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【关键字】:重金属污染 预防措施 治理措施 植物修复治理法
重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中,但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多,造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中,引起严重的环境污染。而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时,底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解,但具有生物累积性,可以直接威胁高等生物包括人类,底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。
重金属污染,指由重金属或其化合物造成的环境污染,主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。重金属具有不易移动溶解的特性,进入生物体后不能被排出,会造成慢性中毒。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用,使它们失去活性,也可能在人体的某些器官中富集,如果超过人体所能耐受的限度,会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等,对人体会造成很大的危害,例如,日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染,等公害病,都是由重金属污染引起的。重金属污染的主要特点:污染范围广、持续时间长、污染隐蔽性、无法被生物降解,并可能通过食物链不断地在生物体内富集,甚至可转化为毒害性更大的甲基化合物,对食物链中某些生物产生毒害,或最终在人体内蓄积而危害健康。
广西是全国重金属污染防治重点省区;广西土壤中砷、镉、锰、锌元素含量高,结合广西土壤环境保护和污染防治的重点区域有:矿区及周边、工业集中区等。根据全区土壤污染调查结果,我区土壤重金属超标区域集中分布在矿产开发区。如南丹大厂矿区刁江流域、大新铅锌矿区、环江铅锌矿区、大新下雷锰矿区、恭城栗木矿区、贺州平桂矿区等矿区周边土壤重金属超标较为明显,已不适宜种植农作物。根据我区土壤污染状况调查成果,确定矿区及周边农田(耕地)、工矿遗弃地、城市周边菜篮子基地及群众反映强烈的污染区域等作为土壤污染防控的重点。
以上大多是人为造成的污染,只有通过人类自身行为改变这一状况,首先,从思想上重视了解重金属对人类及环境造成的危害,提高环境保护意识,只有保护好生存环境,才能保护人类自己;从行为上,要从个人做起,配合国家法律、法规的环境保护的规定,企业要加强管理,并且做好监督管理机制,使措施落到实处,不能只以人为本,还要考虑动植物及环境所能承受的压力,这样,人类才有立足之地。总之,只要以保护环境为出发点,重金属污染问题就能降到最低点。
对重金属污染防治应该重在预防,控制与消除土壤污染源,是防止污染的根本措施。土壤对污染物所具有的净化能力相当于一定的处理能力,控制土壤污染源,即控制进入土壤中的污染物的数量与速度,通过其自然净化作用而不致引起土壤污染。
1)控制与消除工业“三废”排放。
大力推广闭路循环,无毒工艺,以减少或消除污染物的排放。对工业“三废”进行回收处理,化害为利。对所排放的“三废”要进行净化处理,并严格控制污染物排放量与浓度,使之符合排放标准。
2)加强土壤污灌区的监测与管理。
对污水进行灌溉的污灌区,要加强对灌溉污水的水质监测,了解水中污染物质的成分、含量及其动态,避免带有不易降解的高残留的污染物随水进入土壤,引起土壤污染。
3)合理施用化肥与农药。
禁止或限制使用剧毒,高残留性农药,大力发展高效、低毒、低残留农药,发展生物防治措施。例如禁止使用虽是低残留,但急性、毒性大的农药。禁止使用高残留的有机氯农药。根据农药特性,合理施用,制订使用农药的安全间隔期。采用综合防治措施,既要防治病虫害对农作物的威胁,又要把农药对环境与人体健康的危害限制在最低程度。
4)建立监测系统网络。
定期对辖区土壤环境质量进行检查,建立系统的档案资料,要规定优先检测的土壤污染物与检测标准方法,这方面可参照有关参照国际组织的建议与中国国情来编制土壤环境污染的目标,按照优先次序进行调查、研究及实施对策。
除了以上的重金属预防措施外,对已造成重金属污染的土壤必须加大重金属污染的治理力度。国内外都很重视对重金属污染治理方法研究,并开展广泛的研究工作。总的来说,目前大致有以下四种治理措施:
一.工程治理方法。
主要有客土、换土、翻土、去表土等方式。客土是在污染的土壤上加上未污染的新土;换土是将已污染的土壤移去,换上未污染的新土;翻土是将污染的土壤翻至下层;去表土是将污染的表土移去。这些治理方法具有效果彻底、稳定等优点,但实施复杂、治理费用高和易引起土壤肥力降低等缺点。
二.化学治理方法。
化学治理就是向污染土壤投入改良剂、抑制剂,以降低重金属的生物有效性。化学方法治理效果和费用都适中,但容易再度活化。
三.农业治理方法。
通过改变一些耕作管理制度,在污染土壤上种植不进入食物链的植物,来减轻或阻断重金属进入人体造成危害。农业治理法即合理规划农业种植区,在重金属污染严重区域,可选择种植树、花、草或经济作物(如蓖麻);在基本适宜区选择种植低富集重金属作物种类或品种,减少重金属在作物中的累积。农业治理法对于自然背景值偏高区域显得尤为重要,因为自然背景值是由成土母质所影响,长时期内土壤母质中的无机元素保持稳定。对于短期内无法修复的土壤,如废弃矿区土壤、重金属严重污染区,采取农业治理法是简单易行的。农业治理方法易操作、费用低,但是周期长、效果不显著。
四.生物治理方法。
生物治理是指利用生物的某些习性来适应、抑制和改良重金属污染。目前在植物治理方面运用得较多,以筛选出了可吸收积累大量的重金属的超积累植物为主,优点是实施较简便、投资较少和对环境破坏小,适用于大面积的污染治理。生物治理法是根据土壤重金属污染物种类,筛选出超富集植物,利用植物吸收土壤中过量金属,将植物回收综合利用,彻底解决土壤重金属超标问题。在土壤砷污染的植物修复方面具有很好经验可借鉴。生物治理实施简便、投资少,对环境破坏小,治理效果较好。
关键词:重金属;食用鱼;污染评价;黄石市;磁湖
中图分类号:X171.5 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)11-2653-04
湖北省黄石市是一座老工业城市,随着几十年工矿业的发展,老工矿区环境污染与保护问题近年来已倍受关注。重金属是重要的环境污染物,其在水体中会被沉积物或悬浮物所吸附,并在生物体内富集成为持久污染物,对环境会造成严重的污染。
磁湖是黄石市区最大的湖泊,具有调蓄、防洪、渔业生产、生态旅游等多种功能。由于历史和地理原因,磁湖成为黄石市中心城区工业和生活废水中沉积物、工业固体废物和生活垃圾的纳污体,加上水土流失以及填湖建设,导致磁湖面积萎缩、湖床增高、湖容减少,水体的污染降低了磁湖的生态功能[1]。分析磁湖水体重金属的污染状况,对评价其污染程度,研究其变化迁移规律均具有重要的现实意义。重金属释放至环境中后易通过食物链传递和累积[2],本研究通过分析食用鱼体内重金属分布情况并对重金属污染进行评价,初步探讨了重金属在鱼体内的富集迁移规律,旨在为分析研究磁湖水体中重金属元素的迁移转化规律以及监测和防治磁湖水体环境污染提供基础科学数据。
1 材料与方法
1.1 样品采集
根据磁湖布局的特点和鱼类在水体中活动范围以及采样条件等因素综合考虑,选取了磁湖南片区团城山公园(杭州东路)和磁湖北片区楠竹林(磁湖路)作为取样点进行取样。鱼样均用渔网捕获。
1.2 样品处理
2.2 鱼体内不同重金属含量
表2列出了3种鱼体内各重金属元素的含量。鱼体内金属元素含量排序均为Cu>Cd>Cr>Pb,其中Cu含量鲫鱼体内最高,Cd、Cr和Pb含量鲢鱼体内均最高。
2.3 同种重金属在不同组织中的含量
图1列出了4种元素分别在3种鱼不同组织中的含量。不同重金属在不同组织中的含量大体符合如下规律:Cu:肠>鳞>鳃>腹>肉;Cd:鳞>鳃>肠>腹>肉;Cr:鳞>肠>肉>鳃>腹;Pb:鳃>肠>鳞>肉>腹。鱼类对重金属离子都有较强的吸收和蓄积能力,不同组织器官中重金属的含量不同。重金属在鱼体不同部位的含量存在显著差异,以肌肉中的含量最低,鳃、肠中的含量普遍偏高,但不同部位的含量与重金属的种类有关:Cu在肠、鳞中含量较高;Pb在鳃中含量较高,Cd和Cr在鳞中含量较高。
而同种组织器官中不同的重金属的含量差别也较大,Pb含量最低。鱼类通过它们的鳃不断吸收水中溶解的氧,从而使重金属离子不停地经过鳃。由于鳃的特殊结构有利于水中离子穿过,鳃就成为直接从水中吸收重金属的主要部位。重金属在鱼体中的积累主要与肝脏中的金属硫蛋白MT的诱导作用有关,金属硫蛋白MT主要的生物学功能是调节鱼体内自由金属离子的浓度,减少重金属离子特别是Pb、Cd这两种非生物必需元素的毒疗作用[5]。
鱼体内的重金属主要来源水体中,通过鳃和内脏吸收以及体表渗透进入体内,同一重金属离子在同种鱼的不同器官中的积累趋势各不相同。Cu的含量最高,Pb的含量最低,说明同种鱼的不同器官对同一重金属的代谢机制不同。
2.4 同种组织中不同重金属含量
