当前世界环境

介绍

采矿业对许多国家的经济的贡献是巨大的。采矿业对出口的贡献很大，是人类就业的主要来源之一。采矿业由大规模采矿和手工和小规模采矿(ASM)部门组成。ASM，在加纳语中被称为“galamsey”，在2010年贡献了23%的黄金总产量，超过一百万的加纳人直接依赖它为生(Norgah, 2013)。在全球层面，国际劳工组织(ILO)报告称，全世界约有1300万人直接在小矿山工作，其中大多数在发展中国家(IFC, 2012)。

除了大规模采矿和手工及小规模采矿的经济利益外，这些部门更为人所知的可能是其高昂的环境成本。诸如砍伐森林、破坏农业潜力、土地复垦问题和采矿造成的水污染等环境问题已成为人类头痛的问题。

环境中微量元素的最重要来源是采矿作业。矿石的研磨、浓缩和尾矿的处理以及矿山废水都是环境中微量元素的污染源(Adriano, 1986年)。河流、溪流、沉积物被手工采矿活动产生的微量元素as、as、Fe、Hg、Mn和Pb污染，其值也超过了标准安全水平(Ojo和Oketayo, 2006;Nartey et al.， 2011)。

对各国土壤、植物、水和沉积物中采矿活动引起的微量元素污染进行了大量研究(Pestana等人，1997年)。

虽然铁、铜和锌等金属是必需的微量营养素，但浓度较高时可能对人体和其他生物有害(Kar等人，2008;Nair et al.， 2010)。

这项研究工作的目的是评估手工采矿对加纳四个矿区沉积物和水中某些微量元素污染水平的影响。

材料与方法

研究区域

这项研究是在加纳阿曼西西区(6°28′n 1°53′w)的四个地方(Esaase、Tetrem、Gyeninso和Adobewora)进行的，沿着两条河道- Bonte河和Gyeni河(图1)进行手工采矿作业。抽样程序于2011年5月至2011年7月进行。

抽样与分析

在每个地点的五个不同点随机抽取了五个水和沉积物样本。使用预清洗的酸洗塑料容器收集水面以下的水样本，同时在相同的水采样点收集沉积物样本。选取了无污染记录且从非矿区涌出的河流的源头进行水、沉积物取样分析，作为参考。水和沉积物样本是按照DWAF(1992)描述的标准程序收集的。水样保持冷却途中送到实验室，存放在4号EšC，而沉积物样品则在-18℃下冷冻EšC直到分析。

沉积物样品被允许解冻，然后在30度的循环烤箱中风干EšC，然后用2毫米的筛子进行机械筛分和均质。每种沉积物样品取0.2 g重量称重到聚乙烯薄膜上，包裹并热封。

利用加纳Kwadaso - Kumasi土壤研究所的原子吸收分光光度计，对水和沉积物的消化样品进行了镉(Cd)、铅(Pb)、铁(Fe)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)、汞(Hg)和砷(As)的分析。仪器设置和操作条件按照Motsara和Roy(2008)进行。

采用IAEA 433、IAEA 405、QTM080MS和QTM081MS标准对照品对分析方法的准确度进行评价。

计算及统计资料包

地质成藏指数(I_地理)和富集系数(EF)评价了河流沉积物中微量元素的污染情况。

我的_地理由下式确定(m ller, 1969;Boszke等人.，2004):
Igeo = ln(Cn/1.5 × Bn)
Cn =沉积物中痕量元素的测定浓度。
Bn =微量元素背景值，1.5 =背景矩阵校正系数

地质成藏指数分为7个等级或类;Igeo值< 0，几乎无污染;> 0-1，未污染至中度污染;> 1 - 2级，中度污染;> 2-3，中度和> 5非常严重污染(m ller, 1969)。

参考Buat - Menard and Chesselet(1979)计算富集因子(EF)如下:

Cn——被检元素在被检环境中的含量;
Cref -被检元素在参考环境中的含量;
Bn -被测环境中参考元素的含量;
摘要-参考环境中参考元素的内容。

假定所考虑的参考元素在研究区域的出现变化不大，并且存在的量很小。但是，可以使用高浓度出现的地球化学特征元素，但不得对被测元素产生协同或拮抗作用。Sc, Mn, Al和Fe通常被用作参考元素(Loska等).，1997)。本研究以铁与砷的反应为基础，以锰为参比元素。指数>1.5被认为是人类影响的指示，指数1.5 - 3、3-5、5-10和>10分别被认为是轻微、中度、严重和非常严重变化的证据(Birch和Olmos, 2008)。

