某矿业公司周边耕地土壤环境现状调查评价

2024-04-20罗维曾国龙骆振华

城市地质 2024年1期

罗维曾国龙骆振华

摘要：为摸底小型矿业类厂区对周边耕地的环境影响及后期对潜在污染的评价与防控，采用单项污染指数、内罗梅综合污染指数、地统计等方法，通过土壤风险程度分类、超标倍数、背景值比较等手段，评价某矿业公司周边耕地土壤污染状况。评价结果表明：厂区周边耕地土壤重金属全铬、六价铬、汞元素及氰化物对土壤环境质量风险无，耕地土壤环境质量全部为安全利用类，土壤环境质量风险可控；耕地土壤超标率：氟化物>锰>镉>砷>锌>铅。铅元素含量偏高可能受到历史或周边其他企业等因素影响。

关键词：矿业公司；耕地土壤；重金属及化合物；土壤污染

Evaluation of soil environment status of cultivated land around a mining plant

LUO Wei， ZENG Guolong， LUO Zhenhua

（No. 113 Geological Team， Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province，

Liupanshui 553000， Guizhou， China）

Abstract： It is of vital importance to find out the environmental impact of small-scale mining plants on the surrounding cultivated land so as to carry out evaluation and control of potential pollution in later stages. Using a single pollution index， Nairomi's comprehensive pollution index， land statistics and other methods， this paper evaluates the pollution status of the cultivated land soil caused by a mining plant based on soil risk degree， exceeding-standard multiple， and background value comparison. The analysis results show that： heavy metals， hexavalent chromium， mercury and cyanide of the cultivated land surrounding the plant area impose no risk to the quality of the soil environment， the soil environment of the cultivated land is safe， and the quality of the soil environment can be controlled. The rating of excessive chemical presence in the cultivated land is as follows： fluoride > manganese > cadmium > arsenic > zinc > lead， in which the content of lead may have been affected by history factors or other nearby enterprises.

Keywords： mining companies; cultivated soil; heavy metals and compounds; soil contaminate

近年來，随着工业的不断发展，许多企业普遍存在固废等超标、违规排放问题，周边耕地土壤环境污染风险愈来愈受到人们的关注（麦麦提吐尔逊·艾则孜等，2017；王伟等，2022；胡昱欣等，2021；宋炜，2023）。土壤中重金属等污染物质的来源主要为2种途径：自然因素，主要指土壤成土母岩及土壤形成过程中，原生地质作用所引起的重金属等污染物质的超标问题；人为因素，主要指工业废渣、废气中重金属的扩散、沉降、淋滤、累积，含重金属等污染物质对周围耕地的浇灌以及含重金属农药、磷肥的大量施用是土壤受到重金属物质污染的主要途径（梁峙等，2016；赵莉源等，2023；孙小华，2021）。重金属等污染物难于被土壤生物降解，在土壤中逐渐累积，导致土壤及其环境受到污染；重金属进入土壤—植物体系后，通过植物链的富集、传递，危害人体健康（舒艳，2012；古佩等，2019；白江伟等，2023）。某矿业有限公司，建成投产时间早，生产工艺为锰金属冶炼产业政策中鼓励的先进工艺，企业环境管理工作完善，但周边存在其他厂区可能产生同类污染源。本文以该矿业公司周边耕地土壤为调查研究对象，分析评价场地周边土壤重金属（砷、镉、铅、锌、铬等）等污染状况，并对其综合污染程度进行评价，以期为该区域污染控制及相关行业企业环境保护提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区区域地貌为喀斯特地貌，灰岩地层多发育，海拔偏高。研究区位于地形平洼处，地形起伏小，海拔1 250 m左右；区内地层为三叠系火把冲组碎屑岩，土壤类型主要为黄壤、黄棕壤，地质构造发育，相对稳定；水文条件优越，附近水源多发育，泉点较多，河流自东北向西南流经安迁、韭菜塘、马鞍山，汇入红枫湖。地处贵州高原苗岭山脊线上，山谷风明显，西南季风来自印度洋，夏季风多。

1.2 环境调查

1.2.1 场地现状及历史业主情况

该矿业有限公司成立于2017年，主要经营硅锰合金、锰矿石、富锰渣等产品，企业效能好，正常运营。经调查咨询，该场地历史存在其他工业用途，具体不详。

1.2.2 厂区划分情况

该厂区位于平坝处，地形平缓，水源丰富，附近水塘、河流發育；除东面紧邻钢铁厂，南面为民用住房，周边多为农用耕地，种植面积大。该厂主要从事工业用途的锰金属冶炼，生产工艺先进，效能高。厂区主要分为堆料区、加工区、成品区及水处理区等4个区域，见图1。

