垃圾填埋場(chǎng)地下水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究

文_樊亞娟

山西省運(yùn)城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法隊(duì)

在對(duì)某地垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行地下污水監(jiān)測(cè)的過程中，將其場(chǎng)地調(diào)查以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為基礎(chǔ)，對(duì)其水文條件以及地下水污染風(fēng)險(xiǎn)加以確定。然后將場(chǎng)地下游的S-1 點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)預(yù)警點(diǎn)，進(jìn)行地下水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建和安裝，并以實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為依據(jù)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警頻率設(shè)置，本次研究的場(chǎng)地監(jiān)測(cè)頻率為每周一次。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 參數(shù)確定

為實(shí)現(xiàn)預(yù)警指標(biāo)的確定，通過SPSS19.0 這一軟件對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了淺層地下水硫酸根離子、氯離子、氨氮、電導(dǎo)率以及TOC的Spearman 相關(guān)性分析，通過實(shí)際監(jiān)測(cè)與分析發(fā)現(xiàn)，很多的監(jiān)測(cè)指標(biāo)都有著明顯的相關(guān)性，其中EC 和氯離子、硝酸鹽以及TOC 之間呈現(xiàn)出了明顯的正相關(guān)特征。為進(jìn)一步明確電導(dǎo)率和其他指標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系，在對(duì)電導(dǎo)率及其相關(guān)性明顯的指標(biāo)進(jìn)行研究的過程中，主要的回歸分析方法包括復(fù)合曲線、二次曲線、冪函數(shù)以及三次曲線等，其擬合效果由方差分析中的F 值以及模型概述中的R2來確定，本次研究中電導(dǎo)率和各種地下水污染指標(biāo)回歸分析的具體結(jié)果見表1。

表1 電導(dǎo)率和各種地下水污染指標(biāo)回歸分析具體結(jié)果

根據(jù)模型模擬所獲得的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率和氯離子之間有著最好的相關(guān)性，和硝酸根離子之間的相關(guān)性也比較好，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的條件變化很多，且不可控因素也始終存在，所以性慣性系數(shù)R2超過0.8 的結(jié)果便可確定為具有非常好的相關(guān)性。因此，在具體研究中，可以將電導(dǎo)率用作地下水污染監(jiān)測(cè)中的預(yù)警指標(biāo)。

1.2 數(shù)據(jù)采集和傳輸裝置設(shè)計(jì)

首先將電導(dǎo)采樣管、水位傳感器以及電導(dǎo)率傳感器從密封板中穿過，將其放入到監(jiān)測(cè)井中的含水層內(nèi)，然后做好密封處理，以此來對(duì)地下水進(jìn)行水溫、水位以及電導(dǎo)率的監(jiān)測(cè)。在完成了裝置的組建之后，便可將電源開啟進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過程中，傳輸裝置和電腦之間通過數(shù)據(jù)線連接，借助軟件設(shè)置各個(gè)接口，并將數(shù)據(jù)的采集周期設(shè)置為10min，傳輸周期設(shè)置為6h，然后借助GPRE 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的打包和向云端的傳輸。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本次所研究的垃圾填埋場(chǎng)地下污水監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中，借助于GPRS 將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到云端儲(chǔ)存，然后再從云端進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取，并將其調(diào)用到系統(tǒng)服務(wù)器，通過服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的趨勢(shì)擬合后，將擬合結(jié)果作為依據(jù)，對(duì)污水預(yù)警進(jìn)行分級(jí)處理，最后將預(yù)警結(jié)果通過客戶端進(jìn)行顯示。

具體應(yīng)用中，首先通過云平臺(tái)中的服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，并對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存與處理。然后在云服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行MySQL 云數(shù)據(jù)庫的建立，并安裝數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，以及在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況，同時(shí)也可借助軟件瀏覽、儲(chǔ)存以及管理歷史記錄等的功能深度分析數(shù)據(jù)信息。最后借助客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)具體監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果的及時(shí)顯示。在本次研究中，將閾值超過8mS/cm 的情況設(shè)定為黃色預(yù)警，將不超出這個(gè)閾值范圍的設(shè)定為藍(lán)色預(yù)警。

3 垃圾填埋場(chǎng)地下污水監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果和建議措施

3.1 預(yù)警結(jié)果

通過本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)某垃圾填埋場(chǎng)地下污水進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，在監(jiān)測(cè)過程中，結(jié)合云平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看出，在該垃圾填埋場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)，地下水有著比較穩(wěn)定的電導(dǎo)率，且水質(zhì)并未出現(xiàn)明顯變化。但其電導(dǎo)率一直處在35mS/cm 這一范圍左右，通過計(jì)算可知，地下水中的氯離子濃度已經(jīng)達(dá)到了13453.89mg/L，其濃度已經(jīng)達(dá)到了該場(chǎng)地背景濃度值的8 倍以上，所以應(yīng)將該區(qū)域內(nèi)的地下水污染預(yù)警定義為黃色。

