薛 淼 谢金亮

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

0 前言

伴随着人口增长、快速城镇化和工业化进程加速，我国城市生活垃圾量激增，已成为生态文明建设中突出的环境问题。生活垃圾焚烧设施因具有占地少、减容减量程度高、消毒彻底、焚烧余热可利用等优势[1]，近年来已经成为我国城市生活垃圾无害化处置的重要手段。生活垃圾焚烧会向大气直接释放重金属、二噁英类 (PCDD/Fs)、多环芳烃(PAHs)等污染物，影响环境空气质量，危害人群健康。同时，大气污染物还可经大气沉降等过程，汇集至土壤，并在地表径流、植物吸收等作用下，污染地表水、地下水和食物，进一步加剧对人群健康和生态系统的危害。本文基于文献实例研究分析了生活垃圾焚烧厂周边土壤的重金属和有机污染水平、分布及环境风险等特征。

1 我国生活垃圾处理现状

1)我国城市生活垃圾产生量之大、增速之快是其他国家未曾经历的。2004年，我国超过美国成为全球垃圾产生量最大的国家[2]。我国城市生活垃圾产生量由1979年的2 508万t(以清运量计)激增至2017年的21 521万t(以清运量计)[3]。1979年至2016年，垃圾产生量年度复合增长率约5.8%[4]。1980年至2012年，人均垃圾日产生量由0.5 kg/人增至1.12 kg/人[5-6]。

2)我国城市生活垃圾无害化处理率正逐步提高。2017年全国平均无害化处理率已达98%[3]。卫生填埋和焚烧是我国垃圾无害化的主要处置方式，并呈现由 “卫生填埋为主、焚烧为辅”向“焚烧为主、填埋为补充” 转变的趋势[4]。2002年，我国卫生填埋占生活垃圾无害化处理量的89.3%，而2017年已降至57.2%[3]。

3)近年来，垃圾焚烧处置因具有诸多优势而发展快速。至2017年，全国已建成生活垃圾焚烧设施286座，处理能力合计29.8万t/d[3]。《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》明确将“到 2020 年底，设区城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的 50%以上，其中东部地区达到 60%以上”、“到 2020 年底，具备条件的直辖市、计划单列市和省会城市(建成区)实现原生垃圾零填埋”列为发展目标。可以预见，我国生活垃圾焚烧处置将延续快速发展的势头。

2 垃圾焚烧的主要环境问题

垃圾焚烧会产生飞灰、焚烧炉渣和焚烧烟气。

(1)飞灰。约占生活垃圾固体总量3%～5%。焚烧炉炉膛温度在800～1 000 ℃，超过部分重金属单质和氯化物沸点，生活垃圾中的重金属大部分会进入飞灰[7]。飞灰是烟气除尘器收集下的物质，由于重金属和二噁英等有毒有害物质含量高，已被列入我国危险废物名录。目前，飞灰普遍在水泥稳定固化后送至生活垃圾填埋场。

(2)焚烧炉渣。约占生活垃圾固体总量的25%～30%，焚烧炉渣在我国按一般工业固体废物进行管理，普遍作为建筑材料进行资源化利用。

(3)焚烧烟气向环境空气释放酸性气体(SO2、NOx、HCl、HF等)、颗粒物、重金属、多环芳烃、二噁英等污染物，对周边大气环境质量和人群健康产生不利影响。释放到环境中的污染物还会通过干湿沉降、地表径流等过程威胁土壤、地下水等环境质量，并通过食物暴露等进一步威胁人群健康[5]。

土壤是焚烧烟气中污染物的主要的汇和受纳介质，也是食物等其他暴露途径的重要二次源。土壤环境质量直接关系到食品安全、公众健康。《土壤污染防治行动计划》、《中华人民共和国土壤污染防治法》的相继颁布将我国土壤污染防治提升至新的高度。因此，关注生活垃圾焚烧厂对周边土壤环境的污染水平和污染特征是十分必要的。

3 生活垃圾焚烧设施周边土壤的污染特征

3.1 焚烧厂周边土壤的重金属污染特征

重金属毒性大，生物富集性和环境迁移性较强。生活垃圾中重金属主要来自废弃金属制品或镀金属制品(如电池、电子产品、灯)、含重金属成分的材料(如油漆、油墨、染料、彩色报纸)等[8]。重金属经焚烧以气态或颗粒态进入焚烧烟气，再经干湿沉降进入土壤中积累，形成污染隐患。

