第４４卷 第２期 ２０１６年３月 陕西师范大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．４４ ＮＯ．２ Ｍａｒ．，２０１６ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） 文章编号：１６７２－４２９１（２０１６）Ｏ２—０¨１一Ｏ５ ｄｏｉ：１０．１５９８３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｎｕ．２０１６．０２．４２５ 建筑垃圾再生材料应用于公路工程的环境影响 赵晓红，王文科，陈宇云，杨胜科，王周峰，杨银科 （长安大学环境科学与工程学院，陕西西安７１００６４） 摘 要：对西安市最主要的建筑垃圾分类加工厂进行调查取样，检测其所含有的重金属污染质，甄 别潜在的污染来源。结果表明：尽管混凝土、砖块、瓷片中个别样品Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｚｎ的全量超出国家 土壤三级标准，但实际使用中可能只有少量溶解态滤出，因此并不会对环境造成较大危害，将其大 规模应用于公路工程中可行。 关键词：建筑垃圾；公路工程；重金属；环境影响 中图分类号：ＴＰ３９１．４２文献标志码：Ａ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓｔｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＺＨＡ０ Ｘｉａｏｈｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｗｅｎｋｅ，ＣＨＥＮ Ｙｕｙｕｎ， ＹＡＮＧ Ｓｈｅｎｇｋｅ，ＷＡＮＧ Ｚｈｏｕｆｅｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｉｎｋｅ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００６４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｉｎ ｍａｉｎ ｐｌａｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｘｉ ａｎ ｃｉｔｙ，ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｉｓｋ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｓｏｉｌ ａｔ ｔｈｉｒｄ ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｄ，Ａｓ，Ｃｒ ａｎｄ Ｚｎ ｉｎ ｓｏｍｅ ｂｒｉｃｋｓ， ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ ａｎｄ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｈｉｐｓ ａｒｅ ｈｉｇｈｅｒ．Ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｏｎｌｙ ｓｏｌｖａｂｌｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｗｉｌｌ ｐｏｓｓｉｂｌｙ ｂｅ ｌｅａｃｈｅｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｔ ｉｎｄｕｃｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｒｉｓｋ．Ｓｏ，ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｈａｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗａｓｔｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｎｏｔ ｉｎｄｕｃｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｒｉｓｋ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓｔｅ；ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｉｍｐａｃｔ 随着我国城镇化、工业化发展速度的加快，旧城 区改造、新城区开发和市政基础设施建设等活动导 凝土短桩中，取得了较好的经济效益和社会 效应 ］。 