付 康，張 涵，廖 鐳

(西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和居民生活水平的大幅提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量與日俱增，城市生活垃圾的污染問題正在變得日益突出。目前，國內(nèi)城市生活垃圾的處理方式主要有垃圾填埋、垃圾焚燒和垃圾堆肥3種。其中，垃圾填埋具有適用范圍廣、技術(shù)較成熟、操作管理簡單、處理量大、投資和運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，是當(dāng)前國內(nèi)主要的垃圾處理方式之一[1-3]。

本文以瀘州市某非正規(guī)垃圾填埋場為例，通過對填埋場場地土壤進(jìn)行調(diào)查取樣、土壤污染物檢測分析，確定場地主要土壤污染物、污染程度及污染分布狀況。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合填埋場場地特征和未來土地規(guī)劃，制定出一套場地污染治理修復(fù)方案，并為類似的非正規(guī)垃圾填埋場土壤修復(fù)項(xiàng)目提供參考。

1 場地概況

1.1 場區(qū)基本概況

該非正規(guī)垃圾填埋場位于四川省瀘州市北部、瀘縣東北部，處于四川和重慶兩地交界地段。場地多年年平均氣溫 17.8 ℃，降水量 1 065.4 mm，日照時(shí)數(shù) 1 397.8 h，無霜期 343 d，相對濕度 84%。填埋場場區(qū)位于長江水系北部支流馬溪河上游區(qū)，整體呈南北走向[4]。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該垃圾填埋場場地周邊主要分布有居民、小學(xué)、農(nóng)田等敏感點(diǎn)，并分布有采石場、煤礦場和礦石廠等場地。場地處基巖巖性主要為侏羅系紅色、暗紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾中細(xì)粒砂巖，上層泥巖風(fēng)化較嚴(yán)重，其發(fā)育深度一般為20～50 m，向深部風(fēng)化裂隙漸行消失。通過場地鉆井發(fā)現(xiàn)，場地地下水穩(wěn)定水位埋深約70 m。

長期以來，當(dāng)?shù)鼐用窭闷涞匦螚l件，將未分類、預(yù)處理的生活垃圾就地堆放、填埋于此。2016后開始對該非正規(guī)垃圾填埋場開展治理工作，對填埋垃圾進(jìn)行挖掘焚燒處理。雖然目前填埋場內(nèi)垃圾已經(jīng)被清理，但通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，場地內(nèi)存在土壤污染現(xiàn)象：1）在低洼填埋區(qū)，表層土被挖掘清理后，表層土中仍存在大量滲濾液，顏色發(fā)黑、烏臭、濃度較高；2）在坡面填埋區(qū)，雖然挖掘清理了地表垃圾層，但部分垃圾已深入土壤層，深處土壤存在垃圾的臭味。

1.2 填埋場垃圾來源及滲濾液水質(zhì)特征

該地區(qū)生活垃圾的主要組分為廚余、包裝紙、衛(wèi)生紙、橡塑和灰土等（詳見表1）。生活垃圾填埋場污染物主要包括：氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、COD、高錳酸鹽指數(shù)、總硬度、氯化物、鐵、錳、揮發(fā)酚等；此外還含有重金屬、細(xì)菌類污染、苯系物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、二惡英等。

垃圾滲濾液水質(zhì)有機(jī)物成分復(fù)雜、重金屬、持久性有機(jī)物含量高。垃圾中的有機(jī)物隨著填埋時(shí)間增長，發(fā)酵產(chǎn)生的滲濾液中有機(jī)物大概有至少九十種，包括較小分子量的脂肪酸，分子量適中的黃霉酸以及較大分子量的碳水化合物等[5]。此外，生活垃圾中的廚余、包裝紙、衛(wèi)生紙、橡塑等組分含有苯系物、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、二噁英等脂溶性有機(jī)物，易隨降水進(jìn)入垃圾滲濾液中。垃圾滲濾液中還含有多種重金屬離子，其濃度與所填埋的垃圾組成成分及填埋時(shí)間相關(guān)。以往研究表明，顏料、廢電池和廢電器等垃圾中含有汞和鎘，防銹金屬和廢塑料等垃圾中含鎘，廢棄溫度計(jì)和報(bào)刊雜志中含汞，織物、報(bào)紙和雜草等垃圾組分中含鉻，塑料（穩(wěn)定劑）、顏料、油墨、橡膠、蓄電池等含鉛。

