生活垃圾填埋場(chǎng)地下水污染物識(shí)別與質(zhì)量評(píng)價(jià)

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(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059）

生活垃圾填埋場(chǎng)地下水污染物識(shí)別與質(zhì)量評(píng)價(jià)

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(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059）

基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和 1991～2014年的相關(guān)報(bào)道,通過累計(jì)污染負(fù)荷比法對(duì)我國生活垃圾填埋場(chǎng)地下水的主要污染物進(jìn)行了識(shí)別；并通過內(nèi)梅羅指數(shù)法和地下水質(zhì)量評(píng)分法對(duì)其地下水質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià),以期為我國生活垃圾填埋場(chǎng)地下水污染的評(píng)價(jià)、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(chǎng)地下水中已報(bào)道檢出污染物共計(jì)99種,同時(shí)還有視覺污染指標(biāo)2種,其他綜合性污染指標(biāo)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(xì)菌總數(shù)、鉻（六價(jià)）等；點(diǎn)源性污染物主要包括：三氯苯、鎘、鉛、汞、碘化物等,局部性和點(diǎn)源性污染物地區(qū)差異明顯.我國生活垃圾填埋場(chǎng)附近地下水質(zhì)量綜合評(píng)分F值為7.85,屬于極差級(jí)別,已受到嚴(yán)重污染.

生活垃圾填埋場(chǎng)；地下水；污染物；環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

當(dāng)前,我國地下水污染形勢(shì)日益嚴(yán)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(chǎng)已成為我國公認(rèn)的地下水重點(diǎn)污染源之一.

根據(jù)2014年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》,全國已建城鎮(zhèn)生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)580座,實(shí)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(jì)的簡易生活垃圾填埋場(chǎng)和堆棄點(diǎn).這些填埋場(chǎng)在幾十甚至上百年的運(yùn)行和穩(wěn)定化過程中會(huì)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(jī)物、無機(jī)鹽、金屬和重金屬離子,細(xì)菌等微生物,以及少量異性生物有機(jī)化合物,具有持久和較高的毒性［1-4］.填埋場(chǎng)滲濾液滲漏后,會(huì)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(chǎng)為個(gè)例,開展填埋場(chǎng)對(duì)地下水的點(diǎn)狀污染的研究［14-41］,缺乏對(duì)這些分散的研究結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)和綜合分析.

為此,筆者通過文獻(xiàn)檢索和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,采用累計(jì)污染負(fù)荷比法對(duì)我國生活垃圾填埋場(chǎng)地下水的主要污染物進(jìn)行識(shí)別；并通過標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、地下水質(zhì)量評(píng)分法等評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)我國生活垃圾填埋場(chǎng)對(duì)地下水的污染現(xiàn)狀和程度,分析其污染特點(diǎn),以期為總體把握我國生活垃圾填埋場(chǎng)對(duì)地下水的污染現(xiàn)狀,以及對(duì)填埋場(chǎng)地下水污染的評(píng)價(jià)、修復(fù)和治理提供依據(jù).

1　材料與方法

1.1文獻(xiàn)檢索

表1　生活垃圾填埋場(chǎng)基本情況Table 1　Background of MSW landfills in references

續(xù)表1

通過“中國知識(shí)資源總庫”檢索1991年至2014年期間生活垃圾填埋場(chǎng)對(duì)地下水污染研究的相關(guān)報(bào)道,共篩選出28篇文獻(xiàn)；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(bào)道,共篩選出3篇文獻(xiàn),并結(jié)合對(duì)四川某生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)地下水的調(diào)研數(shù)據(jù)和其他收集數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)價(jià).這些文獻(xiàn)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(chǎng)地條件、不同類型的填埋場(chǎng),具有較好的代表性.生活垃圾填埋場(chǎng)的基本情況見表1所示.

1.2評(píng)價(jià)方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法 生活垃圾填埋場(chǎng)地下水現(xiàn)狀評(píng)價(jià)采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法［42］.標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）中的III類標(biāo)準(zhǔn)值［43］,未列入的指標(biāo)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中的III類標(biāo)準(zhǔn)值［44］.

1.2.2內(nèi)梅羅指數(shù)法 內(nèi)梅羅指數(shù)法計(jì)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(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Pi的平均值,無量綱；Pimax為i組分標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Pi的最大值,無量綱.

1.2.3評(píng)分法 地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)采用評(píng)分法［43］.

首先根據(jù)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T14848-93）或《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）進(jìn)行各單項(xiàng)組分評(píng)價(jià),劃分組分所屬質(zhì)量類別.

其次對(duì)各類別按表 2規(guī)定分別確定單項(xiàng)組分評(píng)價(jià)分值Fi,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值無類別劃分時(shí),超標(biāo)按V類取值,未超標(biāo)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(jì)算綜合評(píng)價(jià)分值FI：

式中：FI為 i區(qū)（或組分）的綜合評(píng)分值,無量綱；Fiavg為i區(qū)（或組分）評(píng)分值Fi的平均值,無量綱；Fimax為i區(qū)（或組分）評(píng)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(jí)別.

