垃圾填埋場土壤重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險分析

鄧凱文

（北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 100120）

某垃圾填埋場位于北京市豐臺區(qū)南部，該垃圾填埋場是豐臺區(qū)垃圾填埋深度最大、填埋量最多的，分布在永定河?xùn)|側(cè)的廢棄砂石坑中，對地表土壤污染物幾乎沒有防護能力[1]。其周邊分布有永定河、地下水源地、村莊、住宅小區(qū)、公園及企業(yè)等，居住人口眾多，垃圾填埋場的垃圾滲濾液成分十分復(fù)雜，各類重金屬離子濃度一般都較高，可使土壤中的重金屬含量升高[2]，當重金屬含量積累到一定量后，會污染土壤生態(tài)環(huán)境，從而對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)、人體健康等造成不良后果[3]。基于此，綜合考慮研究區(qū)的功能屬性，以建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標準值[4]和北京表層土壤背景值[5]進行對比，采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)進行土壤重金屬污染綜合評價，可使結(jié)果更為準確。

1 材料與方法

如圖1所示，研究區(qū)分為垃圾填埋場加密區(qū)及垃圾填埋場外圍區(qū)。在研究區(qū)內(nèi)共采集550件有代表性的表層土壤混合樣（0～20 cm），每件樣品質(zhì)量約為1 kg。樣品采樣中心點位用全球定位系統(tǒng)（GPS）精準定位。樣品前處理及分析執(zhí)行《全國土壤污染狀況調(diào)查樣品分析測試方法技術(shù)規(guī)定》。

圖1 研究區(qū)土壤采樣點位分布

2 評價方法

2.1 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法反映了各污染物對土壤的作用，同時突出高濃度污染物對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，計算公式為：

式中：PN為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Piave為各元素Pi值的算術(shù)平均值；Pimax為單一重金屬i的污染指數(shù)最大值；土壤各重金屬評價標準采用相關(guān)國家標準[4]列出的篩選值一類用地標準；根據(jù)PN值劃分污染等級，分別為清潔（PN≤0.7）、輕微污染（0.7＜PN≤1.0）、輕度污染（1.0＜PN≤2.0）、中度污染（2.0＜PN≤3.0）、重度污染（PN＞3.0）。

2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)法

采用瑞典于1980年建立的一套應(yīng)用沉積學(xué)原理評價重金屬污染及生態(tài)危害的方法評價研究區(qū)的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI），計算方法如下：

式中：Ei為重金屬元素i的潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)；Ti為重金屬元素i的毒性響應(yīng)系數(shù)；Ci為表層土壤中重金屬元素i的實測濃度，mg/kg；C0為區(qū)域土壤背景值，mg/kg；RI為潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)Ei的總和）。

為體現(xiàn)區(qū)域的分異性，本文采用北京表層土壤背景值[5]。各重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)如下：Hg=40，Cd=30，As=10，Cu=Ni=Pb=5，Cr=2，Zn=1。重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險分級如表1所示。

表1 重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

2.3 數(shù)據(jù)分析與制圖

在本研究中，土壤重金屬數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計用Excel 2017完成，統(tǒng)計分析用SPSS 20完成，采樣點分布圖用MapGIS 6.7完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤重金屬含量特征

研究區(qū)土壤重金屬含量有較大的差異（見表2），土壤pH介于7.09～10.00，研究區(qū)pH的平均值、中位值均高于北京表層土壤背景值。加密區(qū)土壤重金屬As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb及Zn的含量最大值、含量平均值均大于外圍區(qū)。變異系數(shù)越大，元素的分布越不均勻，離散程度越大。加密區(qū)的土壤重金屬Hg、Pb、Zn均呈現(xiàn)強變異，其中Pb變異系數(shù)最大，達189.0%，不均勻性最高。外圍區(qū)土壤重金屬僅Hg呈現(xiàn)強變異，變異系數(shù)達134.5%。由此可見，加密區(qū)土壤重金屬不均勻性和受到人類活動的影響均高于外圍區(qū)。

