本文對(duì)全國(guó)12 個(gè)省份72 個(gè)典型村鎮(zhèn)產(chǎn)生的生活垃圾進(jìn)行采樣調(diào)查，系統(tǒng)分析了我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾的重金屬含量及其土地利用的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)果表明：我國(guó)典型村鎮(zhèn)生活垃圾中重金屬Hg、Pb、Cd、Cr、Cu 和Zn 的含量分別為（0.74±0.48）、（21.80±17.61）、（3.36±11.01）、（108.63±84.01）、（36.83±10.91）、（80.09±42.24）mg·kg-1；依據(jù)《城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)》，Hg、Pb、Cd、Cr 的超標(biāo)率分別是1.74%、3.44%、14.29%、2.09%。
村鎮(zhèn)生活垃圾土地利用的重金屬環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表明：重金屬單因子污染指數(shù)大小順序?yàn)镃d>Hg>Cr>Cu>Zn>Pb，其中Cd 和Hg 分別為重度和輕度污染；重金屬內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為4.08（重度污染），Cd 和Hg 的貢獻(xiàn)最大；重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度依次為Cd>Hg>Cu>Pb>Cr>Zn，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為強(qiáng)生態(tài)危害。
前言
隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民生活水平提高，農(nóng)村垃圾產(chǎn)量日益增多。據(jù)初步估算，我國(guó)農(nóng)村每年生活垃圾產(chǎn)生量已經(jīng)達(dá)到3 億 t ，然而，農(nóng)村的垃圾處理能力并沒(méi)有相應(yīng)提高，使得農(nóng)村生活垃圾大量堆積。
生活垃圾在堆積腐敗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量酸性和堿性物質(zhì)，可將垃圾中的無(wú)機(jī)污染物———重金屬淋溶而進(jìn)入水體和土壤。夏立江等分析了垃圾堆放場(chǎng)區(qū)周?chē)寥溃l(fā)現(xiàn)其中重金屬含量明顯高于對(duì)照區(qū)土壤。王振中等研究表明，垃圾中的重金屬可在土壤中富集從而造成垃圾堆放區(qū)周?chē)寥乐亟饘傥廴尽Ｍ寥乐亟饘俸砍瑯?biāo)導(dǎo)致的重金屬污染具有潛伏性、長(zhǎng)期性和不可逆性，且重金屬通過(guò)食物鏈的生物作用，容易被吸收與富集，從而對(duì)人體健康造成威脅。
在我國(guó)農(nóng)村推廣傳統(tǒng)的有機(jī)垃圾就地分散消納模式（主要指有機(jī)垃圾還田）是有效緩解農(nóng)村垃圾問(wèn)題的途徑。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)下，生活垃圾幾乎可以全部循環(huán)，農(nóng)村絕大部分的有機(jī)垃圾（如農(nóng)作物殘留和廚余等）和糞便以堆肥、漚肥、厭氧沼氣發(fā)酵或直接還田等途徑進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行自然循環(huán)，部分有機(jī)垃圾則通過(guò)燃燒成草木灰的方式還田，對(duì)于周邊環(huán)境的影響相對(duì)較小。
隨著人們生活水平的提高，包裝廢物、塑料制品、電子垃圾等大量出現(xiàn)，傳統(tǒng)的農(nóng)村生活垃圾消納方式已不能滿足要求。但是，我國(guó)農(nóng)村生活垃圾收運(yùn)、處理體系尚未完全建立，目前農(nóng)村生活垃圾的主要處理方式包括堆存、簡(jiǎn)單填埋、漚肥和焚燒等，絕大部分的農(nóng)村生活垃圾將會(huì)以堆肥、堆存、填埋、土壤改良劑等土地利用形式再次返回到土壤生態(tài)系統(tǒng)。丁湘蓉研究了強(qiáng)制通風(fēng)堆肥技術(shù)處理農(nóng)村生活垃圾的可行性，李清飛等研究了微生物在農(nóng)村有機(jī)生活垃圾堆肥中的作用。因此，針對(duì)我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬特性及其污染風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展研究具有重要意義。
目前對(duì)城市生活垃圾重金屬的研究報(bào)告相對(duì)較多。劉曉紅等研究發(fā)現(xiàn)，延安市區(qū)生活垃圾可堆腐物中的重金屬元素Pb、Cr、Cd、Hg、As 有輕微污染；李仙粉等研究發(fā)現(xiàn)各類垃圾中的Hg、Cd 元素含量均超過(guò)了北京市郊土壤背景值和污染起始值的最高允許含量；劉育辰等研究發(fā)現(xiàn)，四川宜賓夏季生活垃圾處于Ⅰ級(jí)中度污染水平，四川地區(qū)夏冬季總體處于無(wú)污染水平，且夏季污染負(fù)荷指數(shù)略高。
對(duì)于我國(guó)農(nóng)村生活垃圾重金屬含量開(kāi)展的大范圍、系統(tǒng)的研究較少，而重金屬含量對(duì)垃圾就地分散消納過(guò)程有至關(guān)重要的影響。因此，本文針對(duì)全國(guó)12 個(gè)省份、72 個(gè)典型村鎮(zhèn)進(jìn)行了調(diào)查研究和統(tǒng)計(jì)分析，闡述了農(nóng)村生活垃圾重金屬含量特征，以期明確我國(guó)農(nóng)村生活垃圾重金屬污染狀況，為其有效處理提供理論依據(jù)。
1、材料與方法
1.1采樣點(diǎn)
