城市固体废物倾倒对附近土壤理化性质的影响研究

周孙林

（利诚检测认证集团股份有限公司，广东 中山 528400）

城市固体废物在分解过程中会产生大量渗滤液，其化学是由堆积点的废物类型决定的，其主要包括机物污染物、无机污染物和其他污染物质[1]。主要元素为钙、钾、氮、镁和氨等，微量金属包括锰、镉、铁、铜、铬、镍以及铅等，有机化合物包括多芳香烃、酚、苯、甲苯、丙酮以及氯仿等，这些物质都有可能存在于固体废物处理场的渗滤液中[2]。这些堆填区产生的渗滤液严重影响了附近的土壤环境。从堆填区流出的渗滤液所含的化学物质，在穿过土壤并进入主要地层时，可能会出现一系列转化和破坏反应[3]。每种土壤淡化渗滤液的效率是不同的，并不是所有的元素或化合物都可以去除或降低浓度。在渗滤液通过土壤介质渗透的过程中，大部分污染物可能被吸附到土壤上。已有文献报道表明，垃圾渗滤液污染土壤的指标和工程性质的变化是由于土壤矿物颗粒与污染物之间的化学反应引起的[4]。但是关于倾倒的城市固体废物对土壤的物理化学和岩土特性的影响的研究还相对较少。因此，该研究旨在研究城市生活垃圾对排土场周边土壤的影响，以确定城市生活垃圾排土场周边地区的土壤性质。

1 材料与方法

1.1 渗滤液收集及分析

该研究是在广东省某垃圾倾倒场附近进行的。该垃圾倾倒场接收来自广州市政府辖区所有社区的固体废物。

1.2 收集土壤样本

分别在距离垃圾场10m（10m，剖面1）、20m（20m，剖面2）、30m（30m，剖面3）和对照100m（100m，剖面4）处采集深度为0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m的土壤样品。

1.3 土壤性质的测定

采集的土壤样品风干后用2 mm的筛孔筛除碎屑和石子，然后用于检验各种参数。该文对以下参数进行分析：土壤pH、EC、有机碳、有机质、可提取微量元素及重金属（Pb、Cd、Cr、Ni）。土工性质包括阿特伯格极限，比重和水力传导率。

用粒径分布仪测定土壤样品的粒径分布；用玻璃电极数字pH计测定了土和水悬浮液（1∶2.5）中的土壤pH；通过土：水悬浮液清液的电导率确定土壤的电导率；土壤有机质含量以土壤在马弗炉中燃烧时在土壤质量中损失的百分比来确定；采用DTPA萃取剂（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计测定浓度；液限和塑限采用ASTM液限仪测定；土壤的比重（Gs）用标准比重计法测定；土壤的水力传导率参考刘建立等[5]的方法计算。

2 结果与讨论

2.1 土壤物理性质

表1为垃圾填埋场土壤的平均理化浓度与未污染土壤中化学成分的最大允许浓度对比。距离城市固体废物倾倒场10m，土壤深度0～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m处的（10m，剖面-1）砂含量分别为93.8%、91.8%和89.7%，距离20m（20m，剖面-2）的砂含量分别为93.1%、91.8%和91.8%，距离30m（30m，剖面-3）的砂含量分别为91.8、91.8和91.8%，距离100m（100m，剖面-4）的砂含量分别为83.2%、83.2%和79.2%。可以看到，砂含量在表层（0m～0.3m深度）较高，在0.3m～0.6m和0.6m～0.9m深度随土壤深度增加而降低。离城市固体废物倾倒场10m土壤（10m，剖面-1）深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m处黏土和淤泥分数分别为4.5%、4.8%、6.8%和1.4%、1.7%、3.4%；距离20m（20m，剖面-2）处黏土和淤泥分数分别为4.8%、5.1%、6.8%和1.4%、1.4%、1.7%；距离30m（30m，剖面-3）处黏土和淤泥分数分别为6.8%、6.8%、6.8%和1.4%、1.4%、1.4%；距离100m（100m，剖面-4）处黏土和淤泥分数分别为13.4%、13.4%、19.4%和3.4%、3.4%、3.4%。淤泥和黏土含量在表层样品（0m～0.3m）中含量较低，随着土壤深度（0.3m～0.6m和0.6～0.9m）的增加而增加。结果表明，所有采样点的土壤都属于砂壤土质地。在该研究中，土壤中砂的比例较高可能是由于这些土壤的母质为花岗岩类型。垃圾场的土壤主要含有高含沙量，可使水的渗透性和渗滤液透过土壤，可能造成地表水/地下水污染。

