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【關鍵字】:重金屬污染 預防措施 治理措施 植物修復治理法
重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中,但由于人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業制造活動日益增多,造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤中,引起嚴重的環境污染。而底泥往往是重金屬的儲存庫和最后的歸宿。當環境變化時,底泥中的重金屬形態將發生轉化并釋放造成污染。重金屬不能被生物降解,但具有生物累積性,可以直接威脅高等生物包括人類,底泥重金屬污染問題日益受到人們的重視。
重金屬污染,指由重金屬或其化合物造成的環境污染,主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。重金屬具有不易移動溶解的特性,進入生物體后不能被排出,會造成慢性中毒。重金屬在人體內能和蛋白質及各種酶發生強烈的相互作用,使它們失去活性,也可能在人體的某些器官中富集,如果超過人體所能耐受的限度,會造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等,對人體會造成很大的危害,例如,日本發生的水俁病(汞污染)和骨痛病(鎘污染,等公害病,都是由重金屬污染引起的。重金屬污染的主要特點:污染范圍廣、持續時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解,并可能通過食物鏈不斷地在生物體內富集,甚至可轉化為毒害性更大的甲基化合物,對食物鏈中某些生物產生毒害,或最終在人體內蓄積而危害健康。
廣西是全國重金屬污染防治重點省區;廣西土壤中砷、鎘、錳、鋅元素含量高,結合廣西土壤環境保護和污染防治的重點區域有:礦區及周邊、工業集中區等。根據全區土壤污染調查結果,我區土壤重金屬超標區域集中分布在礦產開發區。如南丹大廠礦區刁江流域、大新鉛鋅礦區、環江鉛鋅礦區、大新下雷錳礦區、恭城栗木礦區、賀州平桂礦區等礦區周邊土壤重金屬超標較為明顯,已不適宜種植農作物。根據我區土壤污染狀況調查成果,確定礦區及周邊農田(耕地)、工礦遺棄地、城市周邊菜籃子基地及群眾反映強烈的污染區域等作為土壤污染防控的重點。
以上大多是人為造成的污染,只有通過人類自身行為改變這一狀況,首先,從思想上重視了解重金屬對人類及環境造成的危害,提高環境保護意識,只有保護好生存環境,才能保護人類自己;從行為上,要從個人做起,配合國家法律、法規的環境保護的規定,企業要加強管理,并且做好監督管理機制,使措施落到實處,不能只以人為本,還要考慮動植物及環境所能承受的壓力,這樣,人類才有立足之地。總之,只要以保護環境為出發點,重金屬污染問題就能降到最低點。
對重金屬污染防治應該重在預防,控制與消除土壤污染源,是防止污染的根本措施。土壤對污染物所具有的凈化能力相當于一定的處理能力,控制土壤污染源,即控制進入土壤中的污染物的數量與速度,通過其自然凈化作用而不致引起土壤污染。
1)控制與消除工業“三廢”排放。
大力推廣閉路循環,無毒工藝,以減少或消除污染物的排放。對工業“三廢”進行回收處理,化害為利。對所排放的“三廢”要進行凈化處理,并嚴格控制污染物排放量與濃度,使之符合排放標準。
2)加強土壤污灌區的監測與管理。
對污水進行灌溉的污灌區,要加強對灌溉污水的水質監測,了解水中污染物質的成分、含量及其動態,避免帶有不易降解的高殘留的污染物隨水進入土壤,引起土壤污染。
3)合理施用化肥與農藥。
禁止或限制使用劇毒,高殘留性農藥,大力發展高效、低毒、低殘留農藥,發展生物防治措施。例如禁止使用雖是低殘留,但急性、毒性大的農藥。禁止使用高殘留的有機氯農藥。根據農藥特性,合理施用,制訂使用農藥的安全間隔期。采用綜合防治措施,既要防治病蟲害對農作物的威脅,又要把農藥對環境與人體健康的危害限制在最低程度。
4)建立監測系統網絡。
定期對轄區土壤環境質量進行檢查,建立系統的檔案資料,要規定優先檢測的土壤污染物與檢測標準方法,這方面可參照有關參照國際組織的建議與中國國情來編制土壤環境污染的目標,按照優先次序進行調查、研究及實施對策。
除了以上的重金屬預防措施外,對已造成重金屬污染的土壤必須加大重金屬污染的治理力度。國內外都很重視對重金屬污染治理方法研究,并開展廣泛的研究工作。總的來說,目前大致有以下四種治理措施:
一.工程治理方法。
主要有客土、換土、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;換土是將已污染的土壤移去,換上未污染的新土;翻土是將污染的土壤翻至下層;去表土是將污染的表土移去。這些治理方法具有效果徹底、穩定等優點,但實施復雜、治理費用高和易引起土壤肥力降低等缺點。
二.化學治理方法。
化學治理就是向污染土壤投入改良劑、抑制劑,以降低重金屬的生物有效性。化學方法治理效果和費用都適中,但容易再度活化。
三.農業治理方法。
通過改變一些耕作管理制度,在污染土壤上種植不進入食物鏈的植物,來減輕或阻斷重金屬進入人體造成危害。農業治理法即合理規劃農業種植區,在重金屬污染嚴重區域,可選擇種植樹、花、草或經濟作物(如蓖麻);在基本適宜區選擇種植低富集重金屬作物種類或品種,減少重金屬在作物中的累積。農業治理法對于自然背景值偏高區域顯得尤為重要,因為自然背景值是由成土母質所影響,長時期內土壤母質中的無機元素保持穩定。對于短期內無法修復的土壤,如廢棄礦區土壤、重金屬嚴重污染區,采取農業治理法是簡單易行的。農業治理方法易操作、費用低,但是周期長、效果不顯著。
四.生物治理方法。
生物治理是指利用生物的某些習性來適應、抑制和改良重金屬污染。目前在植物治理方面運用得較多,以篩選出了可吸收積累大量的重金屬的超積累植物為主,優點是實施較簡便、投資較少和對環境破壞小,適用于大面積的污染治理。生物治理法是根據土壤重金屬污染物種類,篩選出超富集植物,利用植物吸收土壤中過量金屬,將植物回收綜合利用,徹底解決土壤重金屬超標問題。在土壤砷污染的植物修復方面具有很好經驗可借鑒。生物治理實施簡便、投資少,對環境破壞小,治理效果較好。
關鍵詞:重金屬;食用魚;污染評價;黃石市;磁湖
中圖分類號:X171.5 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2013)11-2653-04
湖北省黃石市是一座老工業城市,隨著幾十年工礦業的發展,老工礦區環境污染與保護問題近年來已倍受關注。重金屬是重要的環境污染物,其在水體中會被沉積物或懸浮物所吸附,并在生物體內富集成為持久污染物,對環境會造成嚴重的污染。
磁湖是黃石市區最大的湖泊,具有調蓄、防洪、漁業生產、生態旅游等多種功能。由于歷史和地理原因,磁湖成為黃石市中心城區工業和生活廢水中沉積物、工業固體廢物和生活垃圾的納污體,加上水土流失以及填湖建設,導致磁湖面積萎縮、湖床增高、湖容減少,水體的污染降低了磁湖的生態功能[1]。分析磁湖水體重金屬的污染狀況,對評價其污染程度,研究其變化遷移規律均具有重要的現實意義。重金屬釋放至環境中后易通過食物鏈傳遞和累積[2],本研究通過分析食用魚體內重金屬分布情況并對重金屬污染進行評價,初步探討了重金屬在魚體內的富集遷移規律,旨在為分析研究磁湖水體中重金屬元素的遷移轉化規律以及監測和防治磁湖水體環境污染提供基礎科學數據。
1 材料與方法
1.1 樣品采集
根據磁湖布局的特點和魚類在水體中活動范圍以及采樣條件等因素綜合考慮,選取了磁湖南片區團城山公園(杭州東路)和磁湖北片區楠竹林(磁湖路)作為取樣點進行取樣。魚樣均用漁網捕獲。
1.2 樣品處理
2.2 魚體內不同重金屬含量
表2列出了3種魚體內各重金屬元素的含量。魚體內金屬元素含量排序均為Cu>Cd>Cr>Pb,其中Cu含量鯽魚體內最高,Cd、Cr和Pb含量鰱魚體內均最高。
2.3 同種重金屬在不同組織中的含量
圖1列出了4種元素分別在3種魚不同組織中的含量。不同重金屬在不同組織中的含量大體符合如下規律:Cu:腸>鱗>鰓>腹>肉;Cd:鱗>鰓>腸>腹>肉;Cr:鱗>腸>肉>鰓>腹;Pb:鰓>腸>鱗>肉>腹。魚類對重金屬離子都有較強的吸收和蓄積能力,不同組織器官中重金屬的含量不同。重金屬在魚體不同部位的含量存在顯著差異,以肌肉中的含量最低,鰓、腸中的含量普遍偏高,但不同部位的含量與重金屬的種類有關:Cu在腸、鱗中含量較高;Pb在鰓中含量較高,Cd和Cr在鱗中含量較高。
而同種組織器官中不同的重金屬的含量差別也較大,Pb含量最低。魚類通過它們的鰓不斷吸收水中溶解的氧,從而使重金屬離子不停地經過鰓。由于鰓的特殊結構有利于水中離子穿過,鰓就成為直接從水中吸收重金屬的主要部位。重金屬在魚體中的積累主要與肝臟中的金屬硫蛋白MT的誘導作用有關,金屬硫蛋白MT主要的生物學功能是調節魚體內自由金屬離子的濃度,減少重金屬離子特別是Pb、Cd這兩種非生物必需元素的毒療作用[5]。
魚體內的重金屬主要來源水體中,通過鰓和內臟吸收以及體表滲透進入體內,同一重金屬離子在同種魚的不同器官中的積累趨勢各不相同。Cu的含量最高,Pb的含量最低,說明同種魚的不同器官對同一重金屬的代謝機制不同。
2.4 同種組織中不同重金屬含量
從圖2可以得出,同一重金屬離子在同種魚的不同器官中的積累趨勢雖然不同,但不同重金屬在同種魚同一組織中的積累分布是相似的,大體積累趨勢是:Cu>Cd>Cr>Pb。這可能是重金屬在魚體內的積累分布與組織器官的生理功能密切相關。但不同魚種的相同組織器官中的重金屬含量也有較大差異。鯽魚腸中重金屬含量高于鳊魚和鰱魚,這可能與鯽魚、鳊魚和鰱魚的體重、水體中生活時間長短以及生理、代謝差異有關。