在全國(guó)12 個(gè)省市進(jìn)行村鎮(zhèn)生活垃圾采樣調(diào)查，包括南方6 省市（廣東、湖南、安徽、湖北、上海、重慶）和北方6 省市（北京、河南、山東、甘肅、黑龍江、吉林）。在每個(gè)省市選擇一個(gè)采樣地區(qū)，每個(gè)地區(qū)根據(jù)經(jīng)濟(jì)水平、產(chǎn)業(yè)類型等因素選取3 個(gè)不同的典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)采樣，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)集鎮(zhèn)中心和周邊農(nóng)村兩個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)72 個(gè)采樣點(diǎn)，取樣調(diào)查時(shí)間選取為2015 年的4 個(gè)季度。
我國(guó)典型村鎮(zhèn)新鮮生活垃圾采樣點(diǎn)如表 1 所示。
1.2樣品采集與分析
將生活垃圾攪拌均勻后堆成圓形，將其十字四等分，然后隨機(jī)舍棄對(duì)角中的兩份，余下部分重復(fù)進(jìn)行前述鋪平并分為四等分，舍棄一半，直至垃圾量能夠裝滿4 個(gè)容量100 L大桶，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。
將帶回實(shí)驗(yàn)室的垃圾樣品中大粒徑物品破碎至100~200 mm，然后將各種成分分別放在干燥的容器內(nèi)，置于電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱內(nèi)，在（105±5）℃ 的條件下烘4~8 h，待冷卻0.5 h后稱重。重復(fù)烘1~2 h，冷卻0.5 h 后再稱重，重復(fù)直至兩次稱量之差小于樣品量的百分之一。用研磨儀將烘干后的樣品研磨至0.5 mm以下，采用濃HNO3-H2O2 法消煮，每個(gè)樣品做3 個(gè)平行，稀釋定容后，再利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定重金屬含量。
1.3評(píng)價(jià)方法
為了做出準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)，參照《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995），分別采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法分析典型村鎮(zhèn)垃圾中重金屬污染狀況。
1.3.1 單因子污染指數(shù)法
計(jì)算公式為：
P i=C i /S i （1）
式中：P i 為污染指數(shù)；C i 為污染物實(shí)測(cè)值；S i 為污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，取值參考《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB15618—1995）；i 代表某種污染物。
分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：P i≤1 為未污染；1＜P i≤2 為輕度污染；2＜P i≤3 為中度污染；P i＞3為重度污染。
1.3.2 綜合污染指數(shù)法
采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行重金屬污染狀況評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：
P 綜=［{（C i /S i）max2+（C i /S i）ave2］/2}1/2 （2）
式中：（C i /S i）max 表示各重金屬元素污染指數(shù)最大值；（C i /S i）ave 表示各污染指數(shù)的平均值。
分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：P 綜≤1 為未污染；1＜P 綜≤2 為輕度污染；2＜P 綜≤3為中度污染；P 綜＞3 為重度污染。
1.3.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法
本文采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行陳腐垃圾重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。該方法將重金屬含量與重金屬的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)與毒理學(xué)相聯(lián)系，定量地劃分出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的程度，是目前較多學(xué)者采用的方法。
重金屬污染物潛在風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)指標(biāo)與分級(jí)關(guān)系見(jiàn)表 2。
潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）計(jì)算公式為：
E i＝T i×（C i /C 0） （3）
RI＝∑E i （4）
式中：E i 為潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子；T i 為重金屬毒性響應(yīng)系數(shù)（Hg、Cd、Pb、Cu、Cr、Zn 取值分別為40、30、5、5、2、1）；C i 為垃圾中重金屬濃度實(shí)測(cè)值；C 0 為參比值，取值參考全球工業(yè)化前沉積物中重金屬的最高背景值（Hg、Cd、Pb、Cu、Cr、Zn 依次為0.25、0.5、25、30、60、80 mg·kg-1）；RI 為重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。
2、結(jié)果與分析
2.1我國(guó)典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬含量評(píng)價(jià)
我國(guó)典型村鎮(zhèn)生活垃圾中重金屬元素主要有Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn，其含量分析結(jié)果如圖 1 所示。
