上海市生活垃圾重金屬來(lái)源分析及污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

賈 悅，王 震，夏蘇湘，李曉勇，邢霏霏

（1.上海市環(huán)境工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，上海 200232；2.上海市廢棄物管理處，上海200063）

1 研究方法

1.1 樣品采集及分析

按照CJ/T 313—2009進(jìn)行為期1 a的調(diào)查取樣。2012年5月至2013年4月，對(duì)上海市6個(gè)區(qū)確定的22個(gè)采樣點(diǎn)（居住區(qū)12個(gè)、商業(yè)區(qū)5個(gè)、事業(yè)區(qū)3個(gè)、清掃區(qū)2個(gè)）進(jìn)行4次采集樣品。

考慮上海市垃圾特性，廚余類、紙類、橡塑類、紡織類、木竹類5類組分占到垃圾95%以上，本研究通過(guò)統(tǒng)計(jì)這5類關(guān)鍵組分重金屬含量，進(jìn)而換算垃圾重金屬量。每次采用“圓錐四分法”采集超過(guò)100 kg垃圾量進(jìn)行稱量，并組分分揀及稱量，取約1 kg關(guān)鍵組分（5類）樣品獨(dú)立包裝帶回實(shí)驗(yàn)室，依次進(jìn)行烘干含水率測(cè)定、粉碎研磨（粒徑0.5 mm以下）、前處理及分析測(cè)試。具體前處理及分析方法見(jiàn)表1。

表1 前處理及分析方法依據(jù)

1.2 材料與設(shè)備

磅秤、樣品采集車(chē)輛、分析天平、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、研磨儀（研磨系統(tǒng)）、微波消解儀、ICP6000電感耦合等離子發(fā)散光譜儀、原子熒光儀。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬來(lái)源分析

通過(guò)單組分樣品測(cè)定的重金屬數(shù)值，并結(jié)合各成分及其含水率數(shù)據(jù)，最終換算垃圾濕基重金屬量，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 生活垃圾重金屬含量（濕基） mg/kg

2.1.1 單組分重金屬含量分析

各組分均不同程度地含有一定量重金屬，具體結(jié)果見(jiàn)表3。重金屬在各組分中分布特征分別如下。①Cr：廚余類＞橡塑類＞紡織類＞紙類＞木竹類，其中廚余類Cr含量顯著較高（P＜0.05），為最低含量的3倍多；②Cd：橡塑類＞紡織類＞廚余類＞木竹類＞紙類，橡塑類Cd含量顯著較高為最低含量的2倍多；③Hg：均值為0.378～0.535 mg/kg，方差分析各組分Hg含量無(wú)顯著差異（P＞0.05），說(shuō)明Hg在各組分中分布較均勻；④As：廚余類＞橡塑類＞紡織類＞木竹類＞紙類，廚余類As含量顯著較高，為最低含量的2倍多；⑤Pb：橡塑類＞紡織類＞廚余類＞紙類＞木竹類，其中橡塑類Pb含量顯著最高，為紡織類近3倍?？傮w而言，除Hg外，Cd、Cr、Pb、As在各組分含量存在顯著差異。廚余類Cr、As含量最高，橡塑類Pb、Cd含量最高，此外紡織類Pb、Cr、Cd含量并不低，尤其Pb含量為最低值4.5倍。

2.1.2 單組分重金屬貢獻(xiàn)分析

與組分構(gòu)成規(guī)律一致，橡塑類、廚余類、紙類同樣是構(gòu)成垃圾重金屬的主體，即為重金屬的關(guān)鍵來(lái)源，單組分重金屬貢獻(xiàn)比值見(jiàn)圖1?？傮w規(guī)律為：①?gòu)N余類對(duì)Cd、Cr、Hg、As的貢獻(xiàn)顯著最高（45%左右），對(duì)Pb貢獻(xiàn)（37%）也僅次于橡塑類；②橡塑類Pb含量波動(dòng)大，最大值高達(dá)約750 mg/kg，對(duì)Pb貢獻(xiàn)最高（45%），對(duì)其他重金屬貢獻(xiàn)31%～34%；③紙類對(duì)重金屬貢獻(xiàn)在10%～15%，而紡織類、木竹類對(duì)重金屬貢獻(xiàn)較小，合計(jì)低于10%。

由此可見(jiàn)，要控制垃圾重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)鍵還是從廚余、塑料產(chǎn)生量及有效處置著手。同時(shí)Pb在橡塑類成分含量及對(duì)垃圾貢獻(xiàn)比例均處于較高水平，預(yù)防垃圾Pb污染，關(guān)鍵在于橡塑類。此外，盡管紙類單組分重金屬含量并不高，但對(duì)垃圾重金屬貢獻(xiàn)占10%～15%，不容忽視。

