城市固體廢物傾倒對附近土壤理化性質(zhì)的影響研究

周孫林

（利誠檢測認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，廣東 中山 528400）

城市固體廢物在分解過程中會產(chǎn)生大量滲濾液，其化學(xué)是由堆積點(diǎn)的廢物類型決定的，其主要包括機(jī)物污染物、無機(jī)污染物和其他污染物質(zhì)[1]。主要元素為鈣、鉀、氮、鎂和氨等，微量金屬包括錳、鎘、鐵、銅、鉻、鎳以及鉛等，有機(jī)化合物包括多芳香烴、酚、苯、甲苯、丙酮以及氯仿等，這些物質(zhì)都有可能存在于固體廢物處理場的滲濾液中[2]。這些堆填區(qū)產(chǎn)生的滲濾液嚴(yán)重影響了附近的土壤環(huán)境。從堆填區(qū)流出的滲濾液所含的化學(xué)物質(zhì)，在穿過土壤并進(jìn)入主要地層時(shí)，可能會出現(xiàn)一系列轉(zhuǎn)化和破壞反應(yīng)[3]。每種土壤淡化滲濾液的效率是不同的，并不是所有的元素或化合物都可以去除或降低濃度。在滲濾液通過土壤介質(zhì)滲透的過程中，大部分污染物可能被吸附到土壤上。已有文獻(xiàn)報(bào)道表明，垃圾滲濾液污染土壤的指標(biāo)和工程性質(zhì)的變化是由于土壤礦物顆粒與污染物之間的化學(xué)反應(yīng)引起的[4]。但是關(guān)于傾倒的城市固體廢物對土壤的物理化學(xué)和巖土特性的影響的研究還相對較少。因此，該研究旨在研究城市生活垃圾對排土場周邊土壤的影響，以確定城市生活垃圾排土場周邊地區(qū)的土壤性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 滲濾液收集及分析

該研究是在廣東省某垃圾傾倒場附近進(jìn)行的。該垃圾傾倒場接收來自廣州市政府轄區(qū)所有社區(qū)的固體廢物。

1.2 收集土壤樣本

分別在距離垃圾場10m（10m，剖面1）、20m（20m，剖面2）、30m（30m，剖面3）和對照100m（100m，剖面4）處采集深度為0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m的土壤樣品。

1.3 土壤性質(zhì)的測定

采集的土壤樣品風(fēng)干后用2 mm的篩孔篩除碎屑和石子，然后用于檢驗(yàn)各種參數(shù)。該文對以下參數(shù)進(jìn)行分析：土壤pH、EC、有機(jī)碳、有機(jī)質(zhì)、可提取微量元素及重金屬（Pb、Cd、Cr、Ni）。土工性質(zhì)包括阿特伯格極限，比重和水力傳導(dǎo)率。

用粒徑分布儀測定土壤樣品的粒徑分布；用玻璃電極數(shù)字pH計(jì)測定了土和水懸浮液（1∶2.5）中的土壤pH；通過土：水懸浮液清液的電導(dǎo)率確定土壤的電導(dǎo)率；土壤有機(jī)質(zhì)含量以土壤在馬弗爐中燃燒時(shí)在土壤質(zhì)量中損失的百分比來確定；采用DTPA萃取劑（二乙烯三胺五乙酸）提取Pb、Cd、Cr和Ni，然后用原子吸收分光光度計(jì)測定濃度；液限和塑限采用ASTM液限儀測定；土壤的比重（Gs）用標(biāo)準(zhǔn)比重計(jì)法測定；土壤的水力傳導(dǎo)率參考劉建立等[5]的方法計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤物理性質(zhì)

表1為垃圾填埋場土壤的平均理化濃度與未污染土壤中化學(xué)成分的最大允許濃度對比。距離城市固體廢物傾倒場10m，土壤深度0～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處的（10m，剖面-1）砂含量分別為93.8%、91.8%和89.7%，距離20m（20m，剖面-2）的砂含量分別為93.1%、91.8%和91.8%，距離30m（30m，剖面-3）的砂含量分別為91.8、91.8和91.8%，距離100m（100m，剖面-4）的砂含量分別為83.2%、83.2%和79.2%?？梢钥吹剑昂吭诒韺樱?m～0.3m深度）較高，在0.3m～0.6m和0.6m～0.9m深度隨土壤深度增加而降低。離城市固體廢物傾倒場10m土壤（10m，剖面-1）深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處黏土和淤泥分?jǐn)?shù)分別為4.5%、4.8%、6.8%和1.4%、1.7%、3.4%；距離20m（20m，剖面-2）處黏土和淤泥分?jǐn)?shù)分別為4.8%、5.1%、6.8%和1.4%、1.4%、1.7%；距離30m（30m，剖面-3）處黏土和淤泥分?jǐn)?shù)分別為6.8%、6.8%、6.8%和1.4%、1.4%、1.4%；距離100m（100m，剖面-4）處黏土和淤泥分?jǐn)?shù)分別為13.4%、13.4%、19.4%和3.4%、3.4%、3.4%。淤泥和黏土含量在表層樣品（0m～0.3m）中含量較低，隨著土壤深度（0.3m～0.6m和0.6～0.9m）的增加而增加。結(jié)果表明，所有采樣點(diǎn)的土壤都屬于砂壤土質(zhì)地。在該研究中，土壤中砂的比例較高可能是由于這些土壤的母質(zhì)為花崗巖類型。垃圾場的土壤主要含有高含沙量，可使水的滲透性和滲濾液透過土壤，可能造成地表水/地下水污染。