由圖 1 可以看出，典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬含量大小依次為Cr>Zn>Cu>Pb>Cd>Hg，其中：Hg 含量0.03~4.34 mg·kg-1，平均值為0.74 mg·kg-1；Pb 含量0.04~169.15 mg·kg-1，平均值為21.80 mg·kg-1；Cd 含量0.07~107.00mg·kg-1，平均值為3.36 mg·kg-1；Cr 含量8.94~1569.10 mg·kg-1，平均值為108.63 mg·kg-1；Cu含量3.22~152.55 mg·kg-1，平均值為36.83 mg·kg-1；Zn 含量3.16~945.11 mg·kg-1，平均值為80.09 mg·kg-1。
我國(guó)典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬含量與《食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（HJ 332—2006）相比，Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn 的超標(biāo)率分別是39.58%、7.32%、2.09%、39.58%、6.97%、3.48%；與《城鎮(zhèn)垃圾農(nóng)用控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8172—1987）相比，Hg、Pb、Cd、Cr 的超標(biāo)率分別是1.74%、3.44%、14.29%、2.09%；與《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）相比，Cd、Cr、Cu、Hg、Zn 的超標(biāo)率分別是39.7%、7.7%、4.2%、33.1%、7.6%。由全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)知，全國(guó)土壤中Cd、Cu、Pb、Cr、Hg、Zn 6種無(wú)機(jī)污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、2.1%、1.5%、1.1%、1.6%、0.9%，經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)除了Pb 之外，其余重金屬超標(biāo)率均高于全國(guó)土壤重金屬的超標(biāo)率。因此，如若將垃圾進(jìn)行土地還原必須引起重視，且Cd、Hg 超標(biāo)率較高，毒性大，需予以特別關(guān)注。
2.2村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬單因子污染評(píng)價(jià)
單因子污染指數(shù)法是當(dāng)今研究者們針對(duì)單一重金屬元素進(jìn)行污染評(píng)價(jià)時(shí)所使用的一般方法，其數(shù)值小說(shuō)明該重金屬污染輕，反之則重。根據(jù)公式（1），由重金屬的實(shí)測(cè)含量、重金屬的土壤評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出P i 的值，Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn的污染指數(shù)見(jiàn)表 3。
由表3 可知，Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn 的單因子污染指數(shù)范圍分別是P Hg 為0.06~8.67、P Pb 為0~0.85、P Cd 為0.12~178.34、P Cr 為0.04~7.85、P Cu 為0.03~1.53、P Zn 為0.01~3.78，其中：74.31%的Hg、100%的Pb、55.56%的Cd、92.01%的Cr、97.57%的Cu、96.52%的Zn 屬于未污染的清潔水平；12.84%的Hg、15.28%的Cd、6.25%的Cr、2.08%的Cu、2.78%的Zn 屬于輕度污染；4.17%的Hg、7.98%的Cd、0.69%的Cr、0.35%的Cu、0.35%的Zn 屬于中度污染；8.68%的Hg、20.83%的Cd、0.35%的Cr、0.35%的Zn 屬于重度污染。Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn 的單因子污染指數(shù)平均值分別為1.47、0.11、5.59、0.54、0.37、0.32，從單因子污染指數(shù)平均值大小可以看出，典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬污染程度依次為Cd>Hg>Cr>Cu>Zn>Pb，其中P Cd>3，Cd 為重度污染，P Hg>1，Hg為輕度污染，其余重金屬皆屬于清潔水平。
2.3村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬內(nèi)梅羅綜合污染評(píng)價(jià)
根據(jù)公式（2），結(jié)合重金屬單因子污染指數(shù)（表 3）計(jì)算出典型村鎮(zhèn)生活垃圾中重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P 綜值，見(jiàn)表 4。
由表 4 可知，典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P 綜值范圍為0.13~178.35，平均值為4.08，屬于重度污染，且Cd 對(duì)P 綜值的貢獻(xiàn)最大，Hg 居其次。
2.4村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
根據(jù)公式（3）和（4）計(jì)算出典型村鎮(zhèn)生活垃圾中的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)E i、綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI，具體數(shù)值見(jiàn)表 5。