从图2可以得出,同一重金属离子在同种鱼的不同器官中的积累趋势虽然不同,但不同重金属在同种鱼同一组织中的积累分布是相似的,大体积累趋势是:Cu>Cd>Cr>Pb。这可能是重金属在鱼体内的积累分布与组织器官的生理功能密切相关。但不同鱼种的相同组织器官中的重金属含量也有较大差异。鲫鱼肠中重金属含量高于鳊鱼和鲢鱼,这可能与鲫鱼、鳊鱼和鲢鱼的体重、水体中生活时间长短以及生理、代谢差异有关。
由于不同重金属对生物体生命作用的差异,同一类组织器官中重金属的含量存在着显著差异;对同种重金属而言,其在不同组织中的含量也存在着显著差异。Cu作为生命必须元素在鱼体内的含量较高,这主要与它们的生理作用有关。生命非必需元素在鱼体内的含量较低,且主要积存于鳞、鳃中,这主要是由于重金属进入鱼体内的重要途径是通过饵料的摄食、体表渗透和鳃膜的吸附[6]。
2.5 不同鱼种同种组织中的重金属含量
不同鱼种同种组织中的重金属含量也不相同。生物的生活习性是影响生物体内重金属含量的重要因素,同一生态系统中相同营养级具有不同食性特征、不同生活环境的生物具有不同的重金属累积特征。3种鱼食性和生活环境不尽相同,为了分析生活习性对生物重金属富集程度的影响,将鱼体内重金属含量进行了对比,鲫鱼对除Pb外其他各种重金属富集程度均大于鳊鱼和鲢鱼。不同鱼种对水体重金属富集规律存在很大差异。从试验结果来看,同一水体中生长的鱼类,鲫鱼组织某些重金属含量是鲢鱼组织重金属含量的数倍至数十倍以上。
造成上述重金属在生物体内表现出不同的富集规律可能有两方面原因:食物链中处于高营养级的生物富集程度高于低营养级生物,而鲫鱼属于杂食性鱼类,相对于草食性鱼类来说,因其在食物链中处于较高营养级,所以其重金属元素的富集程度高于鳊鱼和鲢鱼。这与Bank等[7]的试验结果一致。水体底泥中的重金属在一定条件下可通过“泥-水”界面向水中释放,造成水体的持续污染和底层重金属浓度的增加。因而生活在水体下层的鲫鱼重金属富集程度会大于上层鱼类。
2.6 磁湖鱼类重金属污染评价
由于食用鱼类产品时需要综合考虑各种重金属的污染情况,因而采用均值型综合污染指数法[8]对4种重金属的污染状况进行评价。取各种重金属在鱼体中残留量指数(I)的均值作为综合污染指数。I值大小可表示某重金属单一污染程度[9], 综合污染指数均值大小可表示各种重金属的综合污染程度。I值计算公式为:
I=Ci/Csi
式中,Ci为鱼体内i类重金属残留量,即实测值,mg/kg; Csi为重金属允许残留量,mg/kg。
Cu、Pb、Cd、Zn、Cr的评价标准按照NY/T 5073-2006无公害食品水产品中有毒有害物质限量计算(Pb,0.5 mg/kg;Cd,0.1 mg/kg;Cr,2 mg/kg;Cu, 50 mg/kg),目前国内尚无明确的污染等级划分标准,因此采用常用的划分标准进行评价,即综合污染指数均值1.0为重污染水平。
各种鱼体中重金属的污染评价结果见表3。由表3可知,Cu、Cr、Pb的残留量指数均小于1,说明这3种重金属的单一污染程度均较低;但Cd的超标率都较高,其残留量指数远大于1,说明磁湖鱼类均受到了较严重的Cd污染。重金属Cd的污染对鱼类危害严重,研究表明Cd是一种致毒快、损害重的毒物,能在鲫鱼肝脏中富集,并影响其抗氧化系统[10]。Pb能影响斑马鱼的胚胎活性、鲫鱼活力及鲤鱼的免疫系统和体内的一些酶类活性[11,12]。研究还发现重金属如Pb、Cd等对生物具有遗传毒性,干扰DNA的代谢,并可导致染色体和DNA分子的变异。Cr过量可影响体内氧化、还原、水解过程,并可使蛋白质变性,使核酸、白沉淀,干扰酶系统而引起生物中毒。Cu2+可使肝溶酶体膜磷脂发生氧化反应,导致溶酶体膜的破裂,水解酶大量释放,从而引起肝组织坏死。此外当重金属在体内积累到一定程度之后,多余的重金属就会转移到生物体的肝肾等器官中,与其体内的其他生物分子,包括酶和核酸等生物大分子相互作用,引起中毒现象,造成致命的创伤[13-15]。因此,有关部门应该引起足够的重视,加大对磁湖Cd污染的控制力度。
3 小结与讨论
鱼体中同一种重金属的在不同组织中含量不同,鳃、肠、鳞中重金属含量明显高于肉、腹,其食用部分重金属含量均低于非食用部分;同一组织不同重金属的含量也不尽相同,Cu在鱼体内各个部位含量均较高,Cr次之,Cd、Pb的含量较低,部分鱼样未检出Pb;同种重金属在不同鱼体同一组织内含量也有差异,其中鲫鱼对重金属的富集能力最强。鱼类不同组织器官对各种重金属积累能力明显不同,这可能与鱼类对重金属的吸收方式和生理功能、鱼的组织器官代谢方式、生活环境、年龄以及重金属是否为生物体必需元素等因素有关。根据评价标准,调查的鱼体中Cu的含量较高,但未超标。至目前,鱼可食用部分Cd含量超标,重金属含量残留指数为9.50~16.67,经常食用存在潜在危害,希望有关部门予以重视,并采取相应治理措施,以保证食品安全。
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【关键词】 城市污泥循环流化床环境保护资源再利用
处理占地面积广、危害性强的污泥,实现的无害化、稳定化、减量化和资源化,是一个急需解决的重要问题,而焚烧法就是由此诞生的有效解决方法之一,并且以能够替代燃料、保护环境等许多优点被社会各界关注。
1 循环流化床焚烧处理的特点
用流化床对城市污泥焚烧处理,具有三个优势:(1)适应性强,循环流化床燃烧非常稳定,用煤辅助燃烧,非常适合含水量高、热值低的燃料。(2)焚烧效率高,燃料混合充分,接触面积大,热解率高。(3)烟气排性好,循环流化床使用的是低温、分级燃烧,可以有效的限制有害气体的生成(如表1)。
这个检测的结果表明,收到基的含水率为85.12%,高位发热量为2.39MJ/kg,低位发热量是0.26MJ/kg。热值很不均衡。将污泥掺入炉膛中会使炉膛内温度下降,增大耗煤量。
2 循环流化床焚烧污泥的工艺流程
2.1 污泥进料系统
脱水后的污泥被污水厂装车送进污泥料仓,污泥料仓使用钢板建成的,在料仓上部建有由两台电动推杆控制的活动仓门,污泥运来的时候,仓门被打开,卸料完成后关闭仓门。由于污泥中含有许多中有机物会产生难闻的气味,为了防止污染环境甚至产生沼气爆炸,需要在污泥料仓上安装吸气管,利用等级入口负压抽吸料仓内气体至锅炉内焚烧。
2.2 污泥进料系统
进料系统中控制两台螺旋泵速度的是变频器,用来满足污泥输送量的变化。由于污泥的成分非常复杂,有些会带有腐蚀性,所以必须采用抗腐蚀的塑钢管作为送料母管,污泥就从送料母管进入支管,再被特质的喷口喷射如炉膛。
2.3 冲洗系统
为了防止污泥中存在的杂质和纤维状异物造成管道的堵塞,必须设置污泥冲洗系统。工业水母管上需要另外配置一台,排上阀门装在送料管下部,冲洗水与灰渣沟仪器排入沉渣池。
3 污泥掺烧测试
通过对掺烧不同的污泥量进行对比,可以对热效率、炉膛温度和耗煤量进行综合评定,从而选出最合适的掺烧量,而且可以评定对环境产生的影响。
3.1 对过滤参数的影响
在不掺烧污泥的时候,锅炉的主要参数为:最高点的床温975摄氏度,热效率95.1%,75t/h,没得热值为22885KJ/kg。不同的污泥量对锅炉的影响如表2所示。
通过这个表格可以看出,随着污泥量的增加,减温幅度会增加,热效率降低,耗电量增加,耗煤量增加。从表中可以看出,污泥量为4.5t/h的时候,炉膛的燃烧十分稳定,压力值偶尔有浮动,排出的尾气中含氧量为3.8%;污泥量为5t/h的时候,炉膛内的燃烧情况基本稳定,但是压力值不稳定,尾气中氧气含量为3.3%,没有与煤完全燃烧。由此得出,4.5t/h为此孙桓流化床锅炉焚烧的最大处理量。
图1为热效率和减温幅度与污泥掺入量的关系,由此可以看出,随着掺入污泥的量增加,减温幅度虽然增加,但是总体的趋势还是平缓。从图中还可以看出,掺烧污泥量和减温幅度的关系可以近似看做为:
y=3.4529Ln(x)+28.773
其中,y(℃)表示减幅温度,x(t/h)表示掺烧污泥量。
热效率随着污泥的掺烧量增大而降低,两者之间的关系也可以近似的看成:
y=-2.7446x+95.091
其中y(%)代表热效率,x(t/h)表示掺烧污泥量。
耗电量和耗煤量和掺烧污泥量之间的关系为如图2
3.2 粉尘和灰渣
焚烧后的灰渣是很好的路基材料,可以出售给市政施工单位,也可以作为制作环保砖的原材料。粉尘经过处理后送到灰库中,可以作为制造砖和水泥的原材料。
4 燃烧排放物的研究
4.1 有害气体
污泥焚烧过程中产生的有害气体主要为硫氧化物和氮氧化物,这些污染物的形成与燃烧温度、污泥的成分、气体停留时间和炉内气氛等诸多因素都有关系。另外,在循环流化床剧烈的湍流作用下,燃料中大量的水分会从燃料的颗粒团中析出,形成大量的CO和氢气,这两种气体会让硫元素向着FeS和硫化氢的方向进行,所以控制燃料中的水分,能够减少二氧化硫的生成。
4.2 重金属
城市污泥中的重金属主要包括:Ni、Pb、Zn、Cu和Cr。其中除了镍以外,都是以有机物结合和残余状态存在,短时间不会造成重金属污染,却会严重影响突然的性质,所以必须控制重金属的排放量。一般采用在颅炉内加入石灰石添加剂的方法,对重金属元素进行固化。
5 结语
循环流化床焚烧污泥技术,既不影响锅炉本身的蒸汽产量,烟尘又能控制在达标的范围之内,工艺简单有可以因地制宜的处理污泥,实现了城市污泥的稳定化、减量化和无害化,是资源化处理与循环经济模式的具体体现。这种技术具有良好的环境效益、经济效益与社会效益,发展空间十分广阔。
参考文献:
[1]刘磊.循环流化床焚烧炉中生活垃圾燃烧特性研究进展[J].煤炭加工与综合利用.2007.8:94——99.