由于不同重金屬對生物體生命作用的差異,同一類組織器官中重金屬的含量存在著顯著差異;對同種重金屬而言,其在不同組織中的含量也存在著顯著差異。Cu作為生命必須元素在魚體內的含量較高,這主要與它們的生理作用有關。生命非必需元素在魚體內的含量較低,且主要積存于鱗、鰓中,這主要是由于重金屬進入魚體內的重要途徑是通過餌料的攝食、體表滲透和鰓膜的吸附[6]。
2.5 不同魚種同種組織中的重金屬含量
不同魚種同種組織中的重金屬含量也不相同。生物的生活習性是影響生物體內重金屬含量的重要因素,同一生態系統中相同營養級具有不同食性特征、不同生活環境的生物具有不同的重金屬累積特征。3種魚食性和生活環境不盡相同,為了分析生活習性對生物重金屬富集程度的影響,將魚體內重金屬含量進行了對比,鯽魚對除Pb外其他各種重金屬富集程度均大于鳊魚和鰱魚。不同魚種對水體重金屬富集規律存在很大差異。從試驗結果來看,同一水體中生長的魚類,鯽魚組織某些重金屬含量是鰱魚組織重金屬含量的數倍至數十倍以上。
造成上述重金屬在生物體內表現出不同的富集規律可能有兩方面原因:食物鏈中處于高營養級的生物富集程度高于低營養級生物,而鯽魚屬于雜食性魚類,相對于草食性魚類來說,因其在食物鏈中處于較高營養級,所以其重金屬元素的富集程度高于鳊魚和鰱魚。這與Bank等[7]的試驗結果一致。水體底泥中的重金屬在一定條件下可通過“泥-水”界面向水中釋放,造成水體的持續污染和底層重金屬濃度的增加。因而生活在水體下層的鯽魚重金屬富集程度會大于上層魚類。
2.6 磁湖魚類重金屬污染評價
由于食用魚類產品時需要綜合考慮各種重金屬的污染情況,因而采用均值型綜合污染指數法[8]對4種重金屬的污染狀況進行評價。取各種重金屬在魚體中殘留量指數(I)的均值作為綜合污染指數。I值大小可表示某重金屬單一污染程度[9], 綜合污染指數均值大小可表示各種重金屬的綜合污染程度。I值計算公式為:
I=Ci/Csi
式中,Ci為魚體內i類重金屬殘留量,即實測值,mg/kg; Csi為重金屬允許殘留量,mg/kg。
Cu、Pb、Cd、Zn、Cr的評價標準按照NY/T 5073-2006無公害食品水產品中有毒有害物質限量計算(Pb,0.5 mg/kg;Cd,0.1 mg/kg;Cr,2 mg/kg;Cu, 50 mg/kg),目前國內尚無明確的污染等級劃分標準,因此采用常用的劃分標準進行評價,即綜合污染指數均值1.0為重污染水平。
各種魚體中重金屬的污染評價結果見表3。由表3可知,Cu、Cr、Pb的殘留量指數均小于1,說明這3種重金屬的單一污染程度均較低;但Cd的超標率都較高,其殘留量指數遠大于1,說明磁湖魚類均受到了較嚴重的Cd污染。重金屬Cd的污染對魚類危害嚴重,研究表明Cd是一種致毒快、損害重的毒物,能在鯽魚肝臟中富集,并影響其抗氧化系統[10]。Pb能影響斑馬魚的胚胎活性、鯽魚活力及鯉魚的免疫系統和體內的一些酶類活性[11,12]。研究還發現重金屬如Pb、Cd等對生物具有遺傳毒性,干擾DNA的代謝,并可導致染色體和DNA分子的變異。Cr過量可影響體內氧化、還原、水解過程,并可使蛋白質變性,使核酸、白沉淀,干擾酶系統而引起生物中毒。Cu2+可使肝溶酶體膜磷脂發生氧化反應,導致溶酶體膜的破裂,水解酶大量釋放,從而引起肝組織壞死。此外當重金屬在體內積累到一定程度之后,多余的重金屬就會轉移到生物體的肝腎等器官中,與其體內的其他生物分子,包括酶和核酸等生物大分子相互作用,引起中毒現象,造成致命的創傷[13-15]。因此,有關部門應該引起足夠的重視,加大對磁湖Cd污染的控制力度。
3 小結與討論
魚體中同一種重金屬的在不同組織中含量不同,鰓、腸、鱗中重金屬含量明顯高于肉、腹,其食用部分重金屬含量均低于非食用部分;同一組織不同重金屬的含量也不盡相同,Cu在魚體內各個部位含量均較高,Cr次之,Cd、Pb的含量較低,部分魚樣未檢出Pb;同種重金屬在不同魚體同一組織內含量也有差異,其中鯽魚對重金屬的富集能力最強。魚類不同組織器官對各種重金屬積累能力明顯不同,這可能與魚類對重金屬的吸收方式和生理功能、魚的組織器官代謝方式、生活環境、年齡以及重金屬是否為生物體必需元素等因素有關。根據評價標準,調查的魚體中Cu的含量較高,但未超標。至目前,魚可食用部分Cd含量超標,重金屬含量殘留指數為9.50~16.67,經常食用存在潛在危害,希望有關部門予以重視,并采取相應治理措施,以保證食品安全。
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【關鍵詞】 城市污泥循環流化床環境保護資源再利用
處理占地面積廣、危害性強的污泥,實現的無害化、穩定化、減量化和資源化,是一個急需解決的重要問題,而焚燒法就是由此誕生的有效解決方法之一,并且以能夠替代燃料、保護環境等許多優點被社會各界關注。
1 循環流化床焚燒處理的特點
用流化床對城市污泥焚燒處理,具有三個優勢:(1)適應性強,循環流化床燃燒非常穩定,用煤輔助燃燒,非常適合含水量高、熱值低的燃料。(2)焚燒效率高,燃料混合充分,接觸面積大,熱解率高。(3)煙氣排性好,循環流化床使用的是低溫、分級燃燒,可以有效的限制有害氣體的生成(如表1)。
這個檢測的結果表明,收到基的含水率為85.12%,高位發熱量為2.39MJ/kg,低位發熱量是0.26MJ/kg。熱值很不均衡。將污泥摻入爐膛中會使爐膛內溫度下降,增大耗煤量。
2 循環流化床焚燒污泥的工藝流程
2.1 污泥進料系統
脫水后的污泥被污水廠裝車送進污泥料倉,污泥料倉使用鋼板建成的,在料倉上部建有由兩臺電動推桿控制的活動倉門,污泥運來的時候,倉門被打開,卸料完成后關閉倉門。由于污泥中含有許多中有機物會產生難聞的氣味,為了防止污染環境甚至產生沼氣爆炸,需要在污泥料倉上安裝吸氣管,利用等級入口負壓抽吸料倉內氣體至鍋爐內焚燒。
2.2 污泥進料系統
進料系統中控制兩臺螺旋泵速度的是變頻器,用來滿足污泥輸送量的變化。由于污泥的成分非常復雜,有些會帶有腐蝕性,所以必須采用抗腐蝕的塑鋼管作為送料母管,污泥就從送料母管進入支管,再被特質的噴口噴射如爐膛。
2.3 沖洗系統
為了防止污泥中存在的雜質和纖維狀異物造成管道的堵塞,必須設置污泥沖洗系統。工業水母管上需要另外配置一臺,排上閥門裝在送料管下部,沖洗水與灰渣溝儀器排入沉渣池。
3 污泥摻燒測試
通過對摻燒不同的污泥量進行對比,可以對熱效率、爐膛溫度和耗煤量進行綜合評定,從而選出最合適的摻燒量,而且可以評定對環境產生的影響。
3.1 對過濾參數的影響
在不摻燒污泥的時候,鍋爐的主要參數為:最高點的床溫975攝氏度,熱效率95.1%,75t/h,沒得熱值為22885KJ/kg。不同的污泥量對鍋爐的影響如表2所示。
通過這個表格可以看出,隨著污泥量的增加,減溫幅度會增加,熱效率降低,耗電量增加,耗煤量增加。從表中可以看出,污泥量為4.5t/h的時候,爐膛的燃燒十分穩定,壓力值偶爾有浮動,排出的尾氣中含氧量為3.8%;污泥量為5t/h的時候,爐膛內的燃燒情況基本穩定,但是壓力值不穩定,尾氣中氧氣含量為3.3%,沒有與煤完全燃燒。由此得出,4.5t/h為此孫桓流化床鍋爐焚燒的最大處理量。
圖1為熱效率和減溫幅度與污泥摻入量的關系,由此可以看出,隨著摻入污泥的量增加,減溫幅度雖然增加,但是總體的趨勢還是平緩。從圖中還可以看出,摻燒污泥量和減溫幅度的關系可以近似看做為:
y=3.4529Ln(x)+28.773
其中,y(℃)表示減幅溫度,x(t/h)表示摻燒污泥量。
熱效率隨著污泥的摻燒量增大而降低,兩者之間的關系也可以近似的看成:
y=-2.7446x+95.091
其中y(%)代表熱效率,x(t/h)表示摻燒污泥量。
耗電量和耗煤量和摻燒污泥量之間的關系為如圖2
3.2 粉塵和灰渣
焚燒后的灰渣是很好的路基材料,可以出售給市政施工單位,也可以作為制作環保磚的原材料。粉塵經過處理后送到灰庫中,可以作為制造磚和水泥的原材料。
4 燃燒排放物的研究
4.1 有害氣體
污泥焚燒過程中產生的有害氣體主要為硫氧化物和氮氧化物,這些污染物的形成與燃燒溫度、污泥的成分、氣體停留時間和爐內氣氛等諸多因素都有關系。另外,在循環流化床劇烈的湍流作用下,燃料中大量的水分會從燃料的顆粒團中析出,形成大量的CO和氫氣,這兩種氣體會讓硫元素向著FeS和硫化氫的方向進行,所以控制燃料中的水分,能夠減少二氧化硫的生成。
4.2 重金屬
城市污泥中的重金屬主要包括:Ni、Pb、Zn、Cu和Cr。其中除了鎳以外,都是以有機物結合和殘余狀態存在,短時間不會造成重金屬污染,卻會嚴重影響突然的性質,所以必須控制重金屬的排放量。一般采用在顱爐內加入石灰石添加劑的方法,對重金屬元素進行固化。
5 結語
循環流化床焚燒污泥技術,既不影響鍋爐本身的蒸汽產量,煙塵又能控制在達標的范圍之內,工藝簡單有可以因地制宜的處理污泥,實現了城市污泥的穩定化、減量化和無害化,是資源化處理與循環經濟模式的具體體現。這種技術具有良好的環境效益、經濟效益與社會效益,發展空間十分廣闊。
參考文獻:
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關鍵詞:電鍍廢水;處理;技術;綜合應用 ;金屬離子
對于世界上的三大工業污染來說,電鍍廢水是最為難以應對的,從電鍍廢水本身的含量來看,其含量復雜,所含有害物質相對較多,各種化學物質都相對較為復雜。因此,要想更好的進行電鍍廢水處理,需要進一步的提升電鍍廢水處理技術,以高端的電鍍廢水技術為依托進行電鍍廢水的處理。從目前來看,我國的電鍍廢水處理技術是一個不斷完善的過程,其出現了許多的創新點,這些創新技術使得我國的電鍍廢水處理技術得到了一定的提升,使電鍍廢水處理技術進一步完善。