各地区沉积物和水样中微量元素的值采用方差分析(ANOVA)和最小显著性差异检验(p≤0.05)，使用GenStat(11)进行均值分离^th版)统计软件包。用同一统计软件包对水中微量元素(金属)与水沉积物进行相关性分析。

结果与讨论

水沉积物中微量元素浓度

表1显示了在加纳Bonte河和Gyeni河沿岸的手工矿区的四个地点(Esaase、Tetrem、Gyeninso和Adobewora)评估的8种微量元素(Cd、Pb、Fe、Zn、Mn、Cu、Hg和As)的沉积物浓度。

沉积物中的镉(Cd)浓度低于最高可接受水平(0.60毫克公斤)¹)(世卫组织，2004年)(表2)在Tetrem (0.35 mg kg)¹)和Adobewora (0.57 mg kg)¹)，吉宁索(0.76 mg kg)¹)和Esaase (0.63 mg kg¹)浓度均高于最大值。利用地质累积指数(I)评价沉积物中Cd的累积程度_地理)表明，这四个研究区域实际上没有受到镉污染(表3)。然而，使用被认为是评估土壤中金属污染程度的有效工具的富集因子(EF) (Franco-Uria)et al。根据Birch和Olmos(2008)的EF分类，Esaase (EF=4.32)和Gyeninso (EF=3.35)沉积物中的Cd污染可以说是来自中度的人类影响，而在Tetrem (EF=2.22)和Adobewora (EF=2.31)，人类影响可能被归类为轻微(表4)。Zhang和Liu(2002)和Birch和Olmos(2008)认为EF值高于1.5的微量元素有很大一部分来自非地壳物质或人类影响。因此，假设这些地方沉积物中的镉污染来自手工金矿开采。Cd在各地区均为主要沉积物污染物，其EF值均大于2 (Han)et al。, 2006)。

沉积物中铅(Pb)浓度(Esaase - 8.10 mg kg)¹， Tetrem - 6.40 mg kg¹，吉宁索- 6.10毫克公斤¹Adobewora - 10.60 mg kg¹)(表1)的含量低于河流沉积物的最高可接受水平(31毫克公斤)¹)(表2)，因此沉积物按I_地理Esaase(2.68)、Tetrem(2.85)、Gyeninso(3.86)和Adobewora(6.15)的EF值均在1.5以上，因此沉积物中Pb浓度的很大一部分可能来自非地壳来源-手工金矿开采。Adobewora的人为影响严重，Gyeninso的人为影响中等，Esaase和Tetrem的人为影响较小(表4)。由于EF值大于2,Pb应被认为是该地区主要的沉积物污染物。

铁(Esaase - 2538 mg kg)的浓度值¹， Tetrem - 3124 mg kg¹，吉宁索- 2684毫克公斤¹Adobewora - 2065 mg kg¹)、锌(Esaase - 17.70 mg kg)¹- 13.80 mg kg¹，吉宁索- 27.90毫克公斤¹Adobewora 14.10 mg kg¹)和Mn (Esaase - 2.96 mg kg)¹， Tetrem - 3.20 mg kg¹，吉宁索- 2.93毫克公斤¹Adobewora - 3.19 mg kg¹)(表1)低于世界卫生组织的可接受限度(表2)_地理(表3)沉积物被划分为铁、锌、锰几乎不受污染。EF值(表4)表明，手工采金对Gyeninso沉积物中铁的影响较小(EF=2.06)，而Esaase(EF=1.31)、Tetrem(EF=1.49)和Adobewora(EF=1.45)沉积物中铁没有人为影响。Esaase(1.70)和Gyeninso(2.60)对沉积物中Zn的影响较小，Tetrem和Adobewura的EF分别为1.23和1.20，没有人为影响。根据Han et al.(2006)的建议，应将EF大于2的吉宁索沉积物中Fe和Zn浓度视为主要沉积物污染物。

铜浓度(Esaase - 92.52 mg kg)¹- 101.15 mg kg¹，吉宁索- 40.12毫克公斤¹Adobewora - 24.28 mg kg¹))，远高于WHO沉积物质量标准(表2)_地理(表3)，沉积物被划分为Cu污染等级(未污染至中度污染/中度污染)。EF值表明，在Esaase (EF=6.08)和Tetrem (EF=6.15)开采对Cu沉积物浓度影响较大，在Gyeninso (EF=2.44)开采影响较小，在Adobewora (EF=1.36)开采对Cu沉积物浓度没有影响(表4)。参考Han et al.(2006)， Cu应被视为Esaase、Tetrem和Gyeninso的主要污染物。