关键词:电镀废水;处理;技术;综合应用 ;金属离子
对于世界上的三大工业污染来说,电镀废水是最为难以应对的,从电镀废水本身的含量来看,其含量复杂,所含有害物质相对较多,各种化学物质都相对较为复杂。因此,要想更好的进行电镀废水处理,需要进一步的提升电镀废水处理技术,以高端的电镀废水技术为依托进行电镀废水的处理。从目前来看,我国的电镀废水处理技术是一个不断完善的过程,其出现了许多的创新点,这些创新技术使得我国的电镀废水处理技术得到了一定的提升,使电镀废水处理技术进一步完善。
一、电镀废水来源
1.清洗废水
在电镀废水中,清洗废水主要是由电镀过程中所使用的零件清洗。由于电镀过程中其所应用的零件众多,在清洗的过程中需要大量的水资源,此时产生清洗废水,
2.电镀液本身
从废水角度来说,电镀液本身就是一种废水,其含有铬、铜、镍等多种的化学物质,同时还含有多种对人体有直接危害的化学物质,这些化学物质为人们的身体健康埋藏了隐形的杀手。电镀液本身在电镀废水中是最为厉害的一个废水,这些废水对于我国电镀废水处理来说是一个挑战。
3.一些其他废水
在电镀废水中,其他废水中包含有清洗车间、通风渗透等等所产生的废水,这些废水在很大程度上是能够进行有效的减少的,如果在电镀过程中进行合理预防,使得电镀过程中能够将一些有毒性的、污染严重的,以及其他废水及时的进行清理,可以更好的避免其自身所产生的危害。
二、常规法处理方法
(1)化学法。此法就是向废水中投加化学药剂。通过化学反应改变废水中污染物的化学性质,使其转变成无害或易于与水分离的物质再从废水中除去的处理工艺。但化学法的最大不足之处,是生产用水不能回收利用,浪费水资源且占用场地较大。包括以下四种:
(2)中和沉淀法。此法主要是向含重金属的废水中加入石灰、碳酸钠、苛性钠等沉淀剂进行中和反应,使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离。但此法处理的废液出水pH值较高,特别是其当废水中含有 Zn、Al、Pb、Sn等两性金属时,生成的沉淀物会在较高的pH值下再溶解,因此要严格控制pH值,实行分段沉淀。另外废液中如果含有卤素、氰根等阴离子要先予去除,否则将会和重金属形成络合物,影响处理效果。
(3)硫化物沉淀法。但其缺点是:沉淀颗粒小,易形成胶体,需添加絮凝剂辅助沉淀,因此增加了成本,且沉淀物在水中残留,遇酸生成气体,易造成二次污染,故此法应用并不广泛。但可和中和沉淀法配合使用,用石灰作为硫化法沉淀的pH调节剂,效果更好。
(4)氧化还原法。向废水中投加还原剂将高价重金属离子还原成低毒的低价重金属离子后,再使其碱化成沉淀而分离去除的方法。如向废水中加入硫酸亚铁将毒性高的Cr6+(约为Cr3+的100倍)还原为毒性低得Cr3+,再利用沉淀法除去Cr3+。该法原理简单,易于操作,但存在处理出水水质差,不能回收利用,处理混合废水时,易造成二次污染。所以该法一般用于污水的预处理。
(5)铁氧体法。该法是利用过量的 FeSO4作为还原剂,在一定酸度下使废水中的各种金属离子(主要是Cr6+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)形成铁氧体晶粒沉淀析出从而使废水得到净化的方法。故此法在国内电镀业中应用较广。但该法产泥量大,且污泥制作铁氧体时的技术条件较难控制,需耗能加热至70℃左右,处理成本较高,处理后盐度高,而且不能处理含汞和络合物的废水。
(6)电解法。在电场的作用下使废水中的有害物质通过电解在阴、阳两极上分别发生还原、氧化反应转化成无害物质,或利用电极氧化还原产物与废水中的有害物质发生化学反应。但缺点是不适用于处理含较低浓度的金属废水,并且电能消耗、铁极板消耗量很大,成本高,一般经浓缩后再电解经济效益会更好。
(7)离子交换法。是利用离子交换剂自身所带的自由移动离子与废水中待处理的离子进行选择换,从而分离废水中有害的物质使废水净化的处理方法。但由于离子交换剂选择性强,制造复杂,成本高,再生剂耗量大,因此在应用上受到一定限制。
(8)吸附法。是利用吸附剂的物理吸附、化学吸附及氧化还原等作用,以除去废水中的有害物质的方法。不足之处是吸附速度慢,容量小,不适于有害物浓度高的废水。一般用作预处理手段或深度净化。
三、创新的电镀废水处理方法
(1)生物法。在常规的电镀废水处理方法中,生物法全然没有被重视,而随着科学技术的不断发展,生物法逐渐的引起了人们的重视,从本质上来说,生物法更加体现了人类的力量,人们通过对于一些菌的研制,使得这些菌能够更好的吸附有毒物质,并对这些有毒物质进行相应的转化,使其转化成为人们需要的物质。
(2)膜分离法。对于膜本身来说,其具有一定的通透性,其对于一些有害物质可以较好的产生隔离的作用,同时,膜的占有面积相对较小,渗透力比较强,其能够充分的发挥隔离的作用。以隔离为基础进行电镀废水处理是一种相对合理的选择。
(3)萃取法。萃取法是相对有局限性,主要是针对那些不溶于水的物质而言,能够将那些不溶于水的物质迅速地分离出来。对于萃取法而言,主要是通过三个环节完成的,首先是混合,将有害物质和其他物质的一种混合,其次是分离,将有害物质分离出来,最后是回收,将一些人类可以利用的物质进行回收再利用。
四、结束语
农业生态文明建设的成效,不仅事关贵州省农业农村的未来,还直接关系到全省生态文明全面建设的进程。近年来,贵州在农业生态文明建设上进行了积极的探索,并取得一定成效。下一步,贵州省农委将认真贯彻落实党的十八届五中全会提出的“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念,坚持“绿水青山”就是“金山银山”,把生态做成产业,把产业做成生态,使全省乡村大地实现“生态宜居、生产高效、生活美好、人文和谐”,成为农民群众安居乐业的美丽家园。
积极开展创建活动,建设美丽乡村。
“十二五”期间,全省共整合资金32.8亿元,开展了“整乡推进”和“四在农家・美丽乡村”新农村示范点创建工作。通过五年时间,在全省打造了一批宜居宜业宜游的美丽乡村,在全国打响了“四在农家・美丽乡村”品牌,农村面貌焕然一新。2015年,启动了全省美丽乡村“百村大战”工作,建立联席会议制度和工作联动制度,充分整合资源,上下合力,全面推进。充分利用贵州独特的气候、生态环境,田园风光等优势,注重人居环境改造,保护生态环境、传统文化、传统村落。结合乡村旅游和休闲观光农业,推进农业“接二连三”,不断丰富“四在农家・美丽乡村”内涵,使农民安居乐业,让乡村与城镇、自然与人文各美其美、美美与共,实现美丽乡村生态美、产业强、百姓富。
产业发展和生态建设相结合,实现“绿水青山”就是“金山银山”。
“十二五”期间,特别是2014年省委、省政府出台《贵州省茶产业提升三年行动计划(2014- 2016年)》以来,全省立足生态优势和产业基础,茶产业从做大基地规模向品牌创建、市场拓展等八个方面发展,推进产业全面转型升级。截至2015年底,全省茶园面积达689万亩,跃居全国第一位,茶叶产量22万吨;有注册茶叶企业及合作社3040家,较2010年底增加2424家;打造出都匀毛尖、湄潭翠芽、绿宝石、遵义红等在国内外市场有影响力和竞争力的贵州茶品牌。
同时,从贵州岩溶地貌和气候特点实际出发,通过草地封育、天然草地改良、人工草地建植等措施,开展草地生态建设,形成良好植被,防治草地石漠化和水土流失。此外,加强牧草种质资源的保护与合理开发利用,使全省草地生态向良性恢复方向健康发展,2015年底全省草地(草山、草坡)保有面积为6430万亩,人工草地710万亩,良好的草地生态环境促进了生态畜牧业的快速蓬勃发展。
推进农业废弃物利用,发展生态循环农业。
“十二五”期间,全省累计建设户用沼气23万余户、大型沼气工程133个、小型沼气工程629个、规模化生物天然气试点工程1个、村级集中供气工程35个、“三沼”综合利用循环农业示范项目22个。为适应新常态,加快农村沼气转型升级步伐,引进了中节能公司在仁怀市、遵义县、习水县建设特大型沼气工程,目前在遵义县鸭溪镇建设的4.8万方沼气工程已接近尾声。
同时,积极开展秸秆综合利用,以秸秆肥料化、饲料化、新型能源化为主要途径,大力推广秸秆直接还田、过腹还田等技术,探索建设一批生物质综合利用工程,通过产气、积肥同步,种植、养殖并举,延长秸秆综合利用链条。2015年全省农作物秸秆综合利用达1012万吨,综合利用率达到65%以上。
此外,大力发展生态循环农业,将畜、禽、渔等养殖有机结合,通过“立体型”“节能型”等模式类型的运用,实现生态能源、种植业与养殖业相结合,经济、社会、生态效益共同发展。加强对农业资源减量化、农业废弃物资源化利用等生态农业产业发展关键技术的研发,强化技术集成配套,形成适宜于不同地区的技术模式。
实施规模养殖污染治理工程,推进畜牧业健康发展。
随着畜禽养殖方式的转变,为切实解决好规模畜禽养殖场的污染问题,省农委下发了《关于印发〈贵州省“十二五”期间规模化畜禽养殖场(小区)污染物减排工作方案〉的通知》,与省环保厅共同下发《关于加快推进畜禽养殖业污染减排工作的通知》,按照相关要求,对猪、奶牛、肉牛、蛋鸡、肉鸡五类畜禽规模化养殖场(小区)采取全过程综合治理技术处理污染物。大力构建循环型农业体系,发展生态畜牧业,积极倡导“猪-沼-粮(茶、果)”的循环模式。
开展环境治理,改善农村人居环境。
一是开展新农村环境综合治理工作。2014、2015年,贵州省政府连续两年召开全省新农村环境综合治理现场会,明确以农村生活污水治理和沼气集中供气项目建设为抓手,对农村环境进行综合治理,推进农村人居环境改善工作。2015年,通过资金整合,共安排补助资金8432万元,投入71个省级试点建设。
