陕南地区石煤燃烧砷的迁移转化规律研究

摘要

砷作为I类环境敏感元素,对生态环境和人体健康危害极大,长期暴露在高砷环境中导致的慢性砷中毒对人体健康的危害非常严重,已经引起国际社会的广泛关注。以往燃煤型砷中毒的报道主要集中在我国贵州省西南部的某些地区。但近年来,在陕西南部的安康、汉中等主要使用石煤的地区,发现了数百例砷中毒。陕南的砷中毒程度主要以轻、中度为主,这是我国继黔西南之后,发现的第二个燃煤型砷中毒地区。陕西南部地区石煤燃烧砷中毒情况目前只从流行病学角度进行研究,远没有贵州地区燃烧烟煤、无烟煤研究的深入,针对该地区以燃烧石煤的特殊性所引发的砷中毒,本文从陕南5个自然村石煤砷的含量特征,石煤砷的赋存形态特征,石煤在现场和实验室内燃烧过程中的砷释放规律,石煤砷在环境中的迁移及分布特征方面进行了研究。希望这些工作能对深入了解我国陕南地区石煤燃烧砷中毒的过程和探讨燃煤型砷中毒的防治措施提供一些参考。主要结论有： (1)陕南燃煤型砷中毒病区石煤砷含量平均为117.82mg/kg,与汤万成研究的陕南地区石煤砷含量范围较一致,低于胡运森研究的陕南地区石煤砷1500mg/kg的含量；也低于西南地区报道的煤砷含量,本次研究的四个病区村石煤砷含量均高于流行病学调查认为的可引起砷中毒的35 mg/kg安全值。 (2)陕南燃煤型砷中毒病区石煤砷主要以硫化物结合态形式存在,高砷石煤和低砷对照石煤相比,高砷石煤中硫化物结合态砷含量占总砷含量的75％以上,高于低砷石煤,但低砷石煤残渣态砷含量要高于高砷石煤的残渣态砷；石煤中砷与Fe、Co、V含量呈正相关,还与Ca、Sr呈显著负相关关系。 (3)现场测试石煤砷释放发现,在添加完石煤后,空气中煤砷含量在第3个小时左右的释放达到最大值；室外粉尘、SO2、砷均低于室内的相关浓度；针对空间分布而言,烤火间粉尘、SO2、砷浓度皆最高,与烤火间相通的卧室浓度次之,独立性卧室浓度最低；现场测试燃烧过程中,空气中砷跟粉尘、SO2浓度无相关性,粉尘、SO2浓度极显著相关,r=0.722,P＜0.01。 (4)四个病区自然村的石煤砷的释放率平均为46.81％,其中以紫阳天星村石煤砷释放率最高,达到57.28％,金坪村石煤砷释放率最低为34.42％；石煤中残渣态砷与燃烧释放率成负相关,相关系数为-0.773,P＜0.01。 (5)煤砷对各环境因素的影响中,对空气的影响最大,病区四个自然村室内空气砷浓度均超过国家标准(3μg/m3),其中长沙铺村空气砷浓度最高超过国家标准的12倍多；萝卜,土豆和白菜砷含量病区和对照点均低于国家标准(0.5mg/kg);玉米除金坪村外,其余均低于国家标准(0.7mg/kg),辣椒除天星村和金坪村超过国家标准外,其余病区和对照点均低于国家标准(0.5mg/kg)。 (6)利用TCLP(Toxicity characteristic leaching procedure)试剂对煤及煤渣砷的提取实验表明,煤渣砷的溶出率要高于煤,贵州无烟煤高于陕南石煤。溶出率与水溶态呈正相关关系,相关系数r=0.983,P<0.05：溶出率与硫化物结合态呈正相关关系,相关系数r=0.796,P<0.05。

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论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究进展

1.2.1煤中砷的含量及分布

1.2.2煤中砷的赋存形态研究进展

1.2.3煤中砷的燃烧释放及其影响因素

1.2.4煤及其燃烧产物在环境中的迁移和影响

1.2.5小结

1.3论文内容

1.3.1拟解决的关键问题

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

第二章研究区概况、取样及测试分析方法

2.1研究区地质地理概况

2.1.1地理概况

2.1.2地质概况

2.2样品来源及保存

2.2.1煤及煤渣样品

2.2.2土壤样品

2.2.3食品及水样品

2.2.4空气颗粒样品

2.3测试分析方法

2.3.1煤及煤渣砷含量的测定

2.3.2石煤砷赋存形态的测定

2.3.3煤中多元素的测定

2.3.4石煤燃烧砷释放率测定

2.3.5农产品砷含量的测定

2.3.6水样砷含量的测定

2.3.7空气颗粒样品砷含量测定

2.4质量保证与质量控制

2.4.1标准物质

2.4.2平行样

2.4.3样品空白

2.4.4精度和误差

第三章石煤砷含量及赋存形态研究

3.1石煤砷含量特征

3.1.1样品采集及实验方法

3.1.2.结果分析与讨论

3.2石煤砷赋存形态特征

3.2.1实验方法

3.2.2结果分析与讨论

3.3石煤砷与其他元素的相关关系

3.3.1样品测定方法

3.3.2结果分析与讨论

3.4 小结

第四章石煤燃烧砷的释放规律

4.1农户现场石煤燃烧煤砷的释放规律

4.1.1样品采集与测定

4.1.2结果分析与讨论

4.2室内模拟石煤砷释放规律

4.2.1样品测定方法

4.2.2结果与讨论

4.3石煤砷的赋存形态对释放的影响

4.4煤中多元素与煤砷释放的关系

4.5小结

第五章石煤砷在环境中的迁移及分布特征

5.1石煤砷对各环境因素的影响

5.1.1实验测定方法

5.1.2结果分析与讨论

5.2石煤砷的稳定性分析

5.2.1实验方法

5.2.2结果分析与讨论

5.3煤砷赋存形态对其稳定性的影响

5.3.1煤砷赋存形态与淋溶的关系

5.3.2不同地区石煤砷赋存形态与淋溶关系的比较

5.4小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