表1 垃圾填埋場土壤的平均理化濃度與未污染土壤中化學(xué)成分的最大允許濃度對比

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)

結(jié)果表明，土壤pH值在6.3～8.32。剖面-1土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處pH值分別為8.32、8.26和8.14，其次為剖面-2處，pH值分別為8.18、8.17和8.14，剖面-3處pH值分別為7.93、7.81和7.74，剖面-4處pH值分別為6.9、6.7和6.3。4個(gè)鉆孔（0～0.3m、0.3～0.6m和0.6～0.9m）土壤樣品的pH值均在未污染土壤（6.25～9）中化學(xué)成分的最大允許濃度范圍內(nèi)。橫向10m、20m和30m的垃圾場土壤較遠(yuǎn)離垃圾場上游100m處的土壤呈堿性。垃圾場土壤的堿性性質(zhì)表明，土壤樣品被城市固體廢物污染，其中含有貢獻(xiàn)堿基的有機(jī)物和可能增加pH值的鹽和化學(xué)物質(zhì)。垃圾填埋場土壤呈堿性，可能是由于垃圾填埋場土壤中積累了較多的有機(jī)物，分解后釋放出NH3等堿。有機(jī)膠體吸引帶正電荷的陽離子導(dǎo)致獲得更高的pH值。

城市固體垃圾傾倒場附近土壤樣品的電導(dǎo)率在241μs/cm～2018μs/cm。離城市固體廢物傾倒場10m土壤深度0～0.3m、0.3～0.6m和0.6～0.9m處的（剖面-1）電導(dǎo)率分別為2018μs/cm、 1831μs/cm和1813μs/cm；剖面-2處電導(dǎo)率分別為1912μs/cm、1910μs/cm和1706μs/cm；剖面-3處的電導(dǎo)率分別為1370μs/cm、1341μs/cm和1197μs/cm；剖面-4處的電導(dǎo)率分別為270μs/cm、268μs/cm和241μs/cm。

導(dǎo)電性隨著橫向距離增加而降低，也隨深度增加而降低，這可能是由于當(dāng)深度和距離較大時(shí)鹽的濃度較低。10m、20m和30m處的電導(dǎo)率較高，說明土壤樣品受到了城市生活垃圾滲濾液遷移的污染。有機(jī)質(zhì)總量在0.41%～3.73%。離城市固體廢物傾倒場10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處的（剖面-1）土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為3.73%、2.78%和2.27%，其次為第二剖面（20m，剖面-2），含量分別為3.11%、2.73%和2.04%，第三剖面（30m，剖面-3），含量分別為2.42%、2.08%和1.88%，第四剖面（100 m，剖面-4）含量分別為1.55%、0.60%和0.24%。有機(jī)質(zhì)比例越高的土壤，保留的正電荷離子越多。這些離子在充滿水分的土壤孔隙中的存在將提高土壤的導(dǎo)電性。垃圾場地表的有機(jī)物含量很高，這是由于城市固體廢物增加了有機(jī)物的含量。有機(jī)碳含量在0.24%～2.16%。垃圾場土壤有機(jī)碳含量最高的部位為距離10 m（剖面-1），分別為2.16%、1.61%和1.42%，其次為第二剖面（剖面-2），有機(jī)碳含量最高的部位為1.80%、1.58%和1.18%，第三剖面（剖面-3）有機(jī)碳含量為1.40%、1.21%和1.09%，第四剖面（剖面4）有機(jī)碳含量為1.55%、0.60%和0.24%。這些結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳含量由低到高變化，這可能是由于在傾倒地點(diǎn)處有機(jī)物的分解。一般而言，城市固體廢物含有50% - 52%的有機(jī)物，這導(dǎo)致城市固體廢物垃圾場的有機(jī)碳含量高于對照垃圾場。此外，礦化過程中可交換陽離子的釋放也有利于有機(jī)碳的增加。垃圾場地表的有機(jī)物含量很高，這是由于城市固體廢物增加了有機(jī)物的含量。隨著分解完成，有機(jī)碳總量會下降。

Cd含量在0.02mg/kg～0.13mg/kg。離城市固體廢物傾倒場10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處的（剖面-1）土壤樣品Cd含量分別為0.13mg/kg、0.08mg/kg和0.05mg/kg，其次為第二剖面（20m，剖面-2）和第三剖面（30m，剖面-3）的0.07mg/kg、0.07mg/kg和0.04mg/kg，第四剖面（100m，剖面-4）分別為0.04mg/kg、0.02mg/kg和0.02mg/kg。在未污染的土壤中發(fā)現(xiàn)Cd的濃度不大于5.2mg/kg。Cd的存在可能是由于垃圾場排放的城市固體廢物，其中包括鎳鎘電池、廢棄的消費(fèi)電子產(chǎn)品，如電視機(jī)、計(jì)算器、音響和塑料等。鎘是一種非必需金屬，即使?jié)舛群艿鸵簿哂袆《尽＿@種金屬的毒性作用因其極長的生物半衰期而加劇，因此在生物積累后會在生物體中存留很長時(shí)間。

