铁矿区复垦土壤重金属含量变化趋势及其污染评价

通过齐大山矿区不同复垦年限土壤重金属含量变化的趋势,应用内梅罗综合污染指数法和潜在生态危害指数法对土壤重金属污染状况进行了评价。结果表明:未复垦土壤重金属含量(除As外)均高于辽宁省背景值,随复垦年限的增加,矿山复垦土壤重金属含量多数呈先增加后减少的趋势。以国家《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)为评价标准,Ni处于警戒级;Cd在未复垦地区处于警戒级,复垦后处于安全级;其他元素皆处于安全级。以辽宁省土壤背景值为标准,产生潜在生态危害的主要为Hg和Cd;Zn、Cu、Ni、Pb、Cr和As属轻微危害水平;复垦后总的潜在生态风险程度由中等变为轻微。     

淮北海孜煤矿采煤塌陷区煤矸石充填复垦条件分析

为了增加塌陷区耕地资源,有效地提高土地利用率,减少环境污染,本文通过对海孜煤矿塌陷区进行实地勘查,室内测试和实验,分析塌陷区煤矸石充填复垦条件。分析结果表明:塌陷区的地形地貌条件有利于土地复垦工程的实施,较高的地下水位可以为重构土壤提供充足的水分;塌陷区塌陷深度小,且绝大部分塌陷区已达到稳沉状态,有益于煤矸石充填复垦;大量的煤矸石为充填复垦提供了充足的物质基础,煤矸石中有害元素含量低,复垦后不会对地下水和土壤造成显著的污染,且煤矸石的块度组分有利于水分的保持和上移。     

淮南潘集采煤沉陷区土壤及煤矸石镉环境地球化学特征

以淮南潘集采煤沉陷区土壤、煤矸石为研究对象,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定样品中重金属镉(Cd)含量,探讨其空间分布特征;利用Tessier五步形态提取法,研究样品中Cd赋存形态,分析其生物可利用性;最后采用地累积指数法评价沉陷区土壤和煤矸石中Cd污染程度。结果表明:潘集采煤沉陷区土壤Cd含量是淮南土壤背景值4.17倍,煤矸石中Cd含量是淮南土壤背景值和煤背景值5.33倍;潘集采煤沉陷区土壤和煤矸石中残渣态Cd占绝大部分,可交换态Cd含量低,但潜在生物可利用态含量高;地累积指数法结果表明,淮南潘集采煤沉陷区土壤和煤矸石中Cd中度污染,应采取措施优先治理控制。     

新庄孜矿塌陷区煤矸石中重金属迁移对覆土影响

针对淮南新庄孜矿覆土造地中煤矸石填充带来的重金属元素迁移污染进行了研究。结果表明:煤矸石中有毒元素Pb、As、Cd、Hg向覆土有一定迁移,且距离煤矸石越近的土壤中重金属含量明显增高;虽然覆土中重金属含量均超过淮南土壤的均值,但是该土壤中Pb、As和Cd含量均符合国家二级标准;其中土壤中Hg含量分别符合国家一级标准和二级标准。须对覆土中重金属元素进行跟踪研究。      

