当前世界环境

介绍

矿业对许多国家的经济贡献巨大。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两部分组成。在加纳的说法中，ASM被称为“galamsey”，它贡献了2010年总黄金产量的23%，超过100万加纳人直接依靠它谋生(Norgah, 2013)。在全球一级，国际劳工组织(ILO)报告称，全世界约有1300万人直接在小煤矿工作，其中大多数在发展中国家(IFC, 2012)。

除了大规模采矿和手工和小规模采矿的经济利益外，这些部门可能更出名的是它们的高环境成本。森林砍伐、农业潜力被破坏、土地开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。

环境中微量元素最重要的来源是采矿作业。磨矿、矿石浓缩和尾矿处置以及矿山废水是环境中微量元素的污染源(Adriano, 1986)。河流、溪流和沉积物被手工采矿活动中产生的as、Fe、Hg、Mn和Pb等微量元素污染，其值也被发现超过标准安全水平(Ojo和Oketayo, 2006年;Nartey等人，2011)。

在不同国家的土壤、植物、水和沉积物中，已经进行了大量的微量元素污染研究(Pestana等人，1997年)。

虽然铁、铜和锌等金属是必需的微量营养素，但它们在浓度较高时可能对人类和其他生物有害(Kar etal .， 2008;Nair等，2010)。

这项研究工作的目的是评估手工采矿对加纳四个采矿地点沉积物和水中一些微量元素污染水平的影响。

材料和方法

研究区域

该研究在加纳Amansie西区(6°28′n 1°53′w)的四个地点(Esaase、Tetrem、Gyeninso和Adobewora)进行，沿着两条河道——Bonte和Gyeni河(图1)进行手工采矿作业。取样程序于2011年5月至2011年7月进行。

采样和分析

在每个地点的五个不同地点随机抽取五个水和沉积物样本。使用预先清洗过的酸洗塑料容器采集水面以下的水样本，同时在相同的水样采样点采集沉积物样本。选取无污染记录、流经非矿区的河流源头的水、沉积物样品进行分析，作为参考。水和沉积物样品是按照DWAF(1992)所描述的标准程序采集的。水样保持冷却途中4 .送到实验室保存ëC，而沉积物样品保存在-18冷冻ë直到分析C。

沉淀物样品解冻，然后在循环烘箱中以30℃风干ëC和其后用2毫米筛机械筛和均质。将每个沉淀物样本称重0.2 g，放在聚乙烯薄膜上，包裹并热封。

加纳Kwadaso - Kumasi土壤研究所使用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。根据Motsara和Roy(2008)的规定，进行了仪器设置和操作条件。

采用IAEA 433、IAEA 405、QTM080MS和QTM081MS标准物质对分析方法的准确性进行了评价。

计算和统计软件包

地质聚集指数(I_地理)和富集因子(Enrichment Factor, EF)对河流沉积物中微量元素的污染进行了评价。

我的_地理由下列公式确定(Müller, 1969;Boszke等.，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 =背景矩阵校正因子

地质聚集指数分为7个等级或级别;Igeo值< 0，实际未受污染;> 0-1，未污染至中度污染;> 1 - 2，中度污染;> 2-3为中度污染，> 5为重度污染(Müller, 1969)。

富集系数(EF)参照Buat - Menard and Chesselet(1979)计算如下:

Cn -被检测环境中被检测元素的含量，
Cref -参考环境中被检测元素的含量，
Bn -检查环境中参考元素的含量，
参考环境中参考元素的内容。

假定所考虑的参考元素在发生上应该有很小的变化，并且在研究区域内存在的数量非常少。但是，可以使用高浓度的地球化学特征元素，但对所检测元素不应有协同或拮抗作用。Sc、Mn、Al和Fe已被普遍用作参考元素(Loska等.，1997)。本研究以铁与砷的反应为基础，以锰为参比元素。EF值>1.5被认为是人类影响的证据，EF值1.5 - 3、3-5、5-10和>10分别被认为是轻微、中度、严重和非常严重改变的证据(Birch和Olmos, 2008)。

采用GenStat(11 .; 05)对各地区沉积物和水样中的微量元素进行方差分析(ANOVA)和最小显著差异检验(p≤0.05)，进行均数分离^th版)统计软件包。用相同的统计软件包对水体中微量元素(金属)与水体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显示了加纳Bonte和Gyeni河沿岸手工矿区四个地点(Esaase、Tetrem、Gyeninso和Adobewora)的沉积物中8种微量元素(Cd、Pb、Fe、Zn、Mn、Cu、Hg和As)的浓度。

