上海市生活垃圾重金属来源分析及污染风险评价

贾 悦，王 震，夏苏湘，李晓勇，邢霏霏

（1.上海市环境工程设计科学研究院有限公司，上海 200232；2.上海市废弃物管理处，上海200063）

1 研究方法

1.1 样品采集及分析

按照CJ/T 313—2009进行为期1 a的调查取样。2012年5月至2013年4月，对上海市6个区确定的22个采样点（居住区12个、商业区5个、事业区3个、清扫区2个）进行4次采集样品。

考虑上海市垃圾特性，厨余类、纸类、橡塑类、纺织类、木竹类5类组分占到垃圾95%以上，本研究通过统计这5类关键组分重金属含量，进而换算垃圾重金属量。每次采用“圆锥四分法”采集超过100 kg垃圾量进行称量，并组分分拣及称量，取约1 kg关键组分（5类）样品独立包装带回实验室，依次进行烘干含水率测定、粉碎研磨（粒径0.5 mm以下）、前处理及分析测试。具体前处理及分析方法见表1。

表1 前处理及分析方法依据

1.2 材料与设备

磅秤、样品采集车辆、分析天平、电热鼓风恒温干燥箱、研磨仪（研磨系统）、微波消解仪、ICP6000电感耦合等离子发散光谱仪、原子荧光仪。

2 结果与分析

2.1 重金属来源分析

通过单组分样品测定的重金属数值，并结合各成分及其含水率数据，最终换算垃圾湿基重金属量，其结果见表2。

表2 生活垃圾重金属含量（湿基） mg/kg

2.1.1 单组分重金属含量分析

各组分均不同程度地含有一定量重金属，具体结果见表3。重金属在各组分中分布特征分别如下。①Cr：厨余类＞橡塑类＞纺织类＞纸类＞木竹类，其中厨余类Cr含量显著较高（P＜0.05），为最低含量的3倍多；②Cd：橡塑类＞纺织类＞厨余类＞木竹类＞纸类，橡塑类Cd含量显著较高为最低含量的2倍多；③Hg：均值为0.378～0.535 mg/kg，方差分析各组分Hg含量无显著差异（P＞0.05），说明Hg在各组分中分布较均匀；④As：厨余类＞橡塑类＞纺织类＞木竹类＞纸类，厨余类As含量显著较高，为最低含量的2倍多；⑤Pb：橡塑类＞纺织类＞厨余类＞纸类＞木竹类，其中橡塑类Pb含量显著最高，为纺织类近3倍。总体而言，除Hg外，Cd、Cr、Pb、As在各组分含量存在显著差异。厨余类Cr、As含量最高，橡塑类Pb、Cd含量最高，此外纺织类Pb、Cr、Cd含量并不低，尤其Pb含量为最低值4.5倍。

2.1.2 单组分重金属贡献分析

与组分构成规律一致，橡塑类、厨余类、纸类同样是构成垃圾重金属的主体，即为重金属的关键来源，单组分重金属贡献比值见图1。总体规律为：①厨余类对Cd、Cr、Hg、As的贡献显著最高（45%左右），对Pb贡献（37%）也仅次于橡塑类；②橡塑类Pb含量波动大，最大值高达约750 mg/kg，对Pb贡献最高（45%），对其他重金属贡献31%～34%；③纸类对重金属贡献在10%～15%，而纺织类、木竹类对重金属贡献较小，合计低于10%。

由此可见，要控制垃圾重金属环境风险，关键还是从厨余、塑料产生量及有效处置着手。同时Pb在橡塑类成分含量及对垃圾贡献比例均处于较高水平，预防垃圾Pb污染，关键在于橡塑类。此外，尽管纸类单组分重金属含量并不高，但对垃圾重金属贡献占10%～15%，不容忽视。

