海濱危廢填埋場與水源緩沖距離要求及調(diào)控

吉棟梁，張魯玉，黃兆琴，杜布云，徐 亞，楊 楓

1. 江蘇開放大學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)院，江蘇 南京 210036

2. 中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

3. 山東工商學(xué)院信息與電子工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005

地下水污染是世界性的環(huán)境問題[1-2]，其中填埋場滲濾液是重要的地下水污染源. 填埋場產(chǎn)生的滲濾液通常含有多種有毒有害組分，包括持久性有機(jī)污染物、氨和重金屬[3-6]. 地下水一旦被滲濾液污染，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題(如水富營養(yǎng)化和土壤鹽堿化)，還可能引起多種水傳播疾病. 例如，滲濾液中的錳和砷等重金屬會(huì)增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)和嬰兒死亡率，并誘發(fā)兒童運(yùn)動(dòng)障礙和認(rèn)知功能障礙[7-9]；填埋場常見的硝酸鹽可能增加“藍(lán)嬰兒”[4]、孕婦自然流產(chǎn)和非霍奇金淋巴瘤等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[10]. 近年來，在填埋場滲濾液中甚至發(fā)現(xiàn)了藥品、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品和納米顆粒等具有遺傳毒性、生殖毒性和胚胎毒性的新污染物[11-15].

填埋場防滲層破損和滲濾液滲漏的可能性增加了在填埋場與敏感水源設(shè)置緩沖帶以保證滲漏條件下用水安全的必要性. 現(xiàn)代工程填埋場通過合理防滲設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的工程質(zhì)量控制以盡可能減少滲濾液滲漏. 然而，由于填埋場工程建設(shè)和運(yùn)行問題，防滲系統(tǒng)的破損以及由此導(dǎo)致的滲濾液滲漏和地下水污染總是難以避免. 美國環(huán)境保護(hù)局(US EPA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，美國5.5 萬個(gè)填埋場中有75%已導(dǎo)致周邊淺層含水層不同程度的污染[16]. 填埋場下方周邊的包氣帶和含水層介質(zhì)是天然過濾器和吸附劑[17]，在滲濾液滲漏條件下可對(duì)滲濾液中有毒有害組分進(jìn)行稀釋衰減(DAF)，減輕對(duì)地下水等敏感水源的污染. 因此合理設(shè)置緩沖距離，可充分依托天然地質(zhì)介質(zhì)減少事故性滲漏條件下滲濾液中有毒有害組分對(duì)填埋場周邊的敏感水源(如地下水開采井或其他作為保護(hù)目標(biāo)且與地下水存在補(bǔ)給關(guān)系的河流、湖泊、海域等水體)的影響，保障安全用水[18].

針對(duì)填埋場等潛在水污染源的緩沖距離廣受為關(guān)注，許多國家和地區(qū)以法規(guī)制度的形式明確了相關(guān)要求. 例如，US EPA 針對(duì)油罐、液體肥料貯存設(shè)施、農(nóng)藥和肥料存儲(chǔ)點(diǎn)以及化糞池等不同潛在污染源分別提出了不同的緩沖距離設(shè)定和取值要求[19-20]；除水平緩沖距離外，美國部分州還針對(duì)地下水重點(diǎn)污染源提出了垂直緩沖距離的要求[20]. 在填埋場的緩沖距離方面，不同國家和地區(qū)的管理策略存在差異，歐美等發(fā)達(dá)國家?guī)缀醵济鞔_要求填埋場需與周圍敏感水源之間保持適當(dāng)?shù)木彌_距離，部分國家和地區(qū)進(jìn)一步明確了緩沖距離的取值要求；我國GB 18598—2019《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[21]也明確提出要重點(diǎn)考慮填埋場滲濾液滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，確定與地表水體、地下水體等敏感目標(biāo)之間的緩沖距離.