致大量建筑垃圾急剧产生。据统计，我国每年产生 的建筑废弃物总量为２．４亿～３．６亿ｔ＿】］，约占城市 垃圾总量的３Ｏ ～４０ 。 ２０１３年，陕西省交通厅开建省级高速公路西咸 北环线项目，项目投资估算１４６亿元。西咸北环线 路线设计中大部分的路段为填方路段，路基总填方 长期以来，我国的建筑垃圾再利用没有引起很 量为１ ９００多万方，最高填土高度近１８ ｍ。在西咸 北环线征地拆迁和沿线城市建设的过程中产生大量 建筑垃圾，将建筑垃圾再生材料作为路基填料大规 模应用于道路建设中在我国尚属首次。 把建筑废弃物作为再生资源用于新的建设中是 个经济和环保的做法，这不但解决了城市建设中大 大重视，通常是未经任何处理就被运到郊外或农村， 采用露天堆放或填埋的方式进行处理。随着资源短 缺问题的日益严重及对环境保护、资源再生利用的 逐步重视，我国也开始了对建筑垃圾减量化和资源 化的研究和实际应用。北京、上海、河北等地将建筑 垃圾分拣、粉碎成细骨料，用于高层建筑中及钢筋混 收稿日期：２０１５－０３－１７ 量建筑垃圾的处理问题，同时也降低了建设成本，降 基金项目：陕西省交通厅基金（２０１３Ｈ０２９０３７５） 第一作者：赵晓红，女，副教授，主要研究方向为水土污染与环境化学。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｏｈｏｎｇｚｈ９５＠１２６．ｃｏｒｎ 第２期 赵晓红等：建筑垃圾再生材料应用于公路工程的环境影响 １１３ 化范围较大，为５．８～３１．３ ｍｇ／ｋｇ；Ｐｂ、Ａｓ的质量分 数主要集中在６３ ｒｎｇ／ｋｇ、６．５ ｍｇ／ｋｇ以下，只有党 家寨１个点的瓷片样中Ｐｂ、Ａｓ质量分数高达２０７、 １１３ ｍｇ／ｋｇ；相对于砖块中Ｚｎ质量分数为７３～１８３ ｍｇ／ｋｇ，１４个点的瓷片样中有６个点的样品超过了 １８０ ｍｇ／ｋｇ，有２个超过５００ ｍｇ／ｋｇ，最高达６８６ ｍｇ／ｋｇ。有５个点的瓷片样品中Ｃｄ的质量分数超 过１ ｍｇ／ｋｇ，最高为３．１８ ｍｇ／ｋｇ。 样品编号 图３瓷片中重金属的质量分数 Ｆｉｇ．３ Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｈｉｐ 如图４所示，混凝土中Ｃｒ的质量分数为６１．３～ ９５．２ ｍｇ／ｋｇ，Ｎｉ的质量分数为１６．１～３５．０ ｍｇ／ｋｇ，均 变化不大。Ｃｕ的最高质量分数为６０．５ ｒａｇ／ｋｇ，Ｚｎ、Ｐｂ、 Ａｓ大部分质量分数依次在１００、６０、２０ ｍｇ／ｋｇ以下。 与砖块和瓷片类似，混凝土中的ＣＡ质量分数变化也较 大，３个点样品超过１ ｍｇ／ｋｇ，最高达到１Ｏ．４ ｍｇ／ｋｇ。 １１ ６００ １Ｏ ９ ５００ ８ ’宝Ｐ ４００ ７ ∞ ６ ００ ５ ４ ２００ ３ １００ ２ １ ０ ０ Ｈｌ Ｈ２ Ｈ３ Ｈ４ Ｈ５ Ｈ６ Ｈ７ Ｈ８ Ｈ９ＨＩＯＨ１１Ｈ１２Ｈ１３ＨＩ４ＨＩ５Ｈ１６ 样品编号 图４混凝土中重金属的质量分数 Ｆｉｇ．４ Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ 值得注意的是，来源于党家寨的４号点样品和 西吴村的５号点样品中重金属的质量分数均相当 高，除了Ｃｒ元素，其他元素均达到所有样品的最高 值，说明此点的混凝土中重金属污染比较严重。 混合样Ｍ１、Ｍ２来自西吴村大型建筑垃圾加工 厂，其粒径被筛分成３～７ ｃｍ和０～３ ＣＩＴＩ，农田土样 来自加工厂旁边的小麦田中。Ｍ３来自西安西南郊 某个小型建筑垃圾加工场的细颗粒混合样。从图５ 可以看出，混合样中的重金属质量分数基本低于 １００ ｍｇ／ｋｇ，粒径的变化对元素总体质量分数的变 化影响不太大。应当指出，农田土壤中除了Ｐｂ、Ｚｎ 的质量分数基本低于混合样，其他重金属的质量分 数均高，尤其是Ｃｄ和Ａｓ的质量分数分别达到１．６、 ３９．６ ｍｇ／ｋｇ。 因Ｈｇ的质量分数都低于检出线１ ｍｇ／ｋｇ，均 未列出。 ● ００ 目 样晶编号 图５混合样（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）及农田土样中重金属的质量分数 Ｆｉｇ．５ Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍｉｘｅｄ ｓａｍｐｌｅｓ（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）ａｎｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ 建筑垃圾中８种重金属的平均质量分数及标准 偏差列于图６中。