路用建筑垃圾中重金属的污染风险分析
陈宇云 孙满成 杨胜科 赵晓红 王周峰 王文科
摘要：建筑垃圾的用于公路建设，可以有效缓解公路建设资源紧张的局面。本文对用于西咸北环高速公路路基填筑的不同类型建筑垃圾中的重金属进行分析，结果表明：与土壤质量国家标准进行比较，个别样品重金属含量虽有超标现象，但平均值远低于三级指标，对环境影响较小，可以用于公路建设路基填筑。
关键词：建筑垃圾；重金属；路基填筑；污染风险
中图分类号：X799.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0037-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.020
Abstract：Construction waste for highway construction，can effectively alleviate the tense situation of highway construction resources. This article analyzes the heavy metals in different types of construction waste that are used to fill the roadbed of the Xian-Xianyang Expressway， The results show： Comparing with national standards for soil quality， Individual samples have excessive levels of heavy metals， However， the average value is much lower than the third-level indicator， Little impact on the environment， it can be used for road construction roadbed construction.
Keywords： Construction rubbish； Heavy metal； Subgrade filling； Pollution risk
随着我国城镇化进程的加快，建筑垃圾年产生量为2.5-3.6亿t[1]，约占城市垃圾总量的30%-40%[2-4]，不仅占用大量土地对环境造成严重的影响，并且是对资源的严重浪费。国内外都有关于建筑垃圾综合利用的研究[5]，也有一些将建筑垃圾用于公路建设的尝试[6-8]。
西咸北环高速公路是《关中-天水经济区发展规划》确定的交通建设重点工程之一。在路堤、路床填筑中共使用大量建筑垃圾替代原设计灰土填筑。本文对用于西咸北环高速公路路基填筑的不同类型建筑垃圾中的重金属进行分析，并对其污染风险进行了评估。
1 实验材料与方法
1.1 样品采集
对拟用于西咸北環高速公路路基填筑的建筑垃圾进行样品采集，采集到的样品共计33个，包含有混合样、砖样、混凝土样、瓷片样、农田土样以及试验段建筑垃圾的压缩样、黄土样、灰土样，具体采样信息见表1。
1.2 仪器与试剂
实验仪器：电子天平、Teflow坩埚、钢瓶、101A-3E电热鼓风干燥箱、电热板、容量瓶、电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）。
试剂：HNO3溶液（浓度分别为40%、2%）、纯HF（优级纯）。
1.3 实验方法
根据中华人民共和国环境保护标准（HJ557-2009）（代替GB5086.2-1997），对建筑垃圾样品进行预处理，去除杂物后将其研磨过筛（60目，≦0.3mm）。
称取所有样品各50mg置于Teflow坩埚，分别向土样中加入1.5mLHNO3和1mL HF，稍微摇匀混合后放入钢瓶中，在101A-3E电热鼓风干燥箱中经189℃高温高压处理24h（第一次溶样），置于电热板上烘干；加入不超过1mL的纯HNO3于第一次烘干的样品中，等待其再烘干（复溶过程）；加入2mL左右40%的HNO3于第二次烘干的样品中，烘烤4h后取出并冷却，用2%的HNO3将冷却的样品定容至60mL，置于一次性塑料容量瓶中。
对建筑垃圾中的重金属元素采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）进行测定，并以外标法对其进行定量。
2 结果与讨论
2.1 建筑垃圾重金属元素超标情况
对建筑垃圾中铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、镉（Cd）、锌（Zn）和铅（Pb）等6种重金属元素进行了分析，并与土壤三级质量标准（表2）作为对比，分析了不同区域建筑垃圾加工厂污染物的超标情况（表3和表4）。
表3和表4数据表明：建筑废弃物中只有镉、锌和铅有超标现象，其中混合样超标率为14.3%，砖块样超标率为12.5%，混凝土样无超标，瓷片样超标率为33.3%，总超标率为17.6%，污染风险依次为混凝土样、砖样、混合样和瓷片样，逐渐升高，这两个采样区域均是Cd超标率较高。从土壤环境质量标准看，超标倍数不高，用于公路路基建设环境风险不大。
2.2 建筑垃圾中重金属含量与当地农田土壤背景值的比较
对采集自研究区的三个场地的混凝土、砖、瓷片、混合样、试验段压实样和灰土样共33个样品进行分析，并取其平均值与土壤环境背景值（农田土样）对比，结果见图1。可以看出瓷片样中重金属元素的含量远大于其余建筑垃圾样品，其中在Cu、Zn、Pb重金属元素图中较为明显；混凝土样中各重金属元素含量均较低，属于污染风险最低的建筑垃圾材料；砖样中各重金属元素含量均属于中等水平，没有明显过高和过低的重金属元素含量。在砖样、混凝土样、瓷片样混合后的混合样品中可以看出，重金属含量较高的建筑垃圾单样在混合后，重金属都有所降低。因此在选取建筑垃圾作路基的再生材料时，可以尽量在一定范围内降低瓷片在混合的建筑垃圾中的比例，或者增加混凝土在混合建筑垃圾中的比例，这样可以最大限度的降低建筑垃圾作为公路路基时对周边环境（土壤、地下水）带来的影响。在对比分析混合样与农田土样中的重金属含量时可以看出，混合样中Zn元素含量尽管高于背景值，但低于土壤质量三级标准，其余重金属含量均低于农田土样，因此，建筑垃圾用于高速公路路基填筑不会污染周边土壤。
3 结论
本文测定了不同类型建筑垃圾中Cr、Cu、Ni、Cd、Zn和Pb等重金属元素的含量，对其超标情况进行了分析，结果表明建筑垃圾用于高速公路路基填筑对周边水土环境影响较小。
参考文献
[1]李跃矩，林志伟，孙可伟，郭远臣.建筑废弃物在道路结构层材料中的应用研究[J].环境科学与技术，2010，（s2）：352-354.