长江武汉段冲积土壤中重金属的环境地球化学特征

长江沿江全流域的重金属元素镉异常带引发了人们对沿长江流域城市的镉及其他重金属元素的环境地球化学特征及生态效应的关注。本文以长江流域具有重要的经济发展战略意义的武汉为研究区,对长江武汉段沿岸的冲积土壤中主要重金属元素镉、铜、铅、镍、铬的含量和以BCR法分步提取的弱酸提取态、可还原态、可氧化态和残渣态等4种形态的分量进行了较系统的分析,同时,配套分析了蔬菜样品中的重金属元素镉、铜、铅、镍、铬的含量,以便了解重金属元素的环境地球化学特征。结果显示,长江武汉段沿岸的冲积土壤中,重金属镉含量超标;铅、铜、镍元素含量接近国家土壤环境质量标准二级指标,基本上对植物和环境不造成危害和污染,满足一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤环境标准;铬元素含量较低,接近其背景值。长江武汉段沿岸的冲积土壤中重金属元素的含量和活动性强的弱酸提取态分量随着采样点位置距离武汉钢铁厂越近而增大,显示重金属污染的部分原因可能是工业生产造成的。重金属元素在表层土壤中存在积累效应,表现为表层土壤中重金属元素含量高于对应深层的含量。重金属元素的形态分布特征与各自的地球化学性质有关,活动性强的弱酸提取态镉和铅分量高,具有潜在的环境危害。这些土壤中种植的蔬菜中,重金属元素镉含量普遍明显超标,部分蔬菜中铅元素含量超标,铜、镍、铬元素含量正常。     

德阳镉污染农田区生态安全性及居民健康风险评价

对四川德阳地区土壤镉等重金属污染区大米、小麦安全性进行了评价,并建立了水稻籽实镉含量与根系土镉、有机质含量、pH值的回归方程,据此预测德阳地区水稻镉超标面积。根据当地居民主食(大米、小麦)镉等重金属元素的摄入量,对镉污染区人体健康风险进行了评价。研究表明,德阳地区大米、小麦重金属污染均以镉为主。预测水稻镉超标面积达1 547.95 km2,占研究区面积的73.47%。人发镉等重金属元素存在明显异常。人发镉含量高值区与土壤镉异常和居民主食镉摄入量高值区分布有一致性。什邡市、绵竹市、安县、旌阳区、广汉市居民主食(大米、小麦)镉摄入量均超标2~10倍。重金属污染造成人体健康风险最高的是绵竹、什邡地区,其次是旌阳区。     

华北地区某工业场地土壤重金属分布特征

以华北地区某工业场地为研究对象,采用数理统计和地质统计学方法,对该场地土壤中重金属元素的空间分布特征及元素之间的相互关系进行研究。结果显示:各重金属元素在研究区已有一定程度的积累,其中Hg的平均含量高于国家《土壤环境质量标准》三级标准值和当地土壤背景值,污染最严重,是该场地土壤重金属污染的主要因子;各重金属元素污染程度整体上为Hg>Zn>Cd>Mn>Pb>Cu>Cr>As,其中As平均含量与当地土壤背景值接近。重金属元素Hg、Cd、Mn、Fe和Co具有中等程度的空间相关性,表明这些元素具有相同或相似的污染源。场地内1、4、8、9厂区的土壤重金属污染最严重,污染物种类与其特殊的工艺流程有一定关系,这为以后的污染防治工作提供了重要依据。     

通辽地区污灌区土壤中重金属迁移规律

通辽地区污灌区土壤土层剖面不同深度重金属铬、铜、镉、铅元素测试和分析结果表明，重金属在垂直方向上的浓度随着土层加深，含量减少，土壤对重金属具有吸附和过滤作用，污灌区地下水目前没有受到污染。     

新庄孜矿区土壤重金属分布与来源分析

通过ICP-OES与化学逐级提取等手段,对新庄孜矿区煤矸石和土壤中Cd、Mn、Ni、Pb、V、Zn等6种重金属的含量,以及煤矸石中重金属赋存状态进行了分析研究。通过相关性分析以及聚类分析等手段推测了土壤重金属的来源,并利用地积累指数与潜在环境风险评价对矿区土壤的污染状况进行了分析。结果表明,煤矸石中各重金属赋存状态主要以残渣态和Fe-Mn氧化物结合态为主。下风向土壤重金属同源性较强,主要来源应为矸石山风化;垂直风向土壤中Pb来源主要为矸石山,Cd主要为人为来源,其余元素主要为自然来源。     