可以看出，相对于瓷片和混凝土， 砖块中重金属质量分数偏差较小；Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐｂ 在所有样品中的平均值均低于土壤环境质量标准 （ＧＢ１５６１８—１９９５）中的二级标准（依次规定为１５０～ ２５０、５０～１００、２００￣３００、４０￣６０和２５０￣３００ ｍｇ／ｋｇ）， 达到健康土壤的标准；Ａｓ的标准偏差较大，混凝土中 的Ａｓ平均质量分数为７８ ｍｇ／ｋｇ，大大超过土壤三级 标准（４０ ｍｇ／ｋｇ）；Ｃｄ超标最为严重，除混合样小于土 壤三级标准（１ ｍｇ／ｋｇ），其他样品中的Ｃｄ均高于１ ｍｇ／ｋｇ。尤其是土壤中的Ｃｄ已经超过１．５ｍｇ／ｋｇ，Ａｓ 的质量分数也已经接近三级阈值４０ ｍｇ／ｋｇ。 ４００ ·Ｏ ３５０ ·５ ｂｏ ３００ －Ｏ ２５０ ２００ ．５ １５０ ．０ １００ ．５ ５Ｏ ．０ ０ ．５ 图６建筑垃圾重金属的平均质量分数及标准偏差 Ｆｉｇ．６ Ａｖｅｒａｇｅ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓｔｅ １１４ 陕西师范大学学报（自然科学版） 第４４卷 由于本次取样来自西安周边不同的区域，为了 分析建筑废弃物来源地对重金属超标的影响，我们 将测试结果按区域进行了分析，结果如表１所示。 Ｃｄ、Ａｓ也超标，超标率分别为３７．３ 和２３．１ 。百 花村样品中Ｃｒ、Ｃｄ和Ｚｎ均有少量超标现象，超标 率均为１１．１ 。西安西南几个村庄的样品相对比 可以看出，党家寨建筑废弃物中的Ｃｄ超标最为严 重，超标率为５Ｏ ９／６；其次为Ａｓ，超标率为１６．７ ；其 他金属指标均未超过土壤三级标准。西吴村样品中 较安全，只有Ｚｎ超标，超标率７．７ 。从结果也可 看出，不同区域建筑废弃物中重金属的超标情况并 一不一致，也无明显的规律性。 ａｇ／ｋｇ ｒ 一 一表１不同地点重金属质量分数超标情况 一一 ｒａｔｉ Ｈ 一 一 一 一Ｔａｂ．１ Ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｃｏｎｃｅｎｔｏｎｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｅａｓ 地点 超标元素 最大值 最小值超标率／ 最大值 最小值超标率 一 一 一 一混凝土 最大值 最小值超标率／ 总超标率／ 党家寨 １ Ｌ 一 ４ Ｌ ６ ５ 一 西吴村 Ｃ； 明 百花村 一 ．西安西南 ． ７ 一３ 总体上，建筑垃圾中可用于路基铺设的砖块、混 凝土、瓷片中重金属Ｃｄ和Ａｓ均有超标现象，个别 ·土壤三种介质中不断迁移转化 ］。近年来，我国重 金属污染事件频发，据中科院生态研究所研究报道， 积近２ ０００万ｈｍ ，约占耕地总面积的１／５［６］，全国 强强 ； ３ ３５ ６ ６ 嘏 ～ 一一 样品超标严重。ｃｒ和Ｚｎ只在瓷片的个别样中超过 目前我国受Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｐｂ等重金属污染的耕地面 土壤三级标准。 ２．３污染源分析 ３ ８ 一 一一 每年因重金属污染的粮食达１ ２００万ｔ，造成的直接 研究中所检测的８种重金属均来源于“土壤环 境质量标准”中所指出的、对土壤有较大危害的重金 体内积蓄，刺激皮肤，过多会致病，被确定为致癌物； 经济损失超过２００亿元，给人民健康和环境带来极 大危害。 属种类。ｃｒ很不活泼，但六价铬易被人体吸收并在 Ｃｄ毒性很大，可通过食物链进入动物和人体，影响 ，如 一 一 一 一 渭河是黄河的最大支流，也是陕西省的主要河 流，在陕西境内河长５０２ ｋｍ，流域面积为６．７６×１０ １ｊ｛强 ｋｍ 。关中地区包括宝鸡、杨凌、咸阳、西安、渭南、 】】３ 体内酶的功能，还能影响植物生长、发育和繁殖，Ｃｄ 的污染主要来源于电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化 铜川等６个市（区），工业集中，人口密集，农业发达， 是陕西省经济最发达的地区。然而，渭河横贯关中 地区，已经成为关中地区的排污河，大量未经处理的 学工业废弃物等。Ｐｂ可导致贫血症、神经机能失调 和肾损伤，也会影响植物的光合和蒸腾作用。Ｈｇ 及其化合物属于剧毒物质，可在体内蓄积，转化为毒 性更大的有机汞，引起全身中毒。Ｎｉ容易引起过敏 性皮炎。Ｃｕ、Ｚｎ主要对生物毒性较大，并影响植物 的生长发育。