空气动力作用下煤矸石堆场重金属污染潜在风险评价

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为了解矿区周边大气降尘和土壤重金属的污染程度及时空分布,本研究以古交市屯兰煤矸石堆场为研究对象,利用2021年沿堆场东北方(EN)下风向采集的6个区域周边大气降尘和土壤样品在室内实验所测得的重金属含量数据,并在此基础上分析样品中5种重金属(Zn、As、Hg、Mn、Fe)的时空分布,利用Pearson相关性分析周边大气降尘和土壤中重金属含量间相关性,最后进行内梅罗综合污染指数、地质累积指数以及潜在生态风险评价。研究表明:(1)经分析2021年4月~2021年10月的大气降尘通量发现,时间上大气降尘通量总体是7~9月多,4~6月和10月少。空间上大气降尘通量随距离增加呈下降趋势。(2)大气降尘重金属含量排序为Fe>Zn>Mn>As>Hg,且Fe、As、Hg含量分别是背景值的1.21、1.06和4.06倍。与土壤相比,除Mn外,降尘中Zn、Hg、Fe和As的含量均高于土壤。大气降尘重金属含量在时间上,从4月到10月,除Mn元素外,其余元素均为先下降后升高再下降的“И”型变化趋势;空间上,Zn、As、Hg、Mn、Fe距煤矸石堆场由近到远呈逐渐下降的趋势。(3)土壤重金属Zn、As、Hg、Mn和Fe的含量分别是土壤元素背景值的1.10、0.92、1.21、1.03和0.94倍。在东北风向(EN)上,土壤重金属含量空间分布特征和规律为:Zn、As、Hg、Mn和Fe含量随着距煤矸石堆场距离的增加呈现下降趋势。(4)对周边大气降尘与土壤中重金属含量之间进行Pearson相关性分析表明:5种重金属的相关系数排序为Hg>Zn>Fe>As>Mn。Hg在二者中的相关性最高,其相关系数达0.942,表明土壤中Hg主要来自于大气降尘。(5)内梅罗污染指数评价:大气降尘中,Hg为重度污染,Fe和As为轻度污染,Mn和Zn为清洁。土壤中,Zn、Hg和Mn为轻度污染,Fe和As为清洁状态。(6)地质累积指数法评价:大气降尘中,Hg在M1~M5中造成3级污染,处于中度污染,在M6中造成2级污染,处于无污染到中度污染之间。土壤中,Hg在TY-1中造成2级污染,处于无污染到中度污染之间,其余元素均无污染。(7)潜在生态危害指数法评价:大气降尘中,Hg的生态危害很高,而As、Fe、Mn和Zn的生态危害低。M1、M2、M3和M4的生态危害为中等,M5和M6的生态危害为轻微。土壤中,Hg的生态危害为中等,Zn、As、Mn和Fe的生态危害均为轻微。TY-1~TY-6生态危害均为轻微。(8)若不考虑土壤输出,只考虑大气降尘输入,预测古交市屯兰煤矸石堆场大气降尘中Hg、As在土壤中累积20年时,其含量低于农用地风险筛选值,而Zn仅累积3年时,在土壤中的含量超过风险筛选值。
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