徐州市生活垃圾填埋場地下水典型金屬污染物研究

王敏，曹恩偉，朱歆瑩，劉莉，劉浩

(徐州環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 徐州 221018 )

徐州市生活垃圾填埋場地下水典型金屬污染物研究

王敏，曹恩偉，朱歆瑩，劉莉，劉浩

(徐州環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 徐州 221018 )

在對徐州地區(qū)生活垃圾填埋場調(diào)查分析的基礎上，根據(jù)填埋特征和地質(zhì)狀況選取4座典型填埋場為調(diào)查對象，采用ICP-MS對垃圾滲濾液及地下水中26種重金屬進行監(jiān)測分析。結(jié)果表明，在4個垃圾填埋場地下水及滲濾液中ρ(Sr)均相對較高(>700 μg/L)；地下水中金屬元素均正在以Ca，Mg為主向Na，Mg為主轉(zhuǎn)化；地下水中Al，B質(zhì)量濃度大小順序為Y場(雁群)>S場(睢寧)>C場(翠屏山)>P場(邳州)；4個垃圾填埋場共同典型重金屬污染物為Mn，F(xiàn)e，Zn，Ba；除上述污染物外，Y場地下水潛在典型重金屬污染物為Pb和 Mo；S場為Mo和As；C場為Tl和Co；P場為As。

垃圾填埋場；地下水；ICP-MS；典型金屬污染物；徐州

隨著我國人口增長及生活水平的提高，截至2005年城市生活垃圾產(chǎn)生量已超過1.5億t/a，且正以8%～10%的速度日益增長[1]。由于垃圾焚燒會帶來大氣污染[2]，而循環(huán)利用、有益處置技術不夠完善，填埋仍是我國目前及將來較長時間主要的垃圾處理方式[3]。但垃圾填埋處置對地下水存在潛在的污染風險，地下水循環(huán)緩慢，自凈能力差[4]，一旦受到污染，難恢復性將制約著人類的生存與發(fā)展[5]。

徐州地區(qū)作為江蘇第二大人口聚集城市，生活垃圾產(chǎn)生量大，正規(guī)、非正規(guī)垃圾填埋場均相對較多，且地下水仍為該地區(qū)飲用水主要來源。因此，開展該地區(qū)垃圾填埋場滲濾液及地下水污染特征調(diào)查，對其中的多種重金屬污染物進行研究，具有重要意義。

1 調(diào)查方法

1.1 監(jiān)測時間

2014年1月4日—2015年1月16日。

1.2 點位布設

依據(jù)徐州市及縣區(qū)垃圾填埋場地質(zhì)狀況、填埋特征等，選取4個最具代表性的生活垃圾填埋場，分別為位于徐州市銅山區(qū)大鵬鎮(zhèn)310國道南、蘇皖邊界的雁群生活垃圾衛(wèi)生填埋場(簡稱Y場)，位于徐州市云龍區(qū)翠屏山北的翠屏山生活垃圾簡易填埋場(簡稱C場)，位于睢寧縣官山鎮(zhèn)牌坊村104國道西的睢寧生活垃圾衛(wèi)生填埋場(簡稱S場)，以及位于邳州市議堂鎮(zhèn)彭河南、邳睢路西的邳州生活垃圾簡易填埋場(簡稱P場)。

Y場為非巖溶地區(qū)正規(guī)生活垃圾衛(wèi)生填埋場，面積36 hm2，于2005年開始運行，設計服務年限12 a。

S場為巖溶地區(qū)正規(guī)生活垃圾衛(wèi)生填埋場，總占地面積為 26.33 hm2，填埋區(qū)占地20.16 hm2，設計服務年限15 a(2010—2024年)。

C和P場為巖溶地區(qū)簡易垃圾填埋場，C場是2006年在翠屏山北坡廢采石場(除原始的一層紅色黏土外，未采取任何防滲)基礎上堆積而成，2008年已封場。

P場為垃圾堆場(未做任何防滲)，20世紀90年代開始堆置，已使用約18 a，目前基本禁用。

根據(jù)垃圾填埋場內(nèi)地下水流場具體情況，在4個垃圾填埋場及附近分別選取4個地下水監(jiān)測點(上游為1#，下游2#，3#，4#)，具體位置見圖1。