表3　地下水質(zhì)量級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1　Rating criteria of groundwater quality

1.2.4累計(jì)污染負(fù)荷比法 首先根據(jù)1.2.3的計(jì)算結(jié)果,按照式（3）對(duì)不同區(qū)域（或組分）分別計(jì)算各組分（或各區(qū)域）的綜合評(píng)分值FI的負(fù)荷比.

式中：Ji為i組分的綜合評(píng)分值負(fù)荷比,無量綱.

2　結(jié)果與分析

2.1污染物統(tǒng)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì),目前我國生活垃圾填埋場(chǎng)地下水中已報(bào)道檢出相關(guān)污染物共計(jì)99種,其中有機(jī)污染物3種,無機(jī)鹽12種,金屬離子5種,重金屬15種,細(xì)菌學(xué)污染物2種,異性生物有機(jī)化合物62種；同時(shí)還包括視覺污染指標(biāo)2種,其他綜合性污染指標(biāo)6種.除表4中有檢出濃度報(bào)道的污染物［10-40］外,還有重金屬鈷［46］；異性生物有機(jī)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(shí)別

為滿足數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(píng)價(jià)在較差以上程度的 24個(gè)污染物作為主要污染物的備選指標(biāo).根據(jù)累計(jì)負(fù)荷比 JI,得到我國生活垃圾填埋場(chǎng)地下水主要污染物包括：總大腸菌群、細(xì)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(biāo)率和 PI 值,我國生活垃圾填埋場(chǎng)地下水主要污染物如表5所示.

表5　生活垃圾填埋場(chǎng)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(chǎng)滲濾液的主要污染物［1-5］相符,可見填埋場(chǎng)地下水中的主要污染物來自于填埋場(chǎng)滲濾液的入滲.

3　質(zhì)量評(píng)價(jià)與污染特征分析

3.1地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)

由圖1可知,我國生活垃圾填埋場(chǎng)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(chǎng)地下水質(zhì)量為極差,東北、西南和西北地區(qū)填埋場(chǎng)地下水質(zhì)量為較差.由此可見,我國生活垃圾填埋場(chǎng)已對(duì)其周圍地下水造成了嚴(yán)重的污染.

填埋場(chǎng)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(shí)間、填埋工藝、填埋方式、填埋場(chǎng)運(yùn)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(chǎng)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(yán)重,西北地區(qū)相對(duì)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(duì)不同污染物的地區(qū)分布進(jìn)行排序,如表6所示.

考慮部分指標(biāo)（如細(xì)菌學(xué)類指標(biāo)、溶解性總固體等）監(jiān)測(cè)分布樣本量的局限性,結(jié)合表4中污染物的超標(biāo)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(chǎng)地下水污染物主要包括普遍性污染物、局部性污染物和點(diǎn)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(xì)菌總數(shù)、鉻（六價(jià)）等.

（3）點(diǎn)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(duì)不同區(qū)域污染物的類型進(jìn)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(chǎng)地下水污染物種類較多,相對(duì)復(fù)雜；華東和華中地區(qū)除細(xì)菌類污染物未見報(bào)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(jī)鹽、重金屬和細(xì)菌類污染；西北地區(qū)主要為無機(jī)物和重金屬污染物；華南地區(qū)主要為有機(jī)物和無機(jī)鹽污染.其中重金屬、細(xì)菌學(xué)和異性生物有機(jī)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(chǎng)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(xiàn)樣本量差異也是其影響因素之一.

圖1　生活垃圾填埋場(chǎng)地下水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)Fig.4　Comprehensive assessment of groundwater quality of MSW landfills

表6　生活垃圾填埋場(chǎng)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(chǎng)地下水區(qū)域污染物類型Table 1　Kinds of groundwater pollutants from MSW landfills in different areas

4　結(jié)論

4.1生活垃圾填埋場(chǎng)地下水中已報(bào)道檢出污染物共計(jì)99種,其中有機(jī)污染物指標(biāo)3種,無機(jī)鹽12種,金屬離子5種,重金屬15種,細(xì)菌學(xué)污染指標(biāo)2種,異性生物有機(jī)化合物62種；同時(shí)還包括視覺污染指標(biāo)2種,其他綜合性污染指標(biāo)6種.

4.2生活垃圾填埋場(chǎng)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(xì)菌總數(shù)、鉻（六價(jià)）等；點(diǎn)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(diǎn)源性污染物地區(qū)差異明顯.

4.3我國生活垃圾填埋場(chǎng)附近地下水質(zhì)量綜合評(píng)分F值為7.85,屬于極差級(jí)別,已受到填埋場(chǎng)的嚴(yán)重污染.

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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(jì)劃（KYGG201406）；地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)課題（SKLGP2011Z001）

*責(zé)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?yàn)楣腆w廢物資源化利用與處理處置.發(fā)表論文20余篇.