一、電鍍廢水來源
1.清洗廢水
在電鍍廢水中,清洗廢水主要是由電鍍過程中所使用的零件清洗。由于電鍍過程中其所應用的零件眾多,在清洗的過程中需要大量的水資源,此時產生清洗廢水,
2.電鍍液本身
從廢水角度來說,電鍍液本身就是一種廢水,其含有鉻、銅、鎳等多種的化學物質,同時還含有多種對人體有直接危害的化學物質,這些化學物質為人們的身體健康埋藏了隱形的殺手。電鍍液本身在電鍍廢水中是最為厲害的一個廢水,這些廢水對于我國電鍍廢水處理來說是一個挑戰。
3.一些其他廢水
在電鍍廢水中,其他廢水中包含有清洗車間、通風滲透等等所產生的廢水,這些廢水在很大程度上是能夠進行有效的減少的,如果在電鍍過程中進行合理預防,使得電鍍過程中能夠將一些有毒性的、污染嚴重的,以及其他廢水及時的進行清理,可以更好的避免其自身所產生的危害。
二、常規法處理方法
(1)化學法。此法就是向廢水中投加化學藥劑。通過化學反應改變廢水中污染物的化學性質,使其轉變成無害或易于與水分離的物質再從廢水中除去的處理工藝。但化學法的最大不足之處,是生產用水不能回收利用,浪費水資源且占用場地較大。包括以下四種:
(2)中和沉淀法。此法主要是向含重金屬的廢水中加入石灰、碳酸鈉、苛性鈉等沉淀劑進行中和反應,使重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀形式加以分離。但此法處理的廢液出水pH值較高,特別是其當廢水中含有 Zn、Al、Pb、Sn等兩性金屬時,生成的沉淀物會在較高的pH值下再溶解,因此要嚴格控制pH值,實行分段沉淀。另外廢液中如果含有鹵素、氰根等陰離子要先予去除,否則將會和重金屬形成絡合物,影響處理效果。
(3)硫化物沉淀法。但其缺點是:沉淀顆粒小,易形成膠體,需添加絮凝劑輔助沉淀,因此增加了成本,且沉淀物在水中殘留,遇酸生成氣體,易造成二次污染,故此法應用并不廣泛。但可和中和沉淀法配合使用,用石灰作為硫化法沉淀的pH調節劑,效果更好。
(4)氧化還原法。向廢水中投加還原劑將高價重金屬離子還原成低毒的低價重金屬離子后,再使其堿化成沉淀而分離去除的方法。如向廢水中加入硫酸亞鐵將毒性高的Cr6+(約為Cr3+的100倍)還原為毒性低得Cr3+,再利用沉淀法除去Cr3+。該法原理簡單,易于操作,但存在處理出水水質差,不能回收利用,處理混合廢水時,易造成二次污染。所以該法一般用于污水的預處理。
(5)鐵氧體法。該法是利用過量的 FeSO4作為還原劑,在一定酸度下使廢水中的各種金屬離子(主要是Cr6+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)形成鐵氧體晶粒沉淀析出從而使廢水得到凈化的方法。故此法在國內電鍍業中應用較廣。但該法產泥量大,且污泥制作鐵氧體時的技術條件較難控制,需耗能加熱至70℃左右,處理成本較高,處理后鹽度高,而且不能處理含汞和絡合物的廢水。
(6)電解法。在電場的作用下使廢水中的有害物質通過電解在陰、陽兩極上分別發生還原、氧化反應轉化成無害物質,或利用電極氧化還原產物與廢水中的有害物質發生化學反應。但缺點是不適用于處理含較低濃度的金屬廢水,并且電能消耗、鐵極板消耗量很大,成本高,一般經濃縮后再電解經濟效益會更好。
(7)離子交換法。是利用離子交換劑自身所帶的自由移動離子與廢水中待處理的離子進行選擇換,從而分離廢水中有害的物質使廢水凈化的處理方法。但由于離子交換劑選擇性強,制造復雜,成本高,再生劑耗量大,因此在應用上受到一定限制。
(8)吸附法。是利用吸附劑的物理吸附、化學吸附及氧化還原等作用,以除去廢水中的有害物質的方法。不足之處是吸附速度慢,容量小,不適于有害物濃度高的廢水。一般用作預處理手段或深度凈化。
三、創新的電鍍廢水處理方法
(1)生物法。在常規的電鍍廢水處理方法中,生物法全然沒有被重視,而隨著科學技術的不斷發展,生物法逐漸的引起了人們的重視,從本質上來說,生物法更加體現了人類的力量,人們通過對于一些菌的研制,使得這些菌能夠更好的吸附有毒物質,并對這些有毒物質進行相應的轉化,使其轉化成為人們需要的物質。
(2)膜分離法。對于膜本身來說,其具有一定的通透性,其對于一些有害物質可以較好的產生隔離的作用,同時,膜的占有面積相對較小,滲透力比較強,其能夠充分的發揮隔離的作用。以隔離為基礎進行電鍍廢水處理是一種相對合理的選擇。
(3)萃取法。萃取法是相對有局限性,主要是針對那些不溶于水的物質而言,能夠將那些不溶于水的物質迅速地分離出來。對于萃取法而言,主要是通過三個環節完成的,首先是混合,將有害物質和其他物質的一種混合,其次是分離,將有害物質分離出來,最后是回收,將一些人類可以利用的物質進行回收再利用。
四、結束語
農業生態文明建設的成效,不僅事關貴州省農業農村的未來,還直接關系到全省生態文明全面建設的進程。近年來,貴州在農業生態文明建設上進行了積極的探索,并取得一定成效。下一步,貴州省農委將認真貫徹落實黨的十八屆五中全會提出的“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念,堅持“綠水青山”就是“金山銀山”,把生態做成產業,把產業做成生態,使全省鄉村大地實現“生態宜居、生產高效、生活美好、人文和諧”,成為農民群眾安居樂業的美麗家園。
積極開展創建活動,建設美麗鄉村。
“十二五”期間,全省共整合資金32.8億元,開展了“整鄉推進”和“四在農家?美麗鄉村”新農村示范點創建工作。通過五年時間,在全省打造了一批宜居宜業宜游的美麗鄉村,在全國打響了“四在農家?美麗鄉村”品牌,農村面貌煥然一新。2015年,啟動了全省美麗鄉村“百村大戰”工作,建立聯席會議制度和工作聯動制度,充分整合資源,上下合力,全面推進。充分利用貴州獨特的氣候、生態環境,田園風光等優勢,注重人居環境改造,保護生態環境、傳統文化、傳統村落。結合鄉村旅游和休閑觀光農業,推進農業“接二連三”,不斷豐富“四在農家?美麗鄉村”內涵,使農民安居樂業,讓鄉村與城鎮、自然與人文各美其美、美美與共,實現美麗鄉村生態美、產業強、百姓富。
產業發展和生態建設相結合,實現“綠水青山”就是“金山銀山”。
“十二五”期間,特別是2014年省委、省政府出臺《貴州省茶產業提升三年行動計劃(2014- 2016年)》以來,全省立足生態優勢和產業基礎,茶產業從做大基地規模向品牌創建、市場拓展等八個方面發展,推進產業全面轉型升級。截至2015年底,全省茶園面積達689萬畝,躍居全國第一位,茶葉產量22萬噸;有注冊茶葉企業及合作社3040家,較2010年底增加2424家;打造出都勻毛尖、湄潭翠芽、綠寶石、遵義紅等在國內外市場有影響力和競爭力的貴州茶品牌。
同時,從貴州巖溶地貌和氣候特點實際出發,通過草地封育、天然草地改良、人工草地建植等措施,開展草地生態建設,形成良好植被,防治草地石漠化和水土流失。此外,加強牧草種質資源的保護與合理開發利用,使全省草地生態向良性恢復方向健康發展,2015年底全省草地(草山、草坡)保有面積為6430萬畝,人工草地710萬畝,良好的草地生態環境促進了生態畜牧業的快速蓬勃發展。
推進農業廢棄物利用,發展生態循環農業。
“十二五”期間,全省累計建設戶用沼氣23萬余戶、大型沼氣工程133個、小型沼氣工程629個、規模化生物天然氣試點工程1個、村級集中供氣工程35個、“三沼”綜合利用循環農業示范項目22個。為適應新常態,加快農村沼氣轉型升級步伐,引進了中節能公司在仁懷市、遵義縣、習水縣建設特大型沼氣工程,目前在遵義縣鴨溪鎮建設的4.8萬方沼氣工程已接近尾聲。
同時,積極開展秸稈綜合利用,以秸稈肥料化、飼料化、新型能源化為主要途徑,大力推廣秸稈直接還田、過腹還田等技術,探索建設一批生物質綜合利用工程,通過產氣、積肥同步,種植、養殖并舉,延長秸稈綜合利用鏈條。2015年全省農作物秸稈綜合利用達1012萬噸,綜合利用率達到65%以上。
此外,大力發展生態循環農業,將畜、禽、漁等養殖有機結合,通過“立體型”“節能型”等模式類型的運用,實現生態能源、種植業與養殖業相結合,經濟、社會、生態效益共同發展。加強對農業資源減量化、農業廢棄物資源化利用等生態農業產業發展關鍵技術的研發,強化技術集成配套,形成適宜于不同地區的技術模式。
實施規模養殖污染治理工程,推進畜牧業健康發展。
隨著畜禽養殖方式的轉變,為切實解決好規模畜禽養殖場的污染問題,省農委下發了《關于印發〈貴州省“十二五”期間規模化畜禽養殖場(小區)污染物減排工作方案〉的通知》,與省環保廳共同下發《關于加快推進畜禽養殖業污染減排工作的通知》,按照相關要求,對豬、奶牛、肉牛、蛋雞、肉雞五類畜禽規模化養殖場(小區)采取全過程綜合治理技術處理污染物。大力構建循環型農業體系,發展生態畜牧業,積極倡導“豬-沼-糧(茶、果)”的循環模式。
開展環境治理,改善農村人居環境。
一是開展新農村環境綜合治理工作。2014、2015年,貴州省政府連續兩年召開全省新農村環境綜合治理現場會,明確以農村生活污水治理和沼氣集中供氣項目建設為抓手,對農村環境進行綜合治理,推進農村人居環境改善工作。2015年,通過資金整合,共安排補助資金8432萬元,投入71個省級試點建設。
二是推進流域農業農村污染整治。2014年啟動赤水河流域農業農村污染合力整治工作,制定了工作方案。圍繞赤水河流域8個縣(市、區)102個鄉鎮實施農業種植結構調整、生態化養殖、農業面源污染防治、農村生活環境改善四大類16個項目。2015年啟動清水江流域和烏江流域農業農村污染合力整治工作,相關工作正有序推進。另外,《貴州草海高原喀斯特湖泊生態保護與綜合治理規劃》已獲國家批復。