圖1 4個典型垃圾填埋場分布

1.3 樣品的采集

按《生活垃圾填埋場環(huán)境監(jiān)測技術標準》(GJ/T 3037-1995)，于枯水期(k1，k2)、豐水期(f1，f2)各采集1次；同時分別在場內(nèi)滲濾液收集池Yw，Sw，Cw，Pw取垃圾滲濾液。同時調(diào)查地下水水位、埋深、電導率、氧化還原電位、pH 值等。

1.4 分析方法

1.4.1 儀器

采用美國安捷倫公司電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS 7700)[5]，RF功率為1 550 W，采樣深度為8 mm，霧化器溫度2.0 ℃，霧化器為同心霧化器、采樣錐類型為鎳錐；等離子氣氬氣純度99.999%、壓力0.7 MPa、流量15 L/min；輔助氣、載氣氦氣純度 99.999%、壓力0.05 MPa、流速 1.0 L/min。

1.4.2 試劑

蒸餾水(屈臣氏)；硝酸(優(yōu)級純)；安捷倫公司配制的Na，Mg，K，Ca，F(xiàn)e混合標液(1 000 mg/L)；Be，B，Al，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Sr，Mo，Ag，Cd，Sb，Ba，Ti，Pb混合標液(100 mg/L)；Li6，Sc，Ge，Rh，In，Tb，Lu，Bi混合內(nèi)標溶液(200 mg/L)；Li，Y，Ce，Ti，Co，Mg混合質(zhì)譜調(diào)諧液(1 μg/L)。

1.4.3 樣品預處理

采集的水樣通過0.45 μm濾膜過濾，棄去初始的50 mL溶液，收集所需體積的濾液，用HNO3將濾液調(diào)至pH值<2。

1.4.4 樣品分析

儀器真空度等參數(shù)達到要求時氦氣吹掃、氬氣維護后等離子體點火，用調(diào)諧液調(diào)整儀器靈敏度、氧化物(156/140≤2%)、雙電荷(70/140≤3.0%)、分辨率(在10%峰高所對應的峰寬范圍在0.6 ～ 0.8 u范圍內(nèi))，各項指標達到測定要求，進行試劑空白、標準系列及樣品溶液分析。26種金屬元素標準曲線的相關系數(shù)r> 0.999，RSD<2%，分析結(jié)果精密度、準確度、加標回收率等均滿足質(zhì)控要求。

2 結(jié)果與討論

2.1 典型重金屬污染物

2.1.1 4個垃圾填埋場地下水污染濃度最高點位不同時期重金屬監(jiān)測結(jié)果

4個垃圾填埋場地下水污染值最高點位定期監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 4個垃圾填埋場地下水污染值最高點位定期監(jiān)測結(jié)果① μg/L

①Ag在 20個測點基本均未檢出(檢出限為0.04 μg/L)，故不做統(tǒng)計；L代表檢出限；B代表《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)。

由表1可見，4個垃圾填埋場地下水中16種重金屬最高值均出現(xiàn)在下游測點，因其周圍大多為農(nóng)田或居民區(qū)，除垃圾填埋場外基本無其他大的污染源，且上游測點地下水中ρ(重金屬)均低于下游測點。表明該地區(qū)地下水典型ρ(重金屬)變化主要源自垃圾填埋場。

ICP-MS的金屬檢出限均相對較低，靈敏度均相對較高[6]，均能滿足分析要求。不同垃圾填埋場枯水期90%以上ρ(重金屬)高于豐水期，但不同時期地下水中16種重金屬最大值除Mn外均遠小于《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749-2006)(以下簡稱《生活飲用水》)中相應標準限值。

2.1.2 正規(guī)生活垃圾填埋場地下水典型重金屬污染物篩選

調(diào)查分析認為4個垃圾填埋場地下水中重金屬污染主要來自垃圾滲濾液(周圍基本無其他大的污染源)，因此可以通過不同垃圾填埋場地下水污染濃度最大點的ρ(16種重金屬)同對應垃圾滲濾液中相應元素含量的比值R，建立公式：

R=ρ(i)Nmax/ρ(i)Nw

式中：R——最大質(zhì)量濃度占比，%；i——16種重金屬污染物；Nmax——地下水污染濃度最大點；Nw——同時期對應滲濾液測點。

根據(jù)R大小，結(jié)合重金屬污染特性對4個垃圾填埋場地下水典型重金屬污染物進行篩選，通過4個垃圾填埋場4個時期地下水重金屬監(jiān)測結(jié)果對比分析，選取k2期地下水污染值最大點作研究對象，統(tǒng)計該時期地下水測點重金屬在對應污染源(垃圾滲濾液)中質(zhì)量濃度占比R，結(jié)果見圖2。