二是推进流域农业农村污染整治。2014年启动赤水河流域农业农村污染合力整治工作,制定了工作方案。围绕赤水河流域8个县(市、区)102个乡镇实施农业种植结构调整、生态化养殖、农业面源污染防治、农村生活环境改善四大类16个项目。2015年启动清水江流域和乌江流域农业农村污染合力整治工作,相关工作正有序推进。另外,《贵州草海高原喀斯特湖泊生态保护与综合治理规划》已获国家批复。
三是实施农村清洁工程。2011年起,重点在乡村旅游区、水源保护地、现代农业园区进行布局,与新农村建设、乡村旅游、农村能源建设等相结合实施农村清洁工程。全省共投入省级以上财政资金9800万元,带动地方和群众投入15000多万元,建设示范村432个,项目实施村寨的生活污水、生活垃圾、人畜粪便、农作物秸秆无害化处理和资源化利用率达到95%,化肥、农药施用量减少10~20%,农业投入品废弃物回收率达80%以上。
加强农产品产地环境保护,推进质量品牌建设。
一是开展农产品产地土壤重金属普查监测,摸清污染底数,建立农产品产地环境质量档案,切实保障农产品质量安全。鼓励和支持无公害、绿色和有机农产品认证,规范农业投入品记录,保证农产品质量安全和可追溯。
二是提升农产品质量。认真落实农产品质量安全“四个最严”要求,加强质量安全监管,未发生重大农产品质量安全事故。扎实推进农业标准化和品牌建设,大力发展“三品一标”农产品,积极推进特色农产品良种繁育体系建设,特色农产品知名度和信誉度不断提升。2015年,全省新增认定无公害农产品产地1947个、面积858万亩;累计有效使用绿色食品标志企业31家58个产品,有25个农产品获地理标志保护登记。
三是做好农业面源污染监测。2012年以来,全省6840万亩耕地开展了土壤重金属污染状况普查工作,完成全部54357个土壤样品的采集任务,启动了全省水稻主要产区稻米重金属污染协同监测项目。目前已建成农业面源污染监测网,基本掌握农业面源污染总体状况及动态。
推广先进实用技术,多措施防控种植业污染。
一是大力推广测土配方施肥技术。目前测土配方施肥技术已覆盖全省,涉及到1.47万个行政村,主要粮食作物推广测土配方施肥技术1467万亩,施用配方肥24.68万吨(折纯),示范面积累计163万亩次,发展绿肥550万亩,农家肥施用600~800公斤/亩,节约肥料投入约90~110元/亩,促进农作物总增产82万吨,总增产节支8.39亿元。
二是推广使用生物农药,减轻农残。严格禁止使用高毒、高残留农药,坚持绿色植保理念,高度重视生物灾害防控,采取农业、生物、化学和物理等防治方法,推广病虫害配套技术1350万亩,带动完成面上防治面积5416万亩次。
三是提高种植水平,优化种植模式。在栽培方式上采取农作物的轮作、间作、套种;在使用良种上,实施种子包衣工程,降低病虫害的发生,提高虫害综合防治水平,降低农药、化肥的施用量。四是严把农药和肥料进出市场关口。
关键词:农业用地;土壤污染;污染防治;法律问题
前言
农业用地是指农、林、牧等各种土地资源的总称,是人类赖以生存和发展的自然物质的基础。1我国是农业用地资源极其匮乏的国家,随着土壤污染问题的不断恶化,农业用地资源质量和数量的匮乏已成为限制农业可持续发展的重大障碍。近年来,随着经济建设和城镇建设的迅速发展、农业化进程的不断加快、化学制品在农业生产中的集约使用,以及农业生产经营活动中的“短期行为”的不断增多,我国的农业用地污染情况日趋严重,并呈发展之势。日益严重的土壤污染直接导致农产品品质不断下降,同时也给我国农产品出口遭遇绿色贸易壁垒埋下了严重隐患,直接造成巨大经济损失。
一、我国农业用地土壤污染的现状及危害
(一)我国农业用地污染的现状
据报道,目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近12000万公顷,约占总耕地面积的1/5;其中工业"三废"污染耕地1000万公顷,污水灌溉的农田面积已达330多万公顷。
污水灌溉等废弃物对农田已造成大面积的土壤污染。如沈阳张士灌区用污水灌溉20多年后,污染耕地2500多公顷,造成了严重的镉污染,稻田含镉5-7mg/kg。天津近郊因污水灌溉导致2.3万公顷农田受到污染物。广州近郊因为污水灌溉而污染农田2700公顷,因施用含污染物的底泥造成1333公顷的土壤被污染,污染面积占郊区耕地面积的46%。80年代中期对北京某污灌区进行的抽样调查表明,大约60%的土壤和36%的糙米存在污染问题。另一方面,全国有1300-1600万公顷耕地受到农药的污染。除耕地污染之外,我国的工矿区、城市也还存在土壤(或土地)污染问题。
(二)我国农业用地污染的危害
总的来说,农业用地土壤污染是由两个方面的原因形成,一个是人为因素,发生在农业生产过程中如不当使用农药以及其他人类活动中如工业污水流经的土地引起的土壤污染或用工业废水灌溉,不合理的使用地膜等;另一个就是自然因素所造成的污染,自然因素造成的土壤污染其因果关系和机理较为复杂,就我国农业用地的污染主要来自不当的农业种植方式如滥用农药、化肥等和工业污染所带来的土壤重金属含量超过国家和世界标准许可的范围。
农业用地土壤污染的危害主要有以下几点:
1.一是粮食及农产品安全受到威胁,进而影响人类自身健康;二是耕地的生产能力下降,造成产量、效益的下滑;三是耕地的复种能力下降,部分耕地有可能丧失耕作能力;四是对我国生态环境质量造成严重损害,耕地的生态功能和农村景观会受到侵害。
2.土壤污染会使污染物在植(作)物体中积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人畜健康,引发癌症和其他疾病等。
3.耕地被放射性物质污染后,通过放射性衰变,能产生a、β、γ射线,这些射线能穿透人体组织,对机体既可造成外照射损伤,又可通过饮食或呼吸进入人体,造成内照射损伤。
4.被有机废弃物污染的土壤还容易腐败分解,散发出恶臭,污染空气。有机废弃物或有毒化学物质又能阻塞土壤孔隙,破坏土壤结构,影响土壤的自净能力;有时还能使土壤处于潮湿污秽状态。
二、我国农业用地土壤污染防治的立法现状及问题
目前我国已制定有关环境保护、治理污染的国家法律有6部,资源保护的法律有9部,国家有关环境资源保护的行政法规30多部,环境资源保护方面的行政规章有400多个。其中农业用地土壤污染防治立法主要有法律、法规和规章的有关规定,包括农业环境保护、防治环境(包括土地)污染的规定和特殊区域的特别保护措施等方面。但是,目前在此方面不仅没有专门性单行法律、法规,而且在《环境保护法》、《固体废物污染环境防治法》、《农业法》、《土地管理法》和《基本农田保护条例》等也只有些零散规定,防治土壤污染的法律基本上是一项空白,缺乏系统的、可操作性的具体法律制度。具体问题如下:
1.现行土壤污染防治的法律条款都是原则性、概括性的规定,虽成体系但缺乏对农业用地土壤污染防治的专门性,针对性和系统性规定。现行有关土壤污染防治的法律条款只是概括性地指出要“防止土壤污染”、“改良土壤”。对于如何保障土壤不被污染,如何对污染的土壤进行改良,并未作出明确而完善的规定。
2.不能满足保障公众健康和经济、社会与环境可持续发展的需要。目前,我国农业用地土壤污染问题日益严重并呈现出加剧的趋势,充分说明了我国防治农业用地土壤污染的法律、法规没有达到法律的目的。 3.对土壤污染防治的预防性措施缺乏规范化、可操作性强的规定,主要倚重事后救济。现行的与环境资源保护相关的法律规定对于土壤污染的预防作用并不明显,事后性突出,这样一来就很难真正达到立法的目的。有学者就土壤污染的现状提出了土壤污染的预警制度,这是一个极好的创制,但如何实施,特别是如何以法律的形式作为可操作的制度加以明确仍有一定困难。
4.现行农业用地土壤污染防治的法律规范中缺乏法律责任的规定。法律责任是实现农业用地土壤污染防治目标的重要保障。现行有关的法律规范中没有规定法律责任主体,也没有设定相应的法律责任,致使一些严重污染土壤的行为得不到法律追究。
三、农业用地土壤污染防治法律制度的构建
(一)制定《土壤污染防治法
》,完善土壤污染防治的法律、法规体系
为了使土壤污染防治有法可依,需要健全和完善土壤污染防治法律、法规体系。在这个体系中,应当中央立法和地方立法相结合、综合性立法与单行性立法相结合、土壤环境保护与土壤污染防治立法相结合、实体性立法与程序性立法相结合,各层次、各部分的土壤污染防治立法相互联系、相互补充,共同达到土壤污染防治立法的总体目标。
(二)树立农业用地保护同经济建设、社会发展相协调的原则
这一原则和国际环境组织提出的“可持续发展”的指导思想是一致的。“协调发展”着重从横向关系上,即制约发展的基本因素的相互关系上对发展提出要求,“可持续发展”则是从纵向历史发展过程,即当前需要与未来需要的关系上提出要求。两者的目的都是为了保证社会的持续发展,既满足当代人的需要,又不对后代人构成危害。
北京大学国际关系学院 北京 100871
【摘要】本文基于历史和环境视角分析了全球环境与卫生之间关联性的科学认知的变化。环境问题对人类健康的影响越来越受到国际社会的关注和重视,现有科学研究已充分证明,环境问题与人类健康风险之间存在明显的因果关系,环境问题是导致人类各种疾病的重大因素之一;从全球层面对环境问题的健康影响进行量化研究是当前相关研究的重点、亮点和难点,目前国际上在研究方法和具体结论上都存在许多分歧,但定量研究方兴未艾;如何将现有的科学认知与全球层面的政策制定与实施有机结合起来是摆在全球环境与卫生治理面前的一大课题。
关键词 全球卫生; 环境; 关联性; 科学认知
中图分类号:R197 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1674-2982.2015.07.001
基金项目:中英全球卫生支持项目三——“中国全球卫生战略研究”子课题“全球环境与卫生的关联性研究”