三是實施農村清潔工程。2011年起,重點在鄉村旅游區、水源保護地、現代農業園區進行布局,與新農村建設、鄉村旅游、農村能源建設等相結合實施農村清潔工程。全省共投入省級以上財政資金9800萬元,帶動地方和群眾投入15000多萬元,建設示范村432個,項目實施村寨的生活污水、生活垃圾、人畜糞便、農作物秸稈無害化處理和資源化利用率達到95%,化肥、農藥施用量減少10~20%,農業投入品廢棄物回收率達80%以上。
加強農產品產地環境保護,推進質量品牌建設。
一是開展農產品產地土壤重金屬普查監測,摸清污染底數,建立農產品產地環境質量檔案,切實保障農產品質量安全。鼓勵和支持無公害、綠色和有機農產品認證,規范農業投入品記錄,保證農產品質量安全和可追溯。
二是提升農產品質量。認真落實農產品質量安全“四個最嚴”要求,加強質量安全監管,未發生重大農產品質量安全事故。扎實推進農業標準化和品牌建設,大力發展“三品一標”農產品,積極推進特色農產品良種繁育體系建設,特色農產品知名度和信譽度不斷提升。2015年,全省新增認定無公害農產品產地1947個、面積858萬畝;累計有效使用綠色食品標志企業31家58個產品,有25個農產品獲地理標志保護登記。
三是做好農業面源污染監測。2012年以來,全省6840萬畝耕地開展了土壤重金屬污染狀況普查工作,完成全部54357個土壤樣品的采集任務,啟動了全省水稻主要產區稻米重金屬污染協同監測項目。目前已建成農業面源污染監測網,基本掌握農業面源污染總體狀況及動態。
推廣先進實用技術,多措施防控種植業污染。
一是大力推廣測土配方施肥技術。目前測土配方施肥技術已覆蓋全省,涉及到1.47萬個行政村,主要糧食作物推廣測土配方施肥技術1467萬畝,施用配方肥24.68萬噸(折純),示范面積累計163萬畝次,發展綠肥550萬畝,農家肥施用600~800公斤/畝,節約肥料投入約90~110元/畝,促進農作物總增產82萬噸,總增產節支8.39億元。
二是推廣使用生物農藥,減輕農殘。嚴格禁止使用高毒、高殘留農藥,堅持綠色植保理念,高度重視生物災害防控,采取農業、生物、化學和物理等防治方法,推廣病蟲害配套技術1350萬畝,帶動完成面上防治面積5416萬畝次。
三是提高種植水平,優化種植模式。在栽培方式上采取農作物的輪作、間作、套種;在使用良種上,實施種子包衣工程,降低病蟲害的發生,提高蟲害綜合防治水平,降低農藥、化肥的施用量。四是嚴把農藥和肥料進出市場關口。
關鍵詞:農業用地;土壤污染;污染防治;法律問題
前言
農業用地是指農、林、牧等各種土地資源的總稱,是人類賴以生存和發展的自然物質的基礎。1我國是農業用地資源極其匱乏的國家,隨著土壤污染問題的不斷惡化,農業用地資源質量和數量的匱乏已成為限制農業可持續發展的重大障礙。近年來,隨著經濟建設和城鎮建設的迅速發展、農業化進程的不斷加快、化學制品在農業生產中的集約使用,以及農業生產經營活動中的“短期行為”的不斷增多,我國的農業用地污染情況日趨嚴重,并呈發展之勢。日益嚴重的土壤污染直接導致農產品品質不斷下降,同時也給我國農產品出口遭遇綠色貿易壁壘埋下了嚴重隱患,直接造成巨大經濟損失。
一、我國農業用地土壤污染的現狀及危害
(一)我國農業用地污染的現狀
據報道,目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近12000萬公頃,約占總耕地面積的1/5;其中工業"三廢"污染耕地1000萬公頃,污水灌溉的農田面積已達330多萬公頃。
污水灌溉等廢棄物對農田已造成大面積的土壤污染。如沈陽張士灌區用污水灌溉20多年后,污染耕地2500多公頃,造成了嚴重的鎘污染,稻田含鎘5-7mg/kg。天津近郊因污水灌溉導致2.3萬公頃農田受到污染物。廣州近郊因為污水灌溉而污染農田2700公頃,因施用含污染物的底泥造成1333公頃的土壤被污染,污染面積占郊區耕地面積的46%。80年代中期對北京某污灌區進行的抽樣調查表明,大約60%的土壤和36%的糙米存在污染問題。另一方面,全國有1300-1600萬公頃耕地受到農藥的污染。除耕地污染之外,我國的工礦區、城市也還存在土壤(或土地)污染問題。
(二)我國農業用地污染的危害
總的來說,農業用地土壤污染是由兩個方面的原因形成,一個是人為因素,發生在農業生產過程中如不當使用農藥以及其他人類活動中如工業污水流經的土地引起的土壤污染或用工業廢水灌溉,不合理的使用地膜等;另一個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關系和機理較為復雜,就我國農業用地的污染主要來自不當的農業種植方式如濫用農藥、化肥等和工業污染所帶來的土壤重金屬含量超過國家和世界標準許可的范圍。
農業用地土壤污染的危害主要有以下幾點:
1.一是糧食及農產品安全受到威脅,進而影響人類自身健康;二是耕地的生產能力下降,造成產量、效益的下滑;三是耕地的復種能力下降,部分耕地有可能喪失耕作能力;四是對我國生態環境質量造成嚴重損害,耕地的生態功能和農村景觀會受到侵害。
2.土壤污染會使污染物在植(作)物體中積累,并通過食物鏈富集到人體和動物體中,危害人畜健康,引發癌癥和其他疾病等。
3.耕地被放射性物質污染后,通過放射性衰變,能產生a、β、γ射線,這些射線能穿透人體組織,對機體既可造成外照射損傷,又可通過飲食或呼吸進入人體,造成內照射損傷。
4.被有機廢棄物污染的土壤還容易腐敗分解,散發出惡臭,污染空氣。有機廢棄物或有毒化學物質又能阻塞土壤孔隙,破壞土壤結構,影響土壤的自凈能力;有時還能使土壤處于潮濕污穢狀態。
二、我國農業用地土壤污染防治的立法現狀及問題
目前我國已制定有關環境保護、治理污染的國家法律有6部,資源保護的法律有9部,國家有關環境資源保護的行政法規30多部,環境資源保護方面的行政規章有400多個。其中農業用地土壤污染防治立法主要有法律、法規和規章的有關規定,包括農業環境保護、防治環境(包括土地)污染的規定和特殊區域的特別保護措施等方面。但是,目前在此方面不僅沒有專門性單行法律、法規,而且在《環境保護法》、《固體廢物污染環境防治法》、《農業法》、《土地管理法》和《基本農田保護條例》等也只有些零散規定,防治土壤污染的法律基本上是一項空白,缺乏系統的、可操作性的具體法律制度。具體問題如下:
1.現行土壤污染防治的法律條款都是原則性、概括性的規定,雖成體系但缺乏對農業用地土壤污染防治的專門性,針對性和系統性規定。現行有關土壤污染防治的法律條款只是概括性地指出要“防止土壤污染”、“改良土壤”。對于如何保障土壤不被污染,如何對污染的土壤進行改良,并未作出明確而完善的規定。
2.不能滿足保障公眾健康和經濟、社會與環境可持續發展的需要。目前,我國農業用地土壤污染問題日益嚴重并呈現出加劇的趨勢,充分說明了我國防治農業用地土壤污染的法律、法規沒有達到法律的目的。 3.對土壤污染防治的預防性措施缺乏規范化、可操作性強的規定,主要倚重事后救濟。現行的與環境資源保護相關的法律規定對于土壤污染的預防作用并不明顯,事后性突出,這樣一來就很難真正達到立法的目的。有學者就土壤污染的現狀提出了土壤污染的預警制度,這是一個極好的創制,但如何實施,特別是如何以法律的形式作為可操作的制度加以明確仍有一定困難。
4.現行農業用地土壤污染防治的法律規范中缺乏法律責任的規定。法律責任是實現農業用地土壤污染防治目標的重要保障。現行有關的法律規范中沒有規定法律責任主體,也沒有設定相應的法律責任,致使一些嚴重污染土壤的行為得不到法律追究。
三、農業用地土壤污染防治法律制度的構建
(一)制定《土壤污染防治法
》,完善土壤污染防治的法律、法規體系
為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、法規體系。在這個體系中,應當中央立法和地方立法相結合、綜合性立法與單行性立法相結合、土壤環境保護與土壤污染防治立法相結合、實體性立法與程序性立法相結合,各層次、各部分的土壤污染防治立法相互聯系、相互補充,共同達到土壤污染防治立法的總體目標。
(二)樹立農業用地保護同經濟建設、社會發展相協調的原則
這一原則和國際環境組織提出的“可持續發展”的指導思想是一致的。“協調發展”著重從橫向關系上,即制約發展的基本因素的相互關系上對發展提出要求,“可持續發展”則是從縱向歷史發展過程,即當前需要與未來需要的關系上提出要求。兩者的目的都是為了保證社會的持續發展,既滿足當代人的需要,又不對后代人構成危害。
北京大學國際關系學院 北京 100871
【摘要】本文基于歷史和環境視角分析了全球環境與衛生之間關聯性的科學認知的變化。環境問題對人類健康的影響越來越受到國際社會的關注和重視,現有科學研究已充分證明,環境問題與人類健康風險之間存在明顯的因果關系,環境問題是導致人類各種疾病的重大因素之一;從全球層面對環境問題的健康影響進行量化研究是當前相關研究的重點、亮點和難點,目前國際上在研究方法和具體結論上都存在許多分歧,但定量研究方興未艾;如何將現有的科學認知與全球層面的政策制定與實施有機結合起來是擺在全球環境與衛生治理面前的一大課題。
關鍵詞 全球衛生; 環境; 關聯性; 科學認知
中圖分類號:R197 文獻標識碼:A doi:10.3969/j.issn.1674-2982.2015.07.001
基金項目:中英全球衛生支持項目三——“中國全球衛生戰略研究”子課題“全球環境與衛生的關聯性研究”
作者簡介:王志芳,女(1975年—),北京大學博士后,主要研究方向為全球及區域環境治理
E-mail:francewang2008@126.com