2 研究方法

2.1 土壤采樣

根據(jù)對該非正規(guī)垃圾填埋場的現(xiàn)場調(diào)查，污染場地可劃分為兩個(gè)區(qū)塊：區(qū)塊1（垃圾傾倒區(qū)）為海拔約340 m的低洼平臺，現(xiàn)已清除所有垃圾，地表裸露磚紅色泥巖；區(qū)塊2在區(qū)塊1正南，由一高約10 m的陡崖隔開，垃圾運(yùn)輸車由區(qū)塊2傾倒垃圾至區(qū)塊1，故區(qū)塊2地表為土壤垃圾混合，地表以下10～20 cm可見紫紅色基巖。此外，在區(qū)塊東西方向約146 m處馬尾松林內(nèi)設(shè)置背景采樣區(qū)（區(qū)塊3）（如圖1所示）。

參照HJT 166—2004《土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和《重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)用地調(diào)查疑似污染地塊布點(diǎn)技術(shù)規(guī)定》共布設(shè)15個(gè)采樣點(diǎn)位：區(qū)塊1內(nèi)布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，區(qū)塊2布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)，區(qū)塊3布設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)（見圖2和表2）。每個(gè)采樣點(diǎn)檢測土壤特征理化性質(zhì)和重金屬（鎘、鉻、汞、砷、鉛、銅、鋅、鎳）。此外，在3個(gè)區(qū)塊內(nèi)選取7個(gè)代表性混合樣品進(jìn)行重金屬和有機(jī)污染物綜合檢測。樣品的混合方式為區(qū)塊1和區(qū)塊3內(nèi)設(shè)置3個(gè)土壤剖面（深度50 cm），取表層 0～10 cm 和 10～50 cm 樣品，分層混合后各得2個(gè)樣品；區(qū)塊2按垃圾分布情況進(jìn)一步劃分為3個(gè)亞區(qū)，每個(gè)亞區(qū)內(nèi)按隨機(jī)布點(diǎn)法采集3個(gè)表層樣品混合得3個(gè)表層樣品。土壤采樣頻率為一次性采樣分析。

表1 該填埋場生活垃圾構(gòu)成%

圖1 場地土壤分區(qū)采樣布設(shè)圖

圖2 土壤采樣樣點(diǎn)布設(shè)分布圖

2.2 污染物檢測分析

垃圾填埋場污染土壤的重金屬檢測包括：汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）和砷（As）元素。土壤中的砷元素用鹽酸-硝酸在沸水浴上消煮進(jìn)行消解預(yù)處理后采用氫化物-原子熒光光譜法測定。土壤中的汞元素采用冷原子吸收分光光度法進(jìn)行測定。土壤中的銅、鎘、鉛、鎳元素用王水-高氯酸消解后采用國標(biāo)法原子吸收分光光度法測定。土壤中的鉻元素用氫氟酸-硝酸-硫酸消解后，采用國標(biāo)原子吸收分光光度法測定。

表2 土壤采樣點(diǎn)分布情況一覽表

垃圾填埋場污染土壤的石油烴采用氣相色譜法進(jìn)行檢測；萘、苊和芴、苊烯、菲、蒽、熒蒽、芘、苯并（a） 蒽、屈、苯并（b） 熒蒽、苯并（k） 熒蒽、苯并（a）芘、苯并（a，h）蒽、苯并（g，h，i）苝、茚并（1，2，3-C，d）芘采用高效液相色譜法檢測；多氯聯(lián)苯、苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間對二甲苯、苯乙烯、異丙苯、氯苯、1.4二氯苯、1.2二氯苯、1.3二氯苯采用氣相色譜-質(zhì)譜法檢測分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 檢測結(jié)果

