韓智勇,許 模,劉 國,程 誠 (成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,四川 成都 610059)
生活垃圾填埋場地下水污染物識別與質(zhì)量評價
韓智勇,許 模*,劉 國,程 誠 (成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,四川 成都 610059)
基于現(xiàn)場調(diào)研和 1991~2014年的相關(guān)報道,通過累計污染負荷比法對我國生活垃圾填埋場地下水的主要污染物進行了識別;并通過內(nèi)梅羅指數(shù)法和地下水質(zhì)量評分法對其地下水質(zhì)量進行了評價,以期為我國生活垃圾填埋場地下水污染的評價、修復(fù)和治理提供依據(jù).結(jié)果表明:我國生活垃圾填埋場地下水中已報道檢出污染物共計99種,同時還有視覺污染指標2種,其他綜合性污染指標6種.其中普遍性污染物主要包括:氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、高錳酸鹽指數(shù)、COD、總硬度、氯化物、鐵、錳、總大腸菌群、揮發(fā)酚等;局部性污染物主要包括:總磷、溶解性總固體、氟化物、硫酸鹽、細菌總數(shù)、鉻(六價)等;點源性污染物主要包括:三氯苯、鎘、鉛、汞、碘化物等,局部性和點源性污染物地區(qū)差異明顯.我國生活垃圾填埋場附近地下水質(zhì)量綜合評分F值為7.85,屬于極差級別,已受到嚴重污染.
生活垃圾填埋場;地下水;污染物;環(huán)境質(zhì)量評價
當前,我國地下水污染形勢日益嚴峻,局部地區(qū)地下水污染問題十分突出,其中生活垃圾填埋場已成為我國公認的地下水重點污染源之一.
根據(jù)2014年《中國統(tǒng)計年鑒》,全國已建城鎮(zhèn)生活垃圾衛(wèi)生填埋場580座,實際衛(wèi)生填埋量10492.7萬 t,占城市生活垃圾無害化處理量的68.2%,而且還有數(shù)以萬計的簡易生活垃圾填埋場和堆棄點.這些填埋場在幾十甚至上百年的運行和穩(wěn)定化過程中會產(chǎn)生大量的滲濾液.滲濾液水質(zhì)復(fù)雜,含有高濃度的有機物、無機鹽、金屬和重金屬離子,細菌等微生物,以及少量異性生物有機化合物,具有持久和較高的毒性[1-4].填埋場滲濾液滲漏后,會造成不同程度的地下水污染[5-13].但是,在我國均是不同學(xué)者以某一地區(qū)或某一填埋場為個例,開展填埋場對地下水的點狀污染的研究[14-41],缺乏對這些分散的研究結(jié)果進行歸納總結(jié)和綜合分析.
為此,筆者通過文獻檢索和現(xiàn)場調(diào)研,采用累計污染負荷比法對我國生活垃圾填埋場地下水的主要污染物進行識別;并通過標準指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、地下水質(zhì)量評分法等評價方法,評價我國生活垃圾填埋場對地下水的污染現(xiàn)狀和程度,分析其污染特點,以期為總體把握我國生活垃圾填埋場對地下水的污染現(xiàn)狀,以及對填埋場地下水污染的評價、修復(fù)和治理提供依據(jù).
1.1文獻檢索
表1 生活垃圾填埋場基本情況Table 1 Background of MSW landfills in references
續(xù)表1
通過“中國知識資源總庫”檢索1991年至2014年期間生活垃圾填埋場對地下水污染研究的相關(guān)報道,共篩選出28篇文獻;通過“Elsevier ScienceDirect全文期刊數(shù)據(jù)庫”檢索全部年限內(nèi)關(guān)鍵詞為“l(fā)andfill”+“groundwater”的相關(guān)報道,共篩選出3篇文獻,并結(jié)合對四川某生活垃圾衛(wèi)生填埋場地下水的調(diào)研數(shù)據(jù)和其他收集數(shù)據(jù),進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和評價.這些文獻覆蓋了我國一半以上的省和自治區(qū),并包括了不同填埋年限、不同地域和下覆場地條件、不同類型的填埋場,具有較好的代表性.生活垃圾填埋場的基本情況見表1所示.