[2]赵晓红. 建筑垃圾再生材料应用于公路工程的环境影响[J]. 陕西师范大学学报. 2016，42（2）：111-115.
[3]董晶， 孔德乾. 我国城市建筑垃圾处理现状及对策分析[J]. 建设科技，2012，（22）：78-80.
[4] 李刚. 城市建筑垃圾资源化研究[D]. 西安： 长安大学 ，2009.
[5] 冷发光，何更新，张仁瑜等. 国内外建筑垃圾资源化现状及发展趋势[J].环境卫生工程，2009，17（1）：33-35
[6] 牛永宏，郭藤藤，王鑫.建筑垃圾回填路基施工技术研究[J].道路施工与机械，2014， 09：49-52.
[7]夏慧慧， 王坚， 李巍.建筑垃圾在路基处理中的应用[J].城市道桥与防洪，2009，（7）：50-51.
[8] Shelbume Wayne M， Degroot Don J. Use of waste and recycle materials in highway construction. Civil Engineering Practice[J]，1998，13（1）：5-16.
收稿日期：2018-05-14
基金项目：交通运输部2013年度建设科技项目（2013318J16490）
作者简介：陈宇云（1978-），男，博士，副教授，研究方向为污染控制化学。
摘要：建筑垃圾的用于公路建设，可以有效缓解公路建设资源紧张的局面。本文对用于西咸北环高速公路路基填筑的不同类型建筑垃圾中的重金属进行分析，结果表明：与土壤质量国家标准进行比较，个别样品重金属含量虽有超标现象，但平均值远低于三级指标，对环境影响较小，可以用于公路建设路基填筑。
关键词：建筑垃圾；重金属；路基填筑；污染风险
中图分类号：X799.1 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0037-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.020
Abstract：Construction waste for highway construction，can effectively alleviate the tense situation of highway construction resources. This article analyzes the heavy metals in different types of construction waste that are used to fill the roadbed of the Xian-Xianyang Expressway， The results show： Comparing with national standards for soil quality， Individual samples have excessive levels of heavy metals， However， the average value is much lower than the third-level indicator， Little impact on the environment， it can be used for road construction roadbed construction.
