生活垃圾焚燒發電廠煙塵中重金屬沉降對土壤環境影響評價方法探討

徐 瑋，李 燕，李 敏

(貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081)

0 前言

根據《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》［1］，生活垃圾處理技術的選擇，應本著因地制宜的原則，堅持資源化優先，選擇安全可靠、先進環保、省地節能、經濟適用的處理技術。東部地區、經濟發達地區和土地資源短缺、人口基數大的城市，要減少原生生活垃圾填埋量，優先采用焚燒處理技術;其他具備條件的地區，可通過區域共建共享等方式采用焚燒處理技術。

目前建成和在建的垃圾焚燒廠，總數超過160座，“十二五”期間規劃的垃圾焚燒廠超過200座，到“十二五”末總數將超過300座［1］。生活垃圾焚燒過程產生的副產物所導致的二次污染也逐漸受到關注。其中，生活垃圾焚燒煙氣中的特征污染物——重金屬，如果不作適當合理的處理，又隨煙塵沉降進入土壤，可能導致土壤污染。

土壤重金屬污染會引起土壤組成、結構和功能發生變化，微生物活動受到抑制，有害物質或分解產物在土壤中逐漸積累，通過“土壤→植物→人體”或“土壤→水→人體”間接被人吸收，危害人體健康［2］。從20世紀六七十年代以來，土壤中重金屬污染評價已成為全球研究的主題之一［3］。本文結合生活垃圾焚燒發電廠項目，探討垃圾焚燒過程產生的煙塵中重金屬沉降對土壤環境影響。

1 項目概況

項目日焚燒垃圾為700 t，即是2臺處理能力為350 t/d的焚燒爐(國產二段式機械爐排爐)及余熱鍋爐(單臺蒸發量27.8 t/h)，12 MW 汽輪發電機組，年發電量 77.28 ×106kwh/a。

焚燒尾氣的處理采用“SNCR+旋轉霧化(石灰漿)半干法+活性炭噴射+袋式除塵器”的組合方式，類比國內生活垃圾焚燒廠的竣工環境保護驗收監測報告［4］，凈化后廢氣能達《生活垃圾焚燒污染控制標準》(征求意見稿)要求，垃圾焚燒爐煙氣中 Hg、Cd、Pb的排放濃度分別為0.05 mg/Nm3、0.05 mg/Nm3、1.0 mg/Nm3，由引風機送入高80 m的煙囪排入大氣。

2 土壤影響評價

該生活垃圾焚燒發電項目在生產過程中，生產和生活污水均不外排，固體廢物爐渣綜合利用，飛灰固化，因此，在焚燒過程中排放的含重金屬煙塵沉降是可能引起土壤重金屬污染的主要途徑，含重金屬的煙塵隨煙氣進入空氣，隨大氣擴散、遷移，重金屬通過自然降水和自然沉降進入土壤。

2.1 土壤重金屬污染預測

本項目涉及的重金屬中主要為Hg、Cd、Pb，因此，僅對此三種污染物進行預測評價。

2.2.1 預測模式

土壤重金屬污染預測采用土壤污染累計模式［5］:

式中:W:污染物在土壤中的年累計量，mg/kg;

B:區域土壤背景值，mg/kg;

R:污染物的年輸入量，mg/kg;

K:污染物在土壤中的殘留率，%。

N年后，污染物在土壤中的累積量以下式計算:

公式(1)、(2)中的R包括了兩部分輸入量，即自然輸入量和本廠排放的輸入量［6］。土壤中自然背景值是自然輸入量與自然淋溶遷移量的動態平衡，當自然輸入量等于自然淋溶遷移量時，土壤背景值不衰減，B值不變，因此，R只考慮本廠排放的輸入量時應扣除自然輸入量這一部分，此時自然輸入量等于自然淋溶遷移量，土壤背景值B不變。公式(2)可修改為:

其中:R'為本廠排放污染物的年輸入量。

2.2.2 參數的確定

計算污染物在土壤中的累積量需確定以下兩個參數:污染物在土壤中的殘留率K和本廠排放污染物的年輸入量R'。

(1)污染物在土壤中的殘留率K的確定

土壤Hg、Cd、Pb殘留系數K的取值對預測結果的影響是較大的。在不同區域，土壤特性各異，K值也完全不同。為獲取較精確的K值，不同區域應根據小區和盆栽試驗力求準確地求取K值。然而對于本項目而言，評價范圍25 km2內的土壤性能及環境特征變化很大，要想逐段獲取切合于實際的精確的K值，對于環評工作而言是不現實的。據研究［7］，一般重金屬在土壤中不易被自然淋溶遷移，殘留率一般在90%左右。故本次預測取K=0.9。

(2)重金屬的年輸入量R'的確定

顆粒物的沉降分為干沉降和濕沉降。一般來說，大氣中顆粒物沉降量濕沉降約為80～90%，干沉降只占10% ～20%［7］。

R'包括干沉降量和濕沉降量兩部分，由于本項目焚燒爐排放的煙塵采用LPPW型長袋脈噴袋除塵器除塵，粒度較細，受重力作用沉降的顆粒物較少，絕大部分顆粒物沉降主要以濕沉降為主，因此本次預測計算以干沉降占10%，濕沉降占90%計。假設本廠排放的含重金屬煙塵干沉降累積量為Q，則有:

單位質量土壤的重金屬干沉降累積量Q可以根據單位面積的干沉降通量計算得出。干沉降通量是指單位時間內通過單位面積的污染物量，單位為mg/m2·S。預測點的地面濃度與粒子沉降速率V的乘積即為該點重金屬干沉降通量。干沉降通量除以該質量M即為單位質量土壤的重金屬干沉降累積量Q，則有:

式中:Ci年:預測點的年均地面濃度;

V:粒子沉降速率;

M:研究［8］表明，在污染土壤中，重金屬進入土壤后，由于土壤對它們的固定作用，不易向下遷移，多數集中分布在表層。因此可以取單位面積(1 m2)、厚20 cm表層土壤計算其質量M(土壤密度取 1.33 g/cm3);

濟陽縣曲堤鎮白莊的宋慶亮經理是當地黃瓜種植大戶，自己承包了3個大棚種植黃瓜，看著長勢喜人的黃瓜，宋慶亮笑著說：“看現在的黃瓜生長狀況，和去年相差無幾，但是用魯西牌液體肥的這個棚就不一樣，這個棚里的苗出的比較齊，顏色也烏黑發亮，比之前用過的任何肥料效果都要好，而且魯西液體肥省時省工，綠色環保，肥效期長，能夠滿足黃瓜生長周期的需要。”

預測點的地面濃度Ci年與粒子沉降速率V的計算方法分別如下:

根據采用導則推薦的AERMOD模式系統進行預測。選取本地區的主導風向的上下風向的居民點洋坪、薛家壩來進行預測，各重金屬地面年平均濃度見表1。

表1洋坪、薛家壩的各重金屬地面年平均濃度

干沉降粒子的沉降速度可應用斯托克斯定律求出［7］:

式中:V:表示沉降速度，cm/s;

g:重力加速度，cm/s2;

d:粒子直徑(直徑取 0.1μm)，cm;

η:空氣的粘度，Pa·S(20℃時空氣粘度為1.81 ×10－4Pa·s)。

垃圾焚燒爐煙氣中微小粒徑的粉塵比較多且輕，粒徑30μm以下的粉塵占50% ～60%［9］，本項目焚燒爐排放的煙塵采用LPPW型長袋脈噴袋除塵器除塵，對于大于0.1μm的微粒捕集效率可達99%以上。

2.2 土壤 Hg、Cd、Pb沉降預測結果

通過上述方法預測計算得出本項目投產5年、10年、30年后的Hg、Cd、Pb輸入量與背景值疊加后的結果，結果見表2。

表2 各預測點的土壤N年影響預測濃度 mg/kg

從表2可以看出，在正常排放情況下，本項目投產5年、10年、30年后，Hg、Cd、Pb在各預測點土壤中的累積量均未出現超土壤環境質量標準(GB 15618—1995)二級標準的情況，約為標準值的10.37% ～20.35%，說明該項目營運后，Hg、Cd、Pb對土壤環境影響不大。

3 小結

綜上所述，城市生活垃圾焚燒發電項目在污染防治措施長期穩定達標排放的前提下，排放的含有Hg、Cd、Pb的煙塵對土壤環境的累積作用在可接受范圍內。

如需較精確地預測評價城市生活垃圾焚燒發電項目對周圍土壤的 Hg、Cd、Pb污染，需合理確定Hg、Cd、Pb 沉降速度，開展 Hg、Cd、Pb 沉降分布規律的研究和合理地確定K值。

［1］國務院辦公廳.“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃［EB/OL］.(2012－04－19)［2013－03－04］.http://www.gov.cn/zwgk/2012 －05/04/content_2129302.htm.

［2］俄勝哲，楊思存，崔云玲，等.我國土壤重金屬污染現狀及生物修復技術研究進展［J］.安徽農業科學.2009，37(19):9104－9106.

［3］郭笑笑，劉叢強，朱兆洲，等.土壤重金屬污染評價方法［J］.生態學雜志，2011，30(5):889 －896.

［4］江蘇省環境監測中心.常州市武進區生活垃圾焚燒發電項目二期擴建工程項目竣工環境保護驗收監測報告［R］.2011.

［5］國家環境保護局監督管理司.中國環境影響評價培訓教材［M］.北京:化學工業出版，2000:323－324.

［6］趙珂.大氣降塵對土壤重金屬累積量估算方法探討——以重慶市綦江縣永新冶煉廠為例［J］.環境科學與管理，2007，32(11):55 －58.

［7］王曉蓉.環境化學［M］.南京:南京大學出版社，1993.

［8］夏增祿，李森照，穆從如.北京地區重金屬在土壤中的縱向分布和遷移［J］.環境科學學報，1985，5(1):105－112.

［9］鄧輝鵬.垃圾焚燒爐袋式除塵器的設計和選型［J］.華電技術，2010，32(11):72 －75.