圖2 Y、S場ρ(重金屬)占比

由圖2可見，Tl，Ti，V，Ni，Cu，Co在2個垃圾填埋場ρ占比均相對較低，均<2% 。Y場地下水ρ(Pb)在相應垃圾滲濾液重金屬元素中占比最大，約54%，其他占比依次為Mn(35%)> Zn(16%)> Mo(14%)> Cd(13%)> Fe(12%)> Ba(9%)> Sb(5%)> As(3%)= Cr(3%)。S場地下水中Mn(111%)占比最大，ρ(Mn)遠高于相應滲濾液，主要由于地下水Mn背景值相對較高，Ba(82%)次之，Mo(32%)第3，除Tl，Ti，V，Ni，Cu，Co外，Pb，Cd，Cr值也相對較低，約占0%，其他占比分別為，F(xiàn)e(24%)>As(5%)>Zn(4%)>Sb(2%)。

2.1.3 非正規(guī)生活垃圾填埋場地下水典型污染物篩選

C場、P場ρ(重金屬)占比見圖3。由圖3可見，C場、P場ρ(重金屬)占比規(guī)律為，除As，Tl及Co 3元素外，其他基本一致，均為Mn，Ba占比最高，Pb，Cd，Cr，Ni，Sb，F(xiàn)e，Cu占比較低，接近0%。C場除Mn(58%)，Ba(59%)污染物外，污染物Tl(14%)占比最大，Co(9%)次之，其他依次為Zn(5%)> Ti(4%)= V(4%)>As(2%)= Mo(2%)。P場除Mn(127%)，Ba(33%)污染物外，污染物As(16%)占比最大，其他污染物Mo，Co，Tl，Ti，V，Zn占比均<3%。

圖3 C場、P場ρ(重金屬)占比

滲濾液中重金屬較高值統(tǒng)計結(jié)果見圖4。由圖4可見，4個垃圾填埋場地下水共同典型重金屬污染物為Mn，F(xiàn)e，Zn，Ba，且S場，C場，P場地下水中Mn均超過《地下水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB/T14848-1993)Ⅲ類標準1～3倍，主要由于巖石溶出影響導致地下水背景含量較高，與國內(nèi)外相關研究結(jié)論一致。C場Ti占比偏高主要由于該場位于裸露的巖溶地區(qū)，Ti廣泛分布于地殼及巖石之中，該地區(qū)地下水Ti背景值相對較高所致。除上述污染物外，Y場地下水潛在典型重金屬污染物為Pb和 Mo；S填埋場為Mo和As；C場為Tl和Co；P場潛在典型重金屬污染物為As，與文獻[7-8]調(diào)查結(jié)果相同。

圖4 滲濾液重金屬較高值統(tǒng)計

2.2 典型輕金屬和非重金屬污染物分析

由于4個時期每個垃圾填埋場7種輕金屬及2種非金屬在滲濾液及地下水中最大質(zhì)量濃度變化相對重金屬其值均較小，故只對1個最不利時期的4個垃圾填埋場進行統(tǒng)計，結(jié)果見表2。

由表2可見，Sr和Se在不同垃圾填埋場地下水中含量均呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，Sr在4個垃圾填埋場地下水及滲濾液中含量均相對較高，Se均相對較低，其在S場和P場垃圾滲濾液中含量相同； S場，C場，P 場地下水中Sr和Se含量均高于Y場，4個垃圾填埋場地下水中ρ(Sr)在相應滲濾液占比較大，大小順序為：C場(94%)>P場(93%)>S場(73%)>Y場(70%)，結(jié)合垃圾填埋場特征分析，溶濾作用可能是影響地下水中Sr含量變化的主要因素。

表2 4個垃圾填埋場滲濾液及地下水非重金屬元素分析結(jié)果 μg/L

①Se檢出限為0.2 μg/L；輕金屬污染物Be在16個地下水樣中均未檢出(其檢出限為0.000 1 μg/L)，故不做統(tǒng)計；*單位為mg/L。

由表2中Na，Mg，Ca監(jiān)測可見，4個垃圾填埋場地下水Na含量最高，Mg次之，Ca含量遠小于Na。結(jié)合徐州地區(qū)多年地下水Ca、Mg含量均相對較高的特征，說明目前4個垃圾填埋場地下水金屬元素正均以Ca，Mg為主，向Na，Mg為主轉(zhuǎn)化，與國內(nèi)外相關研究結(jié)論一致，且Y場地下水中Na最大值已超過《生活飲用水》限值(200 mg/L)，初步分析認為由于生活垃圾中含大量餐廚垃圾，滲濾液中Na離子含量相對較高所致。

