大红山矿区水体中重金属污染现状评价分析

黄茜蕊,程先锋,徐 俊,向云刚,张香群

(云南国土资源职业学院，昆明 652501)

绿色矿山，是以资源综合利用、节能减排、保护生态环境和促进矿地和谐为主要目标，以开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化、生产工艺环保化、矿山环境生态化为基本要求，将绿色矿业理念贯穿于矿产资源开发利用全过程，推行循环经济发展模式，实现资源开发的经济效益、生态效益和社会效益协调统一[1]。

矿山企业是云南省矿业最重要的组成部分，截止2014年底，云南省矿山总数7 683个。因此，要发展绿色矿业，最重要的是要建设好绿色矿山。云南省作为矿产资源大省，矿山情况复杂，既有大型矿山，但更多的是中小型矿山；既有具有世界先进工艺技术的生产企业，也有手工式开采与加工的落后生产企业；有重视生态环境治理与保护的花园式矿山，也有矿山环境差与污染严重的矿山[2]。

云南玉溪大红山铁矿于2013年4月被国土资源部授予“国家级绿色矿山试点单位”，通过实施矿产资源利用集约化、开采方式科学化、生产工艺节能化、企业管理规范化、矿区环境建设园林化、矿区建设和谐化的具体实践，促进矿业经济与生态环境的和谐发展。重点推进绿色矿山建设的规范化，根据矿产资源规划的要求制定绿色矿山建设的标准和相关办法，树立绿色矿山典型，推广绿色矿山建设。 使绿色矿山建设工作向前推进一大步，安全、环保、可持续地发展矿业经济[3]。

于2016年8月针对大红山矿区周边水体、土壤、植被、地质环境进行调查，对矿山企业进行调研，为加大建设绿色矿山、发展绿色矿业的舆论宣传，提高全民认识，调动各方面的积极性和支持力度提供一定依据。

1 研究区概况

大红山铁矿区位于新平县戛洒镇，101°73′52″～101°39′51″E，24°04′58″～24°6′49″N，面积15.2km2。大红山铁矿及铜储量均达到大型、超大型规模，探明及保有铁矿储量4.24亿t，铜金属储量155万t，其中富铁矿1.61亿t，分别占全省同类储量的15.6%和54.8%，品味大于1%的富铜矿62.58万t，占全省富铜的20%。

矿区地处戛洒江河谷以东的戛洒江流域内，地势西北高，东南低，属红河流域(元江)的上游区。戛洒江是新平县的一条主要河流，自北而南，斜贯新平全境，支流很多，在研究区内有曼岗河、肥味河、老厂河从矿区流过，三条河流既是矿区内地势高出地下水的排泄渠道，又是低洼处地下水的补给水源，河水流量受降雨量控制，一般在雨季水量较多，旱季河床存在无水现象。控制流域面积共为 333km2。这三条河汇合为浑龙河后，在矿区西南约9km处注入戛洒江。研究区域主要河流的水文特征见表1，几条河流水流方向为：老厂河→困龙河→戛洒江；曼岗河→困龙河→戛洒江；肥味河→曼岗河→困龙河→戛洒江。

表1 矿区周围主要河流水文特征Tab.1 hydrological characteristics of main rivers around the mine

2 样品采集与测试

水样的采集过程遵循《水质采样技术指导》(GBl2998-91)，水样采集前在室内将存放样品的5L的聚乙烯桶用蒸馏水清洗3遍以上，取水样前，用所采的水体冲洗水样瓶2～3次。水样在有水流出或水流最汇集的地方取样，在条件允许的地方将5L的采样桶沉入水下10～15cm深处采样，避免将岩石颗粒、植物等带入瓶内。样品采集后贴上标签，用记号笔在采样桶标注采样编号，按要求填写“水体采样记录表”，详细记录采样点及其附近的情况。在采样的同时用数码相机对周围的环境及河水的物理性状进行拍照，用GPS对采样点进行定位，同时在采样点测水温、pH值、流速、流量并用记录卡详细记录采样点附近河流状况、地貌及其附近污染源等方面的情况。水样取样点位置见下图。