过量Ａｓ可破坏神经系统，刺激造血 器官，还可能诱发恶性肿瘤。因此，我国对土壤中的 工业废水和生活污水的直接排放，使渭河已经不能 作为饮用水源，而成为一条污水河，除了氮、磷、有机 质等严重超标外，重金属的污染也比较严重。根据 汪新生等 的研究，２００７年陕西省工业中重金属排 放中六价Ｃｒ、Ｐｂ、Ｃｄ主要排放到渭河流域；杨学福 等虽然报道２０１２年渭河西安段中的Ｐｂ、Ｃｄ未检 重金属含量都有严格限制。 土壤重金属元素的来源途径多样，在自然条件 下，许多重金属矿床和富含重金属的岩石会成为地 出，但Ｈｇ和Ａｓ存在较大的健康风险 ］。 关中地区年降雨量不足，农业大都采用河渠漫 灌。由于河流已经受到污染，加之工农业和城市发 展加快，很多土壤也遭受重金属的污染。蒋秋萍 研究了渭河西安段沿岸土壤中Ｐｂ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ａｓ、Ｎｉ、 表生态系统中某些重金属的来源，尤其是成土母质 和成土过程 ；其次是人为来源，如农田利用污水进 行浇灌，工业固体废弃物和城市生活垃圾的不当堆 放，矿业活动、农药化肥的不当使用及交通运输排放 的尾气等过程引起的重金属的蓄积并在大气、水和 Ｃｕ、Ｍｎ的平均质量分数，其中前３种已经超过了陕 西背景值，Ｃｄ元素含量最突出，是背景值的４．２倍。 本研究所取的农田土壤来自兴平建筑垃圾处理厂旁 第２期 赵晓红等：建筑垃圾再生材料应用于公路工程的环境影响 １１５ 边的农田，而兴平地区工业发达，化工厂众多，这可 能就是土壤中Ｃｄ、Ａｓ超标的重要因素。 砖块、混凝土的主要原料为土壤。关中地区砖 厂、水泥厂众多，若采用受污染的当地土壤为原料， 不可避免地会导致成品砖和水泥中的重金属含量较 高。瓷砖主要来源于广东发达地区，其加工工艺中 某些深色染料可能含有重金属，样方调查表明瓷片 只占总体比重的５ ９／６，因此由它带来的风险也是微 弱的。若要消除原材料潜在的污染，必须保证土壤 的安全，因此要充分重视土壤的使用安全以及对已 污染土壤的环境修复，这将是一个长期而艰巨的 任务。 当然，建筑材料在加工、运输、使用过程中可能 受到外界不可预知的“二次污染”，从而导致某些重 金属指标严重超标。因此，应严格遵守国家规定的 相关环境标准，规范操作，尽可能减少二次污染。 另外，在自然状态下，只有可溶态的重金属可能 会沥出，才会造成环境风险。因此，尽管砖块、混凝 土、瓷片中个别样个别指标超过我国土壤三级标准， 可能存在一定的污染风险，但若采取相关防护措施 如添加石灰固化、采用合适配比等，再将其利用于建 筑路基的铺设是完全可行的，也满足我国可持续发 展要求。 ３ 结论 通过对西安周边主要建筑垃圾处理厂的调查取 样分析，对比我国的土壤三级标准，可以看出：砖块、 混凝土中重金属Ｃｄ、Ａｓ全量有超标现象，主要原因 可能来自当地污水灌溉及土壤重金属污染；瓷砖中 的个别样出现Ｃｄ、Ａｓ、Ｃｒ、Ｚｎ超标，可能来源于生产 过程中染料的添加。因此，必须注重原材料安全及 建筑垃圾生产使用过程中的规范操作。总体上，建 筑垃圾中的砖块、混凝土、瓷砖虽具有一定的环境风 险，但将其应用于路基建设中，仍不失为一种有效利 用资源、减少环境压力、利国利民的举措。为确保环 境安全，建筑垃圾在自然状况下可能存在的其他污 染质以及相关的预防措施需要进一步深入研究。 参考文献Ｉ Ｅｌｉ李跃矩，林志伟，孙可伟，等．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，２０１０，３３ （１２Ｆ）：３５２－３５４． ［２］周增华．建筑垃圾在道路建设中回收利用的可行性分析 ＥＪ］．工程与建设，２００９，２３（５）：６２４—６２６． Ｅ３］陆凯安．建筑垃圾综合利用势在必行ＥＪ］．再生资源研 究，１９９９（２）：３３—３４． ［４］王丽平，章明奎．不同来源重金属污染土壤中重金属的 释放行为［Ｊ］．环境科学研究，２００７，２０（４）：１３４～１３８． Ｅ５］杨斐．东岭冶炼厂周边土壤重金属积累和重金属污染评 价分析ＥＤ］．西安：陕西师范大学旅游与环境学院，２Ｏｌ１． Ｅ６３杨科壁．中国农田土壤重金属污染与其职务修复研究 ＥＪ］．世界农业，２００７（８）：５８—６１． ＥＴ］汪新生，郭琦．陕西省重金属污染特征分析［Ｊ］．中国环 境监测，２０１１，２７（４）：２２—２７． Ｅ８３杨雪福，关建玲，段晋明，等．渭河西安段水体重金属污 染现状及健康风险评价［Ｊ］．水土保持通报，２０１４，３４ （２）：１５２—１５７． Ｅ９］蒋秋萍．渭河西安段沿岸土壤重金属污染特征及镉化学 调控研究ＥＤ］．西安：西安建筑科技大学环境与市政工 程学院，２Ｏｌ３． ［责任编辑程琴娟］