作者简介:王志芳,女(1975年—),北京大学博士后,主要研究方向为全球及区域环境治理
E-mail:francewang2008@126.com
通讯作者:张海滨。E-mail: zhanghb@pku.edu.cn陈婧嫣张海滨
环境问题与人类健康息息相关。自近代工业革命以来,环境问题全球化的趋势愈演愈烈,对公共卫生和人类健康的影响也越来越大。如果在全球卫生治理中不能很好地理解环境与卫生之间的关联性,只是就卫生谈卫生,将难以有效应对日益复杂的全球卫生治理挑战。本文基于世界卫生组织、联合国环境署和联合国政府间气候变化专门委员会的相关报告,从历史角度分析环境问题如何在全球层面影响人类健康,旨在促进全球环境与卫生领域的互动决策。
1 环境问题对卫生的影响:科学认知的历史变迁
从历史层面看,环境问题对人类健康的影响呈现逐渐增大的趋势,而人类的相关科学认知也在不断发展与深化。
环境与卫生的关联集中体现在人类的多种疾病上,特别是在历史上对人类社会生活造成深远影响的传染病、地方病,往往是人与环境互动的结果。这些疾病的出现和传播大多源于人类对自然环境的开发、一些地方特定的自然条件、气候的异常变化以及人类对环境的破坏和污染等。面对这些卫生灾难,探求疾病与环境的关系,应该具有历史的视野。[1]
工业革命之前,环境污染规模小、程度较低,对健康的威胁有限。工业革命之后,环境问题日益突出并不断加剧,早期主要以煤烟尘、二氧化碳等大气污染和采矿冶炼、无机化学工业的废水污染等工业污染物为主。
环境历史学家约翰·麦克尼尔(John R. McNeil)对20世纪的世界环境变化及其社会影响进行了分析,认为其环境污染的程度和类型与之前的任何一个时期都有所区别,这一时期人类在未曾做出任何打算的情况下,在地球上进行了庞大而无抑制的试验,产生了严重的卫生后果。[2]从历史的角度来看,这一时期环境对卫生的影响大体可以分成区域性环境健康公害与全球性环境健康危害两个阶段。
第一阶段为20世纪30—60年代,即区域性环境健康公害阶段。这一时期的环境问题为公害型的环境问题。具体包括空气污染、水污染、土壤污染、噪音污染、振动、地盘沉降以及臭氧层空洞等,从而危害人类健康。其特点是外在的突发性和内在的累积性叠加,后果通常无法弥补和挽回。1930—1968年发生的重要环境事件包括比利时马斯河谷烟雾事件、美国洛杉矶光酵烟雾事件、美国多诺拉烟雾事件、英国伦敦烟雾事件、日本水俣病事件、日本四日市哮喘病事件、日本爱知县米糠油事件、日本富山骨痛病事件(表1)。[3]这一时期,人们对环境公害的认识也不断加深,很多国家建立了环境保护部门以应对此类事件的发生。
第二阶段为20世纪60年代开始至今,即全球性环境健康危害阶段。这一时期,伴随环境污染和大范围生态破坏,出现了全球性的健康危害。1962年美国环境科普作家蕾切尔·卡逊《寂静的春天》一书出版。书中关于大量使用农药造成的环境污染及其引起的人类健康损害的描述,激发了全球范围内的环境保护意识。随着环境问题愈加严重,其对人体健康的影响也逐渐显现。这一时期的环境问题主要包括三个方面,一是全球性的大气问题,如气候变化、臭氧层破坏等。二是大面积生态破坏,如大面积森林被毁、草场退化、土壤侵蚀和沙漠化。三是突发性的严重污染事件,如农药泄漏事件、核电站泄漏事故、油船泄漏事故等。这些全球性、大范围的环境问题从根本上严重威胁着人类的生存与发展。1972—1992年发生的重要环境事件包括:北美死湖事件、卡迪兹号油轮事件、墨西哥湾石油井喷事件、库巴唐“死亡谷”事件、西德森林枯死病事件、印度博帕尔公害事件、切尔诺贝利核泄漏事件、莱茵河污染事件、雅典“紧急状态事件”、海湾战争油污染事件等。
这两个阶段的区别十分明显,表现为环境问题从区域向全球的一种认知扩散。对环境问题健康危害的担忧开始深入人心,导致全球范围内的环境运动。第二阶段较第一阶段具有更大的复杂性,时空上不断延伸。[4]人类自身的活动打破了人与自然的平衡,因而也破坏了人类赖以生存的“生命支持系统”。[5]
2 全球重大环境问题对卫生的影响:主要科学结论
目前,国际社会在环境问题对健康的影响方面开展了大量研究工作,获得了丰富的科学认知,这成为开展全球环境与卫生治理的重要科学支撑。
2.1 气候变化
气候变化是当今世界面临的最严峻的环境挑战。关于气候变化对人类健康的危害已有长期的跟踪研究。1990年政府间气候变化专门委员会(Intergovemmental Panel on Climate Change,IPCC)第一次评估报告认为,全球变暖使得地球表面的UV-B辐射强度增加,导致眼睛和皮肤损伤的风险增加,甚至可能破坏海洋食物链。[6]1995年IPCC第二次评估报告从直接和间接影响两个层面分析了气候变化对人类健康的影响,并认为间接影响是较为主要的形式。[7]2001年IPCC第三次评估报告证实了一些经细菌、食物、水传播的传染性疟疾受气候变化的影响,此外,气候变化还会引起粮食产量下降。[8]2007年IPCC第四次评估报告扩大了关于健康问题的研究范围,将食品安全和水感染纳入其中,具体分析了人类面临气候变化的脆弱性。[9]2014年IPCC第五次报告更加系统和详实,指出气候变化对人类健康的影响体现在直接和间接影响两个方面。直接影响方面,由于温度和降水的变化,导致来自热浪、洪水、干旱和火灾的威胁不断增加。2003年法国有15 000人死于当年的极端高温天气。[10]1980—2009年约28亿人受到洪水影响。[10]间接影响是指由气候变化带来的生态破坏(农作物歉收,疾病转移扩散)、环境污染(环境疾病)或在长期干旱气候下的社会反应(如人口的迁移)等对人类健康产生的危害。[10] 1979年至今的气象及疾病数据表明,气候变暖助推了疟疾的扩散传播 ,仅2010年全球123.8万人死于疟疾。[10]而2010年被《2010年全球气候变化》报告称为“人类自1850年以来‘最热的三年之一’”。[11] 此外,IPCC第五次报告绘制了更加清晰的气候变化对人类健康影响的路径图(图1)。该报告预计,由于气候变化的影响,21世纪中期人类现有的健康问题将更加严重。特别是目前已经存在粮食安全问题的地区,气候变化导致的营养不良现象将更加严重。
温度上升正在强化与高温相关的疾病和死亡的危险性。当然,不同的地区其呈现方式不同。如有的地区通过泛滥的洪水传播疾病,有的地区表现为粮食减产引起营养不良等。按照“具有代表性的浓度排放途径”(Representative Concentration Pathway,RCP)模型评估,人类健康面临的主要威胁有:密集的热浪和火灾导致更大的受伤、疾病和死亡;贫穷地区粮食减产而导致的营养不良;敏感人群因为高温而失去工作能力并降低劳动效率;食物和水传播的疾病和虫媒传染病。
当然,在气候变化背景下,还有一些地区存在健康情况好转的现象。一些地区由于严寒引起的疾病和死亡率因极寒天气的减少而降低;一些地区因气温上升、农作物生长期变长而收获更多的粮食,降低了营养不良的发生率。因此关于气候变化对人类健康的有利影响对不良影响的抵消程度,还需要进一步研究。
近年来,世界卫生组织(WHO)也加大了对气候变化对健康影响问题的研究。2009年WHO的评估报告认为,1970年—2004年气候变暖导致每年14万人的额外死亡。[12]2014年的相关报告中,世界卫生组织对气候变化造成的健康影响进行了远期预测。认为即使在乐观的社会经济发展和气候应对的前提下,气候变化对未来死亡率的影响依然显著。同时,报告也强调,目前难以确定人类健康对气候变化响应的敏感性。[13]
2.2 臭氧层损耗
臭氧层被大量损耗后,吸收紫外辐射的能力大大减弱,导致到达地球表面的紫外线UV-B明显增加,从而对人类健康产生直接和间接影响。直接影响包括:(1)破坏免疫系统,包括降低免疫细胞反应、减少免疫细胞数量功能、改变免疫性白细胞外形;(2)眼睛损伤,包括光照性结膜炎(雪盲和焊工)、角膜和晶状体损伤,视网膜退化,视力下降、白内障眼疾;(3)皮肤损伤,使得皮肤变厚、失去弹性进而导致皮肤癌。大气臭氧每减少1%,紫外辐射增加1.2%~1.4%,皮肤癌发病率增加4%。间接影响包括:(1)低空大气层中UV-B辐射增加,会催化氮氧化合物和碳氢化合物产生高浓度的大气污染物,对人类的呼吸系统产生不良影响;(2)UV辐射对粮食作物和海洋浮游植物产生不利影响,破坏食物链进而影响人类健康。[14]
因此,臭氧层的保护逐渐受到全球重视,1985年签署的《保护臭氧层的维也纳公约》以及1987年签署的《关于臭氧层保护的蒙特利尔议定书》明确指出,大气臭氧层损耗对人类健康和环境可能造成的危害,呼吁各国政府采取合作行动,保护臭氧层。其后在发达国家和发展中国家的共同努力下,消耗臭氧层物质的排放得到有效控制。全球至少有几百万人免于致命皮肤癌和上千万人免于非致命皮肤癌。[15]
2.3 重金属及化学品污染
重金属以及包括持久性有机污染物在内的危险化学品,在使用中直接与人体接触,或废弃后进入大气、水和土壤中,通过食物链和水体等进入人体,从而威胁人类健康。
汞、镉、铅等是比较典型的重金属污染。汞通过消化道、呼吸道和皮肤进入人体,血液吸收后扩散全身与蛋白质巯基结合,抑制巯基酶活性,从而引发震颤、易兴奋、运动失调、发音困难等问题。此外,由于汞也能以气态形式存在,从而对人体产生多种形式的损害,治理也更加困难。[16]2013年《关于汞的水俣公约》的签署,标志着全球开始加强汞的治理。
化学品污染中的持久性有机污染物,由于具有致癌、致畸、致突变的特性,加之使用广泛,短期内难以降解,对环境和人群健康产生长期的不良影响。如DDT等有机氯农药,在全球的使用长达半个世纪,对人群和环境的影响可想而知。20世纪60—70年代,多氯联苯使得日本发生“米糠油事件”,二恶英等化学物质使得我国台湾地区发生“台湾油症事件”。近年来国内关于持久性有机污染物对人体损害的研究取得了一定的进展。2011年关于持久性有机污染物暴露与胎儿神经管畸形关系的研究发现:胎盘中部分有机氯农药水平与神经管畸形的发生风险存在相关性,并呈现显著的剂量—反应关系。[17]