图 大红山水样采样点示意图Fig. Sampling points of water in drainage basin of Dahong Mountain

水样送交国土资源部昆明矿产资源监督检测中心检测分析，各检测步骤严格按照《中国地质调查局地质调查技术标准》(DD2005-03)中的“生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)”进行。水样的测试严格按照《地下水质量标准》(GB/T14848-93)测试。

采用原子荧光法测量水样中的重金属含量As，仪器为AFS-3100型全自动双道原子荧光光度计，精密度<1.0%，检出限：As<0.005μg/mL。使用电感耦合等离子体质谱法测定，ICAP Q型质谱仪Cu≤0.001μg/mL ，Pb<0.001μg/mL，Cd<0.000 1 μg/mL，Zn<0.005μg/mL。水样的pH采用实验室pH法测量，仪器为PHS-3C型酸度计，测量分辨率：pH：0.01pH，精确度：pH：±0.01pH。

3 研究方法

3.1 单因子评价法

水体采用国家 《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的V类标准(见表2)进行评价。

表2 地表水环境质量标准 (GB3838-2002)基本限值Tab.2 Basic limit of surface water environment quality standard (GB3838-2002)

单因子评价法可用以评价水体水质类别，现行国家水质标准中已确定悲观评价原则，即以水质最差的单项指标的所属类别来确定水体综合水质类别。其方法是：用水体各监测项目的分类标准《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)直接对照大红山周边水体中该项目的监测结果，来确定该项目的水质类别，在所有项目的水质类别中选取水质最差类别作水体的综合水质类别。

3.2 内梅罗指数法

内梅罗指数法具备数学过程简洁、运算方便等特点，以单因子评价法为基础，对水体中的各种指标参数进行水质评价[4-5]。根据《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)划分单项组分所属类别，对各类别按表3分别确定单项组分评分值。利用内梅罗指数计算公式计算综合评分值F：

F——综合评分值；

Fmax——单项组分的最大值；

Fave——各项组分评分值F的平均值；

n——项数。

表3 地表水质量分级Tab.3 Surface water quality classification

4 结果与讨论

4.1 单因子评价结果(表4)

表4 矿区周边流域水体中重金属含量检测结果Tab.4 The test result of heavy metal content in the water around the mining area (mg/kg)

4.2 内梅罗指数评价结果

运用内梅罗指数法，根据不同污染物在不同类 别水质的标准浓度，以及各样点实测污染浓度，计算各样点水质的内梅罗指数综合评分F值，得出各样点水质分级结果如表5所示。

4.3 讨论

4.3.1 大红山矿区周边河流重金属污染现状评述

从表4评价结果来看，Hg、Cd、Se、Ag、Pb均低于检出限，未见任何超标样点。Cu、Zn、As有检出但均低于国家Ⅰ类标准，地表水评价标准中未见Fe的标准，故采用《地下水质量标准》(GB14848-93)评价，采样点中Fe的浓度43.75%低于国家Ⅰ 类标准限制，未见超标，有一个样点即6.25%为国家Ⅱ类标准，其余50%的样点低于国家Ⅳ类标准。Fe浓度最高为0.818mg/kg，出现在老厂河下游，矿区下方困龙河下游水样浓度也较高；最低的0.019mg/kg出现在肥味河，戛洒江上游未流经矿区河段为0.043mg/kg，戛洒江经困龙河汇入后下游5km河水中Fe含量为0.078mg/kg，比汇入前略高，可见受到矿区河流汇入的一定影响。与国家地表水水质标准相对比，老厂河水相中Fe达国家Ⅳ类水标准，Hg、Cd、Se、Ag、Pb、Cu、Zn、As均达Ⅰ类水标准；曼岗河与困龙河水样中Fe达国家Ⅲ类水标准， Se、Ag、Pb、Cu、Zn、As均达Ⅰ类水标准；肥味河和戛洒江水样中Fe、Se、Ag、Pb、Cu、Zn、As均达Ⅰ类水标准。

表5 各样点的内梅罗指数综合评分F值以及质量分级Tab.5 The nemerow index score F of the sample and quality classification