1.2.3 生产工艺情况

硅锰生产的主要原料为锰矿石、硅、焦炭等矿石。厂区主要矿石原料及其成分见表1所示。

厂区主要冶炼工艺为热炉还原冶炼，还原电炉是铁合金的主要冶炼设备，主要原料是炭质还原剂。含硅锰的矿石和炭质原料，在电炉内通过电弧放电作用发生还原反应，加热炼熔物料及反应所需的能量为热能。

1.2.4 环境污染调查

1）废水。厂区产生的废水分为生活污水及工业废水。生活污水主要为厂内职工生活用途产生，通过固定管道、渠道排泄；工业废水主要为厂区沉淀池、调节池产生的废水，实地调查发现，场地地面铺设条件好，水泥防护严实，防渗较好，水质无异味、清澈。

2）固体废物。厂区产生的固体废物主要为生产车间产出的废渣、废料等，此外为生活垃圾。场地生产车间、堆料区等主要区域地面铺设条件较好，水泥防护、防渗较好。经询问工作人员，废料废渣具有工业用途，可用于再提炼，长期作为次成品或残成品变卖商家，而被运走；生活垃圾经卫生负责人员定期清理及回收处理。

3）烟尘。厂区产生的烟尘主要为冶炼过程中产生工业废气、生产过程中扬尘污染。废气污染途径主要是携带污染固体颗粒，随气流、风向、漂移、吸附、沉淀进而污染周边表层土壤；厂区四周围墙较高，平均高度大于3 m，能有效阻断扬尘迁移对周边表层耕地土壤产生污染。废气与扬尘迁移、吸附、沉淀，对周边环境表层耕地土壤具有直接污染途径，同时不可控因素大。

1.3 样品采集

1）点位布设

根据重金属对土壤的富集特征，本次对厂区周边土壤耕作层（0～20 cm）进行土壤取样分析。按照HJ/T 166－2004《土壤环境检测技术规范》要求，根据现场情况及安顺市主导风向（东北风），在下风向设置3个采样点：LW3、LW4、LW5，在四周不同位置设置5个采样点：LW1、LW2、LW6、LW7、LW8，具体如图2所示。同时对厂内矿渣、主要矿石及矿石组合样进行取样分析。

2）样品采集

土壤样：用铁锹、竹片在采样点处采集0～20 cm的土壤。尽量挑出根系、秸秆、石块、粪渣、未分解的化肥颗粒等杂物，各子样充分混合后装入干净的棉布样品袋中，潮湿样品再用自封袋装袋保存，当天送到野外样品加工基地后打开自封袋，自然风干。

矿渣及矿石样：在厂房加工区矿渣堆，用竹片在不同位置采集矿渣；同时采取主要矿石原料，例如遵义烧结矿石、马来矿石、缅甸矿石等单样及组合矿石样。

3）样品分析

测试项目分别为铅、锌、铬、镉、砷、汞、铁、锰、六价铬及氟化物、氰化物、pH等12项重金属元素及化合物。采用X射线荧光光谱法（XRF）、原子荧光光谱法（AFS）、离子选择性电极法（ISE）、等离子光谱法（ICP）等样品元素全量分析配套方法。

1.4 评价标准

1）土壤总镉、总汞、总砷、总铅、总铬。土壤中污染物含量（C i）对照GB15618—2018《土壤环境质量农用土壤污染风险管控标准（试行）》《农用土壤环境质量标准（三次征求意见稿）》（环办科技函〔2016〕455号）中的筛选值（S i）和管制值（G i）将土壤风险程度分为3类：

Ⅰ类：C i ≤ S i，一般认为无土壤污染风险或风险很低可忽略，应优先保护；

Ⅱ类：S i < C i ≤ G i，一般认为存在或可能存在土壤污染风险，但风险较低，通过采取措施可以达到安全利用；

Ⅲ类：C i > G i，一般认为风险较高，应该划为严格管控。

2）土壤总铜、总镍、总锌、六六六、滴滴涕。对照GB15618—2018《土壤环境质量农用土壤污染风险管控标准（试行）》中的筛选值（S i）将土壤风险程度分为2类：

