地下水環(huán)境污染治理及風(fēng)險(xiǎn)防范

■ 周靜遠(yuǎn)

（作者單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)）

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)水環(huán)境的保護(hù)重點(diǎn)是地表水，地下水污染防治工作沒(méi)有得到重視，無(wú)論是從監(jiān)管體系建設(shè)、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定還是科研技術(shù)開發(fā)等方面，相關(guān)工作明顯滯后。目前我國(guó)地下水環(huán)境污染形勢(shì)嚴(yán)峻，尤其是垃圾滲濾液中的重金屬污染，重金屬在水中不易被降解且危害人類健康。地下水污染風(fēng)險(xiǎn)防范是地下水環(huán)境保護(hù)的首要舉措。地下水環(huán)境污染的治理及風(fēng)險(xiǎn)防范，成為全社會(huì)亟待解決的難題。

一、地下水環(huán)境產(chǎn)生污染的根源

人們對(duì)生活垃圾的處理最初是簡(jiǎn)單的堆放，認(rèn)識(shí)到其對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的危害后，采取了垃圾衛(wèi)生填埋方法，這是垃圾處置行之有效的方法之一。但是很少有人關(guān)注生活垃圾對(duì)地下水環(huán)境的影響。

生活垃圾對(duì)地下水的影響主要是污染組分隨滲濾液滲入含水層，其次為受垃圾污染的河湖坑塘再滲入補(bǔ)給含水層。垃圾填埋場(chǎng)的地下水污染影響因素主要有地形高差、降雨量、地下水水位、土層巖性及滲透性、處置場(chǎng)在地表和地下水流中所處的位置等。滲濾液流經(jīng)土壤，然后直接下滲到地下含水層，對(duì)地下水產(chǎn)生一定的污染。

二、地下水環(huán)境污染的治理難點(diǎn)

（一）滲濾液氨氮濃度高

垃圾滲濾液氨氮濃度一般從數(shù)十到幾千mg/L不等。與城市污水相比，垃圾滲濾液的氨氮濃度高出數(shù)十至數(shù)百倍。一方面，由于高濃度的氨氮對(duì)生物處理系統(tǒng)有一定的抑制作用；另一方面，由于高濃度的氨氮造成滲濾液中的C/N比失調(diào)，生物脫氮難以進(jìn)行，導(dǎo)致最下終出水難以達(dá)標(biāo)。

（二）滲濾液可生化性差

一方面是指隨著填埋場(chǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，滲濾液的生化性降低，在填埋后期，可生化性很差，BOD/COD值小于0.1，此時(shí)滲濾液俗稱老化滲濾液。另一方面是指在填埋初期，雖然填埋場(chǎng)的可生化性較好，但是靠生物處理很難將之處理至二級(jí)甚至一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以下，一般來(lái)講，滲濾液中的COD中將近有500～600mg/L無(wú)法用生物處理方式處理。

三、地下水環(huán)境污染的治理路徑

（一）防滲措施和防滲材料

垃圾衛(wèi)生填埋中比較重要的一環(huán)是防止?jié)B濾液對(duì)地下水的污染，其防滲措施和防滲材料是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前，垃圾填埋的防滲措施主要有：底層收集和排泄系統(tǒng)、底部襯墊層、設(shè)置垂直防滲帷幕、頂部覆蓋層。

底層收集和排泄系統(tǒng)是在填埋的底層設(shè)置收集和排出滲濾液的裝置。一方面收集系統(tǒng)將收集的滲濾液稀釋后送入污水處理站處理或回灌進(jìn)填埋場(chǎng)讓其進(jìn)行生物降解自凈；另一方面排出系統(tǒng)使?jié)B濾液按照設(shè)計(jì)路徑可控制地排出，對(duì)防止和減少滲濾液對(duì)地下水的污染起著重要的作用。排出管道建議選用耐腐蝕、抗老化、表面光滑、阻力系數(shù)小的材料。