北京城区表层土壤多元素分布特征及重金属元素污染评价

采用地统计学和GIS相结合的方法,对北京城区表层土壤样品54项指标的地球化学背景值进行了详细研究,认为微量元素中Ni、Cr和As含量值存在极高值点,具有点源污染特征;Hg、Cd、Zn、Pb和Cu具有面状污染特点。对这5种重金属元素开展研究,统计北京城区五环内每个区域的数据并结合元素含量空间分布特征,指出元素含量平均值由市中心向周边地区逐渐降低。采用内梅罗指数法对表层土壤重金属元素污染进行评价,认为北京市城区表层土壤大部分已经被重金属元素所污染。分析了造成土壤重金属元素污染的可能影响因素,主要包括工业活动、化石燃料燃烧、建筑涂料、机动车尾气等,并提出了污染防控的建议。     

煤矿塌陷区覆土造地综合研究——以新庄孜矿为例

以新庄孜矿为例,针对覆土造地过程中,煤矸石充填可能带来的重金属元素的迁移污染作了相关分析。采用煤矸石充填塌陷区,既减少矸石山占地面积,又能在塌陷区覆土造地;同时,填埋矸石有利于保护环境,防止环境污染,具有较大的经济效益、社会效益和环境效益,对淮南矿区覆土造地及工农业持续发展具有重要的示范意义。      

生态环境脆弱区煤炭资源开发诱发的环境地质问题——以陕西省神木县大柳塔煤矿区为例

为揭示大柳塔地区大规模煤炭资源开发诱发的生态环境地质问题及其效应,进行了1：5万矿山地质环境调查。研究表明,大柳塔煤矿区地面塌陷影响面积达47.12～53.36 km2,范围大,但对农业生产的影响较轻。煤矿开发对水资源的破坏尤为严重。20年来大柳塔地区及主要采煤塌陷区土地沙漠化呈现逐年好转的趋势,主要河流受到了硫化物、氟化物、总磷的普遍污染,河流底泥受到了重金属元素较严重的累积污染,土壤尚有较大的环境容量,但重金属元素的累积污染不容忽视。神东公司实施生态功能圈建设、煤矸石堆场复垦、露天矿复垦、矿井水综合利用等措施,明显地改善了矿区的生态环境,探索出生态环境脆弱区在煤炭资源开发过程中保护生态地质环境的新模式。依据该区煤炭资源开发中生态环境保护的成功经验与教训,统筹规划,提出制定生态环境脆弱区煤炭资源开发的环境保护规划、建立矿山公园、加强采煤塌陷区生态环境变化研究等建议。     

煤矸石堆积区土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征

煤矸石地表堆积是我国东部煤矿区生态环境破坏的典型形式,造成堆积区土壤重金属污染的防控已成为当前研究热点。以河北峰峰矿区某在用煤矸石山周边(方圆300 m以内)浅层土壤(垂直深度40 cm以浅)为研究对象,采用Tessier连续提取法和电感耦合等离子体发射光谱仪,测定Cu、Cr、As、Pb这4种土壤重金属的有效态、铁(锰)氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量,基于生物活性系数(MF)和生态风险评价编码法(RAC)计算与评价4种土壤重金属生物有效性及生态风险,剖析4种土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征。结果表明:(1) 煤矸石的堆存具有提高周围土壤中Cu、Cr、As、Pb有效态质量分数和降低残渣态质量分数的效应,且与距煤矸石山的水平距离成反比,当水平距离达到或接近300 m时,该效应基本消失。(2) 土壤总有机碳(TOC)质量分数与4种重金属有效态质量分数的相关系数均超过0.6,达到显著正相关水平(p<0.05),是影响研究区土壤重金属有效态含量空间变化特征的主要因素。(3) 4种土壤重金属生物有效性的空间变化特征可分为2个类型,Ⅰ类为“MF值一般大于3,且具有显著的空间异质性”;如 Cu、Cr,Ⅱ类为“MF值一般小于3,且具有显著的空间同质性” ,如As、Pb。(4) 当距煤矸石山水平距离分别小于80和40 m时,土壤重金属Cu、Cr的 MF平均值超过中等风险水平阈值的60%,应予以重视。建议综合考虑煤矸石山存续状态、土壤重金属累积效应及生物有效性空间变化特征等因素,制定煤矸石堆积区土壤重金属污染精准防控及安全利用策略。      