1.2評價方法
1.2.1標準指數(shù)法 生活垃圾填埋場地下水現(xiàn)狀評價采用標準指數(shù)法[42].標準指數(shù)法采用《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-93)中的III類標準值[43],未列入的指標參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)中的III類標準值[44].
1.2.2內(nèi)梅羅指數(shù)法 內(nèi)梅羅指數(shù)法計算如式
(1)所示:
式中:PI為i組分的內(nèi)梅羅指數(shù),無量綱;Piavg為i組分標準指數(shù)Pi的平均值,無量綱;Pimax為i組分標準指數(shù)Pi的最大值,無量綱.
1.2.3評分法 地下水質(zhì)量綜合評價采用評分法[43].
首先根據(jù)《地下水質(zhì)量標準》(GB/T14848-93)或《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)進行各單項組分評價,劃分組分所屬質(zhì)量類別.
其次對各類別按表 2規(guī)定分別確定單項組分評價分值Fi,當標準值無類別劃分時,超標按V類取值,未超標按I類取值.
表2 污染物Fi賦值表Table 1 Grading score of pollutants
然后按照式(2)計算綜合評價分值FI:
式中:FI為 i區(qū)(或組分)的綜合評分值,無量綱;Fiavg為i區(qū)(或組分)評分值Fi的平均值,無量綱;Fimax為i區(qū)(或組分)評分值Fi的最大值,無量綱.
最后根據(jù)F值,按表3規(guī)定劃分地下水質(zhì)量級別.
表3 地下水質(zhì)量級別劃分標準Table 1 Rating criteria of groundwater quality
1.2.4累計污染負荷比法 首先根據(jù)1.2.3的計算結(jié)果,按照式(3)對不同區(qū)域(或組分)分別計算各組分(或各區(qū)域)的綜合評分值FI的負荷比.
式中:Ji為i組分的綜合評分值負荷比,無量綱.
2.1污染物統(tǒng)計
根據(jù)文獻統(tǒng)計,目前我國生活垃圾填埋場地下水中已報道檢出相關(guān)污染物共計99種,其中有機污染物3種,無機鹽12種,金屬離子5種,重金屬15種,細菌學(xué)污染物2種,異性生物有機化合物62種;同時還包括視覺污染指標2種,其他綜合性污染指標6種.除表4中有檢出濃度報道的污染物[10-40]外,還有重金屬鈷[46];異性生物有機化合物二氫苊、苯并(b)熒蒽、六六六、DDT[33]、芴、苯并(a)蒽、1,2-二氯乙烷、順-1,2-二氯乙?。?5]、菲、熒蒽、芘[33,45]、酚[47]、苯酚[46,48]、烷烴、丁酸丁酯、1,1-二甲基乙基-4-甲氧基酚、酞酸二異辛酯、十六酸、環(huán)八硫烷[49]等.
續(xù)表4
2.2主要污染物識別
為滿足數(shù)理統(tǒng)計要求,確保數(shù)據(jù)的可信度,選取表4中樣本量大于20,且FI值評價在較差以上程度的 24個污染物作為主要污染物的備選指標.根據(jù)累計負荷比 JI,得到我國生活垃圾填埋場地下水主要污染物包括:總大腸菌群、細菌總數(shù)、總磷、總硬度、氨氮、總?cè)芙庑怨腆w、化學(xué)需氧量、錳、亞硝酸鹽、揮發(fā)酚、鐵、汞、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、鎘、三氯苯等,其JI=0.721.結(jié)合表 4中各污染物的超標率和 PI 值,我國生活垃圾填埋場地下水主要污染物如表5所示.