由表5中的质量分级，可以看到所有采样点的水质都为优良，研究区大致的水质情况通过该评价体现出来。

单从超标的重金属Fe来看，各河流受矿区生产活动影响不同，包括各河流距矿区距离远近不同，受矿区生产活动影响不同；各河流沿岸分布的明暗排污源、受纳污水类型不同；同时也与河流自身的水文状况、消解稀释能力有关。曼岗河紧挨矿区流过，大部分河段穿过矿区主要活动范围内，河流受到矿区以及周围居民活动的干扰最大，河水自身净化能力下降，使得河流对多种重金属元素复合性污染的消解能力较差，水体中Fe含量较高。而戛洒江地理位置距矿区较远，矿区废水经过企业处理后，经尾矿库内的渗井，上清液排至戛洒江。由于戛洒江水量较大、水资源充沛，江水自身对污染物的消解、净化及缓冲能力较强，污染程度相对较轻。老厂河多接纳的是经处理后的矿区生活污水排放水，受矿区影响较曼岗河小。

根据《云南省地表水水环境功能(复审)报告》(2012年)，戛洒江水功能区划为Ⅳ类水体，执行Ⅳ类水质标准；其它河流为戛洒江的支流，未进行水体功能区划。根据水体功能现状，执行Ⅳ类水质标准。戛洒江水体功能主要是工农业用水，监测结果表明：大红山矿区周围地表水能满足《云南省地表水水环境功能(复审)报告》中对戛洒江水功能区划的要求。

总体来看，大红山铜铁矿周围水体中重金属元素总量含量较低，水质基本属于国家Ⅰ类标准。戛洒江水体表现出对上游高浓度重金属元素稀释缓冲的特征。这说明中金属含量变化受到了矿山生产活动的干扰。由于矿山重金属污染往往受污染源矿山控制，污染范围一般在矿山的周围或河流的下游，沿着河流的上游到下游，由于金属元素迁移能力减弱和水体自净化能力的适度恢复，金属化学污染强度逐渐降低。

4.3.2 大红山矿区周边河流重金属污染变化趋势

根据李晓燕在2008年的采样研究，老厂河水相中Cu达国家Ⅱ类水标准，Cr、Cd、Pb、Zn均达Ⅰ类水标准；曼干河与困龙河水样中Cu、Cr达国家Ⅱ类水标准，Cd、Pb、Zn达Ⅰ类水标准；肥味河水样中Zn达达国家Ⅱ类水标准，Cu、Cr、Cd、Pb达Ⅰ类水标准；戛洒江水样中Cr达国家Ⅱ类水标准，Cu、Cd、Pb达Ⅰ类水标准[6]。对比8年前数据，此次项目组取样分析结果显示，重金属超标率已经非常低，之前污染的普遍状况有所好转，Fe的情况稍差，但是由于没有相关对比数据，不做比较。

4.3.3 大红山矿区河流重金属污染防治的主要举措

大红山铜矿和大红山铁矿分别是第二批和第三批国家级绿色矿山试点单位，在绿色矿山建设的背景下，矿业公司以资源的高效利用和循环利用为核心，按照“减量化、再利用、资源化”的原则，经济效益、社会效益、环境效益三者兼顾，经多项技术改造，在节约利用资源、降低环境污染、优化“三率”(贫化率、回采率，选矿回收率)，循环经济工作取得了显著成果。此次取样测试结果也显示，较绿色矿山建设前，水环境有了明显好转。

矿山企业是建设绿色矿山的主体，对绿色矿山建设高度重视，大红山铁矿为避免选矿厂、井下生产和生活污水对环境污染，并循环利用生产、生活污水，变废为宝，已建成 72 246.8 m3/d的生产和生活污水处理厂，实现了生产和生活污水全部循环利用(坑内每天外排的废水，经回水调节水池，再进入全自动反冲净水器，经处理后供生产循环使用)[7]。

