廣州垃圾填埋場周圍水體中PAHs和PAEs的污染特征

陳迪云, 龔　劍, 褚紅榜

(廣州大學 a.環(huán)境科學與工程學院; b.廣東省放射性核素污染控制與資源化重點實驗室, 廣東 廣州　51006)

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廣州垃圾填埋場周圍水體中PAHs和PAEs的污染特征

陳迪云a,b, 龔劍a,b, 褚紅榜a

(廣州大學 a.環(huán)境科學與工程學院; b.廣東省放射性核素污染控制與資源化重點實驗室, 廣東 廣州51006)

目前填埋處置仍是城市生活垃圾處理的主要措施之一,而填埋處置產生的垃圾滲濾液可能對填埋場周圍水體產生有機物污染.以廣州的李坑和興豐2個代表性的垃圾填埋場為對象，調查垃圾滲濾液中多環(huán)芳烴(PAHs)和鄰苯二甲酸酯(PAEs)的濃度水平以及周圍水體的污染特征.結果表明，李坑和興豐2個填埋場滲濾液中的PAHs和PAEs的濃度高，∑PAHs和∑PAEs平均值分別為417和180 μg·L-1.周圍水體樣品中均檢出PAHs和PAEs，其中∑PAHs濃度為1.4～2.8 μg·L-1，平均值為2.0 μg·L-1；∑PAEs濃度為1.1～7.4 μg·L-1，平均值為2.4 μg·L-1.地下水體中的PAHs和PAEs的濃度沿地下水流動方向降低.填埋場周圍地表水、地下水和滲濾液中的PAHs和PAEs成分組成特征和變化規(guī)律表現出較好的一致性，揭示了3者的同源性.

垃圾滲濾液； 多環(huán)芳烴； 鄰苯二甲酸酯； 水體污染

許多國家仍然采用填埋方式處置城市生活垃圾，而填埋產生的滲濾液中含有大量的持久性有機物(Persistent Organic Pollutants, 簡稱POPs)，PAHs和PAEs是其中2類典型POPs，部分的PAHs和PAEs化合物被美國環(huán)保署列為優(yōu)先控制污染物[1].滲濾液中POPs的遷移與擴散可能導致周圍水體和土壤的污染.研究發(fā)現垃圾填埋場滲濾液中的PAEs是周圍環(huán)境中PAEs的重要來源之一[2]，例如，Cllalle湖水明顯受到了附近垃圾填埋場滲濾液的POPs的污染[3].此外，填埋場性能仿真模型研究也揭示填埋場滲濾液如果不妥善處理，會對周邊環(huán)境造成潛在危害[4].

目前有關的研究主要集中在垃圾滲濾液中POPs的特征分析，通過對垃圾填埋場滲濾液以及周圍土壤的PAEs的調查[5-7]，發(fā)現垃圾滲濾液的PAEs濃度高，對周圍土壤形成了污染.關于垃圾滲濾液中的POPs對周邊水體會產生什么影響，目前的研究尚顯不足.本文以PAHs和PAEs這2類典型的POPs為目標物，研究其在垃圾填埋場滲濾液中的濃度水平以及對周圍水體污染的行為.

1　樣品與方法

1.1研究對象

廣州主要有老虎窿、李坑、大田山和興豐等4個垃圾填埋場.其中，前3個填埋場已陸續(xù)填滿封場，目前僅有興豐垃圾填埋場還在運行.選擇李坑和興豐2個垃圾填埋場為研究對象，分別代表封場和運行的填埋場，探究廣州垃圾填埋場滲濾液中PAHs和PAEs 對周圍水體的污染行為.16種PAHs目標物分別為萘(Nap)、苊(Ace)、二氫苊(Acy)、芴(Flu)、菲(Phe)、蒽(Ant)、熒蒽(Fla)、芘(Pyr)、苯并(a)蒽(BaA)、屈(Chr)、苯并(b)熒蒽(BbF)、苯并(k)熒蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、茚并[1,2,3-cd]芘(Inp)、二苯并(a,h)蒽(DBA)、苯并(g,h,I)苝(BgP).5種PAEs目標物分別為鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DNOP).

李坑垃圾填埋場位于白云區(qū)龍歸鎮(zhèn)，于1992年建成投入使用，2004年封場.該場共填埋垃圾884.6 萬t.興豐垃圾填埋場位于白云區(qū)太和鎮(zhèn)，于2001年開始使用.目前全市85%垃圾運往該場填埋.至取樣時(2011年)已累計填埋處理生活垃圾超過2 000 萬t.

