研究生知识库

燃煤型氟中毒区元素氟（F）一直是学术界关注的重要元素，而对燃煤型氟中毒区煤炭及其副产品中有害元素的环境地球化学行为，尤其是煤炭在风化淋滤和燃烧过程中有害元素的迁移特征和赋存形态方面的研究认识还很不足。地处我国三峡库区的巫山县和奉节县，历史上是典型的燃煤型氟中毒区，前期研究只关注煤炭中F元素，对其他有害元素可能产生的环境危害未引起足够重视。事实上，该地区不仅具有高F地质背景，还具有高镉（Cd）和高钼（Mo）的地质背景，对燃煤型氟中毒区Cd等有害元素在地表环境中的分布特征、赋存形态、迁移特征以及潜在环境风险的认识，还知之甚少。因此，本论文以三峡库区燃煤型氟中毒区的巫山县和奉节县作为研究区，系统测量区内的煤炭、土壤、饮用水和农作物等环境样品中有害元素含量，通过逐级提取实验、模拟风化淋滤和燃烧实验查明煤中有害元素的赋存形态和迁移特征，并对研究区域土壤环境质量和健康风险进行评价。主要取得了以下认识：（1）研究区不同类型样品中有害元素含量含量大小依次为：石煤＞矸石＞蜂窝煤＞煤炭。石煤和矸石中有害元素Cd、钼（Mo）、铬（Cr）和锑（Sb）远高于中国煤炭及世界煤炭均值。巫山地区煤炭富集Mo、Cr、Cd。制作蜂窝煤的拌煤粘土中有害元素含量高于蜂窝煤，原煤中有害元素含量最低，蜂窝煤中有害元素主要来源于当地拌煤粘土。（2）三峡库区燃煤型氟中毒区饮用水和灌溉水中F、Cd等有害元素含量处于安全值范围内，居民环境暴露的健康风险较小。建坪地区种植的蔬菜均不同程度的富集有害元素，其中油菜、莴苣、甘蓝显著富集Cd。研究区土壤剖面中，有害元素含量纵向分布受到母岩和人为耕作的影响。土壤在发育的过程中经受了脱硅富铁铝化的过程，有害元素在风化成土过程中吸附于铁铝氧化物中，土壤中有害元素含量高于母岩含量。（3）研究区内不同类型煤炭样品中有害元素赋存状态差异明显，不同元素的赋存状态也不同。Cd通常以硫化物的形式存在；Mo和As通常以碳酸盐结合态和硅酸盐结合态的形式存在于煤矸石和石煤中；Cr在煤矸石和蜂窝煤中主要以硅酸盐结合态和残渣态存在；铊（Tl）通常以有机态形式存在于石煤中，以硫化物结合态存在于煤炭中；Sb的赋存形态因样品类型不同而有较大的差异。（4）风化淋洗模拟实验结果表明，研究区煤炭样品会释放出大量的有害元素，该现象是弱风化样品表层在酸雨的淋洗下溶出的可溶性盐类造成。此外，煤炭中黄铁矿等硫化物在风化淋滤过程中氧化溶解，释放了大量的SO42-和F-，该过程可能会污染当地生态环境，给人体健康带来潜在风险。（5）研究区煤炭和石煤的燃烧会导致Cd、Sb、Cu和Tl等有害元素在飞灰中显著富集，飞灰进入室内空气后可能对人体健康带来潜在危害。石煤燃烧时Cd、Mo、As的释放量主要受到燃烧温度的影响，温度越高，则析出率越高；此外，Cd的燃烧析出率在缺氧的状态下较高。（6）研究区土壤环境质量评价结果显示，巫山县根际土的土壤环境质量为重度污染（PN = 21.0），主要污染元素为Cd、Se、Mo、Cr等元素；奉节地区根际土的土壤质量为轻度污染状态（PN = 1.1），主要污染元素为Cd、As、Cr、Cu。（7）建坪乡居民头发中Mo和Cd的含量高于中国健康人群的正常值范围内，且当地居民尿液中的Cd和Mo有一定程度的富集。研究区域居民的Mo日摄入量和健康风险因子分别为521.21 μg d-1和4.48，环境中的高Mo对居民的健康带来了一定的潜在危害。