對采集土樣進(jìn)行檢測分析，根據(jù)分析結(jié)果繪制7種重金屬檢測圖（圖3～圖10）。篩選值采用《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選指導(dǎo)值（3次征求意見稿）》標(biāo)準(zhǔn)和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（修訂）（征求意見稿）》（2008）。

由圖4、圖6和圖9可見，土壤樣品中鉻、鎳、銅的含量均遠(yuǎn)低于篩選值；由圖5和圖7可見汞與鉛各有一個(gè)土壤樣品含量超出篩選值；由圖3和圖8可見，鎘在區(qū)塊1和區(qū)塊2內(nèi)超標(biāo)，砷在區(qū)塊1、區(qū)塊2和區(qū)塊3內(nèi)均超標(biāo)。

圖3 不同取樣點(diǎn)土壤鎘含量

圖4 不同取樣點(diǎn)土壤鉻含量

圖5 不同取樣點(diǎn)土壤總汞含量

圖6 不同取樣點(diǎn)土壤鎳含量

圖7 不同取樣點(diǎn)土壤鉛含量

圖8 不同取樣點(diǎn)土壤砷含量

土壤樣品有機(jī)物檢測結(jié)果顯示，除了石油烴含量全部檢出，其他有機(jī)物含量都低于檢出限，其含量忽略不計(jì)。石油烴的含量為33.9～48.4 mg/kg，篩選值為4 500（參見《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（修訂）（征求意見稿）》（2008）第二級標(biāo)準(zhǔn)居住用地標(biāo)準(zhǔn)）。由此可見，區(qū)域內(nèi)土壤有機(jī)污染物污染等級均為清潔，無超標(biāo)指標(biāo)。

圖9 不同取樣點(diǎn)土壤銅含量

3.2 結(jié)果分析

根據(jù)上述檢測結(jié)果，確定本次檢測結(jié)果中超過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的土壤樣品的數(shù)量，計(jì)算得出各類污染物樣本的超標(biāo)率（詳見表3），并繪制超標(biāo)元素在場區(qū)及周邊的濃度平面分布圖（圖11-圖13）。

表3結(jié)果顯示，垃圾填埋場內(nèi)土壤重金屬污染物中鎘、砷元素含量嚴(yán)重超標(biāo)，汞元素有輕微超標(biāo)，場地內(nèi)76.7%取樣點(diǎn)位的砷和50 %取樣點(diǎn)位的鎘含量超過《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選指導(dǎo)值（三次征求意見稿）》中二類工業(yè)用地篩選值。由內(nèi)梅羅污染指數(shù)法計(jì)算得砷污染等級為中度污染，鎘為輕度污染，其他污染物，如銅、鉛、鎳、鋅等均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。根據(jù)超標(biāo)元素濃度平面分布圖11～圖13顯示，砷污染區(qū)主要分布在區(qū)塊2，鎘污染區(qū)主要分布在區(qū)塊2與區(qū)塊1的結(jié)合部，汞污染區(qū)在區(qū)塊1、2內(nèi)有零星分布。

4 修復(fù)方法探討

當(dāng)?shù)卣疄檫M(jìn)一步改善垃圾場及周邊的生態(tài)環(huán)境，按照該垃圾填埋場場地調(diào)查評估確定的土壤污染狀況，結(jié)合場地土層巖性、結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)，推薦在重污染區(qū)域采用污染土壤挖掘外運(yùn)燒磚回用，在輕污染區(qū)域采用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)法對土壤進(jìn)行綜合修復(fù)。