表5 生活垃圾填埋場地下水主要污染物Table 1 Major pollutants of groundwater near MSW landfills
這些污染物與填埋場滲濾液的主要污染物[1-5]相符,可見填埋場地下水中的主要污染物來自于填埋場滲濾液的入滲.
3.1地下水質(zhì)量評價
由圖1可知,我國生活垃圾填埋場附近地下水質(zhì)量為極差,其中華中、華東、華北和華南地區(qū)填埋場地下水質(zhì)量為極差,東北、西南和西北地區(qū)填埋場地下水質(zhì)量為較差.由此可見,我國生活垃圾填埋場已對其周圍地下水造成了嚴重的污染.
填埋場地下水污染主要由滲濾液入滲導(dǎo)致,由于滲濾液的特性受垃圾組分、填埋時間、填埋工藝、填埋方式、填埋場運行管理方式、氣象條件等因素的影響[2],而且入滲的污染物衰減也受到包氣帶和含水層中的稀釋、吸附、離子交換、沉淀、氧化還原以及微生物的降解等作用的影響[5],因此,導(dǎo)致了不同地區(qū)填埋場地下水受污染的程度差異較大,其中華東、華北地區(qū)污染最為嚴重,西北地區(qū)相對較輕.
3.2污染特征分析
3.2.1污染物分布特性 根據(jù)Ji值,對不同污染物的地區(qū)分布進行排序,如表6所示.
考慮部分指標(如細菌學(xué)類指標、溶解性總固體等)監(jiān)測分布樣本量的局限性,結(jié)合表4中污染物的超標率和表6的主要污染物分布,綜合分析得出生活垃圾填埋場地下水污染物主要包括普遍性污染物、局部性污染物和點源性污染物.其中:
(1)普遍性污染物主要包括:氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、總硬度、氯化物、鐵、錳、總大腸菌群、揮發(fā)酚等.
(2)局部性污染物主要包括:總磷、溶解性總固體、氟化物、硫酸鹽、細菌總數(shù)、鉻(六價)等.
(3)點源性污染物主要包括:三氯苯、鎘、鉛、汞、碘化物等.
3.2.2區(qū)域污染物類型 根據(jù)Ji值,對不同區(qū)域污染物的類型進行分析,結(jié)果如表7所示.
由表7可知,華北和東北地區(qū)生活垃圾填埋場地下水污染物種類較多,相對復(fù)雜;華東和華中地區(qū)除細菌類污染物未見報道外,地下水受到其余類污染物不同程度的污染;西南地區(qū)主要為無機鹽、重金屬和細菌類污染;西北地區(qū)主要為無機物和重金屬污染物;華南地區(qū)主要為有機物和無機鹽污染.其中重金屬、細菌學(xué)和異性生物有機化合物的種類和濃度地區(qū)差異明顯.各地區(qū)污染物類型的差異除了與填埋場基本情況和其下覆水文地質(zhì)條件密切相關(guān)外,各地區(qū)檢索的文獻樣本量差異也是其影響因素之一.
圖1 生活垃圾填埋場地下水質(zhì)量綜合評價Fig.4 Comprehensive assessment of groundwater quality of MSW landfills
表6 生活垃圾填埋場地下水主要污染物分布特性Table 1 Distribution characteristics of groundwater pollutants from MSW landfills
續(xù)表6
表7 生活垃圾填埋場地下水區(qū)域污染物類型Table 1 Kinds of groundwater pollutants from MSW landfills in different areas
4.1生活垃圾填埋場地下水中已報道檢出污染物共計99種,其中有機污染物指標3種,無機鹽12種,金屬離子5種,重金屬15種,細菌學(xué)污染指標2種,異性生物有機化合物62種;同時還包括視覺污染指標2種,其他綜合性污染指標6種.