表1 垃圾填埋场土壤的平均理化浓度与未污染土壤中化学成分的最大允许浓度对比

2.2 土壤化学性质

结果表明，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处pH值分别为8.32、8.26和8.14，其次为剖面-2处，pH值分别为8.18、8.17和8.14，剖面-3处pH值分别为7.93、7.81和7.74，剖面-4处pH值分别为6.9、6.7和6.3。4个钻孔（0～0.3m、0.3～0.6m和0.6～0.9m）土壤样品的pH值均在未污染土壤（6.25～9）中化学成分的最大允许浓度范围内。横向10m、20m和30m的垃圾场土壤较远离垃圾场上游100m处的土壤呈碱性。垃圾场土壤的碱性性质表明，土壤样品被城市固体废物污染，其中含有贡献碱基的有机物和可能增加pH值的盐和化学物质。垃圾填埋场土壤呈碱性，可能是由于垃圾填埋场土壤中积累了较多的有机物，分解后释放出NH3等碱。有机胶体吸引带正电荷的阳离子导致获得更高的pH值。

城市固体垃圾倾倒场附近土壤样品的电导率在241μs/cm～2018μs/cm。离城市固体废物倾倒场10m土壤深度0～0.3m、0.3～0.6m和0.6～0.9m处的（剖面-1）电导率分别为2018μs/cm、 1831μs/cm和1813μs/cm；剖面-2处电导率分别为1912μs/cm、1910μs/cm和1706μs/cm；剖面-3处的电导率分别为1370μs/cm、1341μs/cm和1197μs/cm；剖面-4处的电导率分别为270μs/cm、268μs/cm和241μs/cm。

导电性随着横向距离增加而降低，也随深度增加而降低，这可能是由于当深度和距离较大时盐的浓度较低。10m、20m和30m处的电导率较高，说明土壤样品受到了城市生活垃圾渗滤液迁移的污染。有机质总量在0.41%～3.73%。离城市固体废物倾倒场10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m处的（剖面-1）土壤有机质含量分别为3.73%、2.78%和2.27%，其次为第二剖面（20m，剖面-2），含量分别为3.11%、2.73%和2.04%，第三剖面（30m，剖面-3），含量分别为2.42%、2.08%和1.88%，第四剖面（100 m，剖面-4）含量分别为1.55%、0.60%和0.24%。有机质比例越高的土壤，保留的正电荷离子越多。这些离子在充满水分的土壤孔隙中的存在将提高土壤的导电性。垃圾场地表的有机物含量很高，这是由于城市固体废物增加了有机物的含量。有机碳含量在0.24%～2.16%。垃圾场土壤有机碳含量最高的部位为距离10 m（剖面-1），分别为2.16%、1.61%和1.42%，其次为第二剖面（剖面-2），有机碳含量最高的部位为1.80%、1.58%和1.18%，第三剖面（剖面-3）有机碳含量为1.40%、1.21%和1.09%，第四剖面（剖面4）有机碳含量为1.55%、0.60%和0.24%。这些结果表明，土壤有机碳含量由低到高变化，这可能是由于在倾倒地点处有机物的分解。一般而言，城市固体废物含有50% - 52%的有机物，这导致城市固体废物垃圾场的有机碳含量高于对照垃圾场。此外，矿化过程中可交换阳离子的释放也有利于有机碳的增加。垃圾场地表的有机物含量很高，这是由于城市固体废物增加了有机物的含量。随着分解完成，有机碳总量会下降。

Cd含量在0.02mg/kg～0.13mg/kg。离城市固体废物倾倒场10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m处的（剖面-1）土壤样品Cd含量分别为0.13mg/kg、0.08mg/kg和0.05mg/kg，其次为第二剖面（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）分别为0.04mg/kg、0.02mg/kg和0.02mg/kg。在未污染的土壤中发现Cd的浓度不大于5.2mg/kg。Cd的存在可能是由于垃圾场排放的城市固体废物，其中包括镍镉电池、废弃的消费电子产品，如电视机、计算器、音响和塑料等。镉是一种非必需金属，即使浓度很低也具有剧毒。这种金属的毒性作用因其极长的生物半衰期而加剧，因此在生物积累后会在生物体中存留很长时间。