3.1.1 焚烧厂周边土壤重金属浓度水平

1)实测研究显示，城市生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属含量高于区域土壤背景浓度。汤庆合等[9]对上海浦东御桥生活垃圾焚烧厂周边土壤和植物的调查结果显示，焚烧厂运行2年后，周边土壤中汞含量高于土壤背景值，当地种植的蔬菜叶片中汞含量超过国家卫生标准[10]。黄锦琼[11]分析了2015年和2016年我国南方某生活垃圾焚烧厂及周边(400～1 000 m)表层土壤(0～20 cm)中重金属的含量。结果显示，部分点位Pb含量超过土壤环境质量标准[12]；相较于2015年，2016年重金属浓度水平显著上升。郭彦海等[13-14]对上海某生活垃圾焚烧厂周边(0.6～3.6 km)表层土壤(0～20 cm)重金属含量的分析结果显示，除As和Hg未检出外，土壤中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等含量均高于上海市土壤背景含量，其中Cd的平均含量和最大含量分别是背景含量的2.9倍和7.7倍；且主成分分析结果进一步表明区域土壤Cd、Cr、Pb、Cu、Zn主要来自工业源、交通源和垃圾焚烧烟气排放。

2)然而由于垃圾成分、环境归趋过程和污染来源复杂，部分实测研究并未发现焚烧厂周边土壤重金属较背景浓度有明确增加，或者所检测到的土壤浓度增量是否源自垃圾焚烧厂缺乏证据[15]。王俊坚等[16]对深圳某生活垃圾焚烧厂周边(0.2～2 km)表层土壤的研究发现，在焚烧厂运行近25年后，未有明显的重金属累积现象，表层土壤中重金属含量较广东省历史背景值无大幅增加。研究者推测可能与该地区风化淋溶等较高强度的输出有关。冯经昆[17]对重庆同兴垃圾焚烧厂周边土壤的研究发现， Cr、Cu、Pb、Zn等重金属水平高于土壤背景值，但源解析结果表明垃圾焚烧排放并不是重金属增量的主要原因。

3.1.2 焚烧厂周边土壤重金属Hg污染特征

重金属中Hg因其特殊的物理化学性质，是唯一主要以气相分布于大气中的重金属[18]，且易迁移、毒性大，尤为受关注。生活垃圾中的Hg来源广泛，包括电池、油漆、开关、电子产品、体温计、血压计、灯、杀虫剂、药品、化妆品等[19]。生活垃圾中超过90%的Hg随着焚烧烟气进入环境，联合国环境规划署估算，2010年我国垃圾焚烧烟气中汞排放约占人为源大气汞总量的6%[19]。

1)吕占禄等[20]检测了运行1年多的某生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属含量，结果显示焚烧厂及周边土壤中Hg含量超过对照点；Hg的空间分布差异最为明显，在常年主导风向下风向和次主导风向下风向500 m土壤中浓度最高，而后距焚烧厂越远含量越低。

2)赵曦等[21]对珠三角东部某大型垃圾焚烧厂周边表层土壤的研究指出，Hg和Zn的含量均超过广东土壤背景值，而其他金属与背景值差别不大；且主成分分析结果显示，土壤中的Hg与垃圾焚烧厂存在有较强的联系。

3.1.3 焚烧厂周边土壤重金属的赋存形态

重金属污染的健康危害不仅取决于浓度高低，其毒性危害还与赋存状态有关。土壤重金属的赋存形态主要有可交换态、碳酸盐结合态、铁- 锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态；其中可交换态为不稳定态，易迁移、易被生物利用，是可利用态；碳酸盐结合态、铁- 锰氧化物结合态、有机结合态是潜在可利用态；残渣态为惰性态，难以被生物利用。郭彦海等[14]对垃圾焚烧厂周边土壤的分析结果显示，区域土壤中Cr，Cu和Ni以残渣态为主，生物有效性较低；Cd、Pb和Zn潜在可利用态占比较高，存在较高的释放风险。

3.2 垃圾焚烧厂周边土壤二噁英等有机污染物污染特征

二噁英类，包括多氯二苯并二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)，是一类有强毒性的持久性有机污染物和环境激素类物质。作为固废焚烧的特征污染物之一，二噁英广受关注。我国原控制标准[22]中二噁英的排放限值为1.0 ng TEQ/m3，高于欧盟的0.1 ng TEQ/m3和美国的0.2 ng TEQ/m3。2014年国家对原标准进行了修订，新标准[23]中二噁英排放限值为0.1 ng TEQ/m3。

3.2.1 焚烧厂周边土壤二噁英的污染水平

我国学者对生活垃圾焚烧厂周边土壤中的PCDD/Fs浓度水平和谱特征进行了研究。

1)黄晨等[24]分析了4座生活垃圾焚烧厂周边土壤中17种2,3,7,8-PCDD/Fs二噁英的污染水平，浓度为0.77～3.10 ng TEQ/kg，平均值为2.01 ng TEQ/kg。

2)邓芸芸等[25]采集了上海2座垃圾焚烧厂周边土壤样品，检测结果显示土壤中二噁英的浓度均值分别为349.47 ng/kg、4.37 ng TEQ/kg。在各个异构体中，八氯代二苯并二噁英(OCDD)质量占比最大，为77.46%；五氯代二苯并呋喃(PeCDF)毒性当量浓度贡献最大，为28.14%。焚烧厂周边土壤中二噁英浓度高于背景土壤浓度(211.10 ng/kg、2.56 ng TEQ/kg)。