圖10 土壤重金屬檢測結(jié)果（單位：mg/kg）

4.1 污染土壤燒磚回用

目前，針對污染土壤制磚技術(shù)主要為（免）燒磚技術(shù)。免燒磚技術(shù)，利用分離后的污染土壤，加入一定比例的水泥、粉煤灰等材料后，利用壓磚機(jī)使其成型，最后進(jìn)行晾曬風(fēng)干、養(yǎng)護(hù)后達(dá)到國家免燒磚標(biāo)準(zhǔn)。易偉等利用南方某垃圾焚燒廠（爐排爐）垃圾焚燒爐渣為原料，配置一定比例額水泥、石灰、石膏、河砂等材料，進(jìn)行了免燒磚實(shí)驗(yàn)研究，對免燒磚成品成分分析發(fā)現(xiàn)，爐渣中含有 Pb、Cr、Cd、As等有害元素，但重金屬浸出量均未超標(biāo)[6]。燒磚技術(shù)是利用輕度污染土壤進(jìn)行熱分解、加工過程，去除污染成分（或固化土壤重金屬），從而達(dá)到資源化目的。楊媛等利用廣州市李坑生活垃圾焚燒爐渣原料，加入不同激發(fā)劑（Na2SiO3、Na2SO4、NaOH）對焚燒爐渣免燒磚性能進(jìn)行了試驗(yàn)，其重金屬溶出量符合GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類水要求[7]。

表3 土壤樣品中污染物超標(biāo)率一覽表

圖11 土壤中砷（As）濃度平面分布圖（單位：mg/kg）

圖12 土壤中鎘（Cd）濃度平面分布圖（單位：mg/kg）

圖13 土壤中汞（Hg）濃度平面分布圖（單位: mg/kg）

本項(xiàng)目中重度污染土壤挖掘收集后送往附近磚廠燒制成磚，轉(zhuǎn)化更高經(jīng)濟(jì)效益。在高溫作用下，重金屬與粘土發(fā)生熱反應(yīng)，以尖晶石結(jié)構(gòu)成分的形式被固定，其礦物晶體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，具有耐酸和耐堿的特點(diǎn)，能長期穩(wěn)定的存在于獲得的燒結(jié)體中，無二次污染產(chǎn)生。土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物也將在制磚的高溫高熱條件下被進(jìn)一步去除，制磚處理中嚴(yán)格監(jiān)測和控制制磚尾氣，使其達(dá)到國家質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，不對環(huán)境和人體構(gòu)成危害。

4.2 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

污染土壤的植物吸取修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)外都得到廣泛研究，已經(jīng)應(yīng)用于砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛等重金屬以及與多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤的研究與修復(fù)，并發(fā)展出包括絡(luò)合誘導(dǎo)強(qiáng)化修復(fù)、不同植物套作聯(lián)合修復(fù)、修復(fù)后植物處理處置的成套集成技術(shù)。植物對污染點(diǎn)的修復(fù)有3種方式：植物固定、植物揮發(fā)和植物吸收，應(yīng)用的關(guān)鍵在于篩選具有高產(chǎn)和高去污能力的植物，摸清植物對土壤條件和生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性。如海桐、廣玉蘭園林植物對重金屬的吸收和富集效果較好；山荊子、茶條槭對土壤鎘、鉛的去除效果好[8]。

植物-微生物聯(lián)合修復(fù)是利用植物生長對土壤中的重金屬及有機(jī)物進(jìn)行降解、吸收從而達(dá)到修復(fù)的目的，聯(lián)合微生物提高植物修復(fù)的能力。到目前為止，國內(nèi)外已被報(bào)道能促進(jìn)污染物（包括多環(huán)芳烴）降解的植物共有500多種，如楊樹、柳樹、松樹、冰草、苜蓿和鸚鵡毛等。

結(jié)合該非正規(guī)垃圾填埋場場地所在區(qū)域的水文條件、土層結(jié)構(gòu)及場地未來用途等場地特征，優(yōu)先推薦適用于本場地的土壤修復(fù)技術(shù)。場地內(nèi)地質(zhì)構(gòu)成簡單，層次普遍相同，垃圾填埋場場地主要為紅層砂泥巖。化學(xué)污染物的種類和濃度、在場地中的分布狀況及存在介質(zhì)對于修復(fù)技術(shù)的選擇至關(guān)重要。根據(jù)場地污染檢測結(jié)果，場地表層土壤中污染物質(zhì)為砷、鎘等重金屬含量較高，有機(jī)物含量較低。綜合分析國內(nèi)外植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用案例，對鎘有較好去除效果的植物包括：山荊子、茶條槭、苦楝、大葉女貞、雪松；對砷有較好去除效果的植物包括：小葉榕、銀杏、女貞、香樟。