Ⅰ类：C i≤S i，无土壤污染风险或风险很低可忽略，应优先保护；

Ⅱ类：C i>S i，存在一定的土壤污染风险。

3）环境质量评价一般多采用污染指数法，污染指数法分单项污染指数法和内罗梅综合污染指数法。

①单项污染指数法

Pi = Ci / Si

式中：Pi为环境中污染物i的单项污染指数；C i为环境中污染物i的实测数据；Si为污染物i的评价标准。Pi <1，未污染，判定为合格；Pi >1，污染，判定为不合格。

②内罗梅综合污染指数法

P综=［（Pi，max + Pi，ave） / 2］

式中：P综为综合污染指数；Pi，max为最大单项污染指数；Pi，ave为平均单项污染指数。P综<1，未污染，判定为合格；P综>1，污染，判定为不合格。

2 结果与讨论

2.1 土壤污染现状评价

本次土壤样品测试项为12项（其中2项未检出），分别为重金属元素（Pb、Zn、Cr、Cd、As、Hg、Fe、Mn、Cr6+）、酸碱度（pH）、氟化物及氰化物。测试数据分析见表2，土壤污染指数评价结果见表3。

铅（Pb）。铅元素在土壤中的含量范围为62.4～164 mg·kg-1，平均值为94.0 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW8。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，除样品LW3、LW4、LW5土壤环境质量用地类型为安全利用类，土壤重金属风险可控；其他样品用地类型为优先保护类，土壤重金属风险无或可忽略；无土壤重金属风险较大样品。

锌（Zn）。土壤中锌元素含量范围为154～280 mg·kg-1，平均值为219 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW8。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，除样品LW1、LW2、LW8土壤环境质量用地类型为优先保护类，土壤重金属风险无或可忽略；其他样品用地类型为安全利用类，土壤重金属风险可控；无土壤重金属风险较大样品。

铬（Cr）。铬元素土壤中含量范围为92.7～126 mg·kg-1，平均值为114 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW7。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，全部样品土壤环境质量用地类型为优先保护类，土壤重金属风险无或可忽略；无土壤重金属风险较大样品。单项污染指数判定为无污染。

镉（Cd）。镉元素土壤中含量范围为0.260～1.89 mg·kg-1，平均值为0.830 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW8。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，除样品LW1土壤环境质量用地类型为优先保护类，土壤重金属风险无或可忽略；其他样品用地类型为安全利用类，土壤重金属风险可控；无土壤重金属风险较大样品。除样品LW2无污染，单项污染指数判定其他样品均不合格。

砷（As）。砷元素土壤中含量范围为23.2～52.5 mg·kg-1，平均值为41.1 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW6与LW7。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，除样品LW1、LW2土壤环境质量用地类型为优先保护类，土壤重金属风险无或可忽略；其他样品用地类型为安全利用类，土壤重金属风险可控；无土壤重金属风险较大样品。除样品LW1、LW2无污染，单项污染指数判定其他样品均不合格或不合格风险高。

汞（Hg）。汞元素土壤中含量范围为0.182～0.421 mg·kg-1，平均值为0.305 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW5。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，暂无汞元素参考指标，不作为重点评价元素。单项污染指数判定为无污染。

铁（Fe）。铁元素土壤中含量范围为38 600～ 68 000 mg·kg-1，平均值为52 975 mg·kg-1，浓度最高点样品为LW6与LW7。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，暂无铁元素参考指标，不作为重点评价元素。

锰（Mn）。锰元素土壤中含量范围为825～3 200 mg·kg-1，平均值为2 058 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW5。依据GB15618－2018《土壤环境质量标准》，除样品LW2土壤环境质量用地类型为优先保护类，土壤重金属风险无或可忽略；其他样品用地类型为安全利用类，土壤重金属风险可控；无土壤重金属风险较大样品。

氟化物。氟化物元素土壤中含量范围为983～1 790 mg·kg-1，平均值為1 437 mg·kg-1，检出筛选值超标浓度最高点样品为LW5，整体含量均远高于土壤环境质量标准值，应予防范重视。依据GB15618－2018土壤环境质量标准，全部样品用地类型为安全利用类，土壤重金属风险可控；无土壤重金属风险较大样品。

铬（Cr6+）、氰化物。铬（Cr6+）元素土壤中含量及氰化物未检出，说明未达到检测最低含量标准，铬（Cr6+）元素及氰化物含量极低，对土壤环境质量无风险。

pH。酸碱度土壤中含量范围为4.64～7.58，平均值为5.24，检出浓度最高点样品为LW8。参照GB15618－2005《土壤环境质量标准》，厂区周围土壤酸碱度基本为酸性、强酸性，其中样品LW8为碱性，推测三叠系火把冲组碎屑岩风化是土壤pH为酸性的主导因素。