4.2生活垃圾填埋場地下水普遍性污染物主要包括:氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、總硬度、氯化物、鐵、錳、總大腸菌群、揮發(fā)酚等;局部性污染物主要包括:總磷、溶解性總固體、氟化物、硫酸鹽、細菌總數(shù)、鉻(六價)等;點源性污染物主要包括:三氯苯、鎘、鉛、汞、碘化物等;且局部性和點源性污染物地區(qū)差異明顯.
4.3我國生活垃圾填埋場附近地下水質(zhì)量綜合評分F值為7.85,屬于極差級別,已受到填埋場的嚴重污染.
[1] 鄭曼英,李麗桃,邢益和,等.垃圾滲濾液的污染特性及其控制[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 1997,(2):7-11.
[2] 張正安,楊云貴,賈玉娟,等.垃圾填埋滲濾液水質(zhì)特性及影響因素分析 [J]. 宜賓學(xué)院學(xué)報, 2009,9(6):71-72.
[3] 方藝民,許玉東.垃圾滲濾液中微量有機物分類及其污染特性[J]. 能源與環(huán)境, 2013,(5):103-104.
[4] Regadío M, Ruiz AI, Soto IS, et al. Pollution profiles and physicochemical parameters in old uncontrolled landfills [J]. Waste Management, 2012,32(3):482-497.
[5] Christensen T H, Kjeldsen P, Bjerg P L, et al. Biogeochemistry of landfill leachate plumes [J]. Applied Geochemistry, 2001,16(3):659-718.
[6] Marzougui A, Mammou A B. Impacts of the dumping site on the environment: Case of the Henchir El Yahoudia Site, Tunis, Tunisia. C. R. [J]. Geoscience, 2006,338(16):1176-1183.
[7] Azims M D, Mahabubur R M, Riaz H K, et al. Characteristics of leachate generated at landfill sites and probable risks of surface and groundwater pollution in the surrounding areas: A case study of Matuail landfill site, Dhaka [J]. Journal of Bangladesh Academy of Sciences, 2011,35(2):153-160.
[8] Akinbile C O. Environmental Impact of Landfill on Groundwater Quality and Agricultural Soils in Nigeria [J]. Soil and Water Research, 2012,7(1):18-26.
[9] Smahi D, Hammoumi O El, Fekri A. Assessment of the impact of the landfill on groundwater quality: A case study of the Mediounasite, Casablanca, Morocco [J]. Journal of Water Resource and Protection, 2013,5(4):440-445.
[10] 李春萍,李國學(xué),羅一鳴,等.北京市 6座垃圾填埋場地下水環(huán)境質(zhì)量的模糊評價 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,29(10):2729-2735.
[11] 董悅安,王 峰,王慧玲.北京市垃圾填埋場地下水水質(zhì)自動監(jiān)測特征指標篩選 [J]. 勘察科學(xué)技術(shù), 2012,(4):46-53.
[12] 安 達,姜永海,楊 昱,等.海明距離模糊法在垃圾填埋場地下水質(zhì)量評價中的應(yīng)用 [J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報, 2013,3(2):119-123.
[13] 李鳴曉,安 達,楊 昱,等.白洋淀淀中村非規(guī)范垃圾堆放地下水污染健康風險評價 [J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報, 2012,2(5):449-455.
[14] 崔海煒,孫繼朝,黃冠星,等.PRB修復(fù)垃圾滲濾液污染地下水過程中NH4+的變化規(guī)律 [J]. 土壤, 2012,44(5):815-821.
[15] 崔海煒,孫繼朝,張 英,等.可滲透反應(yīng)墻原位修復(fù)垃圾滲濾液污染地下水 [J]. 環(huán)境工程學(xué)報, 2012,6(8):2698-2703.
[16] 丁愛中.垃圾堆放場地下水污染機理及治理試驗 [D]. 北京:中國地質(zhì)科學(xué)院博士學(xué)位論文, 1998.