通訊作者:張海濱。E-mail: zhanghb@pku.edu.cn陳婧嫣張海濱
環境問題與人類健康息息相關。自近代工業革命以來,環境問題全球化的趨勢愈演愈烈,對公共衛生和人類健康的影響也越來越大。如果在全球衛生治理中不能很好地理解環境與衛生之間的關聯性,只是就衛生談衛生,將難以有效應對日益復雜的全球衛生治理挑戰。本文基于世界衛生組織、聯合國環境署和聯合國政府間氣候變化專門委員會的相關報告,從歷史角度分析環境問題如何在全球層面影響人類健康,旨在促進全球環境與衛生領域的互動決策。
1 環境問題對衛生的影響:科學認知的歷史變遷
從歷史層面看,環境問題對人類健康的影響呈現逐漸增大的趨勢,而人類的相關科學認知也在不斷發展與深化。
環境與衛生的關聯集中體現在人類的多種疾病上,特別是在歷史上對人類社會生活造成深遠影響的傳染病、地方病,往往是人與環境互動的結果。這些疾病的出現和傳播大多源于人類對自然環境的開發、一些地方特定的自然條件、氣候的異常變化以及人類對環境的破壞和污染等。面對這些衛生災難,探求疾病與環境的關系,應該具有歷史的視野。[1]
工業革命之前,環境污染規模小、程度較低,對健康的威脅有限。工業革命之后,環境問題日益突出并不斷加劇,早期主要以煤煙塵、二氧化碳等大氣污染和采礦冶煉、無機化學工業的廢水污染等工業污染物為主。
環境歷史學家約翰·麥克尼爾(John R. McNeil)對20世紀的世界環境變化及其社會影響進行了分析,認為其環境污染的程度和類型與之前的任何一個時期都有所區別,這一時期人類在未曾做出任何打算的情況下,在地球上進行了龐大而無抑制的試驗,產生了嚴重的衛生后果。[2]從歷史的角度來看,這一時期環境對衛生的影響大體可以分成區域性環境健康公害與全球性環境健康危害兩個階段。
第一階段為20世紀30—60年代,即區域性環境健康公害階段。這一時期的環境問題為公害型的環境問題。具體包括空氣污染、水污染、土壤污染、噪音污染、振動、地盤沉降以及臭氧層空洞等,從而危害人類健康。其特點是外在的突發性和內在的累積性疊加,后果通常無法彌補和挽回。1930—1968年發生的重要環境事件包括比利時馬斯河谷煙霧事件、美國洛杉磯光酵煙霧事件、美國多諾拉煙霧事件、英國倫敦煙霧事件、日本水俁病事件、日本四日市哮喘病事件、日本愛知縣米糠油事件、日本富山骨痛病事件(表1)。[3]這一時期,人們對環境公害的認識也不斷加深,很多國家建立了環境保護部門以應對此類事件的發生。
第二階段為20世紀60年代開始至今,即全球性環境健康危害階段。這一時期,伴隨環境污染和大范圍生態破壞,出現了全球性的健康危害。1962年美國環境科普作家蕾切爾·卡遜《寂靜的春天》一書出版。書中關于大量使用農藥造成的環境污染及其引起的人類健康損害的描述,激發了全球范圍內的環境保護意識。隨著環境問題愈加嚴重,其對人體健康的影響也逐漸顯現。這一時期的環境問題主要包括三個方面,一是全球性的大氣問題,如氣候變化、臭氧層破壞等。二是大面積生態破壞,如大面積森林被毀、草場退化、土壤侵蝕和沙漠化。三是突發性的嚴重污染事件,如農藥泄漏事件、核電站泄漏事故、油船泄漏事故等。這些全球性、大范圍的環境問題從根本上嚴重威脅著人類的生存與發展。1972—1992年發生的重要環境事件包括:北美死湖事件、卡迪茲號油輪事件、墨西哥灣石油井噴事件、庫巴唐“死亡谷”事件、西德森林枯死病事件、印度博帕爾公害事件、切爾諾貝利核泄漏事件、萊茵河污染事件、雅典“緊急狀態事件”、海灣戰爭油污染事件等。
這兩個階段的區別十分明顯,表現為環境問題從區域向全球的一種認知擴散。對環境問題健康危害的擔憂開始深入人心,導致全球范圍內的環境運動。第二階段較第一階段具有更大的復雜性,時空上不斷延伸。[4]人類自身的活動打破了人與自然的平衡,因而也破壞了人類賴以生存的“生命支持系統”。[5]
2 全球重大環境問題對衛生的影響:主要科學結論
目前,國際社會在環境問題對健康的影響方面開展了大量研究工作,獲得了豐富的科學認知,這成為開展全球環境與衛生治理的重要科學支撐。
2.1 氣候變化
氣候變化是當今世界面臨的最嚴峻的環境挑戰。關于氣候變化對人類健康的危害已有長期的跟蹤研究。1990年政府間氣候變化專門委員會(Intergovemmental Panel on Climate Change,IPCC)第一次評估報告認為,全球變暖使得地球表面的UV-B輻射強度增加,導致眼睛和皮膚損傷的風險增加,甚至可能破壞海洋食物鏈。[6]1995年IPCC第二次評估報告從直接和間接影響兩個層面分析了氣候變化對人類健康的影響,并認為間接影響是較為主要的形式。[7]2001年IPCC第三次評估報告證實了一些經細菌、食物、水傳播的傳染性瘧疾受氣候變化的影響,此外,氣候變化還會引起糧食產量下降。[8]2007年IPCC第四次評估報告擴大了關于健康問題的研究范圍,將食品安全和水感染納入其中,具體分析了人類面臨氣候變化的脆弱性。[9]2014年IPCC第五次報告更加系統和詳實,指出氣候變化對人類健康的影響體現在直接和間接影響兩個方面。直接影響方面,由于溫度和降水的變化,導致來自熱浪、洪水、干旱和火災的威脅不斷增加。2003年法國有15 000人死于當年的極端高溫天氣。[10]1980—2009年約28億人受到洪水影響。[10]間接影響是指由氣候變化帶來的生態破壞(農作物歉收,疾病轉移擴散)、環境污染(環境疾病)或在長期干旱氣候下的社會反應(如人口的遷移)等對人類健康產生的危害。[10] 1979年至今的氣象及疾病數據表明,氣候變暖助推了瘧疾的擴散傳播 ,僅2010年全球123.8萬人死于瘧疾。[10]而2010年被《2010年全球氣候變化》報告稱為“人類自1850年以來‘最熱的三年之一’”。[11] 此外,IPCC第五次報告繪制了更加清晰的氣候變化對人類健康影響的路徑圖(圖1)。該報告預計,由于氣候變化的影響,21世紀中期人類現有的健康問題將更加嚴重。特別是目前已經存在糧食安全問題的地區,氣候變化導致的營養不良現象將更加嚴重。
溫度上升正在強化與高溫相關的疾病和死亡的危險性。當然,不同的地區其呈現方式不同。如有的地區通過泛濫的洪水傳播疾病,有的地區表現為糧食減產引起營養不良等。按照“具有代表性的濃度排放途徑”(Representative Concentration Pathway,RCP)模型評估,人類健康面臨的主要威脅有:密集的熱浪和火災導致更大的受傷、疾病和死亡;貧窮地區糧食減產而導致的營養不良;敏感人群因為高溫而失去工作能力并降低勞動效率;食物和水傳播的疾病和蟲媒傳染病。
當然,在氣候變化背景下,還有一些地區存在健康情況好轉的現象。一些地區由于嚴寒引起的疾病和死亡率因極寒天氣的減少而降低;一些地區因氣溫上升、農作物生長期變長而收獲更多的糧食,降低了營養不良的發生率。因此關于氣候變化對人類健康的有利影響對不良影響的抵消程度,還需要進一步研究。
近年來,世界衛生組織(WHO)也加大了對氣候變化對健康影響問題的研究。2009年WHO的評估報告認為,1970年—2004年氣候變暖導致每年14萬人的額外死亡。[12]2014年的相關報告中,世界衛生組織對氣候變化造成的健康影響進行了遠期預測。認為即使在樂觀的社會經濟發展和氣候應對的前提下,氣候變化對未來死亡率的影響依然顯著。同時,報告也強調,目前難以確定人類健康對氣候變化響應的敏感性。[13]
2.2 臭氧層損耗
臭氧層被大量損耗后,吸收紫外輻射的能力大大減弱,導致到達地球表面的紫外線UV-B明顯增加,從而對人類健康產生直接和間接影響。直接影響包括:(1)破壞免疫系統,包括降低免疫細胞反應、減少免疫細胞數量功能、改變免疫性白細胞外形;(2)眼睛損傷,包括光照性結膜炎(雪盲和焊工)、角膜和晶狀體損傷,視網膜退化,視力下降、白內障眼疾;(3)皮膚損傷,使得皮膚變厚、失去彈性進而導致皮膚癌。大氣臭氧每減少1%,紫外輻射增加1.2%~1.4%,皮膚癌發病率增加4%。間接影響包括:(1)低空大氣層中UV-B輻射增加,會催化氮氧化合物和碳氫化合物產生高濃度的大氣污染物,對人類的呼吸系統產生不良影響;(2)UV輻射對糧食作物和海洋浮游植物產生不利影響,破壞食物鏈進而影響人類健康。[14]
因此,臭氧層的保護逐漸受到全球重視,1985年簽署的《保護臭氧層的維也納公約》以及1987年簽署的《關于臭氧層保護的蒙特利爾議定書》明確指出,大氣臭氧層損耗對人類健康和環境可能造成的危害,呼吁各國政府采取合作行動,保護臭氧層。其后在發達國家和發展中國家的共同努力下,消耗臭氧層物質的排放得到有效控制。全球至少有幾百萬人免于致命皮膚癌和上千萬人免于非致命皮膚癌。[15]
2.3 重金屬及化學品污染
重金屬以及包括持久性有機污染物在內的危險化學品,在使用中直接與人體接觸,或廢棄后進入大氣、水和土壤中,通過食物鏈和水體等進入人體,從而威脅人類健康。
汞、鎘、鉛等是比較典型的重金屬污染。汞通過消化道、呼吸道和皮膚進入人體,血液吸收后擴散全身與蛋白質巰基結合,抑制巰基酶活性,從而引發震顫、易興奮、運動失調、發音困難等問題。此外,由于汞也能以氣態形式存在,從而對人體產生多種形式的損害,治理也更加困難。[16]2013年《關于汞的水俁公約》的簽署,標志著全球開始加強汞的治理。
化學品污染中的持久性有機污染物,由于具有致癌、致畸、致突變的特性,加之使用廣泛,短期內難以降解,對環境和人群健康產生長期的不良影響。如DDT等有機氯農藥,在全球的使用長達半個世紀,對人群和環境的影響可想而知。20世紀60—70年代,多氯聯苯使得日本發生“米糠油事件”,二惡英等化學物質使得我國臺灣地區發生“臺灣油癥事件”。近年來國內關于持久性有機污染物對人體損害的研究取得了一定的進展。2011年關于持久性有機污染物暴露與胎兒神經管畸形關系的研究發現:胎盤中部分有機氯農藥水平與神經管畸形的發生風險存在相關性,并呈現顯著的劑量—反應關系。[17]