4個垃圾填埋場地下水中金屬元素Al和B最大值均未超出《生活飲用水》限值(0.2 mg/L)，Al和B含量大小順序均為Y場>S場>C場>P場。

3 結(jié)論

(1)不同垃圾填埋場枯水期90%以上重金屬質(zhì)量濃度高于豐水期，16種重金屬不同時期地下水最大值除Mn外均遠小于《生活飲用水》中相應標準限值。但由于填埋場地水文地質(zhì)條件及填埋特征(垃圾成分、使用年限、防滲等)，不同垃圾填埋場地下水典型重金屬污染物不盡相同；

(2)4個垃圾填埋場地下水共同典型重金屬污染物為Mn，F(xiàn)e，Zn，Ba，且S場，C場和P場地下水中Mn均超過《地下水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB/T14848-1993)Ⅲ類標準1～3倍；Y場地下水潛在典型重金屬污染物還有Pb和 Mo；S場還有Mo和As；C場還有Tl和Co；P場還有As；

(3)Sr在4個垃圾填埋場地下水及滲濾液中含量均相對較高，其最大值在相應滲濾液中占比大小順序為C場(94%)>P場(93%)>S場(73%)>Y場(70%)；4個垃圾填埋場地下水金屬元素均以Ca，Mg為主向Na，Mg為主轉(zhuǎn)化，且Y場的Na在地下水中最大值已超過《生活飲用水》限值(200 mg/L)；4個垃圾填埋場地下水中金屬元素Al和B的最大值均未超出《生活飲用水》限值(0.2 mg/L)，初步分析認為由于生活垃圾中含大量餐廚垃圾，滲濾液中Na離子含量相對較高所致；金屬元素Al和B在地下水中含量大小順序均為Y場>S場>C場>P場，且在正規(guī)生活垃圾填埋場地下水中含量要高于非正規(guī)填埋場。

[1] 張聰.非正規(guī)垃圾填埋場治理躊躇難進[N].中國環(huán)境報，2015-06-30(12).

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[4] 楊元麗，楊濤毅，于曉紅，等.貴州巖溶地區(qū)簡易垃圾填埋場對地下水的污染研究[J].地下水，2013，35(3)： 77-80.

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[6] 馬麗娜，陳大偉，蒲俊華，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)同時測定家禽飲用水中 18 種金屬元素[J]. 食品安全質(zhì)量檢測學報，2014，5(1)： 259-264.

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欄目編輯 李文峻

Research on Typical Metal Pollutants in Groundwater near Municipal Solid Waste Landfills in Xuzhou

WANG Min，CAO En-wei，ZHU Xin-ying，LIU Li，LIU Hao

(XuzhouEnvironmentalMonitoringCentralStation，Xuzhou，Jiangsu221018，China)

Based on investigation and analysis of municipal solid waste landfills in Xuzhou area，four typical landfills were selected as the research objects according to geological conditions and landfill characteristics. A total of 26 heavy metals from the waste leachate and groundwater were monitored and analyzed using inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The results showed that the mass concentrations of the Sr element were relatively high (>700 ug/L) in the groundwater and leachate for all four landfills，and that the main elements in groundwater were gradually shifting from Ca and Mg to those of Na and Mg. The mass concentrations of the Al and B elements in groundwater were descending in the order of the Y (Yanqun)，S (Suining)，C (Cuiping Mountain)，and P (Pizhou) landfill. The common typical heavy metal pollutants of the four landfills were Mn，F(xiàn)e，Zn，Ba. In addition，Pb and Mo were potential typical heavy metal pollutants in the Y landfill groundwater，and for the S landfill，they were Mo and As. Tl and Co were potential typical heavy metal pollutants in the C landfill groundwater，and for the P landfill，it was As.

Landfill； Groundwater； ICP-MS； Typical metal pollutant； Xuzhou

2015-09-01；

2015-09-14

江蘇省環(huán)境監(jiān)測科研基金資助項目(1311)

王敏(1982—)，女，工程師，碩士，主要從事大型儀器監(jiān)測及環(huán)境科技期刊編輯工作。

X523

B

1674-6732(2016)01-0051-05