依據(jù)相關(guān)標準[4]，研究區(qū)所有土壤樣品中，除Pb元素外，其他評價的重金屬元素含量均小于建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險篩選值第一類用地標準，為安全無污染等級；有1件土壤樣品中Pb含量超過建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管制值第一類用地標準，位于加密區(qū)內(nèi)，受到人類活動的影響較大，應(yīng)引起重視[5]。

3.2 土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

研究區(qū)土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PN介于0.1～2.3，均值為0.2，表明研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PN相對較低，總體環(huán)境相對安全；加密區(qū)土壤重金屬有1件PN處于中度污染等級，占加密區(qū)樣品總數(shù)的0.18%；外圍區(qū)PN全部處于安全等級。

3.3 土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

研究區(qū)土壤潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)Ei的評價結(jié)果（見表3）顯示，加密區(qū)土壤重金屬Cr、Cu、Ni、Zn的Ei均小于40，為輕微生態(tài)風(fēng)險；外圍區(qū)土壤重金屬除Cd、Hg的Ei均大于40外，其余均呈現(xiàn)為輕微生態(tài)風(fēng)險；加密區(qū)Hg存在中等至極強生態(tài)風(fēng)險，其占加密區(qū)總樣品數(shù)的比例分別為29.8%、23.0%、12.2%、11.2%；加密區(qū)Cd也存在中等至極強風(fēng)險，其占加密區(qū)總樣品數(shù)的比例分別為10.8%、3.6%、0.4%、0.2%，以輕微生態(tài)風(fēng)險為主；加密區(qū)Pb僅存在1件中等和強生態(tài)風(fēng)險，其余均為輕微生態(tài)風(fēng)險；外圍區(qū)Hg存在中等至極強生態(tài)風(fēng)險，其占外圍區(qū)總樣品數(shù)的比例分別為28.0%、20.0%、6.0%、4.0%，以輕微生態(tài)風(fēng)險為主；外圍區(qū)Cd有4件樣品為中等生態(tài)風(fēng)險，其余均為輕微生態(tài)風(fēng)險。

表3 研究區(qū)表層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險單項系數(shù)（Ei）

如表4所示，加密區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI的均值均大于外圍區(qū)；加密區(qū)RI存在輕微至很強生態(tài)風(fēng)險，其占加密區(qū)總樣品數(shù)的比例分別為60.6%、23.2%、9.4%、6.8%，以輕微生態(tài)風(fēng)險為主；外圍區(qū)RI以輕微生態(tài)風(fēng)險為主，其占外圍區(qū)總樣品數(shù)的70.0%。RI數(shù)據(jù)表明，加密區(qū)填埋的生活垃圾導(dǎo)致Cd、Hg和Pb等土壤重金屬生態(tài)風(fēng)險較高；外圍區(qū)受到人類活動的影響，Cd和Hg存在一定的潛在生態(tài)風(fēng)險。

表4 研究區(qū)表層土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)（RI）

4 結(jié)論

研究區(qū)表層土壤整體上未受到污染，但部分樣品的土壤重金屬元素呈現(xiàn)污染，重金屬在加密區(qū)土壤中呈現(xiàn)明顯的富集，加密區(qū)元素Hg、Pb和Zn屬于強變異元素。研究區(qū)內(nèi)土壤重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PN相對較低，總體環(huán)境相對安全，在加密區(qū)有1件土壤樣品Pb含量超過建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管制值第一類用地標準，對土壤的污染影響應(yīng)引起重視。研究區(qū)土壤重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險以輕微生態(tài)風(fēng)險為主，加密區(qū)內(nèi)填埋的生活垃圾導(dǎo)致Cd、Hg和Pb等重金屬生態(tài)風(fēng)險較高；受人類活動的影響，外圍區(qū)內(nèi)，Hg和Cd存在一定的潛在生態(tài)風(fēng)險。