沉积物中镉(Cd)含量低于最大可接受水平(0.60 mg kg)^－1)(世卫组织，2004年)(表2)(0.35 mg kg^－1)和Adobewora (0.57 mg kg^－1(0.76 mg kg)^－1)和伊萨斯(0.63 mg kg .)^－1)的浓度高于最大值。利用地质堆积指数(I_地理)表明，这四个研究领域实际上未受Cd污染(表3)。然而，使用富集因子(EF)，被认为是评估土壤中金属污染程度的有效工具(法国-尿et al。, 2009)和EF分类由桦木和张艺泷(2008),Cd在沉积物的污染Esaase (EF = 4.32)和Gyeninso (EF = 3.35)可能是说来自温和的人类影响,同时Tetrem (EF = 2.22)和Adobewora (EF = 2.31)人类的影响可能是归类为小(表4)。张和刘(2002),Birch和Olmos(2008)认为EF值在1.5以上的微量元素有很大一部分来自非地壳物质或人类影响，因此推测该地区沉积物中的Cd污染来自手工采金。Cd的EF值均大于2(汉)，应作为各地区的主要沉积物污染物et al。, 2006)。

沉积物中铅(Pb)的浓度为8.10 mg kg^－1、Tetrem - 6.40 mg kg^－1、鸡精- 6.10 mg kg^－1和Adobewora - 10.60 mg kg^－1)(表1)的含量低于河流沉积物可接受的最高水平(31毫克公斤)^－1)(表2)，因此根据I_地理Esaase(2.68)、Tetrem(2.85)、Gyeninso(3.86)和Adobewora(6.15)的EF值都在1.5以上，因此沉积物中铅浓度的很大一部分可能来自非地壳来源——手工金矿。人类活动对Adobewora的影响是严重的，在Gyeninso是中度的，在Esaase和Tetrem是轻微的(表4)。Pb应该被认为是该地区的主要沉积物污染物，因为EF值大于2。

测定了铁(伊萨斯- 2538 mg kg)的浓度^－1， Tetrem - 3124 mg kg^－1，鸡宁索- 2684 mg kg^－1和Adobewora - 2065毫克公斤^－1)、锌(依萨斯- 17.70 mg kg^－1， Tetrem - 13.80 mg kg^－1， 27.90 mg kg^－1和Adobewora - 14.10 mg kg^－1)和Mn (Esaase - 2.96 mg kg^－1， Tetrem - 3.20 mg kg^－1、鸡精- 2.93 mg kg^－1和Adobewora - 3.19 mg kg^－1)的含量(表1)低于世界卫生组织的可接受限值(表2)_地理(表3)沉积物被划分为实际未受铁、锌、锰污染的沉积物。EF值(表4)表明，手工采金对Gyeninso沉积物中的Fe的人为影响较小(EF=2.06)，而Esaase(EF=1.31)、Tetrem(EF=1.49)和Adobewora(EF=1.45)的沉积物没有人为影响。Esaase(1.70)和Gyeninso(2.60)处Zn的EF值显示人为对沉积物中Zn浓度的影响较小，Tetrem和Adobewura处Zn的EF值分别为1.23和1.20，没有人为的影响。根据Han et al.(2006)的建议，应将EF值大于2的Gyeninso沉积物中的Fe和Zn浓度视为主要沉积物污染物。

铜浓度(伊萨斯- 92.52 mg kg^－1， Tetrem - 101.15 mg kg^－1，鸡宁素- 40.12 mg kg^－1Adobewora - 24.28 mg kg^－1））在沉积物中（表1）远高于世卫组织沉积物质量标准（表2）。基于我_地理(表3)，沉积物被铜污染(未污染到中度污染/中度污染)。EF值显示严重影响矿山的Esaase (EF = 6.08)和Tetrem (EF = 6.15),轻微的影响矿业Gyeninso (EF = 2.44)和不影响矿业的Adobewora (EF = 1.36)的铜沉积物浓度(表4)。关于汉et al .(2006),铜应被视为一个主要污染物在Esaase Tetrem Gyeninso。