煤矸石固废无害化处置与资源化综合利用现状与展望

煤炭生产和加工过程产生的大量煤矸石堆放地表,不仅造成土地压占、水土流失,而且还会引发山体滑坡、泥石流等地质灾害,给矿区生态环境造成严重影响。我国煤矸石累计堆存量已超过60亿t,压占土地1.3万hm2。2020年,我国煤矸石产量7.29亿t,综合利用量5.26亿t,综合利用率为72.2%。当前我国煤矸石综合利用具有存量和排放量大、产量高度集中、综合利用率不高,区域发展极不平衡,高附加值利用占比小等特点,现有煤矸石的无害化处置与资源化综合利用的规模和能力明显不能满足国家对生态环境保护及“双碳”目标下煤炭综合利用的相关要求。对此,提出煤矸石在采空区充填、地面筑基、塌陷坑回填与土地复垦等方面的规模化无害处置技术和方法,指出井下“采选充处”一体化固体充填开采和采空区地面膏体与浆体充填是控制煤矸石增量、规模化降低煤矸石堆存量的最有效方法。详细阐述煤矸石在发电、建材、资源回收、化工产品制备及农业等方面的综合资源化利用途径,提出构建“煤炭—固废发电—有价元素提取—化工产品—建材材料—井下充填—地面回填—农业应用”的闭合循环产业链模式,建立“多途径、多组分、多层次+梯级回收+生态修复+封存保护+井下高效自动化充填”规模化处置与综合利用体系的煤矸石未来产业化发展方向。      

淮南矿区煤矸石的物质组成特征及资源化评价

本文利用各种测试方法,对淮南谢桥、新庄孜和张集煤矿采集的不同层位来源的240个煤矸石样品的化学成分、矿物成分和微量元素的进行测试与分析,得出了淮南矿区不同煤矿煤矸石的化学成分特征及其中微量元素的含量变化,评价了煤矸石中有害元素的环境影响作用。结合煤矸石基本特征,提出了合理的资源化利用途径,为煤矿开采过程的主要固体废物煤矸石综合利用和资源化、煤矿环境保护提供了参考资料。     

淮南塌陷塘重金属空间分布特征研究

长期地下煤炭开采在地表产生了大面积的塌陷塘,并造成了不同程度的水域污染。为研究塌陷塘重金属的分布特征及成因,选择了8种对环境影响较大的重金属元素（Fe,Mn,Zn,Cu,Cr,Cd,Pb,Ni）为研究对象,以淮南潘集一矿塌陷塘为研究区域,利用ArcGIS地统计模块中的协同克里格算法,通过水体实测光谱反射率作为协变量来估算水体中的重金属含量空间分布特征。结果表明:水体实测光谱与重金属含量有较好的关系,以水体光谱为协变量的协同克里格插值与单变量的普通克里格插值相比,8种重金属元素的预测值与实际值之间的均方根误差明显减少,证明水体实测光谱适合作为协变量来估计水体重金属的空间分布情况。综合分析发现,水体中的Cd,Pb,Cu,Ni主要来自水域西北部的煤矸石堆山,且Cd,Cu,Pb含量均超过了当地的背景值,对环境影响较大;Cr主要来自农业肥料、成土母质和周边道路旁的煤泥灰厂及煤矸石堆;Zn的来源主要是煤矸石、上游生活污水、农业肥料、土壤母质,由于其含量较低,对水环境质量的影响不大。      