底部襯墊層的作用是防止未及時(shí)排走的滲濾液的滲漏，這是防止?jié)B濾液污染地下水的關(guān)鍵一步。因此底部襯層的設(shè)計(jì)和所用材料的質(zhì)量都是非常重要的。滲濾液襯層可以鋪設(shè)單層或多層。國(guó)外多采用雙層復(fù)合襯墊系統(tǒng)，襯層所用材料為土工膜和土工合成材料。目前我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)的襯層材料主要有：HDPE和黏土復(fù)合襯層、膨潤(rùn)土防滲襯層、黏土防滲襯層、瀝青混凝土襯層等。

在填埋場(chǎng)的匯水口設(shè)置垂直防滲帷幕。它可以阻止?jié)B濾液水平方向的遷移。如：有關(guān)專家用黏土固化漿液進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)重金屬離子的阻隔效率達(dá)99%以上，對(duì)有機(jī)物的阻滯效率達(dá)85%以上。將此材料應(yīng)用于垃圾填埋場(chǎng)的防滲中，可望取得良好效果。

隨著城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展，當(dāng)垃圾填埋場(chǎng)達(dá)到使用年限時(shí)，垃圾填埋場(chǎng)帶來(lái)的景觀問(wèn)題不容忽視，有必要對(duì)其進(jìn)行表面覆蓋處理和植被的重建。頂部覆蓋層的作用主要是防止大氣降水或地表徑流滲入，同時(shí)也可以阻止填埋場(chǎng)中有害氣體的釋放。

（二）生物處理＋深度處理

我國(guó)在垃圾滲濾液的處理研究方面起步較晚、起點(diǎn)較低，由于滲濾液水質(zhì)水量的復(fù)雜多變性，目前尚無(wú)十分完善的處理工藝，大多根據(jù)不同填埋的具體情況及其它經(jīng)濟(jì)技術(shù)要求采取有針對(duì)性的處理工藝。我國(guó)垃圾滲濾液的處理起初主要以氨吹脫+厭氧+好氧為主，運(yùn)行成本較高（15～20元/噸），出水一般可達(dá)到垃圾滲濾液三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2000年以后，由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，新建的滲濾液處理廠一般遠(yuǎn)離城區(qū)，滲濾液沒(méi)有條件排入城市污水管網(wǎng)，因此處理要求也相應(yīng)提高，一般需要處理到二級(jí)甚至一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)的滲濾液若僅靠生物處理無(wú)法達(dá)到處理要求，一般采取“生物處理＋深度處理”的方法。近年來(lái)膜生物反應(yīng)器及反滲透在垃圾滲濾液處理中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，污水處理工藝多種多樣，各種垃圾滲濾液處理的技術(shù)也日趨成熟。

四、地下水環(huán)境污染治理的科研進(jìn)展

（一）理論層面

有關(guān)垃圾滲濾液對(duì)地下水污染方面的實(shí)驗(yàn)和理論研究，其主要內(nèi)容包括垃圾滲濾液的產(chǎn)生機(jī)理、運(yùn)移過(guò)程、污染范圍、污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程等。其主要方法是將地下水溶質(zhì)運(yùn)移模型應(yīng)用進(jìn)來(lái)，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和利用數(shù)值模擬方法，建立了水質(zhì)模擬數(shù)學(xué)模型包括確定性模型和隨機(jī)性模型，模型中參數(shù)的確定通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到。到目前為止，已有比較完善和成熟的計(jì)算方法及數(shù)值模擬軟件。

1.滲濾液的產(chǎn)生量計(jì)算

滲濾液的產(chǎn)生受垃圾含水量、填埋場(chǎng)區(qū)降雨情況以及填埋作業(yè)區(qū)大小情況的影響，同時(shí)也受到場(chǎng)區(qū)蒸發(fā)量、風(fēng)力的影響和場(chǎng)地地面情況、植被情況等因素的影響。估算辦法是假設(shè)整個(gè)填埋場(chǎng)的剖面含水率在所考慮的周期內(nèi)等于或者超過(guò)其相應(yīng)田間持水率，用水量平衡法進(jìn)行計(jì)算：