Cr含量在0.11mg/kg～1.68mg/kg。離城市固體廢物傾倒場10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處的（剖面-1）土壤樣品中Cr的濃度分別為1.68mg/kg、1.18mg/kg和0.93mg/kg，與其他土壤剖面樣品相比略有升高；第二剖面（20m，剖面-2）的Cr含量分別為1.49mg/kg、0.65mg/kg和0.39mg/kg；第三剖面（30m，剖面-3）的Cr含量分別為1.05mg/kg、0.89mg/kg和0.28mg/kg；第四剖面（100m，剖面-4）的Cr含量分別為0.89mg/kg、0.30mg/kg和0.11mg/kg。土壤中Cr的來源可能是由鉛、鉻電池、彩色塑料袋、廢棄塑料材料和空油漆容器組成的廢物。

Pb濃度在2.13～10.27mg/kg。離城市固體廢物傾倒場10m土壤深度0～0.3m、0.3～0.6m和0.6～0.9m處的（剖面-1）土壤樣品中Pb濃度分別為10.27mg/kg、3.83mg/kg和2.13mg/kg，第二剖面（20m，剖面-2）處土壤Pb濃度分別為8.81mg/kg、7.67mg/kg和3.45mg/kg，第三剖面（30m，剖面-3）處土壤Pb濃度為6.87mg/kg、6.08mg/kg和3.08mg/kg，第四剖面（100m，剖面-4）處土壤Pb濃度分別為4.11mg/kg、3.24mg/kg和2.33mg/kg。該研究結(jié)果見表1，Pb隨土壤深度和距離的增加而減少。垃圾場土壤樣本Pb含量高，可能是由于垃圾場大量棄置鉛酸電池、塑料和橡膠殘留物、印刷紙張、鉛膜（如瓶蓋）、用過的機(jī)油和廢棄的電子產(chǎn)品（包括電視機(jī)、電子計(jì)算器和音響）。如果此處Pb向地下水位滲透，就會造成Pb污染。

Ni濃度為1.55mg/kg～12.97mg/kg。離城市固體廢物傾倒場10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m處的（剖面-1）土壤樣品中Ni濃度分別為12.97mg/kg、8.67mg/kg、4.92mg/kg；第二剖面（20m，剖面-2）處土壤Ni濃度分別為8.67mg/kg、3.74mg/kg、1.55mg/kg；第三剖面（30m，剖面-3）處土壤Ni濃度為5.36mg/kg、4.57mg/kg和2.84mg/kg；第四剖面（100m，剖面-4）處土壤Ni濃度分別為5.20mg/kg、3.45mg/kg和3.27mg/kg。土壤pH是控制Ni溶解度、吸附和遷移的最重要因素，釋放到環(huán)境中的大部分Ni化合物會吸附到沉積物或土壤顆粒上，因此變得不可移動。

2.3 土樣的工程性質(zhì)

表2是土壤樣品的工程性質(zhì)。液限、塑限和塑性指數(shù)分別為36%～63%、12%～24%和17.3%～23.7%。在傳統(tǒng)的土壤力學(xué)中，假設(shè)給定土壤的阿特伯格極限保持不變，但當(dāng)孔隙流體發(fā)生變化時(shí)，這些特性也會發(fā)生變化。該研究的液限、塑限和塑性指數(shù)均隨距離和深度的增加而增加。污染土壤的密度低于未污染土壤的密度。距離垃圾堆積場邊界10m、20m、30m和100 m處的水力傳導(dǎo)率分別為1.656×10-5、1.741×10-6、1.872×10-6和1.931× 10-6m/s。鉆孔距離和鉆孔深度的增加降低了土壤的導(dǎo)水性。結(jié)果表明，固體廢物堆積場對土壤的工程性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都有影響。地基材料可能會受到影響。有毒、危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)的滲透造成了地下水水源的污染。

表2 土壤樣品的工程性質(zhì)

3 結(jié)論

垃圾場附近土壤的物理性質(zhì)表明，其質(zhì)地屬于砂壤土。垃圾場土壤樣本的pH值為堿性。垃圾場附近的電導(dǎo)率較高，隨著采樣距離的增加電導(dǎo)率下降。有機(jī)碳和有機(jī)質(zhì)含量在靠近排土場的地方較高，隨著土壤深度和距離的增加而降低?？商崛∥⒘吭睾椭亟饘伲≒b、Cd、Cr、和Ni）濃度在垃圾場附近較高，隨著土壤深度和距離垃圾場的遠(yuǎn)近逐漸降低。試驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤的物理性質(zhì)變化受城市固體廢棄物傾倒的影響。這些影響隨著深度的增加而減少。