1.2樣品的采集與保存

共采集水樣20件，其中垃圾滲濾液樣品2件(1#和2#)、地表水5件(3#～7#)和地下水13件(8#～20#).采樣點的布置充分考慮了水系分布和空間分布均勻性，具體分布位置見圖1.樣品采集、運輸和保存都嚴格參照國家標準進行.地下水的采樣信息見表1.

圖1　采樣點位置圖

Table 1The description of the sampling sites for groundwater

編號水井類型水源類型井深/m與垃圾填埋場的距離/m地下水流動方向8居民水井第四系孔隙水20350下游9居民水井第四系孔隙水301800上游10居民水井第四系孔隙水15200上游11水質監(jiān)測孔鉆孔-裂隙水60200上游12水質監(jiān)測孔鉆孔-裂隙水55200下游13居民水井第四系孔隙水222500下游14居民水井第四系孔隙水182000下游15居民水井第四系孔隙水231500下游16水質監(jiān)測孔鉆孔-裂隙水60350下游17水質監(jiān)測孔鉆孔-裂隙水601000上游18水質監(jiān)測孔鉆孔-裂隙水35100上游19水質監(jiān)測孔鉆孔-裂隙水40150下游20居民水井第四系孔隙水23200下游

1.3樣品測定

由于垃圾滲濾液樣品中持久性有機物濃度過高，分析之前采用離子水進行了相應的稀釋.分別取垃圾滲濾液稀釋樣、水體樣品各80 mL，置于100 mL燒瓶中，并通過加入已知量的氫同位素標記的回收率指示物(Phe-d10、DBP-d4)來監(jiān)控實驗過程，保證測定數據的可靠性.利用固相萃取法富集樣品中的目標物，并采用氣相色譜-質譜(7890A-5975C，安捷倫公司)方法定量分析各目標物[5-8].Phe-d10、DBP-d4的回收率分別在86%～112%和78%～110.8%之間，相對標準偏差(RSD)均小于15% (n=3)，表明該方法具有良好的準確度和重現性.

2　結果與分析

2.1垃圾填埋場滲濾液中的PAHs和PAEs

垃圾滲濾液的PAHs濃度見表2，李坑和興豐2個垃圾填埋場的垃圾滲濾液中的16種PAHs的總濃度(∑PAHs)分別為419 μg·L-1(1#)和416 μg·L-1(2#)，該濃度水平是國際飲用水標準(200 ng·L-1)的2 000多倍.如果對其不妥善處理，垃圾滲濾液將成為POPs嚴重的污染源.

表2　垃圾滲濾液中多環(huán)芳烴的濃度

垃圾滲濾液中的5種常見PAEs的濃度見表3.李坑和興豐垃圾填埋場滲濾液中的5種PAEs的總濃度(∑PAEs)分別為149 μg·L-1(1#)和220 μg·L-1(2#)，平均值高達180 μg·L-1，與北京某垃圾滲濾液濃度(222 μg·L-1)和武漢垃圾填埋場滲濾液的平均濃度(239 μg·L-1)相當[7].其中，2#興豐場的總濃度(220 μg·L-1)是1#李坑場總濃度(149 μg·L-1)的1.5倍.其原因可能是李坑7a前已經封場，PAEs類物質輸入逐步降低的緣故，而興豐場仍在使用中，不斷有產生PAEs的物質填埋.

表3　垃圾滲濾液中鄰苯二甲酸酯的濃度

通過對照廣州城市生活垃圾組分與垃圾滲濾液中的PAEs各組分的含量發(fā)現(圖2)，滲濾液中PAEs各組分中含量最高的為DBP，其次為DEP.在廣州填埋場垃圾成分中塑料及紙類物質占到垃圾總量的24%，而滲濾液中PAEs中的DBP和DEP含量也相對較高，說明塑料和紙類可能是DBP和DEP的主要貢獻者，這一結果也與相關研究結果相吻合[9].

2.2垃圾填埋場周圍水體中PAHs的污染狀況

2.2.1垃圾填埋場周圍水體中PAHs的含量分布

垃圾填埋場周圍水體中的PAHs見表4.除苯并[a] 蒽和屈未檢出外，其他14種PAHs在水樣中均有檢出，∑PAHs(14種)濃度為1.4～2.8 μg·L-1，平均值為2.0 μg·L-1.

