矿区土壤重金属污染特征评估模型的构建与评价.pdf

总第2 11期2023年第8 期理论研究矿区土壤重金属污染特征评估模型的构建与评价权良贤（山西省运城市生态环境局新绛分局，山西运城0 43 10 0）摘要：随着现代工业化水平的快速提升，社会生产对矿产资源的需求与日俱增，但矿山资源的开采会带来周边土壤的重金属污染问题，对周边居民的身体健康构成严重的威胁，因此矿区周边土壤重金属污染的准确评估极为重要。鉴于此，主要对矿区周边土壤重金属的污染特征进行分析，并对其风险进行系统评估。通过构建评估模型，对土壤重金属污染的特征进行了评估，同时结合不同特征的污染范围划分不同的污染等级，进而结合模型对土壤潜在的生态风险进行等级评估，最后提出避免污染深度扩散的建议。关键词：矿区；土壤重金属污染；生态风险；污染特征中图分类号：X8250引言土壤是人类赖以生存的重要基础，也是人类从事农业生产的主要生产资料，因此土壤的安全性也直接关系着人们的生命健康。土壤的主要成分包括以下物质：动植物、矿物质、微生物分解而成的有机质、各类土壤生物及腐殖质等1。随着现代工业化进程的加速，人类对各种矿产资源的利用能力与效率都快速提升，与此同时,对各类矿产资源的需求也与日俱增，各种频繁的工业开采及生产活动导致矿区周边的土壤日渐出现重金属污染问题，并呈现出逐步加重的趋势。重金属在土壤中无法被土壤中的生物降解，且存在持久性的有毒污染物，如果长期在土壤中积累，必然会对生态安全及周围人类的身体健康造成损害。近年来，矿山的加速开采与矿渣的随意堆放，使我国很多地区的矿区存在严重的重金属污染问题，这已经成为我国生态环境污染的一个重要问题，严重影响着矿区人民生活与农业生产2-3 。因此,本文构建了土壤重金属污染评估模型，以期对矿区土壤修复与生态环境改善提供一定的理论参考。1构建评估模型重金属污染评估需要结合诸多因素，具体包括重金属的元素种类与毒性、污染元素浓度、污染指数、污染程度等。由此,将污染物设为i,污染物的环境质量指数设为Pi,污染物的评价标准设为Si,污染物的实测质量浓度值设为ci，污染物i的污染程度指数最大值为Pimax,平均值为Piave,则有下式：(1)2式中：k为系数，其作用为校正区域背景值差异;log2（%)为污染程度等级，主要表示矿区周边土壤的重kS金属污染物及其质量浓度，得到土壤污染指数，计算收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 7作者简介：权良贤（19 7 6 一），女，山西新绛人，本科，工程师，研究方向为环境监测。山西冶金ShanxiMetallurgy文献标识码：A出单项污染指数的最大值与平均值。如果P1.0,表示矿区周边土壤存在重金属污染，且污染程度与土壤环境质量指数成正比，环境质量指数越大，污染程度越高。为了使矿区周边土壤污染程度的变化情况更加明确，可以选择矿区周边不同的土壤作为试点，假设某点污染负荷指数为Ip1,n为评价元素个数，F代表污染物i的最高污染系数,可以得出式(2)：Ipi=VFiF2F.通过式（2），可以得出土壤某点的重金属污染负荷指数，对某区域的土壤污染负荷指数进行计算,设为 Ip12one,将(2)式带人进一步推导得出：Iplzone=-VIp1lp12 Ipin.经过式（3)的计算，得出矿区周边土壤的环境污染程度以及最大污染负荷指数。如果土壤某点已经存在重金属污染情况，则会对周边土壤形成潜在的生态风险，用I表示重金属污染的潜在生态风险指数，用T表示污染物的毒性系数,用E表示土壤潜在生态风险的单项系数，可以得到式(4):I=ZE-Z(T%L).i=1=1将（1)(2)（3)（4)式带入进行推导,从而构建出土壤重金属污染特征与潜在生态风险评估模型H，具体如下：(5)式(5)即为经过推导得出的土壤重金属污染特征及潜在生态风险评估模型。2通过评估模型评估重金属污染特征结合不同特征的土壤重金属污染情况与上文建立的评估模型,并根据土壤重金属本身具有的一定的Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.050文章编号：16 7 2-115 2(2 0 2 3)0 8-0 13 0-0 3（2)(3）(4)Si2023年第8 期权良贤：矿区土壤重金属污染特征评估模型的构建与评价131空间依赖性，以及上文(2)式计算的土壤某点污染负荷指数,明确判断土壤重金属之间的离散程度，进而根据(3)式计算该区域土壤重金属的变异系数等级，具体等级划分如表1所示。表1重金属变异系数等级表影响来源人类活动K1变异程度强变异根据土壤重金属污染特征及潜在生态风险评估模型中的式(1)可以了解到,土壤中重金属的变异程度越高，则代表该区域的重金属污染程度越高。如果某区域土壤重金属k1，表示该区域土壤中重金属已经高度富集，说明该区域的土壤污染已经达到深层污染，对周边土壤及人类活动会产生显著影响4。3重金属污染潜在生态风险评估结合土壤重金属污染的不同等级特征与构建的评估模型,对土壤重金属的潜在生态风险进行等级划分,如表2 所示。表2 污染潜在生态风险等级表级别5级（无污染）4级（轻微）IR150E40根据评估模型中的（4）式，可以计算出土壤重金属类型及毒性水平，以及土壤生物对该污染的敏感程度。用表示土壤重金属污染物的毒性系数，则x与土壤重金属污染指数成正比。如果x0.7,则代表土壤潜在生态风险等级为5 级，表明土壤无重金属污染，对周边土壤及人类生活不存在风险；如果0.7x1,表示污染未达到警戒值,土壤重金属污染的潜在风险等级为4级，存在轻微的重金属污染，但不会对人、作物及土壤造成影响；如果1 x2,表示土壤中的重金属污染超过警戒的标准值，潜在生态风险等级为3 级，属于中等污染，已经开始对周边土壤和作物造成污染；如果2 3，表示土壤重金属污染物已经超过土壤金属的最大值，潜在生态风险为1级，属于强烈污染，矿区周边土壤对人体造成危害，且土壤已经完全金属化，不再适合作物与生物生存5 。