上海市生活垃圾重金屬來源分析及污染風險評價

賈 悅，王 震，夏蘇湘，李曉勇，邢霏霏

（1.上海市環境工程設計科學研究院有限公司，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進行為期1 a的調查取樣。2012年5月至2013年4月，對上海市6個區確定的22個采樣點（居住區12個、商業區5個、事業區3個、清掃區2個）進行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，本研究通過統計這5類關鍵組分重金屬含量，進而換算垃圾重金屬量。每次采用“圓錐四分法”采集超過100 kg垃圾量進行稱量，并組分分揀及稱量，取約1 kg關鍵組分（5類）樣品獨立包裝帶回實驗室，依次進行烘干含水率測定、粉碎研磨（粒徑0.5 mm以下）、前處理及分析測試。具體前處理及分析方法見表1。

表1 前處理及分析方法依據

1.2 材料與設備

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

2 結果與分析

2.1 重金屬來源分析

通過單組分樣品測定的重金屬數值，并結合各成分及其含水率數據，最終換算垃圾濕基重金屬量，其結果見表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，具體結果見表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含量無顯著差異（P＞0.05），說明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。總體而言，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 單組分重金屬貢獻分析

與組分構成規律一致，橡塑類、廚余類、紙類同樣是構成垃圾重金屬的主體，即為重金屬的關鍵來源，單組分重金屬貢獻比值見圖1。總體規律為：①廚余類對Cd、Cr、Hg、As的貢獻顯著最高（45%左右），對Pb貢獻（37%）也僅次于橡塑類；②橡塑類Pb含量波動大，最大值高達約750 mg/kg，對Pb貢獻最高（45%），對其他重金屬貢獻31%～34%；③紙類對重金屬貢獻在10%～15%，而紡織類、木竹類對重金屬貢獻較小，合計低于10%。

由此可見，要控制垃圾重金屬環境風險，關鍵還是從廚余、塑料產生量及有效處置著手。同時Pb在橡塑類成分含量及對垃圾貢獻比例均處于較高水平，預防垃圾Pb污染，關鍵在于橡塑類。此外，盡管紙類單組分重金屬含量并不高，但對垃圾重金屬貢獻占10%～15%，不容忽視。

2.1.3 產生源重金屬分析

各產生源因功能不同，其垃圾中重金屬含量會有所差異。本研究結果表明（表4），各產生源重金屬含量之間存在差異，但統計分析顯示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，事業區＞居住區=清掃區＞商業區，其中事業區Hg含量顯著最高，為其他各產生源的1.5～2.0倍。該結論與李曉勇等［1］得出的“商業垃圾各重金屬含量最高”有所不同，究其原因可能與調查年份、樣本量不同有關。關于產生源重金屬分布規律，還需對其進行長期的跟蹤和調查。

表3 單組分重金屬含量（干基） mg/kg

2.2 重金屬污染風險評價

評價生活垃圾的重金屬元素污染程度尚無規定的標準。由于采用填埋、堆肥法處理生活垃圾時，土壤是垃圾的最大容納者和主要危害對象，且我國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試結果與上海市土壤背景值（上海市環境科學院，1991年）、GB 15618—1995土壤環境質量標準、GB 8172—1987城鎮垃圾農用控制標準對照，以確定垃圾重金屬對環境的污染風險。

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

2.2.1 產生源風險評價

參照GB 15618—1995中的II級標準，對不同產生源重金屬元素進行風險評價，評價結果具體見表5。研究結果表明：不同產生源重金屬污染風險相當，且處于“輕污染”等級；主要特征污染物為Cd，均超出標準限制（0.30 mg/kg）42%。同時，事業區存在Hg元素污染風險，超出標準限值（0.50 mg/kg） 29%。

圖1 單組分重金屬貢獻分析（濕基）

表4 不同產生源重金屬類比分析（干基） mg/kg

表5 產生源重金屬風險評價結果

2.2.2 全市風險評價

如表6所示，Cd、Hg、Pb是全市生活垃圾特征污染物。與各標準相比：①GB 15618—1995中的II級標準限值水平上，全市處于“輕污染”水平，Cd為特征污染物，其超出標準限值的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，含量滿足標準要求。

另一方面，《城鎮垃圾農用控制標準》是于1987年制定的，時間較久遠，其標準限制可能超出當下污染嚴重的土壤承受能力，因此為了減少風險，建議上海市實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險仍然較大。

表6 全市生活垃圾重金屬風險評價結果

3 結論

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、紙類為重金屬的關鍵來源，廚余類對垃圾重金屬貢獻基本約45%，而橡塑類貢獻基本為31%～34%，且對Pb貢獻最高（45%）；重金屬Hg主要來自事業區，而其他重金屬元素在各產生源中無差異。

2）重金屬污染風險評價，不同功能區污染風險相當且處于輕度污染水平，特征污染物為Cd，同時事業區Hg污染也不容忽視，應重點關注“事業區”的垃圾性質；參照不同標準，全市生活垃圾具有不同程度的重金屬污染風險，且Cd、Hg、Pb為全市生活垃圾特征污染物，為降低污染風險，生活垃圾不可進行簡易填埋或堆放。

［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］.環境衛生工程，2013，21（5）：22-24.

［2］林建偉，王里奧，趙建夫，等.三峽庫區生活垃圾的重金屬污染程度評價［J］.長江流域資源與環境，2005，14（1）：104-108.