地表水和地下水樣品的PAHs總量都低于水生動植物的半致死劑量(LC50，10 μg·L-1)[10]，

圖2　廣州市生活垃圾的組成與填埋場滲濾液的PAEs組分

Fig.2The constitution of municipal solid waste and PAEs of leachates

因此,對于生活在該區(qū)域的水生動植物而言風險較低.但滲濾液低分子量的PAHs含量較高，而低分子量的PAHs含量的毒性往往高于高分子量的毒性，對此應格外引起關注.垃圾填埋場周圍水體中檢出的∑PAHs遠高于國際飲用水標準0.20 μg·L-1，因此水體中的PAHs對當地居民的身體健康仍具有較高的風險.

2.2.2垃圾填埋場周圍地表水的PAHs

2個填埋場周圍的地表水體(3#～7#)的∑PAHs濃度范圍為2.0～2.3 μg·L-1(表4)，遠高于重慶主城區(qū)長江和嘉陵江的∑PAHs濃度(0.14～1.5 μg·L-1)[10].其中4號水樣的∑PAHs濃度最高，該點是離填埋場最近樣品點.地表水體中∑PAHs濃度的升高可能與垃圾在運輸過程中散落、滲濾液在地表漫流的流入以及滲濾液在表層土壤中運移滲透等作用有關.李坑場地表水體的∑PAHs濃度明顯高于興豐地表水的∑PAHs濃度，可能與李坑垃圾填埋場運行時間早、周圍水體受污染的時間長有關.

表4　垃圾填埋場水體中PAHs的含量分布

nd 表示未檢出.

2.2.3垃圾填埋場周圍地下水的PAHs

李坑場地下水體樣品中(8#～14#)的∑PAHs濃度變化范圍為1.4～2.5 μg·L-1，平均值為2.0 μg·L-1(表4)；興豐場地下水體樣品中(15#～20#)的∑PAHs濃度變化范圍為1.8～2.3 μg·L-1，平均值為2.1 μg·L-1.李坑垃圾場∑PAHs濃度最高的點為樣品12#(2.6 μg·L-1)，采樣點8#(2.5 μg·L-1)次之，這2個樣品的采樣點都位于垃圾場的地下水流的下游，12#是填埋場東北部200 m處的監(jiān)測鉆孔樣品，8#則為北部居民水井.相較而言，濃度最低的11#采樣點(1.4 μg·L-1)位于垃圾場地下水流的上游，是距填埋場南部200 m遠處的水質監(jiān)測鉆孔.采樣點13#和14#濃度略高于采樣點11#，它們均為離李坑填埋場較遠(2 000 m)的水井.以上結果表明，李坑填埋場地下水體的污染主要出現在垃圾場地下水的下游方向，而且隨離填埋場的距離增加，地下水持久性有機物的污染程度降低.興豐場地下水16#點為興豐場北部350 m處的地下水質監(jiān)測鉆孔，該點亦處于填埋場地下水下游的位置，∑PAHs濃度亦相對較高(2.30 μg·L-1)，而其它樣品(15#、17#～20#)的∑PAHs濃度則基本相當.

2.3垃圾填埋場周圍水體中PAEs的污染狀況

2.3.1垃圾填埋場周圍水體中PAEs的含量分布

周圍水體18個樣品中的PAEs檢測結果見表4，所有樣品中均檢出PAEs.∑PAEs濃度范圍為1.1～7.4 μg·L-1，平均值為2.4 μg·L-1.

2.3.2垃圾填埋場周圍地表水中的PAEs

2個垃圾填埋場周圍地表水中(3#～7#)的∑PAEs濃度為1.08～2.6 μg·L-1, 比重慶主城區(qū)長江和嘉陵江的∑PAEs濃度變化范圍小(0.05～10 μg·L-1)[10]，但2者的平均含量相當(表5).

就地表水而言，隨采樣點距填埋場的距離的增加，李坑場地表水體中(3#～5#)的∑PAEs濃度從2.2 μg·L-1減少到1.1 μg·L-1，下降了50%(表5)；對于興豐場，7#地表水體樣的∑PAEs濃度高于6#樣品的∑PAEs濃度，7#樣的∑PAEs約為6#樣品的1.5倍.6#的采樣位置位于填埋場地表水上游方向，而7#取樣點則位于填埋場地下水的下游方向.這說明地表水受到了垃圾滲濾液的PAEs的污染，而且污染物可能隨水流動而遷移擴散.

表5填埋場周圍水體中的PAEs的濃度

Table 5The concentration of PAEs in water around landfill sites μg·L-1

nd 表示未檢出.