由于持久性有机污染物在环境中广泛存在,其控制和消除需要全球共同行动。2001年全球范围内签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,呼吁各国采取减少或消除持久性有机污染物释放的措施以保护人类健康和环境。此外,其他有关化学品管理的公约还包括《控制危险废物越境转移及其处置巴塞尔公约》、《关于在国际贸易中对某些危险化学品和农药采用事先知情同意程序的鹿特丹公约》等。
2.4 生物多样性退化
生物多样性是人类生存的基础,与人类健康密切相关。生物多样性能够保障食物安全,并提供药物资源。生物多样性为人类提供了多样的食物选择,保障人体所需各类微量元素的供应。在防治疾病方面,即使目前医药业比较发达,但当传统粮食品种遭受无法防治的病虫害威胁时,相应的野生植物可以提供抵御该虫害的遗传物质。1970年美国玉米患叶菌病使作物枯萎,造成巨大损失。墨西哥中南部山林中一个原始玉米品种为其提供了抗菌遗传物。此外,研究发现,生物多样性丰富的地区疾病发生率和严重性较生物多样性缺乏的地方低很多。[18]生物多样性良好,可减少4.3%的全球疾病。[19]
生物多样性退化会引发多种健康问题。如森林退化会影响多种流行病(虫媒疾病、疟疾、黑热病、丝虫病、血吸虫病等)的传播和分布规律,威胁人类健康。从长远来看,生物多样性的丧失使得人类赖以生存的基础受到威胁,生态系统退化,失去大量对人类健康有益的生物药源性化学物质和基因,导致大量未被利用的物种失去潜在利用价值。目前为止,发展中国家近1/3的人口依赖自然系统提供的医药资源来保障自身的健康。[19]因此,2015年生物多样性公约秘书处与WHO合作开展的评估报告强调,对生物多样性的保护和可持续利用对人类健康有促进作用。[20]
2.5 空气污染
近年来,空气污染给人类健康造成的威胁日益严重,城市空气问题引发了人们越来越多的关注。据世界卫生组织“城市空气质量数据库”显示,全球只有12%的人口生活在空气质量符合世界卫生组织健康标准的城市。相比之下,生活在空气污染指标至少超过该标准2.5倍的人口数量约占全球总人口的一半。[21]全世界大多数城市的室外空气质量不仅没有达到该组织制定的安全标准,其污染的状况还在不断加剧,城市空气污染已经成为当今世界最主要的公共卫生挑战之一。
空气污染导致全球每年约700万人口死亡,是国际社会必须立即采取行动应对的首要环境问题。减少空气污染不仅拯救数百万人的生命,同时还会有益于气候、生态系统服务、生物多样性和粮食安全。[22]IPCC第五次评估报告也指出,所有影响到气候变化的空气污染物(CO2除外)已对人类健康产生影响:2010年超过7%的全球性疾病与这些污染物的吸入有关。[10]快速的经济增长,尤其是一些发展中国家能源需求的不断增长,使得空气质量日益恶化。过去二十年,很多大城市的环境空气质量已降至危险水平。根据世界卫生组织的估计,每年约有430万人因吸入室内和室外空气污染中的细小微粒而死亡。PM2.5微粒能够渗入到肺部并可能进入血液循环,引起心脏病、肺癌、哮喘和急性下呼吸道感染。
3 对环境问题引发的健康结果进行综合定量评估
近年来,学术界对环境问题引发的健康结果在全球范围内进行了定量分析。《2004年世界卫生报告》指出,全球102类主要疾病、疾病组别和残疾中,环境风险因素会导致85类产生疾病负担。[23]2006年世界卫生组织对环境引发的健康问题进行了全球范围的评估,认为全球范围内24%的疾病负担(健康寿命年损失)和23%的所有死亡(早逝)可归因于环境因素,0~14岁的儿童中,可归因于环境的死亡比例高达36%,而且环境所引发的健康问题在发展中国家更为严重。 [24]此外,还有学者绘制了全球环境变化引发的疾病负担关系图(图2)。
当前对环境引发的健康问题的研究不断深入。2009年世界卫生组织针对全球疾病风险的评估报告认为,影响人类健康的5个环境因素(气候变化、室外空气污染、固体燃料引发的室内空气污染、铅爆露、不卫生的水和生活环境等)导致了全球10%的疾病。其中,约有1/4的疾病与五岁以下儿童有关。 [25]2015年全球健康统计报告中,对不卫生的水和生活环境引起的健康问题也做了较为详细的数据分析。[26]
2014年联合国环境规划署年鉴《日益紧迫的全球环境问题》认为,环境恶化与多种健康问题有关,包括部分癌症、病媒传播的疾病、营养不良、呼吸系统疾病等。该研究认为全球近1/4的疾病与死亡是由不健康的生活和工作环境造成的,全球每年有370万死亡病例与户外空气污染有关。因此,联合国环境署表示将通过能力建设、数据平台建设和定期跟踪评估报告,加大对各国政府的支持,以应对全球环境与卫生挑战。
应该说明的是,迄今有关环境问题与各种疾病之间因果关系的量化研究还非常有限,现有的成果在全球层面还存在争论,尚未达成共识。《2013年世界卫生报告》明确指出,当前对环境和健康之间的联系以及怎样减少对健康的风险认识还远远不够,需要进一步开展更广范围的研究。 [27]
4 结论
综上所述,可以得出:(1)环境问题对健康的影响已越来越受到国际社会的关注和重视。(2)现有科学研究证明,环境问题与人类健康风险之间存在明显的因果关系。环境问题是导致人类各种疾病的重大因素之一。(3)从全球层面对环境的健康影响进行量化研究是当前相关研究的重点、亮点和难点。目前国际上在研究方法和具体结论方面还存在诸多分歧,未来研究方兴未艾。(4)如何将现有的科学认知与全球层面的政策制定与实施有机结合是摆在全球环境与卫生治理面前的一大课题。
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关键词:照明光源、人体健康
我们置身于豪华的购物中心,愉悦地进行购物体验;我们端坐在5A的办公大楼或埋头进行一天紧张而充实的工作或与客户进行商务沟通;我们穿梭在分不清白昼的地下铁,为下一个目的地而奔波;我们回到温暖的家与孩子们享受闲暇时光的时候,有一样物质与我们寸步不离,那就是光。可是我们是否意识到光也在影响着我们的健康呢?
在所有的建筑内和室外存在着最为常用的四种照明光源:太阳光、白炽灯、荧光灯、金卤灯和最近几年才刚刚兴起的LED光源。
在讨论这些光源对人体健康的影响之前我们现看看科学家门最近对光对人体健康影响的研究成果。
新的光生物学研究结果表明,我们必须重新认识对人类眼睛和大脑解剖学机能方面的理解。人类的光内分泌学远比一些学科原来认为的以及照明工程师愿意承认的复杂得多。自科学家提出褪黑素假设以来,越来越多的科学家致力于寻找使用人工光源与致癌之间的联系。然而,强有力的证据显示,使用人工照明并不仅仅会引发癌症,还与现代工业社会频发的心血管疾病有关。
人类的生活离不开光。特殊的光照条件孕育了人类照明的发展:日夜循环更替形成了各种生命的生理节奏,从而适应环境的光子条件。阳光的构成成分以及大气层的特性对自然光的辅助生命特性起着重要的作用。以今天的观点看,我们必须意识到,这些特性的任何失常都可能使人工照明对身体健康造成危害。
我们所说的失常是什么呢?从解剖学讲,哪些感官负责侦查这些失常?要理解这一点,我们首先需了解阳光本身稀薄的光子密度。众所周知,光子产生于太阳核心,它是通过熔化过程,将氢原子与氦及光子能量合并产生的,但光子形成后,要经历分散和碰撞等无数次遭遇才能到达太阳表面。这种致命的能量在从核心到的途中从不可思议的高频转化为光辐射:释放出的太阳能有40%存在于可见光谱。虽然来自光球的辐射为真正的全谱光,但太阳的外层,即色球能将来自整个光谱的因素关系发射线全部消除。我们借助分光镜就可以得到这个结论,因此我们能够看见夫琅和费谱线:走过色球后,阳光表现为吸收光谱,特点是全光谱减去基本频率。
光和颜色都是因热而变化的:如果我们提高金属丝的温度,它就会发出电磁辐射。我们首先会感到热,然后看见金属丝发出不同颜色的光:由赤热变成橙色和黄色,直到看见白光。来自发热体的波长的分布在物理学上的定义为黑体辐射。太阳辐射能由黑体以5700K的温度向外散布,这一温度相当于太阳表面的热度,惟一例外的是黑体没有夫琅和费谱线。我们说阳光的色温为5700K只是一种简化的说法,忽略了内部的分光光谱组成成分。
那么我们为什么要考虑这些夫琅和费谱线呢?如果我们用肉眼都看不到它们,它们会对我们产生什么影响呢?事实上,眼睛并非惟一接收光的器官。人的皮肤很容易被光线穿透。就连UV射线这样的短波也能到达毛细管层,并进入这些毛细管的血液。我们体内带发色团的色素和分子都能吸收和释放光子。每个原子都有我们称之为光子新陈代谢的属性。光子是所有物质赖以交流的媒介;光子的每一次跃迁(能量水平的变化)都伴有光子活动。
爱因斯坦获得诺贝尔奖不是因为《相对论》,而是因为解释了光电效应。我们知道,当金属电极与光子碰到一起时,如果量子能足够高,就会释放电子,从而产生光电效应。简言之,根据吸收或释放量,光子可以使离子变密或变稀。在量子理论时代,如果我们将利用金属电极试验获得的发现扩大到光能对生物膜产生影响的程度,我们肯定会得到很好的忠告。按照推测,阳光中的夫琅和费谱线的作用就像光子吸入隙,影响皮肤(接收光源的最大器官)毛细管系统及细胞外的基质的分子膜通道。这更进一步解释了为什么效果良好的日光浴治疗法总是能够创造和谐的平衡的原因,不管病人的状况是不活跃还是过度活跃。我们在下面谈到水银蒸汽灯,即荧光灯或全谱灯时,将考虑这些因素。(以上来自Alexander Wunsch国际光协会(International Light Association)主席)。
那么我们最常用的五种光源源中各有何特点呢?
