垃圾焚烧厂气态排放源与周边土壤中重金属分布的响应模型研究

焚烧处置在垃圾减量化方面有巨大的优势，但垃圾焚烧带来的污染问题一直是困扰焚烧技术发展推广的瓶颈。相比作为危废单独收集处理的垃圾焚烧飞灰，直排的焚烧尾气对垃圾焚烧厂周边环境的影响范围更大也更加直接。重金属是焚烧尾气的主要污染物之一，且大部分会随烟流扩散沉降到焚烧厂周边土壤中并形成累积，因此土壤中重金属的污染状况是反应焚烧尾气对周边环境影响的一项具有代表性的核心指标。研究尾气排放与污染程度的相关关系对于焚烧厂的选址建设和环境风险评估都十分重要。本研究将到正在运行中的焚烧厂周边实地取样，采用ICP等检测手段分析垃圾焚烧厂周边土壤中重金属的空间分布与污染特征，结合地球化学理论分析土壤重金属污染现状。通过在焚烧厂排放口监测取样获得重金属排放源强的变化规律。再以统计学模型为基础，分析焚烧厂排放源与土壤中重金属分布的相关关系，并进一步根据污染物扩散的基本规律建立排放源与土壤中重金属分布的响应模型。

本研究选取了位于我国东部沿海平原与西部内陆山区的两个垃圾焚烧厂周边土壤作为研究对象，旨在代表我国平原多风区与山地静风区的地貌与气象条件。通过实地采样测试研究了两地土壤中重金属的形态分布规律与空间分布规律，并以此为基础采用PCA主成分因子法对区域的重金属来源进行了解析。结合地形、气象与源排放条件确定了焚烧尾气的代表性重金属，并探讨了影响其分布的主要因素。基于典型元素质量守恒规律建立了土壤中典型重金属对垃圾焚烧尾气的响应模型。得到的主要结论包括：.1.沿海平原地区土壤中Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Pb的平均含量分别为274.21、1053.47、58755.9、37.38、90.60、40.53 mg·kg-1；而内陆山地土壤中则为224.0、658.99、39960.3、31.72、33.91、70.98mg·kg-1。其中Pb只以可还原态和残渣态两种形态存在，不同风向区域的可还原提取态比例有所差异；Mn主要以可还原提取态为主，其次是残渣态；Cu和Zn以残渣态为主，相对较稳定，危害性最小；不同重金属形态的区域分布规律表明土壤中的Mn、Zn、Cu几乎不受焚烧尾气源的影响 ，而Pb则可能受到了其较为明显的影响。.2.主成分来源解析表明：两地Mn、Fe均为土壤背景结构因素影响，Cu、Zn、Pb受人类活动影响。内陆山地研究区域土壤中Cu主要受农药施用和交通影响；Pb、Zn、Cr主要为原工业污染残留，其中Cr局部污染严重，浓度达到背景值的3.48倍；垃圾焚烧尾气尚未造成明显的重金属污染。沿海平原研究区域土壤中Cu、Zn主要受农药施用与交通的影响，Pb则很可能是源于垃圾焚烧尾气的影响，下风向区域浓度均值显著高于背景值。Pb是垃圾焚烧尾气源中含量最高的挥发性重金属，可作为垃圾焚烧尾气的污染指示元素，其来源解析与分布规律表明焚烧厂尾气对周边区域的总体污染程度主要取决于污染源排放量，而污染分布则与地形及气象条件密切相关。.3.选取Pb作为垃圾焚烧尾气的代表性重金属元素建立了尾气排放源与土壤污染累积的三级响应模型，总体区域模型误差7%；方位模型误差15.9%；单区域模型平均误差为34.0%。主要影响因素为干扰源项影响与采样测试误差，响应模型的系统误差也有一定程度的影响。