本次研究的地區(qū)受海水入侵所影響，根據(jù)相關(guān)資料顯示，在淺層的地下水中，其氯離子濃度在0 ～9642.4mg/L 之間，而在本次研究的垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域上游，地下水中的氯離子濃度是1670mg/L，這是海水入侵所造成的現(xiàn)象，而在該填埋場(chǎng)區(qū)域的下游，地下水中的氯離子濃度已經(jīng)達(dá)到了12000mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于海水入侵的影響程度。同時(shí)，根據(jù)相關(guān)專家學(xué)者的研究表明，在海岸線附近，隨著與海岸線之間距離的增加，地下水中的氯離子含量會(huì)逐漸減少，其減少程度在每公里887.42mg/L 左右。考慮到該垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域下游的淺層地下水距離海岸線更近，受海水入侵影響更大，將垃圾填埋區(qū)域內(nèi)的地下水氯離子濃度作為起始點(diǎn)，場(chǎng)地區(qū)域到下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域之間的距離是1.2km，就理論而言，其下游SE-2 這一點(diǎn)位置的淺層地下水的氯離子濃度應(yīng)該是1670+887.2×1.2=2734.9mg/L。由此可判斷，在該垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，淺層地下水中氯離子含量過高在很大程度上是因?yàn)槭艿搅死盥裎廴舅绊?。該垃圾填埋?chǎng)淺層地下水中的氯離子電導(dǎo)率分布（a）以及氯離子濃度（b）情況見圖1。

圖1 該垃圾填埋場(chǎng)淺層地下水中的氯離子電導(dǎo)率分布（a）以及氯離子濃度（b）情況圖

通過圖1 中的（a）可以看出，在該垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)區(qū)域內(nèi)，地下水中的氯離子有著比較大的遷移范圍，特別是在下游區(qū)域，其遷移半徑已經(jīng)超過了1km。而經(jīng)過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在該場(chǎng)地內(nèi)的地下水中，電導(dǎo)率的分布情況和氯離子遷移情況十分相似，因?yàn)楸敬窝芯康牡貐^(qū)處在海積平原區(qū)域內(nèi)，淺層地下含水層內(nèi)的背景電導(dǎo)率通常在1～9mS/cm 之間。而就圖1 中的（b）可以看出，在該垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，南部的地下水中有著最高的電導(dǎo)率，北部有著較低的電導(dǎo)率，而在S-1 這一點(diǎn)位置，電導(dǎo)率有著最高值28.34mS/cm。根據(jù)本次的模擬結(jié)果可知，在本次研究的某垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，地下水已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重污染現(xiàn)象，所以立刻啟動(dòng)了紅色污染預(yù)警。

3.2 建議措施

根據(jù)以上的垃圾填埋場(chǎng)地下污水監(jiān)測(cè)預(yù)警結(jié)果，在過程中，可通過三點(diǎn)措施對(duì)本次研究的填埋場(chǎng)污水進(jìn)行治理。第一，阻斷填埋場(chǎng)污染，可以在周圍長(zhǎng)期進(jìn)行水泥攪拌樁形式的止水帷幕設(shè)置，將整個(gè)場(chǎng)區(qū)封閉，避免場(chǎng)內(nèi)污水滲透和擴(kuò)散到周邊的土壤中，以此來有效避免污水在地下水中的進(jìn)一步遷移和擴(kuò)散，滿足污水治理中的防滲需求。第二，對(duì)滲透液和被污染的地下水進(jìn)行治理，將滲透液抽出及進(jìn)行處理，并通過非連續(xù)性滲透反應(yīng)墻技術(shù)對(duì)填埋場(chǎng)區(qū)域下游的地下水進(jìn)行修復(fù)，該技術(shù)的主要原理是沿著地下水具體的流動(dòng)方向，將相應(yīng)的滲透反應(yīng)屏設(shè)置在被污染場(chǎng)區(qū)的下游，讓帶有污染的水在此經(jīng)過，然后添加微生物、納米價(jià)鐵等的這些修復(fù)材料，通過生物降解、氧化還原、吸附以及沉淀等的各種反應(yīng)將污染物去除，并通過物理屏障的方式來阻止羽狀污染物進(jìn)一步擴(kuò)散。第三，對(duì)垃圾填埋場(chǎng)做覆膜處理，避免雨水進(jìn)入到垃圾堆而形成更多滲透液，并對(duì)堆體滑坡做到進(jìn)一步控制，以此來降低垃圾填埋過程中的氣體無序釋放情況。

4 結(jié)語

在垃圾填埋場(chǎng)地下水監(jiān)測(cè)中，通過相應(yīng)的傳感器來進(jìn)行地下水污染情況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，然后通過GPRS 將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到云端，通過云端的計(jì)算、對(duì)比和分析來確定預(yù)警級(jí)別，可以對(duì)垃圾填埋場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的地下水污染情況做到及時(shí)了解，并更好的治理。