矿化垃圾在土壤修复中的应用前景

垃圾的产生量随着人口的增加和城市的高速发展一直呈增加的趋势。大量垃圾的产生，使垃圾的堆放占用了越来越多的土地资源。据不完全统计，目前我国历年堆存的城市生活垃圾总量高达66亿t，侵占土地面积达35亿m2。长期堆放而不经过处理的垃圾堆场将对附近的大气环境、地表径流和地下水、土壤环境、附近居民生活等造成严重的影响。其中，由于垃圾堆场对附近土壤影响的潜在性和缓慢性特点，相关的研究比较少，所以研究垃圾堆场污染情况是一个亟待关注的方面。
2垃圾堆场污染情况
垃圾堆场相比于堆肥、焚烧、卫生填埋等垃圾处理方法，具有投资小，设施简单等优点，目前中国相当数量小城镇的生活垃圾填埋场仍属于这一类型。但由于垃圾堆场基本没有环保措施，不可避免地会对周围的环境造成严重污染。其对土壤的污染主要为渗滤液污染、填埋气污染以及残余固体废物污染等。
2.1垃圾堆场渗滤液对土壤的污染
钱丽萍等采集分析了哈尔滨市柳树林垃圾堆放场底部和水平方向的污染土壤样品，发现在水平方向，垃圾堆放场周围200m范围内土壤被严重污染；在底部垂直方向，随着深度的增加垃圾渗滤液的含量逐渐减少，在6m以下处含量收敛于背景值。程业勋等研究指出受垃圾渗滤液影响，堆放区周边土壤的有机质含量明显增高，同时土壤pH值下降。其中离垃圾堆最近的土壤pH值与对照相比下降了0.73，变化幅度较大。但随着离垃圾堆体距离的增大，土壤的有机质和全氮含量整体都呈现下降趋势。如表1所示。
表1土壤的有机质和全氮含量随垃圾堆体距离的变化

从表1中看出，以垃圾堆体为圆心，半径200m的范围内，土壤都已受到垃圾渗滤液不同程度的影响。虽然土壤养分含量的增高有利于土壤的培肥保肥，但在垃圾堆放区由于土壤pH值降低、有机质增加等变化会导致土壤重金属形态、溶解性的改变，因而潜在的土壤的重金属污染是不容忽视的。
2.2垃圾填埋气体对土壤的影响
垃圾堆场在堆放的同时，除了产生渗滤液外，在其发酵过程中还产生一定量的混合气体，主要包含饱和及不饱和碳氢化合物、酸性碳氢化合物和有机醇、芳香族碳氢化合物、卤代碳氢化合物、惰性气体和某些有毒金属物质等。Crutcher等研究总结填埋气体的组成成分如表2所示。
表2填埋场气体的主要成分体积分数1×10-2

LFG中的CH4易燃易爆，是主要的危险气体，且LFG是大气中总汞的释放源。冯新斌等利用高时间分辨率大气自动测汞仪对贵阳市郊区高雁垃圾卫生填埋场排气筒气态总汞进行了测定，研究表明：垃圾填埋半年区的排气筒气态总汞平均浓度为(665.52±291.25)ng/m3；同时LFG还是大气中甲基汞的重要排放源，其对附近居民健康和作物正常生长存在潜在的威胁和长期的影响。同时，LFG的迁移路线也导致其扩散的范围，有研究表明LFG倾向于沿更小阻力的路线转移，优先选择透气性最强的地层，可能迁移至较远的邻近地域，导致其中的微量有毒气体扩散，危害人体健康，阻碍作物生长。
2.3垃圾残留固体对土壤的污染
城市生活垃圾中含有大量杂物。在垃圾堆放的过程中，这些杂物很可能直接进入土壤，对土壤环境和农作物生长构成严重威胁，其中废电池污染最为严重。1节一号电池可以使1m2的土地失去使用价值，废旧电池中的锰、汞等重金属很容易进入土壤和地下水源，对人体健康造成严重危害。目前我国每年电池消费量为140亿只，几乎全部进入土壤之中。而大量不可降解的塑料袋和塑料餐盒被埋入地下，百年之后也难以降解，使垃圾堆场占用后的土地几乎全部成为废地。另外堆场中的电子废弃物也将对土壤造成严重的危害。电气电子设备含有大量金属、塑料、玻璃以及其它化合物，其中包括诸如氯氟碳化合物、卤素阻燃剂、汞、硒、镍、镉、铅、铬、聚氯乙烯塑料、酞酸酯和溴化阻燃剂等有毒有害物质，甚至含有多氯联苯等持久性毒性有机物。以浙江省台州市路桥区拆解场为例，1999年海关统计进口量67.8万吨，2000年实际拆解各种废五金电器80多万吨，拆解场内土壤已受到重金属和矿物油严重污染，尤其以矿物油、Cu、Pb、Zn的污染最为严重。拆解场周边农田土壤也受到重金属(Cu和Ni)及矿物油较轻度污染，同时其农作物大米也相应受到了增塑剂的污染。