由于持久性有機污染物在環境中廣泛存在,其控制和消除需要全球共同行動。2001年全球范圍內簽署了《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》,呼吁各國采取減少或消除持久性有機污染物釋放的措施以保護人類健康和環境。此外,其他有關化學品管理的公約還包括《控制危險廢物越境轉移及其處置巴塞爾公約》、《關于在國際貿易中對某些危險化學品和農藥采用事先知情同意程序的鹿特丹公約》等。
2.4 生物多樣性退化
生物多樣性是人類生存的基礎,與人類健康密切相關。生物多樣性能夠保障食物安全,并提供藥物資源。生物多樣性為人類提供了多樣的食物選擇,保障人體所需各類微量元素的供應。在防治疾病方面,即使目前醫藥業比較發達,但當傳統糧食品種遭受無法防治的病蟲害威脅時,相應的野生植物可以提供抵御該蟲害的遺傳物質。1970年美國玉米患葉菌病使作物枯萎,造成巨大損失。墨西哥中南部山林中一個原始玉米品種為其提供了抗菌遺傳物。此外,研究發現,生物多樣性豐富的地區疾病發生率和嚴重性較生物多樣性缺乏的地方低很多。[18]生物多樣性良好,可減少4.3%的全球疾病。[19]
生物多樣性退化會引發多種健康問題。如森林退化會影響多種流行病(蟲媒疾病、瘧疾、黑熱病、絲蟲病、血吸蟲病等)的傳播和分布規律,威脅人類健康。從長遠來看,生物多樣性的喪失使得人類賴以生存的基礎受到威脅,生態系統退化,失去大量對人類健康有益的生物藥源性化學物質和基因,導致大量未被利用的物種失去潛在利用價值。目前為止,發展中國家近1/3的人口依賴自然系統提供的醫藥資源來保障自身的健康。[19]因此,2015年生物多樣性公約秘書處與WHO合作開展的評估報告強調,對生物多樣性的保護和可持續利用對人類健康有促進作用。[20]
2.5 空氣污染
近年來,空氣污染給人類健康造成的威脅日益嚴重,城市空氣問題引發了人們越來越多的關注。據世界衛生組織“城市空氣質量數據庫”顯示,全球只有12%的人口生活在空氣質量符合世界衛生組織健康標準的城市。相比之下,生活在空氣污染指標至少超過該標準2.5倍的人口數量約占全球總人口的一半。[21]全世界大多數城市的室外空氣質量不僅沒有達到該組織制定的安全標準,其污染的狀況還在不斷加劇,城市空氣污染已經成為當今世界最主要的公共衛生挑戰之一。
空氣污染導致全球每年約700萬人口死亡,是國際社會必須立即采取行動應對的首要環境問題。減少空氣污染不僅拯救數百萬人的生命,同時還會有益于氣候、生態系統服務、生物多樣性和糧食安全。[22]IPCC第五次評估報告也指出,所有影響到氣候變化的空氣污染物(CO2除外)已對人類健康產生影響:2010年超過7%的全球性疾病與這些污染物的吸入有關。[10]快速的經濟增長,尤其是一些發展中國家能源需求的不斷增長,使得空氣質量日益惡化。過去二十年,很多大城市的環境空氣質量已降至危險水平。根據世界衛生組織的估計,每年約有430萬人因吸入室內和室外空氣污染中的細小微粒而死亡。PM2.5微粒能夠滲入到肺部并可能進入血液循環,引起心臟病、肺癌、哮喘和急性下呼吸道感染。
3 對環境問題引發的健康結果進行綜合定量評估
近年來,學術界對環境問題引發的健康結果在全球范圍內進行了定量分析。《2004年世界衛生報告》指出,全球102類主要疾病、疾病組別和殘疾中,環境風險因素會導致85類產生疾病負擔。[23]2006年世界衛生組織對環境引發的健康問題進行了全球范圍的評估,認為全球范圍內24%的疾病負擔(健康壽命年損失)和23%的所有死亡(早逝)可歸因于環境因素,0~14歲的兒童中,可歸因于環境的死亡比例高達36%,而且環境所引發的健康問題在發展中國家更為嚴重。 [24]此外,還有學者繪制了全球環境變化引發的疾病負擔關系圖(圖2)。
當前對環境引發的健康問題的研究不斷深入。2009年世界衛生組織針對全球疾病風險的評估報告認為,影響人類健康的5個環境因素(氣候變化、室外空氣污染、固體燃料引發的室內空氣污染、鉛爆露、不衛生的水和生活環境等)導致了全球10%的疾病。其中,約有1/4的疾病與五歲以下兒童有關。 [25]2015年全球健康統計報告中,對不衛生的水和生活環境引起的健康問題也做了較為詳細的數據分析。[26]
2014年聯合國環境規劃署年鑒《日益緊迫的全球環境問題》認為,環境惡化與多種健康問題有關,包括部分癌癥、病媒傳播的疾病、營養不良、呼吸系統疾病等。該研究認為全球近1/4的疾病與死亡是由不健康的生活和工作環境造成的,全球每年有370萬死亡病例與戶外空氣污染有關。因此,聯合國環境署表示將通過能力建設、數據平臺建設和定期跟蹤評估報告,加大對各國政府的支持,以應對全球環境與衛生挑戰。
應該說明的是,迄今有關環境問題與各種疾病之間因果關系的量化研究還非常有限,現有的成果在全球層面還存在爭論,尚未達成共識。《2013年世界衛生報告》明確指出,當前對環境和健康之間的聯系以及怎樣減少對健康的風險認識還遠遠不夠,需要進一步開展更廣范圍的研究。 [27]
4 結論
綜上所述,可以得出:(1)環境問題對健康的影響已越來越受到國際社會的關注和重視。(2)現有科學研究證明,環境問題與人類健康風險之間存在明顯的因果關系。環境問題是導致人類各種疾病的重大因素之一。(3)從全球層面對環境的健康影響進行量化研究是當前相關研究的重點、亮點和難點。目前國際上在研究方法和具體結論方面還存在諸多分歧,未來研究方興未艾。(4)如何將現有的科學認知與全球層面的政策制定與實施有機結合是擺在全球環境與衛生治理面前的一大課題。
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關鍵詞:照明光源、人體健康
我們置身于豪華的購物中心,愉悅地進行購物體驗;我們端坐在5A的辦公大樓或埋頭進行一天緊張而充實的工作或與客戶進行商務溝通;我們穿梭在分不清白晝的地下鐵,為下一個目的地而奔波;我們回到溫暖的家與孩子們享受閑暇時光的時候,有一樣物質與我們寸步不離,那就是光。可是我們是否意識到光也在影響著我們的健康呢?
在所有的建筑內和室外存在著最為常用的四種照明光源:太陽光、白熾燈、熒光燈、金鹵燈和最近幾年才剛剛興起的LED光源。
在討論這些光源對人體健康的影響之前我們現看看科學家門最近對光對人體健康影響的研究成果。
新的光生物學研究結果表明,我們必須重新認識對人類眼睛和大腦解剖學機能方面的理解。人類的光內分泌學遠比一些學科原來認為的以及照明工程師愿意承認的復雜得多。自科學家提出褪黑素假設以來,越來越多的科學家致力于尋找使用人工光源與致癌之間的聯系。然而,強有力的證據顯示,使用人工照明并不僅僅會引發癌癥,還與現代工業社會頻發的心血管疾病有關。
人類的生活離不開光。特殊的光照條件孕育了人類照明的發展:日夜循環更替形成了各種生命的生理節奏,從而適應環境的光子條件。陽光的構成成分以及大氣層的特性對自然光的輔助生命特性起著重要的作用。以今天的觀點看,我們必須意識到,這些特性的任何失常都可能使人工照明對身體健康造成危害。
我們所說的失常是什么呢?從解剖學講,哪些感官負責偵查這些失常?要理解這一點,我們首先需了解陽光本身稀薄的光子密度。眾所周知,光子產生于太陽核心,它是通過熔化過程,將氫原子與氦及光子能量合并產生的,但光子形成后,要經歷分散和碰撞等無數次遭遇才能到達太陽表面。這種致命的能量在從核心到的途中從不可思議的高頻轉化為光輻射:釋放出的太陽能有40%存在于可見光譜。雖然來自光球的輻射為真正的全譜光,但太陽的外層,即色球能將來自整個光譜的因素關系發射線全部消除。我們借助分光鏡就可以得到這個結論,因此我們能夠看見夫瑯和費譜線:走過色球后,陽光表現為吸收光譜,特點是全光譜減去基本頻率。
光和顏色都是因熱而變化的:如果我們提高金屬絲的溫度,它就會發出電磁輻射。我們首先會感到熱,然后看見金屬絲發出不同顏色的光:由赤熱變成橙色和黃色,直到看見白光。來自發熱體的波長的分布在物理學上的定義為黑體輻射。太陽輻射能由黑體以5700K的溫度向外散布,這一溫度相當于太陽表面的熱度,惟一例外的是黑體沒有夫瑯和費譜線。我們說陽光的色溫為5700K只是一種簡化的說法,忽略了內部的分光光譜組成成分。
那么我們為什么要考慮這些夫瑯和費譜線呢?如果我們用肉眼都看不到它們,它們會對我們產生什么影響呢?事實上,眼睛并非惟一接收光的器官。人的皮膚很容易被光線穿透。就連UV射線這樣的短波也能到達毛細管層,并進入這些毛細管的血液。我們體內帶發色團的色素和分子都能吸收和釋放光子。每個原子都有我們稱之為光子新陳代謝的屬性。光子是所有物質賴以交流的媒介;光子的每一次躍遷(能量水平的變化)都伴有光子活動。
愛因斯坦獲得諾貝爾獎不是因為《相對論》,而是因為解釋了光電效應。我們知道,當金屬電極與光子碰到一起時,如果量子能足夠高,就會釋放電子,從而產生光電效應。簡言之,根據吸收或釋放量,光子可以使離子變密或變稀。在量子理論時代,如果我們將利用金屬電極試驗獲得的發現擴大到光能對生物膜產生影響的程度,我們肯定會得到很好的忠告。按照推測,陽光中的夫瑯和費譜線的作用就像光子吸入隙,影響皮膚(接收光源的最大器官)毛細管系統及細胞外的基質的分子膜通道。這更進一步解釋了為什么效果良好的日光浴治療法總是能夠創造和諧的平衡的原因,不管病人的狀況是不活躍還是過度活躍。我們在下面談到水銀蒸汽燈,即熒光燈或全譜燈時,將考慮這些因素。(以上來自Alexander Wunsch國際光協會(International Light Association)主席)。
那么我們最常用的五種光源源中各有何特點呢?
