES 测定岩盐矿中水溶性Cu、Pb、Zn、Cd。为了解安庆铜矿矿区地表水中重金属Cu、Cd 含量及分布情况，通过采集矿区及周围地表水样，采用石墨炉原子吸收光谱法测定样品中Cu、Cd，并进行综合评价分析，以期为区域地表水重金属污染控制提供参考。

1 实验部分

1.1 研究区概况

安庆铜矿隶属安徽月山矿田。月山矿田是长江中下游铜、铁、硫（金）成矿带的重要组成部分，是此地区具有代表性的大型矽卡岩-热液脉型铜、铁、金多金属矿田[8]。矿区主要矿石类型有矽卡岩型磁铁矿、矽卡岩型磁铁铜矿石、闪长岩型铜矿石等，主要矿物成分为磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、透辉石、方解石等[9]。

1.2 样品采集

在安庆铜矿矿区及周边布置采样点11 个（图1），每个采样点采集地表水1 个，共11 个地表水样P1～P11。每个水样中加入HNO3酸化，加入量为每1.0 L 水样中加入2.0 mL 浓HNO3。

1.3 样品测试

1.3.1 仪器及工作条件

ZEEint700p 原子吸收光谱仪（德国耶拿公司），仪器工作条件及测试参数见表1。

1.3.2 标准溶液及试剂

Cu 标准溶液：50 μg/L；Cd 标准溶液：5 μg/L。

基体改进剂：Mg（NO3）2·6H2O：0.6 g/L；NH4H2PO4：10.0 g/L。

1.3.3 实验测试

按照表1 的工作条件，采用石墨炉原子吸收光谱法测定采集的地表水水样P1～P11 中的Cu、Cd，以0.6 g/L的Mg（NO3）2·6H2O 和10.0 g/L 的NH4H2PO4作为基体改进剂，以降低基体效应，消除干扰，提高检测灵敏度。测试结果见表2。

表1 仪器配置参数

图1 研究区及采样点示意

2 结果与分析

从水样检测指标的统计分析结果（表2）来看，11 个水样c（Cu）、c（Cd）的变化范围分别为0.1～42.4 μg/L，0.1～9.9 μg/L，均值分别为21.2 μg/L、5.0 μg/L，标准偏差分别为12.2、3.1。《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅱ-Ⅳ类水c（Cu）限值均为1.0 mg/L，c（Cd）限值均为0.005 mg/L。以1.0 mg/L、0.005 mg/L 分别作为Cu、Cd 的质量浓度限值标准，计算出研究区各水样Cu、Cd 的单因子污染指数。由表2 可知，水样中Cu的污染指数均小于0.5，各水样c（Cu）满足Ⅱ类水质标准；水样2、6、8 和11 中Cd 的污染指数均超过1，4 个采样点水样c（Cd）均超出Ⅳ类水质标准，说明部分地表水存在Cd 轻微污染。此外，水样1、5 和7 中Cd 的污染指数虽然都小于1，但均超过0.5。

表2 水样统计分析结果

从图2 可以看出，研究区地表水中c（Cd）数值变化不大，而c（Cu）变幅较大，尤其是6 号采样点c（Cu）明显偏高。安庆铜矿已生产近30 年，铜矿开采和矿石选冶产生大量的尾矿废渣，同时，出露地表的岩矿体、废矿石、尾矿库产生的酸性排水、扬尘及其中富含的重金属（如铜离子）一定程度造成周围环境的污染。6 号采样点距离采矿区较近，加之地形因素及排水路径，易受到矿区废水排放的影响。Cd 和Zn 是同族元素，在自然界中Cd常与Zn、Pb 共生。安庆铜矿是多金属矿田，矿区水土中Cd 含量可能要比其他地区高。图2 中c（Cd）变幅相对不大，说明该区域水体中c（Cd）主要受环境本底值影响。

通过对研究区水样典型重金属c（Cu）、c（Cd）的分析可以看出，该区域部分水体c（Cd）浓度偏高，矿区需进一步加强水环境治理，一是完善排水体制，严格实施雨污分流，通过良好的截流系统，避免上游汇水、地面径流等进入矿区；二是进一步加大污水处理投入，采用更高效的污水处理工艺，确保采矿及加工过程中产生的废水得到有效处理，实现废水达标排放。此外，《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中部分重金属指标的Ⅱ-Ⅳ类浓度限值数值一致，需要进一步加强该类标准的研究，细化标准分级，提高应用性和可操作性。

图2 各水样重金属Cu、Cd 质量浓度分布

3 结论

（1）安庆铜矿矿区地表水中c（Cu）、c（Cd）变化范围分别为0.1～42.4 μg/L，0.1～9.9 μg/L，各水样c（Cu）满足Ⅱ类水质标准，而少数水样c（Cd）偏高。

（2）矿区地表水中c（Cd）数值变化不大，而c（Cu）变幅较大，相对于c（Cu），一定程度上水体中c（Cd）主要受环境本底值影响。

（3）矿区应在完善雨污分流、强化污水收集与处理等方面进一步加大投入，确保废水达标排放。