2.2 土壤污染范围与来源分析

如表4所示，参照全国土壤背景值标准（郭义龙等，2003），全部重金属元素含量均超标，为100%；参照贵阳市农用地表层土壤背景值标准（邓秋静等，2006），铅、锌元素含量超标率为100%，铬、镉、砷、汞、锰元素含量超标率为88%；参照地球化学背景资料（冯济舟，2008），铅、锌、汞、铁、氟化物含量超标率为100%，铬含量超标率为75%，砷含量超标率为50%，镉、锰含量超标率为25%；六价铬、氰化物未检出，氟化物、铁元素、pH无参照指标。参照国家环境部农用地筛选值标准，铅元素含量超标率为50%，锌元素含量超标率为75%，镉元素含量超标率为88%，砷元素含量超标率为75%，锰元素含量超标率为88%，铬、汞元素不超标；超标率：氟化物>锰>镉>砷>锌>铅。六价铬、氰化物未检出，氟化物、铁元素、pH无参照指标。参照国家环境部农用地管制值标准，铅、锌、铬、镉、砷、汞、锰元素含量均未超标，六价铬、氰化物含量未检出，氟化物、铁元素、pH无参照指标。

位于厂区西北侧的样品LW1、LW2，大于土壤环境筛选值标准的元素及化合物少，为锰元素、镉元素、氟化物，综合污染指数判定LW2无污染；位于厂区东北侧的样品LW3、LW4、LW5，大于土壤环境筛选值标准的元素及化合物较多，为铅元素、锌元素、镉元素、砷元素、锰元素、氟化物，同时综合污染指数判定LW4、LW5污染最严重；位于厂区东南侧的样品LW6、LW7，大于土壤环境筛选值标准的元素及化合物多，为锌元素、镉元素、砷元素、锰元素、氟化物；位于厂区西南侧样品LW8，大于土壤环境筛选值标准的元素及化合物略多，为镉元素、砷元素、锰元素、氟化物。土壤环境质量风险程度东北侧最高，次为东南侧、西南侧及西北侧，推测铅元素含量影响显著；据厂区矿石原料主要成分测试数据、矿渣及矿石组合样分析测试结果（表5），矿石原料中铅元素含量较低，废渣中铅元素含量为66 mg·kg-1，低于耕地土壤筛选值的最低值（在对应酸碱度范围内），推测厂区西南侧铅元素含量超标，可能是受到酸性土壤易使铅元素活化、累积，或历史、周边其他企业等因素影响，与厂区生产活动关系不明显。厂区土壤环境质量用地类型都为安全利用型，对土壤环境质量风险可控。

综上所述，厂区周边耕地土壤重金属铬、六价铬、汞元素及氰化物含量低于土壤环境质量筛选值，对土壤环境质量风险无或忽略；重金属铅、锌、镉、砷、锰元素含量及氟化物高于土壤环境质量筛选值低于其管制值，对土壤环境质量风险可控；厂区东北侧（主导风向）铅元素含量偏高，与厂区生产活动关系不明显，可能受到历史、周边其他企业等因素影响；周边耕地土壤环境质量用地类型全部为安全利用类，对土壤环境质量风险可控。

3 结论

1）厂区金属冶炼工艺先进，环境管理制度较为完善并能有效执行，厂区周边耕地土壤环境质量全部为安全利用类，土壤环境质量风险可控。

2）参照国家、贵阳市或附近耕地土壤背景值，厂区东北侧耕地土壤重金属元素含量偏高，超高原因推测为早期工业、周边工厂及其他工业企业或原生地层风化等因素影响。

3）厂区周边耕地土壤重金属铬、六价铬、汞元素及氰化物对土壤环境质量无风险；重金属及其他化合物对土壤污染总体风险可控，其中，超标率：氟化物>锰>镉>砷>锌>铅，建议加强土壤环境监测和农产品协同监测。

4）厂区东北侧（主导风向）周边土壤环境质量铅元素含量偏高，根据厂区生产原料及废渣（仅为66 mg·kg-1）检测结果对比，可能受到历史或周边其他企业等因素影响，与本厂区生产活动影响关系不明显，建议厂区冶炼金属时，注意对铅元素的关注与防范，适时监测。

参考文献

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邓秋静，宋春然，谢锋，何锦林，谭红，吉玉碧，陈安宁，2006.贵阳市耕地土壤重金属分布特征及评价［J］.土壤（1）：53-60.

冯济舟，2008.贵州省地球化学图集［M］.北京：地质出版社.

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