2.3.3垃圾填埋場周圍地下水中的PAEs

李坑場地下水中(8#～14#)5種PAE的濃度為0.76～4.33 μg·L-1，相對高于地表水中的∑PAEs濃度，其中最高的為8#樣品(4.3 μg·L-1，表5)，該采樣點是位于垃圾填埋場東北部350 m處，處于地下水流向的下游方向.濃度最低的13#點(0.76 μg·L-1)則是位于李坑場東部2 500 m處一居民水井.

興豐場地下水中(15#～20#)∑PAEs濃度1.33～7.36 μg·L-1(表5).最高的點為16#點(7.4 μg·L-1)，該點位于垃圾場北部350 m處，為一地下水監(jiān)測鉆孔，處于填埋場地下水下游方向.而濃度最低的15#點(1.3 μg·L-1)，則是位于該填埋場北部1 500 m處一居民水井，亦是處于地下水流動的下游方向.可見，在垃圾場附近(350 m范圍內)的地下水的PAEs濃度高，受垃圾滲濾液的有機物污染較嚴重，且隨著離垃圾填埋場距離增加，∑PAEs總濃度有降低的逐勢，而到2 500 m處PAEs濃度已大幅度下降.

總體上，李坑周圍水體(3#～5#，8#～14#)的∑PAEs濃度在0.76～4.33 μg·L-1之間，平均值為1.85 μg·L-1，各點濃度差異相對較??；興豐場周圍水體(6#～7#，15#～20#)∑PAEs濃度變化范圍為1.20～7.36 μg·L-1，平均值為2.53 μg·L-1，其濃度水平較李坑場的高.這可能與李坑垃圾場早已封場，對周圍水體污染的貢獻逐年減少有關.

3　結　論

(1)李坑、興豐2個填埋場滲濾液中的∑PAHs的濃度分別高達419 μg·L-1、416 μg·L-1，均超過國際飲用水標準(0.2 μg·L-1)2 000多倍；∑PAEs平均值高達180 μg·L-1，與北京和武漢垃圾填埋場滲濾液的∑PAEs平均濃度相當.

(2)所有的水體樣品中均檢測到PAHs和PAEs，其中∑PAHs濃度為1.4～2.8 g·L-1，平均值為2.0 μg·L-1；∑PAEs濃度分別為1.1～7.4 μg·L-1，平均值為2.4 μg·L-1.

(3)填埋場下游水體的∑PAHs和∑PAEs的濃度明顯高于上游水體，且隨著離填埋場距離的增加，∑PAH與∑PAEs的濃度呈下降趨勢.

(4)李坑、興豐2個填埋場周圍地表水體和地下水都受到了滲濾液中的PAHs和PAEs的污染，且污染物隨著水體流動而遷移與擴散.附近居民水井的∑PAHs濃度遠高于國際飲用水標準，因此，PAHs污染對當地居民的身體健康形成了一定的危害.

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【責任編輯： 陳鋼】

The characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons and phthalate esters in the water around landfills of Guangzhou city

CHEN Di-yuna,b, GONG Jiana,b, CHU Hong-banga

(a. School of Environmental Science and Engineering;b. Province Radioactive Pollution Control and Resource Reuse Key Laboratory, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

Landfill is regarded as one of the main approach for municipal solid waste treatment for its mature technology and economy all over the word. However, the landfill sites will produce leachates which contain abundant organic pollutants and may cause serious pollution to water around the Landfill. Two landfills—Likeng and Xingfeng in Guangzhou city were chosed for investigating. By analyzing the content and distribution of two typical persistent organic pollutants— polycyclic aromatic hydrocarbons and phthalate esters in leachate, surface and underground water around the landfill sites, their pollution characteristics were estimated. The results showed that the concentration of ∑PAHs and ∑ PAEs in all the leachate samples was high and with mean values of 417 μg·L-1and 180 μg·L-1respectively. PAHs and PAEs were detected in all the water samples taken from the Likeng and Xingfeng landfills. The concentration of ∑PAHs was 1.4～2.8 μg·L-1，with mean value of 2.0 μg·L-1. The concentration of ∑ PAEs was 1.1～7.4 μg·L-1，with mean value of 2.4 μg·L-1. The concentration of ∑PAHs and ∑PAEs in underground water decreased as they moved away from the landfill sites.The similar characteristics of constituents and changes in PAHs and PAEs in surface water, underground water and the leachates indicated that these organic pollutants came from the same source.

leachate; PAHs; PAEs; water pollution

2016-03-16;

2016-06-20

國家自然科學基金資助項目(U1501231，41372364)；廣東省重點平臺認定資助項目(2012A061400023)

陳迪云(1964-)，男，教授，博士.E-mail:cdy@gzhu.edu.cn

1671- 4229(2016)04-0067-06

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