2.1.3 產(chǎn)生源重金屬分析

各產(chǎn)生源因功能不同，其垃圾中重金屬含量會(huì)有所差異。本研究結(jié)果表明（表4），各產(chǎn)生源重金屬含量之間存在差異，但統(tǒng)計(jì)分析顯示As、Cd、Cr、Pb差異不顯著（P＞0.05），Hg差異顯著（P＜0.05）。Hg含量由高到低順序是，事業(yè)區(qū)＞居住區(qū)=清掃區(qū)＞商業(yè)區(qū)，其中事業(yè)區(qū)Hg含量顯著最高，為其他各產(chǎn)生源的1.5～2.0倍。該結(jié)論與李曉勇等［1］得出的“商業(yè)垃圾各重金屬含量最高”有所不同，究其原因可能與調(diào)查年份、樣本量不同有關(guān)。關(guān)于產(chǎn)生源重金屬分布規(guī)律，還需對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤和調(diào)查。

表3 單組分重金屬含量（干基） mg/kg

2.2 重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)生活垃圾的重金屬元素污染程度尚無(wú)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。由于采用填埋、堆肥法處理生活垃圾時(shí)，土壤是垃圾的最大容納者和主要危害對(duì)象，且我國(guó)生活垃圾焚燒入爐垃圾缺少重金屬含量的控制性要求，因此這里將重金屬元素的測(cè)試結(jié)果與上海市土壤背景值（上海市環(huán)境科學(xué)院，1991年）、GB 15618—1995土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、GB 8172—1987城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，以確定垃圾重金屬對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。

本研究采用單因子污染指數(shù)法與內(nèi)梅羅指數(shù)法［2］，由內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)確定重金屬元素的污染水平，單項(xiàng)污染指數(shù)確定主要污染重金屬元素情況。

2.2.1 產(chǎn)生源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

參照GB 15618—1995中的II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同產(chǎn)生源重金屬元素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果具體見(jiàn)表5。研究結(jié)果表明：不同產(chǎn)生源重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)，且處于“輕污染”等級(jí)；主要特征污染物為Cd，均超出標(biāo)準(zhǔn)限制（0.30 mg/kg）42%。同時(shí)，事業(yè)區(qū)存在Hg元素污染風(fēng)險(xiǎn)，超出標(biāo)準(zhǔn)限值（0.50 mg/kg） 29%。

圖1 單組分重金屬貢獻(xiàn)分析（濕基）

表4 不同產(chǎn)生源重金屬類比分析（干基） mg/kg

表5 產(chǎn)生源重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.2 全市風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

如表6所示，Cd、Hg、Pb是全市生活垃圾特征污染物。與各標(biāo)準(zhǔn)相比：①GB 15618—1995中的II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值水平上，全市處于“輕污染”水平，Cd為特征污染物，其超出標(biāo)準(zhǔn)限值的39%；②與上海市土壤背景值相比，處于“重污染”水平，Cd、Hg、Pb超過(guò)限值，尤其是Hg、Cd分別超出限值的373%、215%；③GB 8172—1987限值水平上，含量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

另一方面，《城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)》是于1987年制定的，時(shí)間較久遠(yuǎn)，其標(biāo)準(zhǔn)限制可能超出當(dāng)下污染嚴(yán)重的土壤承受能力，因此為了減少風(fēng)險(xiǎn)，建議上海市實(shí)施堆肥的前提是源頭分類，并提高分類效果。否則堆肥后土地利用的風(fēng)險(xiǎn)仍然較大。

表6 全市生活垃圾重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

1）生活垃圾單組分重金屬元素含量除Hg外，Cd、Cr、Pb、As存在顯著差異。其中，廚余類Cr、As含量最高，橡塑類Pb、Cd含量最高；橡塑類、廚余類、紙類為重金屬的關(guān)鍵來(lái)源，廚余類對(duì)垃圾重金屬貢獻(xiàn)基本約45%，而橡塑類貢獻(xiàn)基本為31%～34%，且對(duì)Pb貢獻(xiàn)最高（45%）；重金屬Hg主要來(lái)自事業(yè)區(qū)，而其他重金屬元素在各產(chǎn)生源中無(wú)差異。

2）重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，不同功能區(qū)污染風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)且處于輕度污染水平，特征污染物為Cd，同時(shí)事業(yè)區(qū)Hg污染也不容忽視，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注“事業(yè)區(qū)”的垃圾性質(zhì)；參照不同標(biāo)準(zhǔn)，全市生活垃圾具有不同程度的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，且Cd、Hg、Pb為全市生活垃圾特征污染物，為降低污染風(fēng)險(xiǎn)，生活垃圾不可進(jìn)行簡(jiǎn)易填埋或堆放。

［1］李曉勇，胡雨燕，夏蘇湘，等.上海市生活垃圾重金屬污染特征分析［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2013，21（5）：22-24.

［2］林建偉，王里奧，趙建夫，等.三峽庫(kù)區(qū)生活垃圾的重金屬污染程度評(píng)價(jià)［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2005，14（1）：104-108.