城市固體廢物傾倒對附近土壤理化性質的影響研究

周孫林

（利誠檢測認證集團股份有限公司，廣東 中山 528400）

城市固體廢物在分解過程中會產生大量滲濾液，其化學是由堆積點的廢物類型決定的，其主要包括機物污染物、無機污染物和其他污染物質[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，有機化合物包括多芳香烴、酚、苯、甲苯、丙酮以及氯仿等，這些物質都有可能存在于固體廢物處理場的滲濾液中[2]。這些堆填區產生的滲濾液嚴重影響了附近的土壤環境。從堆填區流出的滲濾液所含的化學物質，在穿過土壤并進入主要地層時，可能會出現一系列轉化和破壞反應[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。已有文獻報道表明，垃圾滲濾液污染土壤的指標和工程性質的變化是由于土壤礦物顆粒與污染物之間的化學反應引起的[4]。但是關于傾倒的城市固體廢物對土壤的物理化學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的土壤性質。

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行的。該垃圾傾倒場接收來自廣州市政府轄區所有社區的固體廢物。

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 土壤性質的測定

采集的土壤樣品風干后用2 mm的篩孔篩除碎屑和石子，然后用于檢驗各種參數。該文對以下參數進行分析：土壤pH、EC、有機碳、有機質、可提取微量元素及重金屬（Pb、Cd、Cr、Ni）。土工性質包括阿特伯格極限，比重和水力傳導率。

用粒徑分布儀測定土壤樣品的粒徑分布；用玻璃電極數字pH計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率確定土壤的電導率；土壤有機質含量以土壤在馬弗爐中燃燒時在土壤質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）用標準比重計法測定；土壤的水力傳導率參考劉建立等[5]的方法計算。

2 結果與討論

2.1 土壤物理性質

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%。可以看到，砂含量在表層（0m～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處黏土和淤泥分數分別為4.5%、4.8%、6.8%和1.4%、1.7%、3.4%；距離20m（20m，剖面-2）處黏土和淤泥分數分別為4.8%、5.1%、6.8%和1.4%、1.4%、1.7%；距離30m（30m，剖面-3）處黏土和淤泥分數分別為6.8%、6.8%、6.8%和1.4%、1.4%、1.4%；距離100m（100m，剖面-4）處黏土和淤泥分數分別為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。結果表明，所有采樣點的土壤都屬于砂壤土質地。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成分的最大允許濃度對比

2.2 土壤化學性質

結果表明，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）中化學成分的最大允許濃度范圍內。橫向10m、20m和30m的垃圾場土壤較遠離垃圾場上游100m處的土壤呈堿性。垃圾場土壤的堿性性質表明，土壤樣品被城市固體廢物污染，其中含有貢獻堿基的有機物和可能增加pH值的鹽和化學物質。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物，分解后釋放出NH3等堿。有機膠體吸引帶正電荷的陽離子導致獲得更高的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）電導率分別為2018μs/cm、 1831μs/cm和1813μs/cm；剖面-2處電導率分別為1912μs/cm、1910μs/cm和1706μs/cm；剖面-3處的電導率分別為1370μs/cm、1341μs/cm和1197μs/cm；剖面-4處的電導率分別為270μs/cm、268μs/cm和241μs/cm。

導電性隨著橫向距離增加而降低，也隨深度增加而降低，這可能是由于當深度和距離較大時鹽的濃度較低。10m、20m和30m處的電導率較高，說明土壤樣品受到了城市生活垃圾滲濾液遷移的污染。有機質總量在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）土壤有機質含量分別為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%。有機質比例越高的土壤，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電性。垃圾場地表的有機物含量很高，這是由于城市固體廢物增加了有機物的含量。有機碳含量在0.24%～2.16%。垃圾場土壤有機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）有機碳含量為1.40%、1.21%和1.09%，第四剖面（剖面4）有機碳含量為1.55%、0.60%和0.24%。這些結果表明，土壤有機碳含量由低到高變化，這可能是由于在傾倒地點處有機物的分解。一般而言，城市固體廢物含有50% - 52%的有機物，這導致城市固體廢物垃圾場的有機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碳的增加。垃圾場地表的有機物含量很高，這是由于城市固體廢物增加了有機物的含量。隨著分解完成，有機碳總量會下降。

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現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、廢棄的消費電子產品，如電視機、計算器、音響和塑料等。鎘是一種非必需金屬，即使濃度很低也具有劇毒。這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）、用過的機油和廢棄的電子產品（包括電視機、電子計算器和音響）。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

表2是土壤樣品的工程性質。液限、塑限和塑性指數分別為36%～63%、12%～24%和17.3%～23.7%。在傳統的土壤力學中，假設給定土壤的阿特伯格極限保持不變，但當孔隙流體發生變化時，這些特性也會發生變化。該研究的液限、塑限和塑性指數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水性。結果表明，固體廢物堆積場對土壤的工程性質和化學性質都有影響。地基材料可能會受到影響。有毒、危險化學物質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

3 結論

垃圾場附近土壤的物理性質表明，其質地屬于砂壤土。垃圾場土壤樣本的pH值為堿性。垃圾場附近的電導率較高，隨著采樣距離的增加電導率下降。有機碳和有機質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近逐漸降低。試驗結果顯示，土壤的物理性質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。