生活垃圾焚燒發電廠煙塵中重金屬沉降對土壤環境的影響研究

劉景霞，李 赟

(1.云南晨銘環境科技有限公司，云南 昆明 650228；2.云南沁川環境科技有限公司，云南 昆明 650228)

1 引言

目前，城市生活垃圾成為了各國面臨的重要問題。隨著城市化進程的加快，城市人口數量逐漸增多，所產生的城市垃圾量也逐漸增加。在對這些垃圾進行處理的過程中，最常用的方法就是焚燒法，它可以實現對城市垃圾體積的減量，同時還可以利用焚燒之后的余熱進行供暖或者發電，從而將垃圾轉變成為新的能源。但是與此同時，生活垃圾在焚燒的過程中也會產生一定的污染，煙塵當中含有一定量的重金屬，這些重金屬會進入到土壤當中造成土壤污染[1]。為了更好地了解重金屬在土壤當中沉降的特點，探究重金屬沉降對土壤環境所造成的污染，本文以某地的生活垃圾焚燒發電廠項目為例，進行了探究實驗。

2 項目概況

該地區生活垃圾焚燒發電廠于2018年投入使用規模為2000 t，采用的是機械爐排焚燒爐，同時配置了多臺余熱過濾和汽輪發電機組。該地區的地形為平原，地勢比較平坦，西南地區略高，整體上屬于溫帶季風性氣候，全年平均溫度為12 ℃左右，風向主要是東北風。

3 生活垃圾焚燒發電廠周邊土壤當中重金屬沉降特征實驗

3.1 實驗方法和過程

3.1.1 樣品布點和采集

由于該發電廠的主導風向之為東北風，因此在樣品布點的時候在距離該發電廠位置主導東北風下風向的45°方向采集了20個土壤樣品，這些樣品與發電廠之間的距離不同。為了對該樣品進行對照，還在與該發電廠距離10 km之外、附近不存在污染源且與發電場地區地質相似處取了6個農田土壤作為對照樣品。為了確保對照結果的準確性，確認實驗和對照土壤均為棕壤土，土壤的質地相似。在土壤采集的過程中參照的是《土壤環境監測技術規范》當中的標準，每一份樣品都是采取耕作層的混合土，按照0.5 m×0.5 m的梅花布點方式進行采樣，采樣深度為15 cm左右。在完成采樣之后，使用四分法縮分之后將1 kg的土壤樣品裝入樣品袋、帶入到實驗室當中，同時做好相應的記錄。

3.1.2 實驗過程

在正式進行試驗之前，需要先將土壤的樣品進行預處理。具體來說，需要先將土壤進行敲打和壓碎，并從中挑揀出雜質，將剩余的土壤樣品充分混合。然后使用四分法進行取樣，將樣品使用孔徑大小為0.25 mm的尼龍篩進行過篩，然后在其中稱取0.4 g的樣品置于坩堝當中進行實驗。實驗過程中，首先在坩堝當中加入少許的水將土壤樣品浸濕，然后加入硝酸溶液和氯酸溶液各5 mL，搖勻之后將整個坩堝放在套筒當中。然后將套筒放在180 ℃的烘箱當中對樣品進行分解。2 h之后從烘箱當中取出樣品，將樣品冷卻至室溫之后取出坩堝。將坩堝的內壁用水沖洗干凈，然后在其中加入3 mL的氫氟酸溶液。將坩堝置于電熱板上，保持100 ℃持續加熱，將樣品單中的硅去除，直至坩堝當中的樣品開始冒濃白煙之后進行定容，定容50 mL并過濾，然后進行測定。

為了控制實驗的質量，本次土壤檢測試樣當中所采取的測量均為重復測量和加標回收的方式，確保每一批次樣品單中的各種元素的回收率控制在95%左右，每次重復測量的偏差值為0.5%左右。

3.2 實驗結果與討論

3.2.1 實驗地土壤當中各種重金屬元素含量特征

經過研究發現，本次實驗土壤樣品中的pH值為6.75，所有的重金屬含量均符合國家《土壤環境質量》標準。其中錳、銅這兩種重金屬的含量高于當地土壤平均背景值。與對照組的土壤相比，實驗組土壤當中的錳、汞和鉛這3種重金屬的含量較高(表1)。