Esaase沉积物汞浓度(18.72 mg kg)¹)， Tetrem(25.56 mg kg¹)、吉宁索(46.60 mg kg)¹)和Adobewora (20.50 mg kg)¹)均远高于WHO沉积物质量标准(表2)_地理分类表明四个地点的沉积物中汞的污染程度(未污染到中度污染/中度污染)(表3)。EF值显示采矿活动对Esaase (EF=1.25)和Adobewora(EF=1.14)的汞沉积物浓度没有影响，但在Tetrem(EF=1.58)和Gyeninso(EF=2.81)的影响较小(表4)。Hg仅在Gyeninso被观察到是主要污染物。

Esaase As沉积物浓度为107.50 mg kg¹)， Tetrem (128.60 mg kg¹)、吉宁索(60.10 mg kg)¹)和Adobewora (49.68 mg kg)¹)(表1)均高于WHO沉积物质量标准(表2)_地理分类(表3)，沉积物被发现受As污染(中度污染/中度至重度污染)。人类对Esaase (EF=2.02)和Tetrem (EF=2.24)沉积物浓度的影响较小，而Gyeninso (EF=1.19)和Adobewora (EF=0.90)没有人类影响(表4)。砷(As)在Esaase和Tetrem被观察到是主要污染物。

手工采金工人经常使用汞从矿石中提取黄金(Donkor等人，2006年)，黄金矿石中砷作为杂质的存在(Eisler, 2004年)以及铜与黄金开采废物的关联(Ferreira Da Silva等人，2004年)可能导致沉积物中元素的高度污染。

水中微量元素浓度

表5显示了四个手工矿区水样中Cd、Pb、Fe、Zn、Mn、Cu、Hg和As的浓度。

4个手工矿区的Cd、Pb、Hg、As水中浓度均高于最高可接受水平0.003。饮用水分别为0.01、0.001、0.01 mg/l(表2)。

镉是一种有毒金属，对人类和水生生物没有代谢益处。它出现在水生生态系统的任何隔间中都表明污染(Opaluwa et al.， 2012)。饮用水中镉含量非常高可能导致呕吐和腹泻，有时死亡，而长期摄入较低水平的镉会导致肾脏损伤和骨骼脆弱(Cleveland, 2008)。

像镉一样，铅在我们体内没有已知的用途，可能对儿童和成人的健康造成永久性损害(King County, 2013)。饮用含铅过量的水的成人和儿童可能分别出现肾脏问题或高血压，并延缓他们的身体或智力发育(美国环保局，2012)。

多年饮用汞含量远远超过最大污染物水平(MCL)的水的人可能会遭受肾脏损害(USEPA, 2012)。

根据美国环境保护局(2013年)的说法，多年饮用含有超过MCL的水可能会导致皮肤损伤或循环系统问题，并有患癌症的风险。据推测，饮用水中的砷间接导致布鲁里溃疡(BU)，这是一种由砷引起的皮肤病溃疡分枝杆菌加纳Amansie West地区的MU感染(Duker等人，2005年)。

这些地区的居民因饮用被这些微量元素污染的水而面临罹患各种疾病的风险。需要格外小心。

除了在Tetrem发现水中的铁浓度(3.595毫克/升)超过饮用水中可接受的最高水平(0.30毫克/升)外，其余地区都低于可接受的最高水平。已知人们饮用1-3毫克/升的铁浓度是可以接受的(世卫组织，1996年)，但是，就特列姆而言，超过3毫克/升的铁浓度可能对人产生负面影响。已知铁含量超过0.3毫克/升会导致衣物染色(Vendrell和Atiles, 2003年)。

研究区域的水中锌、铜和锰的浓度低于可接受的最高水平(表2)，对人体可能不会造成问题。

微量元素(金属)在水中和水中沉淀物

沉积物中微量元素的浓度与水样中微量元素的浓度呈正相关(表6)。在类似情况下，水和沉积物中微量元素的浓度在河流生态系统污染中也存在显著的正相关关系(Casas et al.， 2003);沉积物确实是微量元素的载体和汇(Singh等，2005;Mwamburi, 2003)。

结论

结果表明，沉积物中Cd、Pb、Fe、Zn、Mn的污染程度不明显，但Cu、Hg、As的污染程度不同_地理评估。生态环境指数表明，人类活动对所有地区的沉积物中Cd和Pb的浓度都有影响，而对其余微量元素的浓度只有部分地区受到影响。Praveena et al.(2007)在类似研究中观察到，不同的污染指数使得各地区的沉积物质量状况不同。四个手工采矿点的Cd、Pb、Hg和As水中浓度均高于世界卫生组织饮用水最高可接受水平。这些地区的人们因饮用被这些微量元素污染的水而面临罹患各种疾病的风险。

确认

这组作者感谢位于加纳库马西夸达索的土壤研究所(SRI)使他们的实验室能够分析沉积物和水样。

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