3)黄锦琼[11]分析了我国南方某垃圾焚烧厂周边土壤中二噁英含量，在2015年、2016年分别为1.74～8.11 ng TEQ/kg和0.45～8.53 ng TEQ/kg；土壤中二噁英的指纹特征与空气及水体中二噁英的指纹特征相似，表明空气中的干湿沉降是土壤中二噁英的重要来源。

4)张振全[26]在广东省选取2座垃圾焚烧厂，测定了周边土壤中二噁英污染水平。A厂周边土壤中二噁英浓度为0.66～7.11 ng TEQ/kg，厂区内土壤浓度高于周边地区，点位受风向影响的关系并不显著；B厂周边土壤中二噁英浓度较高，为3.7～20.1 ng TEQ/kg，超过了管控标准[27]的筛选值(第一类建设用地为10-5mg TEQ/kg)。

3.2.2 焚烧厂周边土壤二噁英的分布特征

一般认为，土壤中的二噁英主要沉积在表层，向深层转移的趋势不明显。Jones等[28]对土壤柱的分析结果指出，近90%的二噁英是在0～10 cm的表层土中，在10～20 cm和20～30 cm土层中的二噁英量只有5%和1%。刘丽君等[29]对广东省某垃圾焚烧厂周边土壤的研究发现，表层土壤(0～15 cm)中二噁英浓度是1.74～8.28 ng TEQ/kg，而下层土壤(15～30 cm)中的浓度是0.294～0.68 ng TEQ/kg。但在黄晨等[24]的研究中，土壤中二噁英呈现不同的垂直分布特征：浅层土壤平均浓度为1.77 ng TEQ/kg，深层土壤平均浓度为2.25 ng TEQ/kg；其中2家焚烧厂周边深层土壤中二噁英浓度高于浅层土壤。

3.2.3 焚烧厂周边土壤中二噁英的主要贡献源

已有研究表明，除垃圾焚烧外，土壤中的二噁英也受其他污染源影响。刘劲松[30]等对农村简易生活垃圾焚烧炉周边土壤的研究指出，土壤中二噁英浓度(2.29～9.45 ng TEQ/kg)高于土壤背景值(0.537 ng TEQ/kg)，但主成分分析结果显示，除焚烧排放外，土壤中的二噁英也受到其他污染源影响。Xu等[31]的研究认为生活垃圾焚烧厂与周边土壤中二噁英浓度水平有关，但总体来讲，贡献有限。露天焚烧、移动源、锅炉等是土壤中二噁英的主要贡献源。目前，土壤中二噁英的定量源解析研究较少，缺乏准确可靠的源解析技术，存在一定知识空缺。

3.2.4 焚烧厂周边土壤中其他有机污染物的污染特征

除二噁英外，垃圾焚烧还释放其他有机污染物。

1)多环芳烃。张晗等[32]发现淮北某生活垃圾焚烧电厂周边土壤中多环芳烃(PAHs)浓度水平明显高于对照区，最大浓度位于距离焚烧厂1 km处。

2)多溴联苯醚。孟博等[33]发现哈尔滨某垃圾焚烧厂周边土壤中的多溴联苯醚(PBDEs)浓度比市区土壤值高1～2个数量级。运行时间较长、处理量更大的焚烧厂周边土壤中PBDEs浓度显著更高。

3)六氯丁二烯(HCBD)。是一种新型持久性有机污染物。有研究[34]在焚烧烟气和飞灰中检测出了高浓度的HCBD。刘文聪等[35]对浙江某垃圾焚烧厂周边表层土壤的研究发现，HCBD的检出率为65%，但浓度相对较低，平均值为0.21 ng/g。

我国生活垃圾焚烧厂周边土壤污染的相关文献报道见表1。

表1 我国生活垃圾焚烧厂周边土壤污染文献报道

4 结论

由于占地少、减容减量程度高、消毒彻底、焚烧余热可利用等优势，焚烧成为我国生活垃圾无害化的重要处置方式，发展迅速。生活垃圾焚烧烟气包括重金属、二噁英、多环芳烃等污染物。焚烧烟气中的污染物可经大气干湿沉降等过程在焚烧厂周边土壤中积累。

1)文献研究指出，我国生活垃圾焚烧厂周边土壤中重金属和二噁英等污染物的浓度水平与焚烧厂有关：部分研究中焚烧厂周边土壤中重金属和二噁英浓度超过区域背景浓度；但由于垃圾成分、污染物来源和环境归趋过程复杂，以及焚烧厂规模与运行时间不一等原因，垃圾焚烧对周边土壤环境质量的影响程度不尽相同；垃圾焚烧对周边土壤重金属和二噁英污染贡献水平尚不清楚。

2)另外，有文献发现焚烧厂周边土壤部分点位Pb含量超过标准[12]要求，部分点位二噁英含量超过标准[27]的筛选值。此外，焚烧厂周边土壤还可积累多环芳烃、多溴联苯醚、六氯丁二烯等污染物。

3)生活垃圾焚烧的污染控制直接关系到周边环境质量和居民健康。生活垃圾焚烧污染特征和控制技术应持续得到学界和管理上的重视。