首先是太阳光。
阳光是太阳上的核反应“燃烧”发出的光,经很长的距离射向地球,再经大气层过滤后到地面,它的可见光谱段能量分布均匀,所以是白光。太阳光是最重要的自然光源,它普照大地,使整个世界姹紫嫣红,五彩缤纷。阳光照在我们的皮肤上,会使皮下血管扩张,血流旺盛,增加有毒物质的排泄和抵抗力,还会使唾液和胃液的分泌增加,肠胃蠕动加强,促进食欲和消化。所以设计中自然采光才是首选。
白炽灯
光源有很多种,本文将只集中在四种重要光源:白炽灯、荧光灯、金卤灯和LED灯。如果按年代顺序排列,我们首先应从白炽灯开始。这种电灯光源由德国人1854年在美国发明,但他无法将其投入市场。因此当爱迪生成功将这种灯引入市场并作为产业经营时,已经过了25年。因此,交流电技术发明后,我们的世界才被真正点亮。其中白炽灯和便携式电能这两个元素成为打开现代世界大门的钥匙。白炽灯的惟一也是致命的缺点――高能耗(在今天这个提供节能的社会更甚)提出质疑。事实上,用于照明的功率只有总消耗功率的5%,其余的都转化为热能。白炽灯是惟一称得上“全谱灯”称号的电灯,因为它能释放所有波长,而没有任何间隙或能量峰值。它能产生十分清洁的灯光,没有调制频率和闪动的近似太阳关,所以作者建议把长时间照射孩子的灯光如果需要用别的光源来代替太阳光的话那就用白炽灯吧。
荧光灯
我们再来看看水银光源,它是在上世纪30年代末登上历史舞台的,荧光灯含有水银蒸汽,在灯管的两端加上电压。在随后的放电过程中,汞原子以特定波长释放光子,这些光子激活电流上的其他汞原子。被激活的原子进行化学反应。荧光灯在其光谱中显出水银比能峰值。科学家研究发现,这样的能见光能通过皮肤进入人体系统,然后轻松到达脂肪组织;甚至头骨和大脑光也能穿透。水银通过食物或其他物质进入人体,而积存水银的物质正是脂肪。水银是有毒物质,很难排出,因此人体试图将其存储在低代谢活动的地方。这就是我们发现水银多集中于皮肤下的脂肪层以及大脑神经元髓鞘的原因所在。穿透皮肤和骨头的水银灯光抵消了身体试图消除这种致命物质的努力。虽然带有夫琅和费谱线隙的阳光会引起对基本波长的吸取力,基本光谱线产生了相反的压力。阳光对化学元素有镇静效果,而水银灯光则诱发激活这种有毒物质。荧光灯的发明使我们的照明工程显著提高了能效,能效的提高节约了能源,减低了碳的排放当然也为环保事业做出了贡献。但是荧光灯的光会激发人体有害物的毒性,对健康带来了危害作用。而废弃的荧光灯的残留重金属污染土壤和空气会加剧这样的危害作用。
金卤灯
金属卤化物灯(简称金卤灯)是目前世界上最优秀的电光源之一,它具有高光效(65~140lm/w),长寿命(5000~20000h),显色性好(Ra65~95)结构紧凑、性能稳定等特点。它兼有荧光灯、高压汞灯、高压钠灯的优点、克服了这些灯的缺陷,金卤灯汇集了气体放电光源的主要优点。尤其是光效高、寿命长、光色好三大优点.因此金卤灯发展很快,用途越来越广。市场上的金卤灯同其它气体放电灯一样,灯内的填充物中有汞。 由金属蒸汽(例如汞)和卤化物(如镝、钠、铊、铟等元素的卤化物)的分解物的混合物辐射而发光的气体放电灯。具有添加金属的特征光谱线,因而光色改善,也提高了光效。这类灯的相关色温4000K左右,显色指数70,光效在701m/W以上。
LED灯
LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,发光二极管晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
LED特点和优点LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。LED耗电非常低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说:它消耗的电不超过0.1W。在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
它的缺点也十分明显为其提供动力的电子电路。用来控制亮度的所谓的脉冲宽带调制(PWM)(常用于变色产品)通常在低频运行(100Hz以下)。这就导致了闪变效应,而这种效应只有在特定情况下或通过测量才能察觉。光的闪动会造成头痛和不适。所以LED还是用于室外的景观和路灯照明吧或者舞台灯光。
从人体健康的角度出发我们在设计室首先考虑的应该是利用自然采光,在现代的建筑中这样成功的案例不胜枚举。
有再好的自然采光的设计业避免不了黑夜的来临。那么必须采用人工照明的时候我们还是尽量选择中性光源,或者混合光源。而应避免全部选用水银光源,选择水银光源是尽量避免直接照射而是选择漫反射的形式较为恰当。有一点是肯定的,即我们不必等待明天的发明:如果我们重视各类型灯优劣,我们应该马上行动,改善人工照明条件。根据不同目的,从时间生物学角度考虑,使用中性光源,害处会小一些。
关键词:矿山地质;3S;灾害类型;防治措施
Abstract: after the exploitation of mineral resources, in a great extent change the local geology environment, causing many serious mine geological disasters. This paper, from the mine geology disaster caused the main factors of, combining the characteristics of time and space of geological disasters and disaster methods, the mine geology disaster into several main types and the class. And according to the several types of geological disaster characteristics, this paper explores the establishing of the corresponding prevention and control measures, to China mine geology hazard prevention and control and the mine geological environment management to provide the scientific basis.
Keywords: mine geology; 3 S;Disaster type; Prevention and control measures
中图分类号:O741+.2文献标识码:A 文章编号:
1、概述
由于矿产开采过程势必改变原有稳定的矿藏条件,改变了当地的地质环境,而由于人为的采矿活动改变了地质环境所引起或诱发的灾害被称为矿山地质灾害。矿山地质灾害的发生会对生态环境、自然资源和经济社会造成不可估量的危害和破坏。
我国的矿产开采具有相当长的历史,在相当长的时间内,我国矿产开采技术和设备都比较落后,这种条件下的矿产开采导致矿山地质环境不断恶化,矿山地质灾害事故频发。危及生命的矿难和环境灾害时有发生,近年来还有逐渐上升的趋势。因此,根据我国矿山地质灾害发生及发展规律、特点,将矿山地质灾害进行详细分类,并根据其各自特点提出防治灾害的措施,是一项十分必要的工作。
2、矿山地质灾害类型
就目前的科学技术发展状况而言,采矿活动的范围仍多数被限定在地球表面和岩石圈层内部。在矿脉开采之前,矿区地质环境是处于稳定平衡状态。而采矿过程,是从地壳内部的土壤、岩石圈层挖出大量的土石方,对地质环境进行了巨大的破坏,使其处于非稳定状态。我们可以看出,不论钻井开采、掘坑开采、注液开采,还是露天开采,都改变了原有的地质环境,这种不平衡性的出现导致了地壳物质的不稳固,进而容易引发灾难性地质改变。
矿山地质灾害类型很多,若单从灾害发生的速率加以区别,可分为突变型矿山地质灾害,如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等,另一种就是缓发型矿山地质灾害,如采空区的地面沉降,水体污染等。然而,在我们最常用的地质灾害分类,常常是以地质灾害的时空分布和成因关系来分类。这种分类方法有利于对地质灾害的成因进行深入探究,才能根据各种地质灾害类型制定相宜的防治措施。人为地质作用过程中不合理或者不科学改变地质环境,进而诱发的地质灾害基本涵盖了除火山喷发之外的所有地质灾害类型,本文将就其特点简要分类阐述。
2.1 岩土圈层形变灾害
这部分矿山地质灾害是由于采矿活动改变了矿区的地质环境,导致地区地下和地表岩土圈层形变,进而引发的灾难性后果。
2.1.1 诱发性地震
由于采矿活动致使岩土圈层结构性失衡,这种失衡状态反映在岩土圈层内部就是地震与断层错位。短时间的断层剧烈错位容易产生诱发性地震。由于人为地质改变而诱发的浅源性地震,深度小,危害和破坏力却十分巨大。小震级的地震,就可能致使井下和地表岩土圈层的剧烈改变,从而对建筑物、地表结构造成危害。
2.1.2 断层错位
断层错位也是圈层结构性失衡的一种表现,不过由于断层错位具有缓发性,能量在缓慢积聚,短时间内不易被测量和察觉。但是,可以预见,随着开采活动的不断进行,矿脉被采空后,断层积聚能量会在短时间释放,终究会造成巨大的危害,这种灾害对矿山及周边地质环境的破坏力也十分巨大。
2.1.3 地面圈层形变
地下岩土圈层的形变,往往导致地表岩土圈层下陷、沉降、开裂等,进而引发危害性巨大的矿山地质灾害。例如,矿山地面和采空区塌陷、矿区地面沉降,地面开裂。一般的矿区地面塌陷主要发生在井巷开采的矿山地区。矿脉埋藏较浅,矿区地面平缓,地面塌陷与沉降的现象较为常见。而矿脉埋藏深、距地表较远的开采区,如果不能及时回填矿渣,就有可能发生大面积塌陷,地面塌陷、沉降和开裂不仅可破坏水土、建筑物,还可能毁坏道路、水库等公共资源与建筑,造成更大的危害。
2.1.4 斜坡岩土体运动