Q=(Wp—R—E)×Aa+QL

式中：Q—滲濾液的年產(chǎn)生量，m3/a；

Wp—年降水量；

R—年地表徑流量，R=C×Wp；

C—年地表徑流系數(shù)；

E—年蒸發(fā)量；

Aa—填埋場(chǎng)地表面積；

QL—垃圾產(chǎn)水量。

降雨的地表徑流系數(shù)C與土壤條件、地表植被條件和地形等因素有關(guān)。Sahato等人給出了計(jì)算垃圾填埋場(chǎng)滲濾液產(chǎn)生的地表徑流系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 降雨地表徑流系數(shù)

2.滲濾液滲漏量的計(jì)算

由于垃圾堆放場(chǎng)未設(shè)置襯層、底部主要為黏土層、無(wú)滲濾液收集、排放系統(tǒng)，僅為簡(jiǎn)單堆放場(chǎng)，所以滲濾液的產(chǎn)生量就是滲濾液通過(guò)包氣帶進(jìn)入地下水的滲漏量。

（二）實(shí)驗(yàn)層面

生活垃圾對(duì)地下水環(huán)境污染的研究，目前成了國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究的熱門課題。

1.王曉紅等給出了多孔介質(zhì)和雙重介質(zhì)中垃圾滲濾液運(yùn)移模型的定解問(wèn)題，運(yùn)用該模型預(yù)測(cè)垃圾填埋場(chǎng)的污染擴(kuò)散范圍，為防止垃圾滲濾液污染地下水提供了定量的依據(jù)。

2.夏立江等對(duì)城市垃圾滲濾液引起地下水氮污染進(jìn)行了研究，結(jié)果表明垃圾滲濾液中含有高濃度氨態(tài)氮。

3.蔣惠忠等人通過(guò)對(duì)北京北天堂垃圾填埋場(chǎng)滲濾液污染組分在含水介質(zhì)中運(yùn)移的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)分析，揭示了有機(jī)污染物等污染組分在含水介質(zhì)中的運(yùn)移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為垃圾填埋場(chǎng)底部防滲層的設(shè)計(jì)和滲濾液對(duì)地下水污染程度的預(yù)報(bào)提供了依據(jù)。

4.劉建國(guó)等人對(duì)垃圾填埋場(chǎng)水分運(yùn)移進(jìn)行了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了蓋層滲透性較強(qiáng)而襯層滲透性較弱和蓋層、襯層滲透性均較弱，兩種不同防滲配置下系統(tǒng)內(nèi)的水分運(yùn)移規(guī)律，為填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

5.Dmitry·V·Rudakov 等人對(duì)固體廢物堆放引起地下含水層污染進(jìn)行了解析模擬，并對(duì)二維和三維污染物質(zhì)在地下水中的遷移進(jìn)行了研究，為防止地下水污染提供了理論依據(jù)。

6.Cary·J和Craigh·H等使用了二維和三維的水質(zhì)模型比較了在三中不同的合成防滲襯里溶質(zhì)的遷移速率、流量以及垃圾滲濾液通過(guò)各種防滲層時(shí)的運(yùn)移特點(diǎn)和遷移速率，比較了各種合成防滲材料對(duì)不同污染物質(zhì)的截留程度，為減少生活垃圾對(duì)地下水環(huán)境的污染提供了防滲參考。