綜上，本項(xiàng)目對場地內(nèi)輕度污染的表層土建議采用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)的方法進(jìn)行污染土壤修復(fù)。根據(jù)場地表層土壤中污染物砷、鎘等重金屬含量較高，有機(jī)物含量較低的現(xiàn)狀，結(jié)合對超標(biāo)重金屬的去除效果、美觀、經(jīng)濟(jì)、植物生長等因素優(yōu)選以下樹種：銀杏、女貞、香樟、小葉榕、茶條槭、山梨、海桐、廣玉蘭、合歡、大葉女貞、雪松、桂花、塔柏、黃葛蘭樹，同時(shí)配以草本植物如蜈蚣草、大葉井邊草等。該類植物根系可進(jìn)一步促進(jìn)土壤微生物的繁殖，為微生物提供生存場所，并可轉(zhuǎn)移氧氣促進(jìn)根區(qū)好氧作用的正常進(jìn)行，根系分泌物還可為微生物提供大量營養(yǎng)物質(zhì)，刺激根際菌群的生長繁殖，增強(qiáng)降解作用[9]。通過植物和微生物的聯(lián)合修復(fù)有效提高污染物的去除效率。

5 結(jié)束語

本文通過對某非正規(guī)垃圾填埋場土壤進(jìn)行布點(diǎn)采樣，并對樣品中重金屬和有機(jī)物含量進(jìn)行檢驗(yàn)分析，獲取該場地污染因子及數(shù)據(jù)，確定填埋場場區(qū)污染物的分布及超標(biāo)情況。檢測分析結(jié)果顯示，該非正規(guī)垃圾填埋場重金屬含量超出參考值的元素是鎘、砷、汞，有機(jī)物含量極少甚至未檢出，且污染物主要分布于采樣區(qū)塊1、2內(nèi)。據(jù)此，推薦在重污染區(qū)域，如采樣區(qū)塊1、2內(nèi)采用污染土壤燒磚回用方式；在輕污染區(qū)域，如采樣區(qū)塊3采用植物-微生物聯(lián)合修復(fù)法對土壤進(jìn)行綜合修復(fù)。同時(shí)，提出二次污染防治建議和跟蹤監(jiān)測措施。

1）建議對污染土壤制磚過程二次污染進(jìn)行控制。由于采用垃圾污染土壤制磚，其中的污染物種類和數(shù)量都遠(yuǎn)高于常規(guī)原材料，因此以這部分污染土壤為原料的磚瓦企業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)建議按照GB29620—2013《磚瓦工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》和GB18484—2001《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，對制磚過程中的制磚排放氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)排放氣體中有污染物超標(biāo)，應(yīng)立即停止燒制并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。同時(shí)，在制磚過程中，對已制磚塊取樣進(jìn)行重金屬等污染物浸出檢測以確保對環(huán)境和相關(guān)人群不產(chǎn)生危害。

2）建議場地修復(fù)過程中進(jìn)行跟蹤觀測。場地的挖掘活動會使土壤中的污染物暴露出來從而發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化。如風(fēng)會促使揮發(fā)性污染物揮發(fā)，光照會使有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)或產(chǎn)生分解，降雨和地下水會使重金屬污染物發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化等。在開挖過程中進(jìn)行污染物實(shí)時(shí)跟蹤觀測，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)污染轉(zhuǎn)移，需及時(shí)調(diào)整修復(fù)范圍并做響應(yīng)處理。另外，在開挖過程中還需要進(jìn)行質(zhì)量控制，確保分類開挖和開挖到位，在開挖邊界和底部要進(jìn)行取樣監(jiān)測，確保污染土壤如數(shù)清除。

3）建議修復(fù)后設(shè)置若干污染物監(jiān)測點(diǎn)，對土壤及地下污染物進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，防止突發(fā)性事件發(fā)生，對周邊人群進(jìn)行健康普查，針對人群普發(fā)性疾病，建立相關(guān)的預(yù)警措施。