煤矿区土壤重金属污染情况评价及特点分析

孟淑华

（山西省忻州生态环境监测中心，山西 忻州 034000）

在煤矿土壤重金属污染中，重金属一般指Pb、Hg、Cr6+、Cd 和As 等生物毒性显著的元素，同时也代表具有一定毒性的Ni、Cu、Zn 等一般重金属。结合当前煤矿开采形成的矸石，在堆放淋浴后，容易在雨水呈弱酸性下，加速矸石中重金属元素向土壤、地下水进行渗透和迁移，从而会对土壤和地下水造成重金属污染。不仅会影响土壤原本的生态系统，也会通过植物、动物的富集对人体造成影响，因此在当前的煤矿开采中有必要进行矿区土壤重金属污染情况的评价及特点分析，为污染治理打下基础。

1 煤矿区开采概述

某矿区的煤矿开采工作，虽然促进了当地的经济发展建设，但在开采中未关注矸石对土壤、地下水的污染，矿区的生态环境已经被破坏。结合卫星图像资料显示，很多植物出现了枯死，据开采技术人员的经验初步判断为土壤重金属污染。为了有效了解植物枯死的原因，有必要在土壤取样和重金属测定后，对重金属污染情况进行分析和评价，有效掌握重金属的污染特征，满足土壤治理、环境保护工作的需要[1]。

2 矿区土壤重金属的取样和测定方法分析

2.1 土壤取样

为了提高矿区土壤重金属的测定精准性，需要在进行土壤样品的采集中，尽量降低人为因素对取样、测定的影响，进而保障测定工作的合理性和有效性。具体在进行土壤取样中，要做好以下工作：第一，本文针对煤矿上、下风区域土壤的重金属元素含量进行测定，因此在取样中需要以矿井为中心，沿着吹风的方向以“S”形的路线进行取样工作，“U”型取样深度控制在100 mm、取样质量控制在1 kg；第二，在完成取样后需要将样品做好标记并进行密封，其中标记信息需要有取样地点、标号和时间等信息；第三，要对样品在实验室中进行一定处理，在按照要求进行风干、磨细和筛选后，将每份样品准备3 个试样进行重复检测，将数据平均值作为最终结果[2]。

2.2 测定方法

在具体测定中需要借助原子吸收光谱仪进行土壤重金属元素的含量检测，在测定前要对土壤进行消解处理，具体方法为分解法，详细步骤为：第一，向坩埚中加入50 mL聚四氟乙烯，并用水进行湿润，然后向坩埚中加入10 mL 盐酸；第二，将样品放在电热板上进行烘干处理。该过程土壤会初步分解；第三，注意观察坩埚溶液，在剩余3 mL时停止加热并依次加入5 mL 硝酸、5 mL 氢氟酸、3 mL 盐酸；第四，再次进行样品加热烘干分解，在观察样品呈黏稠状时停止加热，并加入硝酸，观察溶液刻度到达50 mL。在经过以上步骤获得样品后，就能用原子吸收光谱仪进行土壤重金属元素含量的检测。

3 土壤重金属污染情况评价

3.1 评价方法的选择应用

一般会选择地质累积指数法进行土壤重金属污染情况的评价和分析，目前该方法被广泛应用于土壤的重金属污染研究中，有着较强的应用价值，具体计算方法可以参考公式（1）：

式中：Igeo为地质累积指数；K 代表常数（取值1.5）；Cn为土壤中重金属的实测含量，mg/kg；Bn为该元素在土壤中的背景值，mg/kg。在结合化学方法完成土壤重金属元素的含量测定后，需要代入公式（1）中进行计算，最终可以得到不同重金属元素的地质累积指数，结合不同地质累积指数的大小，可以将其划分为7 个等级，分别是0 级～6 级，0 代表该重金属元素未对土壤造成污染；6 代表该重金属元素对土壤造成了极强的污染，具体的地质累积指数和分级的关系可以参考下页表1[3]。

表1 土壤重金属污染等级评价

3.2 评价结果

结合土壤重金属含量研究方式，计算出土壤中的金属元素含量，同时借助地质累积指数法对金属的污染程度进行评价，评价结果表2。表2 既对土壤中的高含量重金属元素进行了展现，同时也将对应的元素地区背景值给予了标注，通过观察可以发现，镉元素的含量超过了土壤背景值，超过比例为1 291%，对土壤造成了严重的污染。虽然镍金属元素的含量也超过土壤平均值，但超出比例为13.2%，对土壤的污染较低。铜、铬、锰三种重金属元素的含量都低于土壤背景值，因此可以证明以上三种金属元素未对土壤造成污染。

表2 土壤重金属污染情况评价

结合表1 和表2 而言，通过对地质累积指数法的应用，可以实现对土壤重金属元素含量污染程度的评价，结合铜、锰、镉、镍、铬的地质累积指数而言，分别为-1.15、-1.32、3.18、-0.48、-1.14，对照污染级别分别是0、0、4、0、0。因此可以了解到该矿区中镉元素的污染等级最高，其他重金属元素的污染等级较低。结合以上数据，可以证明煤矿在开采和运输中对土壤造成的污染，具体为重度的镉元素污染和轻度的镍元素污染，同时铜、锰、铬三种重金属元素未造成污染。

4 土壤重金属污染特征研究

为了更好地了解该矿区不同位置的土壤重金属污染特征，需要对煤矿下风区域、上风区域土壤中的金属元素含量进行统计和分析，具体统计结果见表3。表3 所示，上、下风区域土壤中重金属的含量差距较大，不过无论是哪一种重金属，上风区域土壤的重金属含量均低于下风区域。对于铜、锰、镍、镉、铬等重金属的上、下风区域土壤含量差值而言，分别为4.48、9.09、2.47、0.54、4.26 mg/kg；对于差距程度而言，分别为36.99%、2.62%、8.19%、52.40%、10.56%。结合以上数据，可以得出重金属在土壤中的迁徙存在速度差异，进而导致重金属元素在煤矿区域分布中存在差异。

表3 上、下风区域中土壤重金属分布特征结果

5 结语

综上所述，结合当前我国不断落实的可持续发展战略和煤矿企业开展环保生产的重要价值，需要煤矿企业在开采中关注土壤的重金属污染情况，在有效做好重金属污染情况的评价和特点分析后，为对应的治理和预防工作提供数据支持。经过一定方式的土壤重金属检测，可以发现案例中煤矿区域存在较严重的重金属污染，且下风区域的重金属含量要远高于上风域，同时各金属元素的分布含量也各有不同，可以结合以上结论帮助煤矿企业做好土壤重金属污染的治理工作，实现可持续的开采发展。