（三）技術(shù)層面

利用生物技術(shù)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，是一種正在興起的技術(shù)，由于其成本低、處理效果好，對(duì)解決我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題將有極大的潛力。表面覆蓋層的選擇，主要取決于投入費(fèi)用和生態(tài)恢復(fù)產(chǎn)出效益。同時(shí)，因恢復(fù)設(shè)計(jì)方案和填埋地點(diǎn)而異。例如：對(duì)以降低投入為優(yōu)先因子的設(shè)計(jì)方案，推薦垃圾土、活性污泥、爐渣和粉煤灰，其中以垃圾土為首選材料；對(duì)以獲得植物產(chǎn)出效益為目的的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)首先選擇砂土為覆蓋材料，其次選擇土壤。

五、地下水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的防范策略

針對(duì)我國(guó)地下水環(huán)境污染面臨的形勢(shì)，尤其是垃圾滲濾液中的重金屬污染，重金屬在水中不易被降解且危害人類健康。為保護(hù)地下水環(huán)境，對(duì)地下水重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)的防范提出以下策略：

1.政府相關(guān)部門對(duì)地下水污染防治的的認(rèn)識(shí)有待提高。大力推進(jìn)城鄉(xiāng)環(huán)衛(wèi)一體化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)生活垃圾收運(yùn)處置體系的全面覆蓋，從根本上改善人居環(huán)境。進(jìn)一步做好非正規(guī)生活垃圾堆放點(diǎn)和簡(jiǎn)易堆場(chǎng)排查整治工作，全面摸清堆放位置、主要成分、堆放年限、堆放規(guī)模等情況，嚴(yán)格治理非正規(guī)垃圾點(diǎn)，從源頭上杜絕非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)的產(chǎn)生，無(wú)污染處置堆放點(diǎn)垃圾，并對(duì)整治的非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)進(jìn)行綠化或者配置垃圾箱。

2.積極推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理。按照統(tǒng)籌城鄉(xiāng)生活污水處理、統(tǒng)籌改水改廁的原則，以縣(市、區(qū))為單位編制縣域村鎮(zhèn)生活污水治理專項(xiàng)規(guī)劃。對(duì)南水北調(diào)工程輸水沿線、集中式飲用水水源地、自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)域的村莊，優(yōu)先解決污水治理問(wèn)題。創(chuàng)新污水治理模式，推動(dòng)城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)向周邊村莊延伸覆蓋，城市、鎮(zhèn)區(qū)和園區(qū)周邊的村莊接入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)位置偏遠(yuǎn)、達(dá)到一定規(guī)模的村莊，鼓勵(lì)采用生態(tài)處理工藝，積極推廣低成本、低能耗、易操作、易維護(hù)、高效率的污水處理技術(shù)，建設(shè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的污水處理設(shè)施。農(nóng)村新型社區(qū)盡快實(shí)現(xiàn)污水收集處理。

3.持續(xù)削減影響地下水水質(zhì)的城鎮(zhèn)生活污染負(fù)荷，控制城鎮(zhèn)生活垃圾對(duì)地下水的影響，建成地下水污染防治體系。

4.認(rèn)真做好城市周邊垃圾填埋場(chǎng)或堆放場(chǎng)對(duì)地下水環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。

5.目前正在運(yùn)行且未做防滲處理的垃圾填埋場(chǎng)，應(yīng)完善防滲措施，建設(shè)雨污分流系統(tǒng)。

6.對(duì)于已封場(chǎng)的城鎮(zhèn)垃圾填埋場(chǎng)，要開展穩(wěn)定性評(píng)估及長(zhǎng)期地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

7.對(duì)于已污染地下水的城鎮(zhèn)垃圾填埋場(chǎng)，應(yīng)及時(shí)開展頂部防滲、滲濾液引流、地下水修復(fù)等工作。

8.有計(jì)劃關(guān)閉過(guò)渡性的簡(jiǎn)易或非正規(guī)生活垃圾填埋設(shè)施。

9.未經(jīng)穩(wěn)定化處理且含水率超過(guò)60% 的城鎮(zhèn)污水廠污泥不得進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)處理。