Keywords： Construction rubbish； Heavy metal； Subgrade filling； Pollution risk
随着我国城镇化进程的加快，建筑垃圾年产生量为2.5-3.6亿t[1]，约占城市垃圾总量的30%-40%[2-4]，不仅占用大量土地对环境造成严重的影响，并且是对资源的严重浪费。国内外都有关于建筑垃圾综合利用的研究[5]，也有一些将建筑垃圾用于公路建设的尝试[6-8]。
西咸北环高速公路是《关中-天水经济区发展规划》确定的交通建设重点工程之一。在路堤、路床填筑中共使用大量建筑垃圾替代原设计灰土填筑。本文对用于西咸北环高速公路路基填筑的不同类型建筑垃圾中的重金属进行分析，并对其污染风险进行了评估。
1 实验材料与方法
1.1 样品采集
对拟用于西咸北環高速公路路基填筑的建筑垃圾进行样品采集，采集到的样品共计33个，包含有混合样、砖样、混凝土样、瓷片样、农田土样以及试验段建筑垃圾的压缩样、黄土样、灰土样，具体采样信息见表1。
1.2 仪器与试剂
实验仪器：电子天平、Teflow坩埚、钢瓶、101A-3E电热鼓风干燥箱、电热板、容量瓶、电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）。
试剂：HNO3溶液（浓度分别为40%、2%）、纯HF（优级纯）。
1.3 实验方法
根据中华人民共和国环境保护标准（HJ557-2009）（代替GB5086.2-1997），对建筑垃圾样品进行预处理，去除杂物后将其研磨过筛（60目，≦0.3mm）。
称取所有样品各50mg置于Teflow坩埚，分别向土样中加入1.5mLHNO3和1mL HF，稍微摇匀混合后放入钢瓶中，在101A-3E电热鼓风干燥箱中经189℃高温高压处理24h（第一次溶样），置于电热板上烘干；加入不超过1mL的纯HNO3于第一次烘干的样品中，等待其再烘干（复溶过程）；加入2mL左右40%的HNO3于第二次烘干的样品中，烘烤4h后取出并冷却，用2%的HNO3将冷却的样品定容至60mL，置于一次性塑料容量瓶中。
对建筑垃圾中的重金属元素采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）进行测定，并以外标法对其进行定量。
2 结果与讨论
2.1 建筑垃圾重金属元素超标情况
对建筑垃圾中铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、镉（Cd）、锌（Zn）和铅（Pb）等6种重金属元素进行了分析，并与土壤三级质量标准（表2）作为对比，分析了不同区域建筑垃圾加工厂污染物的超标情况（表3和表4）。
表3和表4数据表明：建筑废弃物中只有镉、锌和铅有超标现象，其中混合样超标率为14.3%，砖块样超标率为12.5%，混凝土样无超标，瓷片样超标率为33.3%，总超标率为17.6%，污染风险依次为混凝土样、砖样、混合样和瓷片样，逐渐升高，这两个采样区域均是Cd超标率较高。从土壤环境质量标准看，超标倍数不高，用于公路路基建设环境风险不大。
2.2 建筑垃圾中重金属含量与当地农田土壤背景值的比较
对采集自研究区的三个场地的混凝土、砖、瓷片、混合样、试验段压实样和灰土样共33个样品进行分析，并取其平均值与土壤环境背景值（农田土样）对比，结果见图1。可以看出瓷片样中重金属元素的含量远大于其余建筑垃圾样品，其中在Cu、Zn、Pb重金属元素图中较为明显；混凝土样中各重金属元素含量均较低，属于污染风险最低的建筑垃圾材料；砖样中各重金属元素含量均属于中等水平，没有明显过高和过低的重金属元素含量。在砖样、混凝土样、瓷片样混合后的混合样品中可以看出，重金属含量较高的建筑垃圾单样在混合后，重金属都有所降低。因此在选取建筑垃圾作路基的再生材料时，可以尽量在一定范围内降低瓷片在混合的建筑垃圾中的比例，或者增加混凝土在混合建筑垃圾中的比例，这样可以最大限度的降低建筑垃圾作为公路路基时对周边环境（土壤、地下水）带来的影响。在对比分析混合样与农田土样中的重金属含量时可以看出，混合样中Zn元素含量尽管高于背景值，但低于土壤质量三级标准，其余重金属含量均低于农田土样，因此，建筑垃圾用于高速公路路基填筑不会污染周边土壤。
3 结论
本文测定了不同类型建筑垃圾中Cr、Cu、Ni、Cd、Zn和Pb等重金属元素的含量，对其超标情况进行了分析，结果表明建筑垃圾用于高速公路路基填筑对周边水土环境影响较小。
参考文献
[1]李跃矩，林志伟，孙可伟，郭远臣.建筑废弃物在道路结构层材料中的应用研究[J].环境科学与技术，2010，（s2）：352-354.
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[3]董晶， 孔德乾. 我国城市建筑垃圾处理现状及对策分析[J]. 建设科技，2012，（22）：78-80.
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[5] 冷发光，何更新，张仁瑜等. 国内外建筑垃圾资源化现状及发展趋势[J].环境卫生工程，2009，17（1）：33-35
[6] 牛永宏，郭藤藤，王鑫.建筑垃圾回填路基施工技术研究[J].道路施工与机械，2014， 09：49-52.
[7]夏慧慧， 王坚， 李巍.建筑垃圾在路基处理中的应用[J].城市道桥与防洪，2009，（7）：50-51.
[8] Shelbume Wayne M， Degroot Don J. Use of waste and recycle materials in highway construction. Civil Engineering Practice[J]，1998，13（1）：5-16.
收稿日期：2018-05-14
基金项目：交通运输部2013年度建设科技项目（2013318J16490）
作者简介：陈宇云（1978-），男，博士，副教授，研究方向为污染控制化学。