2012年8月，大红山铁矿投资近6 399万元建设尾矿回水工程，该工程的实施提高了矿山水资源的循环利用水平，进一步节约水资源，又对环境进行了有效保护，达到国家节能减排技术政策和清洁生产标准要求。尾矿回水系统取水成本为1.36元/m3，较江边取水(2.56元/m3)节省1.2元/m3，在政府的支持下，经济效益、社会效益、环境效益都得到满足。该工程争取到了国家重金属污染防治资金补助1 000万元。

截至2016年，矿坑废水、尾矿废水得到全部回收利用。废石出坑后，一部分用于建筑材料，一部分用于选矿系统再选；尾砂通过分级充填井下采空区，创造了较大的经济效益、环境效益和社会效益，同时有效防治矿山采空区崩落，防止上覆盖层塌陷，地表、村庄和农田被毁，有效地保护了地表生态环境。节约尾矿库的建设和管理维护费用，减少尾砂库占地面积， 减少地表尾砂扬尘污染空气、尾矿坝下游水质污染，不仅尾砂得到充分利用，而且有效保护了地表生态环境。

5 结 语

国务院在2008年的全国矿产资源规划中纳入绿色矿山建设目标任务，于2010年颁布《关于贯彻落实全国矿产资源规划发展绿色矿业建设绿色矿山工作的指导意见》，“十二五”规划纲要已将绿色矿山建设工作上升到国家战略层面。在地方，通过优化矿山布局，高效利用资源，对矿山环境进行保护治理，循序有效的推进绿色矿山建设工作。随着绿色矿山建设工作的不断推进，政府、企业、社会共同努力打造绿色矿山成效显著，树立了一批先进带头企业[8]，大红山铁矿和大红山铜矿即是典型代表。从目前国家级绿色矿山试点单位来看，涉及能源、黑色、有色和非金属等各个行业，涵盖国有、民营和外资企业[9]。

通过资料收集、企业调研和周边河流老厂河、困龙河、戛洒江、曼岗河、困龙河、肥味河水体采取样品，按照《中国地质调查局地质调查技术标准》(DD2005-03)中的“生态地球化学评价样品分析技术要求(试行)”进行测试，用水体各监测项目的分类标准《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)直接对照大红山周边水体中该项目的监测结果，运用内梅罗指数法，根据不同污染物在不同类 别水质的标准浓度，以及各样点实测污染浓度，计算各样点水质的内梅罗指数综合评分F值，结果各采样点均显示为“优良”，对比8年前数据，此次取样分析结果显示，重金属超标率已经非常低，之前污染的普遍状况有所好转。

作为试点单位，大红山铜铁矿彰显了矿山企业正面形象，产生了积极的社会影响。因此，应鼓励企业积极研发，探索推广较好经验，提高资源经济环境综合效益，提高资源综合利用，循序渐进的全面推进绿色矿山建设，为2020年在全国范围内基本形成绿色矿山格局的总体目标投入更多努力。

参考文献：

[1] 国土资源部.关于贯彻落实全国矿产资源规划发展绿色矿业建设绿色矿山工作的指导意见[R].2010.

[2] 黄惠芳，周 鑫，李 炜. 关于云南省建设绿色矿山、发展绿色矿山的思考[J].云南地质，2016，35(2)：284-286.

[3] 徐 炜. 技术创新与管理创新并举努力打造一流现代化矿山企业[J].中国矿业，2013(4)：26-50.

[4] 张晓叶，张永祥，任仲宇,等．不同地下水水质评价方法的比较及实例应用[J].水资源与水工程学报，2014，25(4)：98-101.

[5] 寇文杰，林 健，陈忠荣,等.内梅罗指数法在水质评价中存在问题及修正[J]．南水北调与水利科技，2012，10(4)：39-42.

[6] 李晓燕.云南大红山铁矿周围河流和土壤中Cu等重金属元素分布特征研究[D].北京:首都师范大学，2009.

[7] 云南大红山矿业有限公司.玉溪大红山矿业公司国家级绿色矿山建设规划[R].2013.

[8] 关 锌.我国绿色矿山建设浅析[J].中国矿业，2016,(6)：72-73.

[9] 张应平.实施可持续发展战略 创建环保型绿色矿山[J].环境科学导刊，2013，32(增) ：17-21.