4实验论证分析为了确保本文评估模型的准确性与有效性,本文采用实验对比进行论证。主要选取某矿区中相同条件下的土壤作为试点，采用多点取样方式，取多个土壤自然影响其他0.11600一160320320动差为0.2%，趋势不够稳定。通过上述对比试验可以看出，本文的评估模型相对于传统的评估方法具有更高的准确率,在矿区周边土壤重金属污染特征及潜在生态风险评估方面更具有效性，可以为矿区周边土壤重金属污染治理与改善提供参考。5结语工业化进程的加快使人类对各类矿产资源的需求与日俱增，同时也导致矿区周边土壤产生了日益严重的重金属污染问题，直接影响着矿区周边人民的生活与生产,本文提出的评估模型有着较高的准确率与稳定性，结合评估模型可以及时控制矿区周边土壤重金属污染情况，采取合理的措施加以控制或改善，从而避免土壤重金属污染的继续扩散，减小对周边人类、作物的生存影响。但本文的评估模型研究较为粗浅，评估所得重金属污染结果不够全面，评估效果还有待提高。参考文献1刘媚媚,高凤杰,韩晶,等.黑土区小流域土壤重金属生态危害与来源解析J.中国农业大学学报，2 0 2 0,2 5（11)：12-2 1.2吕悦风,谢丽，孙华，等.县域尺度耕地土壤重金属污染评价中的山西冶金132E-mail:第46 卷标准选择研究J.中国环境科学，2 0 19（11)：47 43-47 5 1.3陈世宝,王萌,李杉杉,等.中国农田土壤重金属污染防治现状与问题思考J.地学前缘，2 0 19,2 9（6)：3 5-41.4洪涛，孔祥胜，岳祥飞.滇东南峰丛洼地土壤重金属含量、来源及Construction and Evaluation of an Evaluation Model for Heavy Metal Pollution(Xinjiang Branch of the Yuncheng Ecological Environment Bureau,Yuncheng Shanxi 043100,China)Abstract:With the rapid improvement of modern industrialization level,the demand for mineral resources in social production is increasingday by day.However,the mining of mining resources will be accompanied by heavy metal pollution in the surrounding soil,posing a seriousthreat to the physical health of surrounding residents.Therefore,accurate assessment of heavy metal pollution in the soil around the miningarea is extremely important.In view of this,the main focus is on analyzing the pollution characteristics of heavy metals in the soil around themining area and conducting a systematic assessment of their risks.By constructing an evaluation model,the characteristics of heavy metalpollution in soil were evaluated,and different pollution levels were divided based on the pollution range of different characteristics.Then,thepotential ecological risks of soil were evaluated using the model.Finally,suggestions were proposed to avoid deep difusion of pollution.Key words:mining area;soil heavy metal pollution;ecological risks;pollution characteristics（上接第12 2 页）Optimization of Thermal Energy in Sintering Cooling Process(Primetals Technologies(China)Co.,Ltd.,Shanghai 201103,China)Abstract:In order to solve the problems of low waste heat resource grade and low waste heat recovery rate in the sintering process,especially in the ring cooler,the current waste heat recovery and utilization efficiency of the sintering ring