贵州万山汞矿区地表水汞污染控制技术及评价——以围堰为例

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汞,俗称水银,是有毒、人体非必需元素。汞矿山的长期开采对周边环境造成的汞污染问题,已经受到了世界各国环境工作者的广泛关注。早在上世纪80年代,汞化合物就已被世界各组织及各国政府列为优先污染物。  近年来,由于全球汞污染的严峻形势和对汞毒害作用认识的增加,许多大型汞矿山相继停产、闭坑。但这些废弃汞矿山仍通过遗留尾矿和冶炼废渣等固体废弃物、污水、污染土壤以及废气等向当地周边环境持续排放大量的汞污染物,其中进入河流和排放到大气是汞污染物主要的两种迁移方式。一般情况下,废弃汞矿山向河流排放的汞远高于向大气排放的汞,导致附近河流遭受严重的汞污染。  贵州万山汞矿区曾是中国最大的汞矿区,矿区内河流密布,纵横交错,由于各种原因,矿区存在的大量固体废弃物未经妥善处理,大都被直接排放于矿坑口或堆放在附近河谷及河流两岸,在雨水冲刷下,固体废弃物不断释放汞污染物,随河流迁移,进入周边农田,导致农田面源汞污染。  目前,对于水体汞污染控制技术,如:物理方法、物理化学方法和生物方法等,无法满足矿山河流汞污染治理需求。特别在我国,也尚未开展汞矿区河流汞污染控制及治理技术的研究。  基于前期研究结果和水体汞污染治理技术文献调研,我们选择自然净化技术结合底泥清除技术的手段,在大幅降低治理成本的前提下,通过增强河流生态系统自净能力,以达到控制汞污染物向下游迁移的治理效果。论文以贵州万山岩屋坪汞矿区翁曼河为研究对象,在其上游及中游分别修建围堰拦河坝,通过对翁曼河河水在流经围堰前后汞浓度及河水流量的长期连续监测,建立围堰汞输入、输出模型,评价工程措施对河流水体汞控制的效果。研究结果如下:  研究期内围堰前后河水pH、电导、溶解颗粒物等无明显变化。研究期内,河水pH平均为8.8±0.4;河水电导为290±15 us/cm;溶解颗粒物平均为140±7mg/L。围堰拦河坝修建对河水水质参数无明显影响。  研究发现,丰水期河流上游(近炉渣堆)总汞(THg)浓度非常高,THg浓度在6月下旬达到最高值(790 ng/L)。翁曼河上游河水THg浓度在各个时期都比下游高。上游河水甲基汞(MeHg)浓度在丰水期浓度最高,最高可达8.7ng/L,在平水期次之,枯水期浓度最低,最低浓度为0.14 ng/L,全年平均浓度为1.1 ng/L。  在丰水期,河水流经上游围堰前,THg浓度变化非常大,平均浓度高于200ng/L,最高浓度为790 ng/L,而流经上游围堰后,平均浓度降低至100 ng/L,且浓度变化也显著变小。而在平水期,河水流经上游围堰前,THg浓度显著降低,平均浓度为77 ng/L,河水流经上游围堰后,THg平均浓度降至38 ng/L,浓度变化也显著变小。在枯水期,河水汞浓度降至最低水平,在上游围堰处及前后河水,THg平均浓度都低于20 ng/L,最高浓度不超过30 ng/L。THg浓度总体上明显降低,最高可达82%,平均降低浓度约为37%。  丰水期河水MeHg在上游围堰前后都比较高,输入河水MeHg平均浓度为3.0 ng/L;围堰处河水MeHg平均浓度为2.4 ng/L;围堰后河水MeHg平均浓度为2.3 ng/L。河水流经上游围堰后,MeHg浓度显著降低。平水期河水MeHg浓度较丰水期显著下降,输入河水MeHg平均浓度为0.89 ng/L,围堰处河水MeHg平均浓度为0.88 ng/L,围堰后河水MeHg平均浓度为0.50 ng/L。河水流经围堰后,MeHg浓度有所下降。枯水期河水MeHg浓度较丰水期和平水期显著下降,输入河水MeHg平均浓度为0.31 ng/L;围堰处河水MeHg平均浓度为0.32 ng/L;围堰后河水MeHg平均浓度为0.35 ng/L。通过分析颗粒态甲基汞(PMeHg)含量与溶解态甲基汞(DMeHg)含量可知,MeHg在高浓度条件下,主要与PMeHg形式存在,河水流经围堰后,PMeHg浓度的降低导致了总甲基汞浓度的降低。河水流经围堰后,MeHg浓度基本无变化,略有升高,说明河水在枯水期很少接受矿渣堆淋滤汞的情况,MeHg浓度已经达到背景水平。监测结果显示,围堰拦河坝修建没有导致MeHg浓度的升高,不会增加汞的生态暴露风险。  河水中的MeHg和THg含量呈显著正相关,均与河水流量呈显著正相关。上游各月份输入通量中,丰水期输入汞通量占全部汞输入通量的94%,平水期占4.4%,枯水期占1.9%;而输出通量中,丰水期输出汞通量占全部汞输出通量的93%,平水期占4.2%,枯水期占2.5%。这说明他们主要来源于矿渣堆的淋滤。同时,矿渣堆汞向水体传输主要是在丰水期期间进行的。控制汞的迁移应该主要着力于丰水期屋坪汞矿矿渣堆大约有81000吨,矿渣THg平均浓度为23 mg/kg,可溶态汞浓度平均为6.9μg/kg。汞绝对含量为1880 kg,可溶态汞绝对含量为560g。研究期内岩屋坪矿渣堆向翁曼河排汞约290 g。  上游围堰THg净通量为110 g。同时说明围堰拦河坝的修建阻止了汞向中游的传输。其中,直接减少40%的汞向中游的传输,直接作用和间接作用使河流汞向中游迁移的量减少了250 g,占输入总量的87%。  本研究结果表明,围堰拦河坝工程应用成本低廉,控制效果可观,具有可推广性。
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