摘要：對(duì)湘南某鈾礦山周邊地表水進(jìn)行取樣，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)對(duì)20個(gè)樣本進(jìn)行放射性金屬和重金屬元素分析。利用SPSS軟件研究了樣本中重金屬以及放射性元素間的相關(guān)性，并采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，Ⅰ號(hào)水體(礦區(qū)附近的小溪)大部分重金屬及放射性金屬濃度遠(yuǎn)高于Ⅱ號(hào)水體(主干河流)，礦區(qū)周邊地表水中Tl、Ni元素超標(biāo)。放射性元素U和重金屬元素Pb、Ni、Tl、Cu、Co、Zn的含量在0.05水平或0.01水平上顯著相關(guān)，表明其污染源可能相同。礦區(qū)水體污染主要來(lái)源于礦井水、碎礦廢水、渣場(chǎng)淋浸產(chǎn)生的廢水，該礦區(qū)水體水質(zhì)整體評(píng)價(jià)處于優(yōu)良水平。

　　關(guān)鍵詞：放射性金屬;重金屬;鈾礦;地表水

　　鈾礦山的勘探、開采和水冶工作為中國(guó)核工業(yè)、核電以及國(guó)防事業(yè)作出了杰出的貢獻(xiàn)[1]。鈾礦開采及相關(guān)活動(dòng)中重金屬污染和放射性污染經(jīng)常是相伴存在的[2]。重金屬具有毒性、持久性、來(lái)源廣泛和不能生物降解的特點(diǎn)[3-5];放射性污染具有穿透性、毒性，既可給人類的遺傳帶來(lái)影響，也會(huì)造成動(dòng)植物的基因突變[6]，因此重金屬污染以及放射性污染一直受到全世界的廣泛關(guān)注[7-11]。

　　湘南某鈾礦是中國(guó)天然鈾生產(chǎn)的重要來(lái)源，為了更加深入地了解其周邊地表水的污染狀況，本試驗(yàn)對(duì)該鈾礦山周邊地表水中放射性元素U、Th以及相關(guān)重金屬元素含量進(jìn)行了測(cè)定，并利用SPSS 19.0軟件分析了重金屬及放射性元素間的相關(guān)性，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)礦區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以期對(duì)該礦區(qū)周邊地表水的污染狀況提供有效的科學(xué)數(shù)據(jù)支持。

　　1 材料與方法

　　1.1 礦區(qū)概況

　　湘南某鈾礦位于湘贛兩省重要水系源頭，年降雨量為1 662 mm，最大年降雨量為2 112 mm，雨季集中在3—5月。礦區(qū)內(nèi)地表水系為樹枝狀。Ⅱ號(hào)水體所處河流為主干河流。

　　1.2 樣品采集

　　樣品采集時(shí)間為2017年5月上旬，屬于礦區(qū)河流豐水期，河流水量充沛。根據(jù)污染源分布以及礦區(qū)周邊地勢(shì)等具體情況布置了20個(gè)采樣點(diǎn)，如圖1所示。Ⅰ號(hào)水體為礦區(qū)附近的小溪，共5個(gè)采樣點(diǎn)，由1號(hào)采樣點(diǎn)流向5號(hào)采樣點(diǎn)，1號(hào)與2號(hào)采樣點(diǎn)之間有一污水處理廠，2號(hào)采樣點(diǎn)距離尾礦庫(kù)向南1 km，3號(hào)和4號(hào)采樣點(diǎn)為放礦口，5號(hào)采樣點(diǎn)位于渣場(chǎng)附近。Ⅱ號(hào)水體為受納水體，共15個(gè)采樣點(diǎn)，礦區(qū)污水在10號(hào)采樣點(diǎn)后匯入受納水體，13號(hào)采樣點(diǎn)上游為一小型水電站。

　　1.3 樣品檢測(cè)

　　1.3.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 對(duì)所采集水樣的pH、溶氧量、電導(dǎo)率等進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，后將樣品存放于經(jīng)2%的HNO3浸泡24 h的聚乙烯瓶，并用1%的優(yōu)級(jí)純HNO3酸化，密封保存。

　　1.3.2 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè) 野外采集處理過(guò)后的水樣帶回實(shí)驗(yàn)室，搖勻后依次通過(guò)濾紙與0.22 μm的水系濾膜過(guò)濾，取5 mL過(guò)濾液備用。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)檢測(cè)過(guò)濾液放射性以及重金屬元素的含量。

　　1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

　　內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[12-14]。這種評(píng)價(jià)方法既突出了污染物最大值，同時(shí)又考慮了多種污染物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的綜合影響[15]，因此采用內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)礦區(qū)周邊地表水放射性與重金屬元素污染狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)公式：

　　Pi=■ (1)

　　P綜合=■ (2)

　　式中，P綜合為地表水綜合污染指數(shù);Pi、Pimax分別為污染物元素i的污染指數(shù)和最大污染指數(shù);Pi為污染物元素i的平均值;Ci為污染物元素i的實(shí)測(cè)濃度;Si為污染物元素i濃度的標(biāo)準(zhǔn)值。

　　根據(jù)地表水綜合污染指數(shù)將礦區(qū)周邊地表水水質(zhì)分為5個(gè)等級(jí)：P綜合<0.80，優(yōu)良;0.80≤P綜合<2.50，良好;2.50≤P綜合<4.25，較好;4.25≤P綜合<7.20，較差;P綜合≥7.20，極差。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 放射性金屬與重金屬元素含量