首先是太陽光。
陽光是太陽上的核反應“燃燒”發出的光,經很長的距離射向地球,再經大氣層過濾后到地面,它的可見光譜段能量分布均勻,所以是白光。太陽光是最重要的自然光源,它普照大地,使整個世界姹紫嫣紅,五彩繽紛。陽光照在我們的皮膚上,會使皮下血管擴張,血流旺盛,增加有毒物質的排泄和抵抗力,還會使唾液和胃液的分泌增加,腸胃蠕動加強,促進食欲和消化。所以設計中自然采光才是首選。
白熾燈
光源有很多種,本文將只集中在四種重要光源:白熾燈、熒光燈、金鹵燈和LED燈。如果按年代順序排列,我們首先應從白熾燈開始。這種電燈光源由德國人1854年在美國發明,但他無法將其投入市場。因此當愛迪生成功將這種燈引入市場并作為產業經營時,已經過了25年。因此,交流電技術發明后,我們的世界才被真正點亮。其中白熾燈和便攜式電能這兩個元素成為打開現代世界大門的鑰匙。白熾燈的惟一也是致命的缺點――高能耗(在今天這個提供節能的社會更甚)提出質疑。事實上,用于照明的功率只有總消耗功率的5%,其余的都轉化為熱能。白熾燈是惟一稱得上“全譜燈”稱號的電燈,因為它能釋放所有波長,而沒有任何間隙或能量峰值。它能產生十分清潔的燈光,沒有調制頻率和閃動的近似太陽關,所以作者建議把長時間照射孩子的燈光如果需要用別的光源來代替太陽光的話那就用白熾燈吧。
熒光燈
我們再來看看水銀光源,它是在上世紀30年代末登上歷史舞臺的,熒光燈含有水銀蒸汽,在燈管的兩端加上電壓。在隨后的放電過程中,汞原子以特定波長釋放光子,這些光子激活電流上的其他汞原子。被激活的原子進行化學反應。熒光燈在其光譜中顯出水銀比能峰值。科學家研究發現,這樣的能見光能通過皮膚進入人體系統,然后輕松到達脂肪組織;甚至頭骨和大腦光也能穿透。水銀通過食物或其他物質進入人體,而積存水銀的物質正是脂肪。水銀是有毒物質,很難排出,因此人體試圖將其存儲在低代謝活動的地方。這就是我們發現水銀多集中于皮膚下的脂肪層以及大腦神經元髓鞘的原因所在。穿透皮膚和骨頭的水銀燈光抵消了身體試圖消除這種致命物質的努力。雖然帶有夫瑯和費譜線隙的陽光會引起對基本波長的吸取力,基本光譜線產生了相反的壓力。陽光對化學元素有鎮靜效果,而水銀燈光則誘發激活這種有毒物質。熒光燈的發明使我們的照明工程顯著提高了能效,能效的提高節約了能源,減低了碳的排放當然也為環保事業做出了貢獻。但是熒光燈的光會激發人體有害物的毒性,對健康帶來了危害作用。而廢棄的熒光燈的殘留重金屬污染土壤和空氣會加劇這樣的危害作用。
金鹵燈
金屬鹵化物燈(簡稱金鹵燈)是目前世界上最優秀的電光源之一,它具有高光效(65~140lm/w),長壽命(5000~20000h),顯色性好(Ra65~95)結構緊湊、性能穩定等特點。它兼有熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈的優點、克服了這些燈的缺陷,金鹵燈匯集了氣體放電光源的主要優點。尤其是光效高、壽命長、光色好三大優點.因此金鹵燈發展很快,用途越來越廣。市場上的金鹵燈同其它氣體放電燈一樣,燈內的填充物中有汞。 由金屬蒸汽(例如汞)和鹵化物(如鏑、鈉、鉈、銦等元素的鹵化物)的分解物的混合物輻射而發光的氣體放電燈。具有添加金屬的特征光譜線,因而光色改善,也提高了光效。這類燈的相關色溫4000K左右,顯色指數70,光效在701m/W以上。
LED燈
LED(Light Emitting Diode),發光二極管,是一種固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片,發光二極管晶片的一端附在一個支架上,一端是負極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的。
LED特點和優點LED的內在特征決定了它是最理想的光源去代替傳統的光源,它有著廣泛的用途。LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面,所以它非常的小,非常的輕。LED耗電非常低,一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說:它消耗的電不超過0.1W。在恰當的電流和電壓下,LED的使用壽命可達10萬小時LED是由無毒的材料作成,不像熒光燈含水銀會造成污染,同時LED也可以回收再利用。
它的缺點也十分明顯為其提供動力的電子電路。用來控制亮度的所謂的脈沖寬帶調制(PWM)(常用于變色產品)通常在低頻運行(100Hz以下)。這就導致了閃變效應,而這種效應只有在特定情況下或通過測量才能察覺。光的閃動會造成頭痛和不適。所以LED還是用于室外的景觀和路燈照明吧或者舞臺燈光。
從人體健康的角度出發我們在設計室首先考慮的應該是利用自然采光,在現代的建筑中這樣成功的案例不勝枚舉。
有再好的自然采光的設計業避免不了黑夜的來臨。那么必須采用人工照明的時候我們還是盡量選擇中性光源,或者混合光源。而應避免全部選用水銀光源,選擇水銀光源是盡量避免直接照射而是選擇漫反射的形式較為恰當。有一點是肯定的,即我們不必等待明天的發明:如果我們重視各類型燈優劣,我們應該馬上行動,改善人工照明條件。根據不同目的,從時間生物學角度考慮,使用中性光源,害處會小一些。
關鍵詞:礦山地質;3S;災害類型;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
中圖分類號:O741+.2文獻標識碼:A 文章編號:
1、概述
由于礦產開采過程勢必改變原有穩定的礦藏條件,改變了當地的地質環境,而由于人為的采礦活動改變了地質環境所引起或誘發的災害被稱為礦山地質災害。礦山地質災害的發生會對生態環境、自然資源和經濟社會造成不可估量的危害和破壞。
我國的礦產開采具有相當長的歷史,在相當長的時間內,我國礦產開采技術和設備都比較落后,這種條件下的礦產開采導致礦山地質環境不斷惡化,礦山地質災害事故頻發。危及生命的礦難和環境災害時有發生,近年來還有逐漸上升的趨勢。因此,根據我國礦山地質災害發生及發展規律、特點,將礦山地質災害進行詳細分類,并根據其各自特點提出防治災害的措施,是一項十分必要的工作。
2、礦山地質災害類型
就目前的科學技術發展狀況而言,采礦活動的范圍仍多數被限定在地球表面和巖石圈層內部。在礦脈開采之前,礦區地質環境是處于穩定平衡狀態。而采礦過程,是從地殼內部的土壤、巖石圈層挖出大量的土石方,對地質環境進行了巨大的破壞,使其處于非穩定狀態。我們可以看出,不論鉆井開采、掘坑開采、注液開采,還是露天開采,都改變了原有的地質環境,這種不平衡性的出現導致了地殼物質的不穩固,進而容易引發災難性地質改變。
礦山地質災害類型很多,若單從災害發生的速率加以區別,可分為突變型礦山地質災害,如礦坑突水、瓦斯爆炸、巖爆等,另一種就是緩發型礦山地質災害,如采空區的地面沉降,水體污染等。然而,在我們最常用的地質災害分類,常常是以地質災害的時空分布和成因關系來分類。這種分類方法有利于對地質災害的成因進行深入探究,才能根據各種地質災害類型制定相宜的防治措施。人為地質作用過程中不合理或者不科學改變地質環境,進而誘發的地質災害基本涵蓋了除火山噴發之外的所有地質災害類型,本文將就其特點簡要分類闡述。
2.1 巖土圈層形變災害
這部分礦山地質災害是由于采礦活動改變了礦區的地質環境,導致地區地下和地表巖土圈層形變,進而引發的災難性后果。
2.1.1 誘發性地震
由于采礦活動致使巖土圈層結構性失衡,這種失衡狀態反映在巖土圈層內部就是地震與斷層錯位。短時間的斷層劇烈錯位容易產生誘發性地震。由于人為地質改變而誘發的淺源性地震,深度小,危害和破壞力卻十分巨大。小震級的地震,就可能致使井下和地表巖土圈層的劇烈改變,從而對建筑物、地表結構造成危害。
2.1.2 斷層錯位
斷層錯位也是圈層結構性失衡的一種表現,不過由于斷層錯位具有緩發性,能量在緩慢積聚,短時間內不易被測量和察覺。但是,可以預見,隨著開采活動的不斷進行,礦脈被采空后,斷層積聚能量會在短時間釋放,終究會造成巨大的危害,這種災害對礦山及周邊地質環境的破壞力也十分巨大。
2.1.3 地面圈層形變
地下巖土圈層的形變,往往導致地表巖土圈層下陷、沉降、開裂等,進而引發危害性巨大的礦山地質災害。例如,礦山地面和采空區塌陷、礦區地面沉降,地面開裂。一般的礦區地面塌陷主要發生在井巷開采的礦山地區。礦脈埋藏較淺,礦區地面平緩,地面塌陷與沉降的現象較為常見。而礦脈埋藏深、距地表較遠的開采區,如果不能及時回填礦渣,就有可能發生大面積塌陷,地面塌陷、沉降和開裂不僅可破壞水土、建筑物,還可能毀壞道路、水庫等公共資源與建筑,造成更大的危害。
2.1.4 斜坡巖土體運動
這一類災害是由于采礦區地質邊坡或地表斷層邊緣結構不穩造成的災害,如崩塌、滑坡、泥石流等。例如采礦邊坡失穩,常常會造成邊坡巖土滑坡,巖崩等災難,泥土邊坡在雨后形成流動性土體,形成災害性泥石流等。這些地質災害發生的主要原因是不合理造成的采剝失調、邊坡角度過陡等形成不穩定結構。此一類型礦山地質災害多發生在露天開采或掘坑開采礦山。這種災害常常瞬時發生,但造成結果危害性更大,如礦山山崩,往往使礦產毀于一旦,造成人員大量傷亡,危害極大,是此類災害的典型例子。
2.1.5 礦坑工程災害