表1 120個樣品中主要重金屬含量統計 mg/kg

由于本次實驗的生活垃圾焚燒發電廠的使用時間只有一年多，因此周圍土壤當中重金屬元素的沉降現象并不是很明顯。其中，錳元素的含量比較高，主要是由于該元素作為土壤自然源的標識元素，受到外界環境的影響比較小，主要是受到土壤成土過程和水土流失的影響。而土壤當中的汞元素則主要來源于生活垃圾焚燒，此外，其他的燃煤燃燒活動以及工業生產過程也會產生一定的汞元素。而鉛元素產生的主要原因就是人為活動，主要是汽車尾氣排放、采礦業以及金屬加工業。由于實驗地的周圍有部分農田，還有一條主干道，因此容易受到人為的污染。與此同時，還有部分鉛元素是來自于自然，主要是在礦物和巖石當中存在鉛元素。

3.2.2 重金屬元素在空間上的分布特征

實驗地生活垃圾焚燒發電廠周圍的土壤當中錳元素和鉛元素的分布并沒有呈現出空間特征，但是汞元素空間分布的差異比較明顯。具體來說，在常年主導風向也就是東北風的下風向0.5 km處土壤當中汞元素的含量最高。隨著土壤與發電場之間距離的增加，汞元素的含量逐漸下降，這符合點源污染物的分布特點。這也說明了發電場周圍土壤中汞元素含量較多是受到生活垃圾焚燒發電廠的影響。

4 生活垃圾焚燒發電廠煙塵中重金屬沉降對土壤環境的影響

4.1 實驗方法和過程

4.1.1 預測模式

重金屬沉降是造成土壤重金屬污染的主要途徑[2]。生活垃圾焚燒發電廠的煙塵當中含有一定的重金屬，這些煙塵進入到大氣當中之后隨著大氣擴散與遷移，在這個過程中重金屬也隨著自然降水和大氣沉降進入到土壤當中。

4.1.2 參數選擇

根據相關研究表明，重金屬在土壤當中不會受到自然淋溶的作用而發生遷移[3]。在綜合考慮了土壤當中的植物富集作用、土壤侵蝕以及滲漏等過程發生的重金屬流失之后，重金屬在土壤當中的年殘留率一般保持在90%左右，因此本次研究所選取的數值就是90%。

4.1.3 重金屬污染物進入到土壤當中的測算

在測算的過程中，采用了AERMOD模式系統，對2019年氣象站的治療進行逐日計算，然后對土壤當中鉛和汞這兩種重金屬的含量進行預測。通過大氣預測影響預測結果可以看出，本次研究當中各種重金屬1 h最大落地濃度貢獻值均為0.0001 mg/m3。汞元素的年輸入量為0.0185 mg/m3，而鉛元素的年輸入量為0.0184 mg/m3，二者較為接近。

4.2 實驗結果與討論

通過上述的預測計算方法，得出了本研究當中生活垃圾焚燒發電廠在投入使用之后的不同時間內，各種重金屬的輸入量和濃度是不同的，隨著時間的增加，重金屬的量也在不斷增加。

由此可以看出，在該生活垃圾焚燒發電廠投產之后的半年、1年、5年的時間當中，煙塵當中重金屬沉降在濃度最大值以及累計值均滿足國家的要求。根據實驗結果進行計算可以得出，在運行25年之后的時間，該生活垃圾焚燒發電廠周圍的土壤當中汞元素的濃度約為國家標準的0.5%左右；而鉛元素可以達到3%左右，因此對當地的土壤影響并不大。

5 結語

生活垃圾焚燒發電廠所排放的煙塵當中含有重金屬，這些重金屬在環境當中經過遷移和轉化之后會發生一定的化學反應，也會經過沉淀、溶解、吸附等物理變化，在這個過程中的汞、鉛等化學元素會在重力的作用下發生沉降，并在自然降水的情況下遷移至土壤當中[4]。

通過生活垃圾焚燒發電廠煙塵中重金屬沉降特征的分析實驗可以看出，實驗地周圍土壤當中的各種重金屬元素含量均符合國家的要求，只有錳元素和銅元素高于當地的要求標準。土壤當中的汞元素呈現出了明顯的空間分布特征，這與當地的主導風向具有直接的聯系[5]。其中土壤當中的鉛元素主要來自于汽車尾氣排放、采礦和金屬制造等人類活動，而汞元素的來源則主要是生活垃圾焚燒發電廠的煙塵排放。因此，汞元素在未來需要重點檢測。

通過生活垃圾焚燒發電廠煙塵中重金屬沉降對土壤環境的影響實驗可以看出，實驗地的發電廠重金屬污染防治效果比較明顯，排放物當中的各項重金屬無論是累計值還是濃度都在可控范圍內，對土壤環境的影響不大，在可接受的范圍之內。