臺灣研究:飛灰固化填埋成二惡英潛在污染源

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2005年11月,國際著名學術期刊Journal of Hazardous Materials刊載了一篇來自臺灣正修科技大學化學與材料工程系學者的論文。該論文關注了臺灣一座處置生活垃圾焚燒飛灰和爐渣固化體的垃圾填埋場中二惡英類物質的分布情況。

為了研究飛灰固化體填埋場的PCDD/F(即二惡英類污染物)分布特征,作者采集了飛灰固化體、土壤、榕樹樹葉、監測井的地下水以及經過處理的填埋滲濾液樣品,并測定了PCDD/Fs的相關指標。

作者強調,盡管他們只研究了一座飛灰固化體填埋場,但是相似的固化方式(在臺灣,當時飛灰的固化處理均采用水泥固化的方式——編者注)以及填埋過程讓研究所得的結果對臺灣其他填埋場的情況都具有參考價值。

研究首先對生活垃圾飛灰固化體的浸出毒性進行了評估,結果發現6份飛灰固化體樣品的PCDD/F浸出濃度平均值為0.0776 pg I-TEQ/L(0.00243~0.247 pg I-TEQ/L),遠低于臺灣對于固化體PCDD/F毒性特性浸出程序(toxicity characteristic leaching procedure, TCLP)的要求值(0.01 mg I-TEQ/L)。

另有6份飛灰固化體樣品被用于測定固化體本身的PCDD/F含量,結果發現含量平均值為367 ng I-TEQ/kg(134~561 ng I-TEQ/kg),大概為日本垃圾填埋場相關含量標準的1/10(3000 ng I-TEQ/kg)。兩種評價均說明送往填埋場的飛灰固化體是符合污染控制標準要求的。

接下來,作者分析了城市(距填埋場10km)表層和填埋場表層及深層土壤的PCDD/F含量,結果發現城市表層土壤的平均PCDD/F含量為2.74 ng I-TEQ/kg,而填埋場的表層及深層土壤PCDD/F平均含量分別是1260 ng I-TEQ/kg(92.4~2810 ng I-TEQ/kg)和437 ng I-TEQ/kg(200~667 ng I-TEQ/kg)。相較于城市土壤,填埋場表層土的PCDD/Fs含量高出了460倍,表明填埋場土壤已經被PCDD/Fs污染,且污染區已向下擴展到了深層土壤。

作者進一步確定,填埋場PCDD/Fs污染的來源就是垃圾焚燒飛灰固化體,因為通過對填埋場土壤和固化體的PCDD/Fs進行指紋特征分析,發現兩者具有相似的特征(見圖1)。而之所以填埋場土壤的PCDD/Fs含量比固化體還高(表層土和深層土PCDD/Fs含量分別達到了飛灰固化體的3.4和1.2倍。),可能是因為土壤中的有機質將從固化體釋放或浸出的PCDD/Fs富集在了一起,從而使土壤達到了一個更高的濃度。

在上面提及的數據中,有一點值得注意,那便是填埋場表層土的PCDD/Fs最高值(2810 ng I-TEQ/kg)達到了臺灣土壤管理標準(1000 ng I-TEQ/kg)的2.8倍,這意味著填埋場的土壤可能會通過包括土壤顆粒再懸浮以及土壤PCDD/Fs揮發在內的方式對人類健康造成潛在風險。

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(橫坐標為不同種類的異構體,縱坐標為各異構體占PCDD/Fs總量的百分比,四幅圖從左到右、從上到下依次是固化體(solidified monolith)、填埋場表層土(surface soil of the landfill site)、填埋場深層土(inner soil of the landfill site)和城市土壤(urban soil)的指紋特征圖。)

在進行土壤分析之外,作者還比較研究了監測井地下水、經處理的填埋場滲濾液以及從其他縣采集的地下水和河水樣品PCDD/F濃度,結果發現其他縣地下水和河水樣品的PCDD/F濃度分別為0.00534和0.0155 pg I-TEQ/L(可將其分別作為地下水和河水的背景濃度),而填埋場上游、中游、下游監測井中地下水的濃度分別為0.0493、0.159和0.0473 pg I-TEQ/L(平均值為0.0852 pg I-TEQ/L),監測井中地下水的平均濃度達到了背景濃度的16倍。

此外,中游監測井地下水濃度是上游和下游的3倍以上,說明水泥固化并不能阻止PCDD/Fs從飛灰向外滲出,只不過由于PCDD/Fs強烈的疏水性和難溶性,污染區域被局限在了填埋場周圍。

經處理的填埋場滲濾液PCDD/F的平均濃度則達到了0.071 pg I-TEQ/kg,是河水背景濃度的5倍。由此可以看出,填埋場地下水和處理過的滲濾液中PCDD/F的濃度均高于對照組,表明填埋場對于附近的水環境是一個潛在的PCDD/F排放源。

綜上所述,作者認為利用水泥固化方式對飛灰進行最終處置并不恰當,其對填埋場土壤及周圍水體均構成了污染的威脅,因此需要重新思考通過飛灰固化技術控制PCDD/F污染的法規的合理性。他們警告,倘若沒有合適的控制和管理,飛灰固化體填埋場不僅會嚴重危害周邊環境,也會損害遠處居民的健康,因為PCDD/Fs可能會通過大氣運輸和沉降影響遠處的區域,這一點值得重視。

小知識

1、二惡英類污染物:二惡英是約210種不同化合物的總稱,包括75種多氯二苯并-對-二噁英(PCDDs)以及135種多氯二苯并呋喃(PCDFs),世界衛生組織癌癥研究所和美國環保署已將其列為已知人類致癌物。環境中存在的二惡英以其混合物形式存在,評價接觸這些混合物對健康產生的潛在效應并非含量的簡單相加。為評價這些混合物對健康影響的潛在效應,提出了毒性當量(Toxic Equivalency Quantity, TEQ)的概念,并通過毒性當量因子(Toxic Equivalency Factor, TEF)來折算。

TEF是指其他PCDD/Fs異構體對某種作為標準的異構體的相對毒性大小,實際應用中一般以毒性最強的2,3,7,8-TCDD的TEF作為標準1,其他PCDD/Fs異構體與其比較所得的毒性值便是該異構體的相對毒性強度。

2、固化和固化體:固化(固化/穩定化作用的簡稱)指為通過物理、化學方法將廢物有害成分固定或包容在惰性固體基質內,使之呈現化學穩定性,以便于運輸和處置,并降低污染物的毒性和減少其向生態圈的遷移率,是一種無害化處理方法。固化體指廢物通過固化之后形成的惰性固體。水泥固化是一種常用的固化處理方式。

3、浸出毒性:指采用規定的浸出程序對固體廢棄物進行浸取之后所測定的浸出液的毒性。

編譯:夏志堅、毛達  時間:2017年1月15日星期日
來源:Wang M S, Wang L C, Chang-Chien G P. Distribution of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans in the landfill site for solidified monoliths of fly ash.[J]. Journal of Hazardous Materials, 2006, 133(1-3):177-182.