氨氮在煤矿采空区充填矸石中的运移机制

我国西部多数煤矿区矿井水往往含有较多的生产污水,导致其氨氮含量较高,利用煤矿采空区充填矸石对矿井水进行预处理已成为矿井水及矸石资源化利用的重要措施。以神华神东煤炭集团公司保德矿矸石为充填介质、以矿井水中的氨氮为研究对象,通过模拟采空区的水文地质环境,开展柱模拟实验,结合CXTFIT 2.1软件,研究氨氮在充填矸石中的运移机制,这对于评价煤矿采空区充填矸石对矿井水的预处理效果具有重要意义。结果表明:达西流速3.12 cm/h、25℃时,Cl?在充填矸石中的运移可用CDE模型较好地表征(r2=0.999),较高的纵向弥散系数(D)、溶质分子扩散系数(D_f)、机械弥散系数(D_h)和弥散度(λ)值与充填矸石较大粒径、较长运移距离有关,淋出液中总溶解性固体(TDS)和Cl?的质量浓度呈显著线性关系;双点位吸附溶质运移模型能够较好地表征氨氮的运移过程,氨氮的阻滞系数R为23.79,其在矸石上的平衡吸附点位仅占总吸附点位的46%,一级动力学吸附速率常数α为3.5×10?4 h?1;氨氮的孔隙流速及水动力弥散系数远低于Cl?的数值,这主要与高含量的黏土矿物高岭石对氨氮的吸附有关;在649 h的氨氮运移过程中,亚硝酸盐和硝酸盐氮以及pH值均无明显变化,实验中后期TDS稳定,这进一步证实氨氮在模拟的矸石柱运移过程中以对流、弥散迁移及吸附为主,生物转化作用可以忽略。研究结果可为评价我国煤矿采空区地下水库的水质预处理技术提供重要理论依据。      

煤矸石回填地基的环境效应研究

为了弄清楚煤矸石回填地基对复垦区的环境效应,以开滦矿区吕家坨复垦新村为例,介绍了地基回填煤矸石工艺,分析了煤矸石化学成分及其含量;采用室内淋溶实验,对pH、总硬度（CaCO3）、F^-、SO4^2-、Pb、Cd和Cr^6＋浓度等地下水环境质量指标进行分析,探讨了煤矸石回填地基对水环境的影响;讨论了煤矸石回填地基对大气质量的影响;参照《城市放射性废物管理办法》规定,评价了回填地基煤矸石的放射性对人体健康的危害。结果表明：通过现场振动压实试验确定了回填地基分层充填、分层振动压实参数及碾压趟数,确定按照煤矸石与土体积之比5：2进行回填,若回填一层厚500mm煤矸石,则要回填一层厚200mm粉煤灰或土,地表覆土厚度确定为0．5m;煤矸石中SiO2和Al2O3含量较高,属基性岩类,同时煤矸石含有炭、铝和CaO等物质,易发生水解和风化等现象;地基分层回填压实的复垦工艺减少了煤矸石中有害物质的释放量,降低了污染物的迁移速度,不会对水环境造成污染;地基回填煤矸石也显著减少粉尘和有害气体的排放量,降低对大气的污染;研究区煤矸石不属于放射性废物,不会影响人体健康,可作为建筑材料使用。     

淮南采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征

以淮南采煤沉陷区土壤为研究对象,测试分析了样品中汞的含量,结合土壤pH值、有机质含量特征,探讨了采煤沉陷区土壤中汞的时空分布特征。结果表明:与未沉陷区土壤相比,沉陷区土壤有机质破坏严重,最高下降了46%;采煤沉陷区土壤中汞的含量为0.013~0.050 mg/kg,平均值为0.027 mg/kg,69.7%的采样点超过了淮南市土壤背景值;沉陷8 a后土壤汞含量最高,为0.033 mg/kg,是未沉陷土壤汞含量的1.74倍,且随着沉陷时间的增加,土壤中汞存在富集趋势;水稻土壤汞富集能力最高,高于玉米和大豆土壤;在垂直剖面上,汞含量由表层向下依次降低;且汞与pH值表现出显著负相关,有机质与汞显著正相关。