cooler is analyzed.In response tothe problems in the waste heat recovery of the ring cooler,the vertical cooling of the sintering ore is introduced.The results show that thewaste heat recovery and utilization efficiency of the sintering ore using vertical cooling can be greatly improved,providing a basis forachieving energy conservation and consumption reduction in the sintering process.Key words:sintering coolingi vertical coolingi energy conservation and environmental protection(上接第12 4页）(Jiangxi Xinghuo Military Industry Co.,Ltd.,Nanchang Jiangxi 331729,China)Abstract:In order to design a universal fixture for cam milling of rectangular strips,the structural design points and mechanical principlesof the fixture were elaborated.This fixture design is widely applicable for milling various rectangular strips,including opening symmetricalgrooves,milling double shoulder end faces,etc.,which can effectively avoid the influence of raw material curvature on clamping.It is alsoapplicable to various ordinary miling machines and CNC milling machines,and has obvious advantages in mass production processes.Key words:rectangular strip material;milling processing;fixture;cam milling(上接第12 6 页）Prediction of Pipeline Damage in Carbon Steel Heating Furnace of Delayed Coking Plant-A Real Time Local Temperature Detection Method Based on Neural Network(Shanxin Software Rizhao Branch,Rizhao Shandong 276800,China)Abstract:In delayed coking equipment,carbon steel heating furnaces have combustion instability,which can easily cause local overheatingand damage in the heating furnace tubes.Therefore,it is necessary to monitor the temperature of various parts of the heating furnace inreal-time.In response to this issue,it is planned to conduct research on the online prediction method of furnace temperature based onconvolutional long and short time memory neural networks.By analyzing the changes in high-temperature furnace temperature,the predictionof high-temperature furnace temperature changes is achieved,and the average error is controlled below 31.5 Kalvin.Key words:heating furnace pipeline;neural network;teal time temperature;damage detection潜在生态风险评价J.环境科学，2 0 19（10)：46 2 0-46 2 7.5乔雪,卢海军,刘姝,等.齐齐哈尔市主城区道路绿地土壤重金属、pH、有机质含量及相关性研究J宁夏农林科技，2 0 18(2)：3 0-3 2.（编辑：武倩倩）Characteristics in Mining SoilQuanLiangxianQuPengfeiDesign of Cam Milling Fixture for Rectangular StripZhang WeiLiChaoyang