[17] 郜洪強,樊延恩,丁文萍.生活垃圾填埋場對地下水的污染研究[J]. 水資源保護, 2009,25(5):61-64.
[18] 張志強,田西昭,單 強.唐山市某垃圾填埋場對淺層地下水水質(zhì)的影響 [J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2011,9(6):79-82.
[19] 康天放,周忠亮,曹雯雯,等.某非規(guī)范垃圾填埋場地下水中污染物的健康風險評價 [J]. 環(huán)境與健康雜志, 2008,25(3):209-211.
[20] 唐國卿,徐 穎.垃圾滲濾液對地下水環(huán)境影響預(yù)測評價 [J].露天采礦技術(shù), 2006,(6):48-50.
[21] 張玉福,熊方毅,王志布,等.垃圾場對地下水影響的研究 [J]. 環(huán)境與健康雜志, 1990,7(1):15-17,28.
[22] 趙淑敏,馮 丹,馬俊杰.生活垃圾浸出液對填埋場地下水污染調(diào)查與研究 [J]. 黑龍江環(huán)境通報, 2002,26(3):47-48.
[23] 張密西,王 潔,滕麗華.瑞安東山垃圾場地下水污染對人體的健康風險評價 [J]. 廣東微量元素科學(xué), 2009,16(10):29-34.
[24] 田揚捷,黃仁華,楊 虹,等.海濱垃圾填埋場滲瀝液對地下水系統(tǒng)的污染 [J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 2005,13(1):1-5.
[25] 朱 麗,王偉利,孫理密.濟南市垃圾填埋場對地下水環(huán)境的影響分析 [J]. 山東建筑工程學(xué)院學(xué)報, 2005,20(4):46-50.
[26] 劉增超.簡易垃圾填埋場地下水污染風險評價方法研究 [D].吉林:吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2013.
[27] 嚴小三.某垃圾填埋場附近淺層地下水污染及水環(huán)境健康風險評價 [D]. 安徽:合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2008.
[28] 殷曉曦.污染物在土壤及地下水中運移特征與防治研究——以淮南大通垃圾填埋場為例 [D]. 安徽:安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2006.
[29] 仝曉霞,寧立波,董少剛.運用GMS模型對某垃圾場地下水污染的研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2012,35(7):197-201.
[30] 周振江,寧立波.洛陽市某垃圾場滲濾液對地下水的污染預(yù)測[J]. 中國西部科技, 2013,12(3):60-62.
[31] 郭春貴,崔 巍.海城垃圾填埋場地下水資源評價分析 [J]. 吉林水利, 2010,(5):68-70.
[32] Han D M, Tong X X, Currell M J, et al. Evaluation of the impact of an uncontrolled landfill on surrounding groundwater quality, Zhoukou, China [J]. Journal of Geochemical Exploration, 2014, 136(1):24-39.
[33] 張 巖.1,2,4-三氯苯在垃圾污染地下水中的遷移轉(zhuǎn)化機理及其模擬預(yù)測研究——以開封市南郊蘆花崗村垃圾填埋場為例[D]. 吉林:吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2011.
[34] Liu H, Liang Y, Zhang D, et al. Impact of MSW landfill on the environmental contamination of phthalate esters [J]. Waste Management, 2010,30(8/9):1569-1576.
[35] 溫 朋.“紅層”區(qū)某生活垃圾填埋場的地下水環(huán)境影響研究[D]. 成都:西南交通大學(xué), 2013.
[36] 馬 勁.江村溝垃圾填埋場滲濾液對地下水環(huán)境的影響 [J].黑龍江科技信息, 2012,(13):27-29.
[37] 陳詠芳,周小龍.垃圾填埋處理場滲濾液污染地下水的防治途徑探討 [J]. 地下水, 2009,31(6):105-106.
[38] 梁 靖,鄭王瓊.廣東湛江馮村垃圾場對淺層地下水污染評價與防治對策 [J]. 地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護, 2009,20(3):63-67.