2.1.3 产生源重金属分析

各产生源因功能不同，其垃圾中重金属含量会有所差异。本研究结果表明（表4），各产生源重金属含量之间存在差异，但统计分析显示As、Cd、Cr、Pb差异不显著（P＞0.05），Hg差异显著（P＜0.05）。Hg含量由高到低顺序是，事业区＞居住区=清扫区＞商业区，其中事业区Hg含量显著最高，为其他各产生源的1.5～2.0倍。该结论与李晓勇等［1］得出的“商业垃圾各重金属含量最高”有所不同，究其原因可能与调查年份、样本量不同有关。关于产生源重金属分布规律，还需对其进行长期的跟踪和调查。

表3 单组分重金属含量（干基） mg/kg

2.2 重金属污染风险评价

评价生活垃圾的重金属元素污染程度尚无规定的标准。由于采用填埋、堆肥法处理生活垃圾时，土壤是垃圾的最大容纳者和主要危害对象，且我国生活垃圾焚烧入炉垃圾缺少重金属含量的控制性要求，因此这里将重金属元素的测试结果与上海市土壤背景值（上海市环境科学院，1991年）、GB 15618—1995土壤环境质量标准、GB 8172—1987城镇垃圾农用控制标准对照，以确定垃圾重金属对环境的污染风险。

本研究采用单因子污染指数法与内梅罗指数法［2］，由内梅罗综合污染指数确定重金属元素的污染水平，单项污染指数确定主要污染重金属元素情况。

2.2.1 产生源风险评价

参照GB 15618—1995中的II级标准，对不同产生源重金属元素进行风险评价，评价结果具体见表5。研究结果表明：不同产生源重金属污染风险相当，且处于“轻污染”等级；主要特征污染物为Cd，均超出标准限制（0.30 mg/kg）42%。同时，事业区存在Hg元素污染风险，超出标准限值（0.50 mg/kg） 29%。

图1 单组分重金属贡献分析（湿基）

表4 不同产生源重金属类比分析（干基） mg/kg

表5 产生源重金属风险评价结果

2.2.2 全市风险评价

如表6所示，Cd、Hg、Pb是全市生活垃圾特征污染物。与各标准相比：①GB 15618—1995中的II级标准限值水平上，全市处于“轻污染”水平，Cd为特征污染物，其超出标准限值的39%；②与上海市土壤背景值相比，处于“重污染”水平，Cd、Hg、Pb超过限值，尤其是Hg、Cd分别超出限值的373%、215%；③GB 8172—1987限值水平上，含量满足标准要求。

另一方面，《城镇垃圾农用控制标准》是于1987年制定的，时间较久远，其标准限制可能超出当下污染严重的土壤承受能力，因此为了减少风险，建议上海市实施堆肥的前提是源头分类，并提高分类效果。否则堆肥后土地利用的风险仍然较大。

表6 全市生活垃圾重金属风险评价结果

3 结论

1）生活垃圾单组分重金属元素含量除Hg外，Cd、Cr、Pb、As存在显著差异。其中，厨余类Cr、As含量最高，橡塑类Pb、Cd含量最高；橡塑类、厨余类、纸类为重金属的关键来源，厨余类对垃圾重金属贡献基本约45%，而橡塑类贡献基本为31%～34%，且对Pb贡献最高（45%）；重金属Hg主要来自事业区，而其他重金属元素在各产生源中无差异。

2）重金属污染风险评价，不同功能区污染风险相当且处于轻度污染水平，特征污染物为Cd，同时事业区Hg污染也不容忽视，应重点关注“事业区”的垃圾性质；参照不同标准，全市生活垃圾具有不同程度的重金属污染风险，且Cd、Hg、Pb为全市生活垃圾特征污染物，为降低污染风险，生活垃圾不可进行简易填埋或堆放。

［1］李晓勇，胡雨燕，夏苏湘，等.上海市生活垃圾重金属污染特征分析［J］.环境卫生工程，2013，21（5）：22-24.

［2］林建伟，王里奥，赵建夫，等.三峡库区生活垃圾的重金属污染程度评价［J］.长江流域资源与环境，2005，14（1）：104-108.