　　由表1可知，礦區(qū)周邊地表水的pH為6.30～8.80，溶氧量為5.37～8.67 mg/L，符合地表水Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)水體電導(dǎo)率分別為430～822 mS/cm、44～80 mS/cm，Ⅰ號(hào)水體的電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于Ⅱ號(hào)水體，這可能是由于Ⅰ號(hào)水體位于礦區(qū)附近，重金屬以及放射性元素含量相對(duì)較高所致。由各金屬元素含量可知，除2號(hào)采樣點(diǎn)的Tl含量外，Ⅰ號(hào)水體各采樣點(diǎn)Tl、Ni含量均高于標(biāo)準(zhǔn)值，其匯入Ⅱ號(hào)水體后均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。

　　2.2 放射性金屬與重金屬元素的相關(guān)性分析

　　研究重金屬元素間的相關(guān)性可以推測(cè)重金屬來(lái)源是否相同[18]，用SPSS軟件對(duì)污染物受納水體中的重金屬元素進(jìn)行Pearson雙變量相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。放射性金屬元素U和重金屬Ni、Tl、Zn、Pb、Cu、Co的含量在0.01或0.05水平上顯著相關(guān)，表明其污染來(lái)源可能相同。

　　2.3 水體中放射性金屬與重金屬元素的分布

　　根據(jù)圖2至圖4的元素點(diǎn)分布狀況可知：礦區(qū)周邊地表水重金屬及放射性金屬元素含量總體上隨著水流方向遞減。

　　2.3.1 U元素點(diǎn)分布 由圖2可知，U元素含量均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，在Ⅰ號(hào)水體中的2號(hào)采樣點(diǎn)達(dá)到峰值，這是由于2號(hào)采樣點(diǎn)位于尾礦庫(kù)附近，該礦區(qū)的礦井水、碎礦廢水等都在該采樣點(diǎn)處匯入;3號(hào)和4號(hào)采樣點(diǎn)U元素含量隨水流方向逐漸遞減，因此3號(hào)和4號(hào)采樣點(diǎn)U元素含量逐漸降低;5號(hào)采樣點(diǎn)處于渣場(chǎng)附近，渣石受雨水淋浸、滲透、溶解作用，產(chǎn)生含有U元素的廢水，因此，該采樣點(diǎn)的U元素含量明顯升高。Ⅰ號(hào)水體自10號(hào)采樣點(diǎn)后匯入Ⅱ號(hào)水體，由于Ⅱ號(hào)受納水體河流流量充沛，稀釋能力較強(qiáng)，因此受納水體并未遭受明顯污染，但在13號(hào)采樣點(diǎn)出現(xiàn)極值，這是因?yàn)樵摬蓸狱c(diǎn)上游是一個(gè)小型水電站的出水口，因?yàn)樗畨蔚淖韪艉图s束，受納水體流速減緩，泥沙和污染物等在此處沉淀、富集，溶解相與懸浮相和底泥相之間的吸附-解吸、懸浮相與底泥相之間的沉降-再懸浮使得此處U元素含量增加[19]。

　　2.3.2 Tl、Ni元素點(diǎn)分布 Tl和Ni元素含量的分布極其相似，Ⅰ號(hào)水體明顯高于Ⅱ號(hào)水體。Tl元素最高點(diǎn)濃度為0.335 μg/L，但在2號(hào)采樣點(diǎn)驟降，這是由于2號(hào)采樣點(diǎn)的水體經(jīng)過(guò)了上游廢水處理系統(tǒng)的再處理，因此在該點(diǎn)處濃度降低;而在3號(hào)采樣點(diǎn)再次回升，這是由于被封死的放礦口與外界物質(zhì)交換較少，污染物濃度聚集導(dǎo)致;5號(hào)采樣點(diǎn)也有小幅度的升高，表明渣場(chǎng)淋浸產(chǎn)生的廢水對(duì)該鈾礦區(qū)周邊地表水的影響也不容忽視。Ni元素隨著水流方向持續(xù)遞減，最高濃度位于1號(hào)采樣點(diǎn)，這可能是由于廢水處理系統(tǒng)對(duì)U、Tl等元素污染的處理效果較為明顯，而對(duì)其他重金屬元素的處理效果相對(duì)有限造成的，其在Ⅱ號(hào)水體均未超標(biāo)，在11號(hào)采樣點(diǎn)處濃度升高，這是由于Ⅰ號(hào)水體從該采樣點(diǎn)匯入導(dǎo)致。

　　綜上所述，由礦山開采而產(chǎn)生的礦山廢水的污染元素主要有U、Ni、Tl等。該礦區(qū)的污染主要來(lái)源于廢水處理廠的排放、碎礦廢水以及渣場(chǎng)淋浸產(chǎn)生的廢水等。

　　2.4 礦區(qū)周邊地表水環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

　　由表3可以看出，Ⅰ、Ⅱ號(hào)水體水質(zhì)評(píng)價(jià)分別處于良好、優(yōu)良水平。1號(hào)采樣點(diǎn)各金屬單因子污染指數(shù)值并不高，但綜合污染指數(shù)值較大，這說(shuō)明該鈾礦周邊地表水污染不僅僅來(lái)自礦山開采活動(dòng)產(chǎn)生的廢水，同時(shí)農(nóng)田灌溉以及其他生產(chǎn)活動(dòng)排放的廢水對(duì)其也產(chǎn)生了一定的影響。但該鈾礦區(qū)的水體水質(zhì)評(píng)價(jià)整體良好，表明其并沒(méi)有遭受明顯污染。

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