城市生活垃圾成分复杂，不仅含有丰富的有机物，还含有各类无机物。其中的微量重金属在填埋条件下，会随着有机质降解酸化重新释放。如何预测垃圾填埋场中重金属的溶出和控制重金属对地下水土资源的污染，是环境科学关心的重点课题。在国家自然科学基金的支持下，中国矿业大学资源与地球科学学院教授桑树勋及其博士生刘会虎对此进行了深入研究，并发现了10多种生活垃圾中常见重金属的浸出规律。
重金属是生活垃圾处理的难题
随着社会经济的发展，日常生活用品中的重金属大量增加，同时大量电子产品废弃物未经处理与生活垃圾一起堆放，造成生活垃圾中重金属逐渐增多。这些重金属常常会随着生活垃圾的焚烧或填埋处理，以各种化学状态和形态进入环境或生态系统。然后其依然会存留、积累和迁移，从而对环境和人类健康造成危害。
“我国对于生活垃圾重金属浸出的研究已有报道，这类研究大都考虑了重金属的溶出与pH值和浸泡液固比的关系，以及不同淋洗方式对重金属淋出的影响。国外研究对生活垃圾焚烧底灰和飞灰中重金属的浸出过程研究较多，部分学者分析过填埋场中重金属的存在形态、好氧与厌氧条件对垃圾中重金属的溶出影响。但总体说来，未见有真正通过实验手段来研究垃圾填埋场重金属溶出工作的报道。”刘会虎对《科学时报》记者说：“因为垃圾在填埋后的环境既是地表水下渗所形成的动态淋滤环境，同时又是下渗水及垃圾自身降解产生的液体浸泡环境，所以我们决定采用不同酸碱度的模拟雨水对生活垃圾进行动态浸泡，研究生活垃圾重金属在不同酸碱介质下随时间溶出的规律，并建立预测数学模型。”
发现重金属浸出规律
2006年，刘会虎在导师桑树勋的指导下，开始从地球化学角度对生活垃圾填埋场中重金属地球化学迁移的研究工作。
由于生活垃圾成分复杂，有些成分短期内无法降解，研究人员对从徐州一个垃圾中转站收集来的垃圾进行了人工分选，剔除了玻璃、金属、碎石以及一些有机难降解物质。分选后的生活垃圾在设定为105℃的烘箱里烘烤24个小时，对烘干后的垃圾干基的组分及含量进行检测。然后模拟实验所在地徐州大气降水pH值，用3种不同的酸碱度的溶液对这些垃圾进行浸泡。
“我们通过绘制生活垃圾浸出液重金属浓度随时间的变化曲线，讨论浸出时间和浸泡液pH值对重金属浸出的影响，利用计算机软件进行拟合建立生活垃圾重金属浸出预测模型，并以重金属浓度为基础，分析计算生活垃圾重金属的累积浸出量、阶段浸出率、累积浸出率和累积浸出强度，通过这些数值反映生活垃圾重金属浸出的一般规律。”刘会虎说。
2007年8月4日实验启动，研究人员每天取3种不同pH值浸泡液进行测定。通过6个浸泡阶段的测定，研究人员发现不同pH值的模拟雨水浸泡生活垃圾所产生的重金属的初始浸出浓度都很高。
“重金属浸出浓度整体上与时间呈负相关关系，即，浸出液重金属浓度随时间总体降低。但因为不同的重金属有不同的化学性质，也有些金属和时间关系不明显。”刘会虎说：“我们对生活垃圾中12种重金属的浸出浓度进行综合分析，发现浸出浓度的特点和重金属在生活垃圾中各元素的含量及存在形态也有关系。”
研究表明，绝大部分重金属的浸出与pH值具有较好的相关性。“利用非线性函数拟合生活垃圾中重金属随时间浸出的浓度，具有典型的环境地球化学意义，函数拟合效果好。”刘会虎说。
为科学处理垃圾提供依据
经过两年多的研究，刘会虎测定、记录和绘制了12种生活垃圾中常见重金属在3种不同pH值浸泡液中的浸出曲线。并利用非线性函数拟合生活垃圾中重金属随时间浸出的浓度，建立预测数学模型，对重金属的浸出浓度和浸出总量进行预测。
“一方面在实践应用上，可以根据拟合函数对生活垃圾中重金属地球化学过程作出预测，特别是对重金属的浸出浓度和溶出量进行预测，另一方面，由渗滤液中重金属造成的水土资源污染、慢性重金属中毒引发的疾病，都是由于长期对废液中重金属疏于管理而导致重金属累积富集所致，利用拟合函数进行监测将更有利于重金属的污染控制和地方病的防治。因此，通过生活垃圾重金属浸出浓度函数拟合，可以进行污染控制，具有一定的环境地球化学意义。”刘会虎说。