[39] Peng X Z, Ou W H, Wang C W, et al. Occurrence and ecological potential of pharmaceuticals and personal care products in groundwater and reservoirs in the vicinity of municipal landfills in China [J]. Science of the Total Environment, 2014,490(8):889-898.
[40] 陳功新,王 蕾,王廣才,等.某中小城市垃圾堆埋場污染組分在淺層地下水中的遷移模擬 [J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2008,(6):112-116.
[41] 徐 亞,顏湘華,董 路,等.基于 Landsim的填埋場長期滲漏的污染風險評價 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2014,34(5):1355-1360.
[42] HJ 610-2011 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 [S]. 2011-02-11.
[43] GB/T14848-93 地下水質(zhì)量標準 [S]. 1993-12-30.
[44] GB 3838-2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準 [S]. 2002-04-28.
[45] 楊貴芳.南京東郊轎子山垃圾填埋場地下水污染特征及機理研究 [D]. 北京:中國地質(zhì)科學(xué)院, 2013.
[46] 羅定貴,張鴻郭,劉千紅,等.城市生活垃圾填埋場水環(huán)境污染效應(yīng)研究——以廣州市李坑垃圾填埋場為例 [J]. 北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2009,45(5):868-874.
[47] 王翊虹,趙勇勝.北京北天堂地區(qū)城市垃圾填埋對地下水的污染[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2002,(6):45-47,63.
[48] 楊 昱,姜永海,席北斗,等.生活垃圾填埋場地下水污染風險分級方法研究 [J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010,19(7):1704-1709.
[49] 李振聲,李新中.有機物定性分析在觀測生活垃圾衛(wèi)生填埋場對地下水污染中的應(yīng)用 [J]. 城市管理與科技, 2004,6(2):72-73.
[50] 謝文垠.城市垃圾填埋場地下水有機污染物遷移模擬——以成都市長安垃圾填埋場滲濾液中苯遷移為例 [D]. 成都:成都理工大學(xué), 2009.
Pollutant identification and quality assessment of groundwater near municipal solid waste landfills in China.
HAN Zhi-yong, XU Mo*, LIU Guo, CHENG Cheng (State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Environmental and Civil Engineering Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China).
China Environmental Science, 2015,35(9):2843~2852
In order to give a basis for the assessment, the remediation and the treatment of groundwater contaminations, the groundwater pollutants from MSWLs were identified by cumulative pollution load ratio; the groundwater quality near the MSWLs were assessed integrally by Nemero index method and grading methods based on authors′ survey and related reports from 1991 to 2014. The results showed that there were 99 kinds of groundwater pollutants, 2 kinds of visual pollutants and 6 kinds of aggregative pollutants which had been detected. The widespread groundwater pollutants include ammonia, nitrate, nitrite, permanganate index, chemical oxygen demand, total hardness, chloride, iron, manganese, total coliform and volatile phenol; the local groundwater pollutants include total phosphorus, total dissolved solids, fluoride, sulfate, bacterial count and hexavalent chromium; the point groundwater pollutants include trichloro-benzene, cadmium, lead, mercury and iodide. Additionally, the local groundwater pollutants and the point groundwater pollutants are very different in different areas. The comprehensive score of groundwater quality was 7.76. It is indicated that the groundwater near MSWLs had been contaminated seriously in China.
municipal solid waste landfill;groundwater;pollutant;environmental quality assessment
X523
A
1000-6923(2015)09-2843-10
2015-02-15
四川省教育廳科研課題(15ZB0077);成都理工大學(xué)中青年骨干教師培養(yǎng)計劃(KYGG201406);地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室團隊重點課題(SKLGP2011Z001)
*責任作者, 教授, xm@cdut.edu.cn
韓智勇(1983-),男,貴州道真人,副教授,博士,主要研究方向為固體廢物資源化利用與處理處置.發(fā)表論文20余篇.