路用建筑垃圾中重金屬的污染風險分析

陳宇云　孫滿成　楊勝科　趙曉紅　王周峰　王文科

摘要：建筑垃圾的用于公路建設，可以有效緩解公路建設資源緊張的局面。本文對用于西咸北環高速公路路基填筑的不同類型建筑垃圾中的重金屬進行分析，結果表明：與土壤質量國家標準進行比較，個別樣品重金屬含量雖有超標現象，但平均值遠低于三級指標，對環境影響較小，可以用于公路建設路基填筑。

關鍵詞：建筑垃圾；重金屬；路基填筑；污染風險

中圖分類號：X799.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0037-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.020

Abstract：Construction waste for highway construction，can effectively alleviate the tense situation of highway construction resources. This article analyzes the heavy metals in different types of construction waste that are used to fill the roadbed of the Xian-Xianyang Expressway， The results show： Comparing with national standards for soil quality， Individual samples have excessive levels of heavy metals， However， the average value is much lower than the third-level indicator， Little impact on the environment， it can be used for road construction roadbed construction.

Keywords： Construction rubbish； Heavy metal； Subgrade filling； Pollution risk

隨著我國城鎮化進程的加快，建筑垃圾年產生量為2.5-3.6億t[1]，約占城市垃圾總量的30%-40%[2-4]，不僅占用大量土地對環境造成嚴重的影響，并且是對資源的嚴重浪費。國內外都有關于建筑垃圾綜合利用的研究[5]，也有一些將建筑垃圾用于公路建設的嘗試[6-8]。

西咸北環高速公路是《關中-天水經濟區發展規劃》確定的交通建設重點工程之一。在路堤、路床填筑中共使用大量建筑垃圾替代原設計灰土填筑。本文對用于西咸北環高速公路路基填筑的不同類型建筑垃圾中的重金屬進行分析，并對其污染風險進行了評估。

1 實驗材料與方法

1.1 樣品采集

對擬用于西咸北環高速公路路基填筑的建筑垃圾進行樣品采集，采集到的樣品共計33個，包含有混合樣、磚樣、混凝土樣、瓷片樣、農田土樣以及試驗段建筑垃圾的壓縮樣、黃土樣、灰土樣，具體采樣信息見表1。

1.2 儀器與試劑

實驗儀器：電子天平、Teflow坩堝、鋼瓶、101A-3E電熱鼓風干燥箱、電熱板、容量瓶、電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）。

試劑：HNO3溶液（濃度分別為40%、2%）、純HF（優級純）。

1.3 實驗方法

根據中華人民共和國環境保護標準（HJ557-2009）（代替GB5086.2-1997），對建筑垃圾樣品進行預處理，去除雜物后將其研磨過篩（60目，≦0.3mm）。

稱取所有樣品各50mg置于Teflow坩堝，分別向土樣中加入1.5mLHNO3和1mL HF，稍微搖勻混合后放入鋼瓶中，在101A-3E電熱鼓風干燥箱中經189℃高溫高壓處理24h（第一次溶樣），置于電熱板上烘干；加入不超過1mL的純HNO3于第一次烘干的樣品中，等待其再烘干（復溶過程）；加入2mL左右40%的HNO3于第二次烘干的樣品中，烘烤4h后取出并冷卻，用2%的HNO3將冷卻的樣品定容至60mL，置于一次性塑料容量瓶中。

對建筑垃圾中的重金屬元素采用電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）進行測定，并以外標法對其進行定量。

2 結果與討論

2.1 建筑垃圾重金屬元素超標情況

對建筑垃圾中鉻（Cr）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鎘（Cd）、鋅（Zn）和鉛（Pb）等6種重金屬元素進行了分析，并與土壤三級質量標準（表2）作為對比，分析了不同區域建筑垃圾加工廠污染物的超標情況（表3和表4）。

表3和表4數據表明：建筑廢棄物中只有鎘、鋅和鉛有超標現象，其中混合樣超標率為14.3%，磚塊樣超標率為12.5%，混凝土樣無超標，瓷片樣超標率為33.3%，總超標率為17.6%，污染風險依次為混凝土樣、磚樣、混合樣和瓷片樣，逐漸升高，這兩個采樣區域均是Cd超標率較高。從土壤環境質量標準看，超標倍數不高，用于公路路基建設環境風險不大。

2.2 建筑垃圾中重金屬含量與當地農田土壤背景值的比較

對采集自研究區的三個場地的混凝土、磚、瓷片、混合樣、試驗段壓實樣和灰土樣共33個樣品進行分析，并取其平均值與土壤環境背景值（農田土樣）對比，結果見圖1。可以看出瓷片樣中重金屬元素的含量遠大于其余建筑垃圾樣品，其中在Cu、Zn、Pb重金屬元素圖中較為明顯；混凝土樣中各重金屬元素含量均較低，屬于污染風險最低的建筑垃圾材料；磚樣中各重金屬元素含量均屬于中等水平，沒有明顯過高和過低的重金屬元素含量。在磚樣、混凝土樣、瓷片樣混合后的混合樣品中可以看出，重金屬含量較高的建筑垃圾單樣在混合后，重金屬都有所降低。因此在選取建筑垃圾作路基的再生材料時，可以盡量在一定范圍內降低瓷片在混合的建筑垃圾中的比例，或者增加混凝土在混合建筑垃圾中的比例，這樣可以最大限度的降低建筑垃圾作為公路路基時對周邊環境（土壤、地下水）帶來的影響。在對比分析混合樣與農田土樣中的重金屬含量時可以看出，混合樣中Zn元素含量盡管高于背景值，但低于土壤質量三級標準，其余重金屬含量均低于農田土樣，因此，建筑垃圾用于高速公路路基填筑不會污染周邊土壤。

3 結論

本文測定了不同類型建筑垃圾中Cr、Cu、Ni、Cd、Zn和Pb等重金屬元素的含量，對其超標情況進行了分析，結果表明建筑垃圾用于高速公路路基填筑對周邊水土環境影響較小。

參考文獻

[1]李躍矩，林志偉，孫可偉，郭遠臣.建筑廢棄物在道路結構層材料中的應用研究[J].環境科學與技術，2010，（s2）：352-354.

[2]趙曉紅. 建筑垃圾再生材料應用于公路工程的環境影響[J]. 陜西師范大學學報. 2016，42（2）：111-115.

[3]董晶， 孔德乾. 我國城市建筑垃圾處理現狀及對策分析[J]. 建設科技，2012，（22）：78-80.

[4] 李剛. 城市建筑垃圾資源化研究[D]. 西安： 長安大學 ，2009.

[5] 冷發光，何更新，張仁瑜等. 國內外建筑垃圾資源化現狀及發展趨勢[J].環境衛生工程，2009，17（1）：33-35

[6] 牛永宏，郭藤藤，王鑫.建筑垃圾回填路基施工技術研究[J].道路施工與機械，2014， 09：49-52.

[7]夏慧慧， 王堅， 李巍.建筑垃圾在路基處理中的應用[J].城市道橋與防洪，2009，（7）：50-51.

[8] Shelbume Wayne M， Degroot Don J. Use of waste and recycle materials in highway construction. Civil Engineering Practice[J]，1998，13（1）：5-16.

收稿日期：2018-05-14

基金項目：交通運輸部2013年度建設科技項目（2013318J16490）

作者簡介：陳宇云（1978-），男，博士，副教授，研究方向為污染控制化學。