不合理的礦山開采手段與落手的開采方式,常會造成礦山地下工程災害事故的發生,如洞井塌方、冒頂、偏幫、鼓底、巖爆等。這些災害均是因為礦井、礦坑內的巖土圈層發生地殼應力變化,而導致巖層、土層應力突然釋放,導致大量巖石、碎屑,并向坑井內突進,給礦井開采帶來危害,危急礦工安全并造成財產損失。例如坑內巖爆就是因礦坑周邊和頂底板圍巖,在受到巨大的巖石圈層應力作用狀況下,一旦因采掘面不能維持平衡,即有可能產生巖石圈層應力突然釋放,導致巖石破裂迸裂,并向坑內大量噴射、爆散,從而給礦山帶來毀滅性災難。
2.2 地下水位異變災害
礦山開采過程中,深層開采有時會破壞地下水自由淺水層或層壓含水層的結構穩定性,進而引起地下水位和礦山地質環境的改變,造成災害性后果。
2.2.1 礦坑突水涌水
礦坑、礦井突水、涌水是最常見的礦山災害之一。由于地下水位的短時間迅速改變,致使礦坑突然進水。這種礦山地質災害突發性強、規模大,導致后果也十分嚴重。
采礦過程中常因對礦坑涌水量的排空速度估計不足,采掘過程中穿透隔水斷層,或者驟遇蓄水溶洞、暗河,導致地下水大量涌人,造成坑井被水淹沒,造成人員傷亡或其他嚴重災難性后果。這種災害在盜采嚴重礦山頻發,多數因為開采技術低下,私挖亂采的盜采現象存在,相互均有可能突破蓄水坑洞,引發災難性后果。
2.2.2坑內潰沙涌泥
坑內涌砂是礦坑突水的伴生災害,當礦坑采掘過程中遭遇富含泥沙的蓄水層或溶洞,突破隔水層后,泥沙和巖屑隨水一起涌入礦坑,造成涌漿災害。另外一些透水斷層和潛水層也常會因為斷層錯位,夾雜沉積物下漏涌人坑內,其結果是使礦坑被泥漿阻塞,設備和開采人員被泥沙掩埋,致使礦山遭受災難性后果。
2.2.3地下水漏失
由于礦山開采,破壞了地下水埋藏條件,造成地下水的水源補給跟不上消耗的速度。比如礦山開采造成地下河流的改道,過分開采破壞潛水層,這些地質環境的改變,造成地下水位超常下降,從引發地下水源枯竭災害,進而引發河水漏失、泉水干涸,造成局域性干旱區。
2.3 礦體內因引起的災害
這類礦山地質災害常常是因為礦山地質環境改變后,一些偶發因素造成的突變性的災難性后果。
2.3.1 瓦斯爆炸
瓦斯爆炸災害最常見于大小煤礦,由于礦坑通風條件不良,使瓦斯在封閉空間內積聚到一定程度,偶然因素引發爆炸。這種災害常常造成礦山開采人員群死群傷,礦井被劇烈的爆炸損毀,造成巨大的人員與財產損失。
2.3.2 煤層自燃
由于煤層開采,是一部分開采礦面暴露在空氣中,部分煤礦石因氧化放熱導致溫度逐漸升高,熱量集聚后溫度升高速度驟然加快,溫度升高到煤的著火點時,便會引起燃燒。煤層自燃現象在古今中外時有發生,我國每年因為煤層自燃破壞煤炭資源多達2億噸,經濟損失巨大。
2.3.3 礦山火災
礦坑火災常見于煤礦的煤矸石山和硫化物礦床,因為煤矸石和硫化物也能氧化生熱,進而引發火災。礦山火災對周圍環境的大氣危害也十分嚴重,一些常年燃燒的礦山,使當地空氣污染嚴重,區域小氣候發生改變,礦區周圍苗木大量死亡,田地荒蕪,環境狀況堪憂。
2.3.4 地熱
礦山開采過程中,凡需通過深入巖土圈層開采礦產資源,包括煤炭、金屬和非金屬礦等,當達到一定深度后都會遇到礦井溫度升高的危害。通常礦山開采深度達到800 米以后,礦山因含硫量高,開采深度大,地溫非常高,也會導致礦工勞動環境惡劣,嚴重影響正常生產。
2.4 礦山環境化學污染災害
采礦、選礦產生的廢渣、廢水、廢氣物質造成環境污染,也是礦山地質災害日趨凸顯的一種形式。這些廢棄物未經有效處理,直接堆棄或者無序排放,都會造成環境污染公害事件。這種環境災難還會引發水土流失、土地砂化、鹽漬化、地下水斷流等相關次生災難。這些污染事件的后果,往往長期影響人與動物的身體狀況,導致國民經濟和資源、環境的不可持續發展。
2.4.1 尾庫、場庫災害
許多礦山開采,都伴隨著礦場與尾礦庫的存在。場庫失穩主要是由于尾礦壩體不能承受壓力決堤后形成泥石流造成巨大的危害。尾礦庫潰壩常常因為壩體穩定性在日益增加的壓力,或因廢礦液溢出,壩體管涌而發生決堤。尾礦潰堤給礦區人民生產生活都帶來不可估量的災難性后果,同時也會給當地水土環境造成污染和長期危害。
2.4.2 水土環境污染
礦山開采廢水礦坑地下水、選礦、冶煉污水、尾礦滲漏水等,都會造成礦區水源與地下水的污染,同時廢液中的重金屬污染元素、有毒有害元素的存在,也會長期存留在土壤中,形成持久性的環境災害。礦業廢水量大,多數來不及處理,直接被無序排放進入環境水體,直接或間接造成區域性水土環境污染,致使礦區地表水、地下水源、農田遭受長期污染。這種如此危害性常常是潛在性的,其危害性更大。
2.4.3 土地退化
露天開采和掘坑開采是水土流失和土地沙化的一個影響因素。在露天開采和掘坑開采過程中,地表植被、土坡土體的破壞,尾礦的擴展都會導致水土流失和土地退化。而大量的采礦排水,致使土地鹽堿化。
3、礦山地質災害的勘查方法
由于礦山的地質災害都在深部發生,勘查多采用遙感信息技術與物理勘查方法。
3.1 地球信息技術綜合方法
目前的信息技術主要是利用遙感集合“3S”技術,及時掌握地質災害可能的分布、發生地點與區域。如利用全球衛星定位系統對地質災害發生的高危點位精確定位,并利用遙感衛星進行疊加分析,預測災變發生趨勢。
3.2 地球物理勘查方法
主要指應用物理手段,探測巖土圈層相關信息,確定采空區、斷層位移、磁場變化等可能的災害伴發信息,對地質災害進行提前分析與預測。地球物理勘查礦山地質災害的方法主要包括高密度電阻率法、視電阻率法、瞬變電磁法、淺層地震法等。這些方法是預測潛在礦山地質災害重要技術手段。
3.3 環境化學勘測方法
在礦山地質災害預防過程中,人們也常常使用地球化學勘查方法。例如對礦區環境污染的監測,化學探測方法具有不可替代的優勢。這種方法的應用能夠有效確定污染因素、預測污染趨勢、追溯污染源、劃分污染區,為污染治理方案的制定提供重要的科學依據和技術支持。
4、礦山地質災害的防治措施
綜上所述,礦山地質災害由于時空特點與產生條件各有特點,隨著礦山地質勘查的手段逐步應用,我們應針對上述分類和勘查手段,采取有力的防治措施,才能防止礦山地質災害的發生,有效地減少人員傷亡和財產損失。根據礦山地質災害發生的特點,有些礦山地質災害我們能從主觀上加以預防,有些地質災害由自然誘因引起,我們不可能有效預防,因此我們制定具體的防治手段應包括如措施:
(1) 建立和完善礦山開采前的風險評估與環境評估,并制定環境保護與恢復治理的政策法規和規劃體系。做到開采前嚴格評估,開產中積極防范,開采后積極恢復,把礦山地質環境恢復與土地復懇納入法規,強制推行。
(2) 加強宣傳,普及礦山地質災害防治知識,提高礦山開采人員素質,增強其對地質災害的危機感與警覺性。提高礦山生產過程中全員防災、減災技能與手段,強化礦山地質災害的防、險避險、搶險培訓。
(3) 開發與應用先進的信息化、地球物理勘查手段、地球化學勘查手段,對礦山地質進行嚴密監視,對可能發生的潛在災害施行實時監測、動態監測,建立礦山地質災害監測系統,實現礦山地質與環境生態動態跟蹤與管理體系,避免重大人員財產損失。
(4) 加強礦坑、礦井邊坡設計,進行邊坡監測,堅固擋墻穩固邊坡地質構造,開挖后如果出現開裂變形,及時做地質勘察,并做好預防措施。合理建設尾礦礦壩,形成穩定礦場與尾礦庫,降低滑坡和塌方風險。
(5) 對于坑道開采,在坑道內一定要做好支護,做到邊開采邊支護,防止因礦頂坍塌、冒頂等產生的危害,尤其上方有住戶處要預防引起上部地面開裂,同時做好坑道的排水設計,以防因礦坑涌水造成危害。
(6)加強礦山環境監督與檢查,進行全面、系統的地質環境和地質災害影響評估。對破壞生態環境的小礦、低產能礦場進行堅決關停。對于污染型采礦區,制定科學開采和“三廢”排放方案,減少次生地質災害的發生。進行礦場開采后生態環境恢復治理,對于可回填的廢礦進行積極回填。
(7)對于閉坑礦山地質災害的防治和生態環境恢復,應該及時進行治理和生態恢復工作,全面推進礦山地質災害防治與環境綜合治理,進行復墾,提高土地復墾率,結合生態措施實施礦山生態環境綜合治理示范工程。棄渣場經處理后再敷表土、植草種樹。通過上述地質環境恢復工作,減少水土流失,恢復礦山的生態功能,達到生態恢復和維護人類與環境和諧的目的。
(8)將礦山地質災害防治工作納入政府議事日程和國民經濟發展規劃、計劃,按一定比例安排地質災害防治經費,如建立礦山環境恢復治理、政府資助礦山環保、地質災害調查防治等基金。
(9)在礦山開采區應嚴格禁止私采亂挖和越界開采,減少人為擾動,做好植被保護和水土保持工作,積極推行地質環境恢復方案及措施為防止水土流失、恢復植被和景觀。監督與制止開采棄渣胡亂堆棄和不加處理排放,強制其必須統一堆放到開采境界線以外的礦山棄渣場內。
(10)加大防治工作的資金支持,加強應該礦山等相關企業對礦山地質災害的關注度,預留地質災害調度金,構建地質災害、環境災難補償制和問責制。同時加強生態補償制度,加大懲罰力度,用經濟手段調節災害防治力度。
5、結語
礦山地質災害類型多,引發因素多樣,不同類型的礦山地質災害有著不同的形成機制和表現形式。針對不同礦區的地質環境特點,我們應該選擇適當的礦山開采方案,并進行積極的地質災害勘查方法,做到將災害消滅在萌芽期。綜觀當前對礦山地質災害類型、勘查技術方法和預防措施,查明礦山地質災害特征,預測災害體的發展變化,提出防治措施,為礦山防災減災提出合理建議。
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