这一类灾害是由于采矿区地质边坡或地表断层边缘结构不稳造成的灾害,如崩塌、滑坡、泥石流等。例如采矿边坡失稳,常常会造成边坡岩土滑坡,岩崩等灾难,泥土边坡在雨后形成流动性土体,形成灾害性泥石流等。这些地质灾害发生的主要原因是不合理造成的采剥失调、边坡角度过陡等形成不稳定结构。此一类型矿山地质灾害多发生在露天开采或掘坑开采矿山。这种灾害常常瞬时发生,但造成结果危害性更大,如矿山山崩,往往使矿产毁于一旦,造成人员大量伤亡,危害极大,是此类灾害的典型例子。
2.1.5 矿坑工程灾害
不合理的矿山开采手段与落手的开采方式,常会造成矿山地下工程灾害事故的发生,如洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆等。这些灾害均是因为矿井、矿坑内的岩土圈层发生地壳应力变化,而导致岩层、土层应力突然释放,导致大量岩石、碎屑,并向坑井内突进,给矿井开采带来危害,危急矿工安全并造成财产损失。例如坑内岩爆就是因矿坑周边和顶底板围岩,在受到巨大的岩石圈层应力作用状况下,一旦因采掘面不能维持平衡,即有可能产生岩石圈层应力突然释放,导致岩石破裂迸裂,并向坑内大量喷射、爆散,从而给矿山带来毁灭性灾难。
2.2 地下水位异变灾害
矿山开采过程中,深层开采有时会破坏地下水自由浅水层或层压含水层的结构稳定性,进而引起地下水位和矿山地质环境的改变,造成灾害性后果。
2.2.1 矿坑突水涌水
矿坑、矿井突水、涌水是最常见的矿山灾害之一。由于地下水位的短时间迅速改变,致使矿坑突然进水。这种矿山地质灾害突发性强、规模大,导致后果也十分严重。
采矿过程中常因对矿坑涌水量的排空速度估计不足,采掘过程中穿透隔水断层,或者骤遇蓄水溶洞、暗河,导致地下水大量涌人,造成坑井被水淹没,造成人员伤亡或其他严重灾难性后果。这种灾害在盗采严重矿山频发,多数因为开采技术低下,私挖乱采的盗采现象存在,相互均有可能突破蓄水坑洞,引发灾难性后果。
2.2.2坑内溃沙涌泥
坑内涌砂是矿坑突水的伴生灾害,当矿坑采掘过程中遭遇富含泥沙的蓄水层或溶洞,突破隔水层后,泥沙和岩屑随水一起涌入矿坑,造成涌浆灾害。另外一些透水断层和潜水层也常会因为断层错位,夹杂沉积物下漏涌人坑内,其结果是使矿坑被泥浆阻塞,设备和开采人员被泥沙掩埋,致使矿山遭受灾难性后果。
2.2.3地下水漏失
由于矿山开采,破坏了地下水埋藏条件,造成地下水的水源补给跟不上消耗的速度。比如矿山开采造成地下河流的改道,过分开采破坏潜水层,这些地质环境的改变,造成地下水位超常下降,从引发地下水源枯竭灾害,进而引发河水漏失、泉水干涸,造成局域性干旱区。
2.3 矿体内因引起的灾害
这类矿山地质灾害常常是因为矿山地质环境改变后,一些偶发因素造成的突变性的灾难性后果。
2.3.1 瓦斯爆炸
瓦斯爆炸灾害最常见于大小煤矿,由于矿坑通风条件不良,使瓦斯在封闭空间内积聚到一定程度,偶然因素引发爆炸。这种灾害常常造成矿山开采人员群死群伤,矿井被剧烈的爆炸损毁,造成巨大的人员与财产损失。
2.3.2 煤层自燃
由于煤层开采,是一部分开采矿面暴露在空气中,部分煤矿石因氧化放热导致温度逐渐升高,热量集聚后温度升高速度骤然加快,温度升高到煤的着火点时,便会引起燃烧。煤层自燃现象在古今中外时有发生,我国每年因为煤层自燃破坏煤炭资源多达2亿吨,经济损失巨大。
2.3.3 矿山火灾
矿坑火灾常见于煤矿的煤矸石山和硫化物矿床,因为煤矸石和硫化物也能氧化生热,进而引发火灾。矿山火灾对周围环境的大气危害也十分严重,一些常年燃烧的矿山,使当地空气污染严重,区域小气候发生改变,矿区周围苗木大量死亡,田地荒芜,环境状况堪忧。
2.3.4 地热
矿山开采过程中,凡需通过深入岩土圈层开采矿产资源,包括煤炭、金属和非金属矿等,当达到一定深度后都会遇到矿井温度升高的危害。通常矿山开采深度达到800 米以后,矿山因含硫量高,开采深度大,地温非常高,也会导致矿工劳动环境恶劣,严重影响正常生产。
2.4 矿山环境化学污染灾害
采矿、选矿产生的废渣、废水、废气物质造成环境污染,也是矿山地质灾害日趋凸显的一种形式。这些废弃物未经有效处理,直接堆弃或者无序排放,都会造成环境污染公害事件。这种环境灾难还会引发水土流失、土地砂化、盐渍化、地下水断流等相关次生灾难。这些污染事件的后果,往往长期影响人与动物的身体状况,导致国民经济和资源、环境的不可持续发展。
2.4.1 尾库、场库灾害
许多矿山开采,都伴随着矿场与尾矿库的存在。场库失稳主要是由于尾矿坝体不能承受压力决堤后形成泥石流造成巨大的危害。尾矿库溃坝常常因为坝体稳定性在日益增加的压力,或因废矿液溢出,坝体管涌而发生决堤。尾矿溃堤给矿区人民生产生活都带来不可估量的灾难性后果,同时也会给当地水土环境造成污染和长期危害。
2.4.2 水土环境污染
矿山开采废水矿坑地下水、选矿、冶炼污水、尾矿渗漏水等,都会造成矿区水源与地下水的污染,同时废液中的重金属污染元素、有毒有害元素的存在,也会长期存留在土壤中,形成持久性的环境灾害。矿业废水量大,多数来不及处理,直接被无序排放进入环境水体,直接或间接造成区域性水土环境污染,致使矿区地表水、地下水源、农田遭受长期污染。这种如此危害性常常是潜在性的,其危害性更大。
2.4.3 土地退化
露天开采和掘坑开采是水土流失和土地沙化的一个影响因素。在露天开采和掘坑开采过程中,地表植被、土坡土体的破坏,尾矿的扩展都会导致水土流失和土地退化。而大量的采矿排水,致使土地盐碱化。
3、矿山地质灾害的勘查方法
由于矿山的地质灾害都在深部发生,勘查多采用遥感信息技术与物理勘查方法。
3.1 地球信息技术综合方法
目前的信息技术主要是利用遥感集合“3S”技术,及时掌握地质灾害可能的分布、发生地点与区域。如利用全球卫星定位系统对地质灾害发生的高危点位精确定位,并利用遥感卫星进行叠加分析,预测灾变发生趋势。
3.2 地球物理勘查方法
主要指应用物理手段,探测岩土圈层相关信息,确定采空区、断层位移、磁场变化等可能的灾害伴发信息,对地质灾害进行提前分析与预测。地球物理勘查矿山地质灾害的方法主要包括高密度电阻率法、视电阻率法、瞬变电磁法、浅层地震法等。这些方法是预测潜在矿山地质灾害重要技术手段。
3.3 环境化学勘测方法
在矿山地质灾害预防过程中,人们也常常使用地球化学勘查方法。例如对矿区环境污染的监测,化学探测方法具有不可替代的优势。这种方法的应用能够有效确定污染因素、预测污染趋势、追溯污染源、划分污染区,为污染治理方案的制定提供重要的科学依据和技术支持。
4、矿山地质灾害的防治措施
综上所述,矿山地质灾害由于时空特点与产生条件各有特点,随着矿山地质勘查的手段逐步应用,我们应针对上述分类和勘查手段,采取有力的防治措施,才能防止矿山地质灾害的发生,有效地减少人员伤亡和财产损失。根据矿山地质灾害发生的特点,有些矿山地质灾害我们能从主观上加以预防,有些地质灾害由自然诱因引起,我们不可能有效预防,因此我们制定具体的防治手段应包括如措施:
(1) 建立和完善矿山开采前的风险评估与环境评估,并制定环境保护与恢复治理的政策法规和规划体系。做到开采前严格评估,开产中积极防范,开采后积极恢复,把矿山地质环境恢复与土地复恳纳入法规,强制推行。
(2) 加强宣传,普及矿山地质灾害防治知识,提高矿山开采人员素质,增强其对地质灾害的危机感与警觉性。提高矿山生产过程中全员防灾、减灾技能与手段,强化矿山地质灾害的防、险避险、抢险培训。
(3) 开发与应用先进的信息化、地球物理勘查手段、地球化学勘查手段,对矿山地质进行严密监视,对可能发生的潜在灾害施行实时监测、动态监测,建立矿山地质灾害监测系统,实现矿山地质与环境生态动态跟踪与管理体系,避免重大人员财产损失。
(4) 加强矿坑、矿井边坡设计,进行边坡监测,坚固挡墙稳固边坡地质构造,开挖后如果出现开裂变形,及时做地质勘察,并做好预防措施。合理建设尾矿矿坝,形成稳定矿场与尾矿库,降低滑坡和塌方风险。
(5) 对于坑道开采,在坑道内一定要做好支护,做到边开采边支护,防止因矿顶坍塌、冒顶等产生的危害,尤其上方有住户处要预防引起上部地面开裂,同时做好坑道的排水设计,以防因矿坑涌水造成危害。
(6)加强矿山环境监督与检查,进行全面、系统的地质环境和地质灾害影响评估。对破坏生态环境的小矿、低产能矿场进行坚决关停。对于污染型采矿区,制定科学开采和“三废”排放方案,减少次生地质灾害的发生。进行矿场开采后生态环境恢复治理,对于可回填的废矿进行积极回填。
(7)对于闭坑矿山地质灾害的防治和生态环境恢复,应该及时进行治理和生态恢复工作,全面推进矿山地质灾害防治与环境综合治理,进行复垦,提高土地复垦率,结合生态措施实施矿山生态环境综合治理示范工程。弃渣场经处理后再敷表土、植草种树。通过上述地质环境恢复工作,减少水土流失,恢复矿山的生态功能,达到生态恢复和维护人类与环境和谐的目的。
(8)将矿山地质灾害防治工作纳入政府议事日程和国民经济发展规划、计划,按一定比例安排地质灾害防治经费,如建立矿山环境恢复治理、政府资助矿山环保、地质灾害调查防治等基金。
(9)在矿山开采区应严格禁止私采乱挖和越界开采,减少人为扰动,做好植被保护和水土保持工作,积极推行地质环境恢复方案及措施为防止水土流失、恢复植被和景观。监督与制止开采弃渣胡乱堆弃和不加处理排放,强制其必须统一堆放到开采境界线以外的矿山弃渣场内。
(10)加大防治工作的资金支持,加强应该矿山等相关企业对矿山地质灾害的关注度,预留地质灾害调度金,构建地质灾害、环境灾难补偿制和问责制。同时加强生态补偿制度,加大惩罚力度,用经济手段调节灾害防治力度。
5、结语
矿山地质灾害类型多,引发因素多样,不同类型的矿山地质灾害有着不同的形成机制和表现形式。针对不同矿区的地质环境特点,我们应该选择适当的矿山开采方案,并进行积极的地质灾害勘查方法,做到将灾害消灭在萌芽期。综观当前对矿山地质灾害类型、勘查技术方法和预防措施,查明矿山地质灾害特征,预测灾害体的发展变化,提出防治措施,为矿山防灾减灾提出合理建议。
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