3矿化垃圾修复污染土壤
目前对污染土壤中的重金属和有害有机质的降解和修复主要采用的方法涉及物理、化学、生物等方面。采用物理和化学技术修复污染土壤，不仅费用昂贵，难以用于大规模污染土壤的改良，而且常常导致土壤结构破坏、生物活性下降、肥力退化甚至二次污染等间题。采用植物方法虽然能避免上述问题的产生，但又因其微生物生长速度和生存环境等因素限制而成效缓慢。采用矿化垃圾修复污染土壤，因其成本低，效果明显而具有较好的应用前景。
3.1矿化垃圾特性
矿化垃圾是一种填埋8年以上的生活垃圾。其有机质含量高(9%～15％），结构松散（孔隙度37%～45%；容重0.96～1.03g/cm3)，具有较好的水力传导和渗透性能(持水度5%～20%；给水度30%），较大的阳离子交换能力(1.20～1.49m.mol/g干垃圾）以及优良的生物种群和较高的细菌总数（微生物>106-8个/g干垃圾），能有效地降解固态有机污染物。将9年矿化垃圾重金属浸出质量浓度与《地面水环境质量标准》(GB3838-2002)中的一类水质进行比较可知：除重金属Cu浸出质量浓度略高外（但也能达到二类标准），其余各重金属浸出质量浓度均达到一类标准。因此，利用矿化垃圾修复土壤基本不存在重金属污染的问题。矿化垃圾中还生存有数量庞大、种类繁多的微生物，由于其特殊的形成历程，这些微生物尤以多阶段降解性微生物为主。这显示出矿化垃圾可以为降解土壤中的污染物提供优良的微生物生存环境。综合相关研究表明，矿化垃圾是一种性能非常优越的生物介质，适合降解土壤中的重金属以及有毒有害有机物。
3.2矿化垃圾的降解效果
马建立、赵由才等纯生化污泥、生化污泥与矿化垃圾按10:7混合均匀的混合物分别装入填埋柱实验中，污泥中有机质的降解过程如图1所示。

图1生化污泥的有机质随时间变化曲线
实验结果显示，污泥中的有机质含量在厌氧环境里呈逐渐下降的趋势，并在1.5～2年内达到了稳定化。到试验末期，污泥和污泥+矿化垃圾的有机质的降解率分别为66.2%和57.14%。
另外，矿化垃圾对水中的重金属和有机化合物也有良好的降解作用，李鸿江、赵由才等利用ICP分析了矿化垃圾反应床进、出水中的金属离子，结果如表3所示。
表3进、出水中的金属离子浓度mg/L

从表3中可以看出在进水中检测出了17种金属离子，其中Zn、Pb、Ni、Cr、Cu被列入USEPA优先控制污染物名单。经过矿化垃圾处理后，出水中大部分金属离子的浓度降低甚至被完全去除。经GC/MS检测，进水中存在17种有机污染物，出水中只存在3种，另外新产生1种。这说明矿化垃圾对大部分有机物和金属离子具有很好的去除效果。
宋玉、李鸿江等在对不同月份的矿化垃圾生物床处理垃圾填埋场渗滤液尾水（简称渗滤液尾水）中的有机污染物进行分析时发现：在3月份的低温条件下，矿化垃圾生物反应床内微生物的活性降低，渗滤液尾水中的有机污染物有14种，相比国内其他学者分析的渗滤液中有机物种类少很多，说明大部分有机物被降解。9月份渗滤液尾水中的有机污染物得到很好的降解，具体情况见表4与表5的数据对比。

深入研究矿化垃圾的降解机理发现，在矿化垃圾生物反应床处理污染物过程中，矿化垃圾生物反应床对污染物的去除主要是利用矿化垃圾的吸附作用和生物降解功能完成的。在污染土壤修复中，实现了消纳矿化垃圾之种固体废物，同时又降解了土壤中的重金属和有机污染物，既以废治废，又具有低成本的优势。在使用矿化垃圾对某污染土壤进行降解的实验中，发现矿化垃圾还能有效的降解土壤中的多环芳烃，以典型的苯并[a]芘为代表，具体降解情况如图2所示。
图2污染土壤中的苯并[a]芘的浓度随时间变化从图2中可以看出，随着时间的变化，土壤中的苯并[a]芘呈现出下降的趋势，在第3d和第7d其降解率达到了34.5%和49.7%。
4展望
目前，为了防止垃圾堆场对土壤造成严重：污染，需要通过系统化收集，分类处理生活垃圾，从源头上控制垃圾堆放的情况。鉴于矿化垃圾的吸附和生物活性在治理重金属和有机污染物方面的广泛应用，可以运用于土壤修复中，在达到消纳矿化垃圾这种固体废物的同时，实现土壤的无害化。因此，广泛和深入地研究矿化垃圾在土壤修复中的应用和相关污染物降解的机理，将对实现矿化垃圾和土壤以废治废的资源化治理，具有很好的现实意义和广阔的应用前景。
参考文献略