由表 5 可知，典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬E i 的范圍分別是E Hg 為3.20~966.88、E Pb 為0.17~37.30、E Cd 為9.00~9 600.06、E Cr 為0.15~31.64、E Cu 為0.16~43.85、E Zn 為0.01~11.81，其中：32.99%的Hg、100%的Pb、62.85%的Cd、100%的Cr、99.65%的Cu、100%的Zn 具有輕微生態(tài)危害；34.03%的Hg、15.28%的Cd、0.35%的Cu 具有中等生態(tài)危害；13.89%的Hg、6.60%的Cd 具有強(qiáng)生態(tài)危害；9.38%的Hg、5.90%的Cd 具有很強(qiáng)生態(tài)危害；9.03%的Hg、9.38%的Cd 具有極強(qiáng)生態(tài)危害。E Hg、E Pb、E Cd、E Cr、E Cu、E Zn 平均值分別為117.76、4.36、200.10、3.27、13.34、1.00。由E i 平均值的大小可知，典型村鎮(zhèn)生活垃圾中6 種重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度依次為Cd>Hg>Cu>Pb>Cr>Zn，其中Cd 具有很強(qiáng)生態(tài)危害，Hg 具有強(qiáng)生態(tài)危害，Cu、Pb、Cr、Zn 具有輕微生態(tài)危害。Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn 的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI范圍為12.70~10691.54，平均值為339.82，在300~600范圍內(nèi)，具有強(qiáng)生態(tài)危害。
3、討論
總體而言，通過(guò)三種評(píng)價(jià)方法均可發(fā)現(xiàn)我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾中Cd 的污染最嚴(yán)重，Hg 次之，其余重金屬污染程度較低，依次為Cr>Cu>Zn>Pb；同時(shí)，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也是Cd 最強(qiáng)，Hg 次之，其余重金屬只有輕微潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，依次為Cu>Pb>Cr>Zn，只是Cr、Cu、Zn、Pb 的污染程度與潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)略有不同。
由于Cd、Hg 的毒性最大，國(guó)內(nèi)外已發(fā)生多起Cd、Hg 污染事故，如日本水俁病事件和痛痛病事件、湖南瀏陽(yáng)Cd 污染事件，為了避免再次發(fā)生類似事件，需要特別注意防控重金屬污染，其中Hg 主要來(lái)源于廢棄的電池、熒光燈和塵土，Cd 主要來(lái)源于塵土、塑料和印刷制品，可以考慮從源頭治理，將生活垃圾分類收集處理。
本文只針對(duì)生活垃圾重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，如若進(jìn)行土地還原處理，同時(shí)還應(yīng)該進(jìn)一步綜合分析有機(jī)污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，避免造成二次污染。
4、結(jié)論
（1）典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn 含量分別為（0.74±0.48）、（21.80±17.61）、（3.36±11.01）、（108.63±84.01）、（36.83±10.91）、（80.09±42.24）mg·kg-1，與國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比主要是Cd、Hg超標(biāo)。
（2）從單因子污染指數(shù)P i 平均值大小可以看出，典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬污染程度依次為Cd>Hg>Cr>Cu>Zn>Pb，其中Cd 為重度污染，Hg 為輕度污染，其余重金屬皆屬于清潔水平。
（3）典型村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P 綜值為4.08，屬于重度污染，且Cd 對(duì)P 綜值貢獻(xiàn)最大，Hg 居其次。
（4）典型村鎮(zhèn)生活垃圾中6 種重金屬污染的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度依次為Cd>Hg>Cu>Pb>Cr>Zn，其中Cd 和Hg 分別具有很強(qiáng)和強(qiáng)生態(tài)危害；綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為339.82，具有強(qiáng)生態(tài)危害。
總體而言，我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬污染情況不容樂(lè)觀，進(jìn)行土地還原處理時(shí)需要特別注意重金屬的污染情況以及累積效應(yīng)（特別是Cd、Hg）。在村鎮(zhèn)生活垃圾進(jìn)行土地還原利用過(guò)程中應(yīng)避免所含重金屬進(jìn)入食物鏈，可考慮用于花卉、林地等土壤的改良，同時(shí)應(yīng)合理確定施用量和施用頻率，防止二次污染。
作者單位：1、桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院；2、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院
中國(guó)鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自:《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》2017 年第 8 期
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