Cr含量在0.11mg/kg～1.68mg/kg。离城市固体废物倾倒场10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m处的（剖面-1）土壤样品中Cr的浓度分别为1.68mg/kg、1.18mg/kg和0.93mg/kg，与其他土壤剖面样品相比略有升高；第二剖面（20m，剖面-2）的Cr含量分别为1.49mg/kg、0.65mg/kg和0.39mg/kg；第三剖面（30m，剖面-3）的Cr含量分别为1.05mg/kg、0.89mg/kg和0.28mg/kg；第四剖面（100m，剖面-4）的Cr含量分别为0.89mg/kg、0.30mg/kg和0.11mg/kg。土壤中Cr的来源可能是由铅、铬电池、彩色塑料袋、废弃塑料材料和空油漆容器组成的废物。

Pb浓度在2.13～10.27mg/kg。离城市固体废物倾倒场10m土壤深度0～0.3m、0.3～0.6m和0.6～0.9m处的（剖面-1）土壤样品中Pb浓度分别为10.27mg/kg、3.83mg/kg和2.13mg/kg，第二剖面（20m，剖面-2）处土壤Pb浓度分别为8.81mg/kg、7.67mg/kg和3.45mg/kg，第三剖面（30m，剖面-3）处土壤Pb浓度为6.87mg/kg、6.08mg/kg和3.08mg/kg，第四剖面（100m，剖面-4）处土壤Pb浓度分别为4.11mg/kg、3.24mg/kg和2.33mg/kg。该研究结果见表1，Pb随土壤深度和距离的增加而减少。垃圾场土壤样本Pb含量高，可能是由于垃圾场大量弃置铅酸电池、塑料和橡胶残留物、印刷纸张、铅膜（如瓶盖）、用过的机油和废弃的电子产品（包括电视机、电子计算器和音响）。如果此处Pb向地下水位渗透，就会造成Pb污染。

Ni浓度为1.55mg/kg～12.97mg/kg。离城市固体废物倾倒场10m土壤深度0m～0.3m、0.3m～0.6m和0.6m～0.9m处的（剖面-1）土壤样品中Ni浓度分别为12.97mg/kg、8.67mg/kg、4.92mg/kg；第二剖面（20m，剖面-2）处土壤Ni浓度分别为8.67mg/kg、3.74mg/kg、1.55mg/kg；第三剖面（30m，剖面-3）处土壤Ni浓度为5.36mg/kg、4.57mg/kg和2.84mg/kg；第四剖面（100m，剖面-4）处土壤Ni浓度分别为5.20mg/kg、3.45mg/kg和3.27mg/kg。土壤pH是控制Ni溶解度、吸附和迁移的最重要因素，释放到环境中的大部分Ni化合物会吸附到沉积物或土壤颗粒上，因此变得不可移动。

2.3 土样的工程性质

表2是土壤样品的工程性质。液限、塑限和塑性指数分别为36%～63%、12%～24%和17.3%～23.7%。在传统的土壤力学中，假设给定土壤的阿特伯格极限保持不变，但当孔隙流体发生变化时，这些特性也会发生变化。该研究的液限、塑限和塑性指数均随距离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。距离垃圾堆积场边界10m、20m、30m和100 m处的水力传导率分别为1.656×10-5、1.741×10-6、1.872×10-6和1.931× 10-6m/s。钻孔距离和钻孔深度的增加降低了土壤的导水性。结果表明，固体废物堆积场对土壤的工程性质和化学性质都有影响。地基材料可能会受到影响。有毒、危险化学物质的渗透造成了地下水水源的污染。

表2 土壤样品的工程性质

3 结论

垃圾场附近土壤的物理性质表明，其质地属于砂壤土。垃圾场土壤样本的pH值为碱性。垃圾场附近的电导率较高，随着采样距离的增加电导率下降。有机碳和有机质含量在靠近排土场的地方较高，随着土壤深度和距离的增加而降低。可提取微量元素和重金属（Pb、Cd、Cr、和Ni）浓度在垃圾场附近较高，随着土壤深度和距离垃圾场的远近逐渐降低。试验结果显示，土壤的物理性质变化受城市固体废弃物倾倒的影响。这些影响随着深度的增加而减少。