伊萨斯的沉积物汞浓度(18.72 mg kg^－1)、Tetrem(25.56 mg kg^－1)、鸡精(46.60毫克/公斤)^－1)和Adobewora (20.50 mg kg^－1)均远高于世界卫生组织的沉积物质量标准(表2)_地理分类表明四个地点的沉积物中汞受到污染(从未污染到中度污染/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，在Tetrem(EF=1.58)和Gyeninso(EF=2.81)观测到的影响较小(表4)。汞仅在Gyeninso观测到是一种主要污染物。

As在Esaase时的沉积浓度为107.50 mg kg^－1)、Tetrem (128.60 mg kg^－1)、鸡精(60.10 mg kg^－1)和Adobewora (49.68 mg kg^－1)(表1)高于世界卫生组织沉积物质量标准(表2)_地理分类(表3)，沉积物被As污染(中度污染/中度至强污染)。根据EF测量，人类活动对As沉积物浓度的影响表明，在Esaase (EF=2.02)和Tetrem (EF=2.24)有轻微的人类活动影响，而在Gyeninso (EF=1.19)和Adobewora (EF=0.90)没有人类活动影响(表4)。在Esaase和Tetrem观测到砷(As)是主要污染物。

Hg的频繁使用手工黄金矿工从矿石中提取金(Donkor et al ., 2006),在金矿石作为杂质的发生(艾斯勒,2004)和铜与黄金矿业废物(费雷拉Da Silva et al ., 2004)可能导致沉积物中元素的高污染。

水中微量元素浓度

表5为4个人工采矿区水样中Cd、Pb、Fe、Zn、Mn、Cu、Hg、As的含量。

4个人工采矿区水体中Cd、Pb、Hg和As的浓度均在可接受的最高水平0.003以上。分别为0.01、0.001和0.01 mg/l(表2)。

镉是一种有毒金属，对人体和水生生物没有代谢益处。它存在于水生生态系统的任何隔间都表明受到了污染(Opaluwa et al.， 2012)。饮用水中Cd含量很高可能会导致呕吐和腹泻，有时甚至死亡，而长期摄入低水平的Cd会导致肾脏损伤和骨骼脆弱(克利夫兰，2008)。

铅类Cd在我们的身体中没有已知的用途，可能会对儿童和成人的健康造成永久性损害(金县，2013年)。饮用过量含铅水的成年人和儿童分别可能会出现肾脏问题或高血压，并延缓他们的身体或智力发育(USEPA, 2012)。

长期饮用汞含量超过最大污染水平(MCL)的水的人可能会遭受肾脏损害(美国环保局，2012年)。

根据美国环保局(2013年)的数据，多年来，饮用水中含有的As以及过量的MCL可能会导致皮肤损伤或循环系统问题，以及患癌症的风险。据推测，饮用水中的砷间接导致布鲁里溃疡(BU)，这是一种皮肤病溃疡分枝杆菌(MU)感染加纳Amansie西区(Duker et al.， 2005)。

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

除了在Tetrem发现水中的Fe浓度(3.595mg/l)高于饮用水中可接受的最高水平(0.30 mg/l)外，其他地方都低于可接受的最高水平。众所周知，人们可以接受1-3毫克/升的铁浓度(卫生组织，1996年)，但是，如Tetrem的情况，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)。

研究区水中Zn、Cu和Mn的浓度低于可接受的水中最高水平(表2)，可能对人类没有问题。

跟踪元素之间的相关性（金属)在水中和水中的沉淀物

沉积物中微量元素的浓度被发现在水样与浓度呈正相关(表6)。在类似的情况下微量元素浓度的海水和沉积物中被发现有显著的正相关关系在河流生态系统的污染(卡萨斯et al ., 2003);沉积物确实充当了微量元素的载体和汇(Singh et al.， 2005;Mwamburi, 2003)。

结论

结果表明，沉积物未受到Cd、Pb、Fe、Zn、Mn的实际污染，但受到Cu、Hg、As的不同程度污染_地理评估。结果表明，人类活动对沉积物中所有区域的镉、铅浓度均有影响，而对其他微量元素仅对部分区域有影响。正如Praveena et al.(2007)所观察到的那样，不同的污染指数反映了不同地区的沉积物质量状况。4个手工采矿地的Cd、Pb、Hg和As水浓度均高于世界卫生组织饮用水可接受的最高水平。这些地区的人们饮用被这些微量元素污染的水，面临着患上各种疾病的风险。

确认

作者感谢加纳库马西市夸达索土壤研究所(SRI)为沉积物和水样的分析提供了实验室。

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