然而，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，盡管許多國家和地區(qū)提出了填埋場防護(hù)距離設(shè)定要求和基本原則，但緩沖距離設(shè)定的具體計(jì)算框架和方法及影響因素卻鮮有研究. Blaschke 等[19]提出了基于風(fēng)險(xiǎn)的農(nóng)村化糞池與分散式水源的緩沖距離計(jì)算框架，為填埋場緩沖距離的設(shè)定提供了借鑒；Xu 等[22]借鑒Blaschke 等[19]的計(jì)算框架，計(jì)算了危險(xiǎn)廢物填埋場的防護(hù)距離；向銳等[23]在此基礎(chǔ)上考慮生活垃圾填埋場與危險(xiǎn)廢物填埋場特征污染組分及降解特性的差異，計(jì)算了生活垃圾填埋場的防護(hù)距離，并分析了與危廢填埋場緩沖距離的差異. 然而，緩沖距離的設(shè)定取決于污染物在地下介質(zhì)中的稀釋衰減效果，而稀釋衰減效果不僅與污染物類型有關(guān)，還與包氣帶和含水層介質(zhì)特征等有關(guān). 相同類型的污染物在不同包氣帶和含水層介質(zhì)條件下可能發(fā)生完全不同的降解，導(dǎo)致所需緩沖距離存在差異. 已有針對(duì)填埋場緩沖距離的研究重點(diǎn)考慮了內(nèi)陸區(qū)域水文地質(zhì)條件下的緩沖距離，然而海濱場地的包氣帶和淺層含水層介質(zhì)多以砂礫石等為主，滲透性能可能高于內(nèi)陸地區(qū)淺層含水層的沙質(zhì)黏土或黏質(zhì)沙土等，同時(shí)區(qū)域水力坡度也可能與內(nèi)陸平原地區(qū)存在差異. 與內(nèi)陸地區(qū)的場地相比，海濱填埋場具有有利的稀釋條件和污染物遷移擴(kuò)散條件，二者綜合作用下海濱填埋場的緩沖距離需求可能具有顯著區(qū)別于內(nèi)陸平原場地的特征.

因此，針對(duì)填埋場緩沖距離設(shè)定的科學(xué)需求，以及當(dāng)前針對(duì)海濱地區(qū)填埋場特殊包氣帶和含水層介質(zhì)和水力梯度等條件下緩沖距離研究較少、認(rèn)識(shí)不足的問題，該文擬借鑒Xu 等[22-23]提出的計(jì)算框架，研究海濱地區(qū)危險(xiǎn)廢物填埋場的緩沖距離設(shè)定需求及影響因素；同時(shí)考慮到海濱地區(qū)填埋場地可能存在的緩沖距離過大所導(dǎo)致的實(shí)踐中或經(jīng)濟(jì)上不可行的情況，提出緩沖距離優(yōu)化調(diào)控策略和計(jì)算方法，以期為危險(xiǎn)廢物填埋場所有者或運(yùn)營商確定和管理緩沖距離提供理論和方法支持.

1 研究方法

緩沖距離是指填埋場需維持的與區(qū)域水流下梯度方向的敏感水源最近的以保證滲濾液滲漏條件下敏感水源滿足安全用水限值的距離. 因此，確定防護(hù)距離的關(guān)鍵，一是確定敏感水源的安全用水水質(zhì)限值；二是預(yù)測防滲層事故性破損條件下的滲濾液滲漏量和污染物濃度，以及滲漏后在區(qū)域水流下梯度方向不同距離處的衰減特征.

1.1 基于風(fēng)險(xiǎn)的敏感水源安全用水水質(zhì)限值的確定

許多國家和組織制定了飲用水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但不同標(biāo)準(zhǔn)中地下水污染物指標(biāo)數(shù)量和相應(yīng)限值不同，其確定的科學(xué)依據(jù)也存在差異. 各標(biāo)準(zhǔn)中，部分是感官指標(biāo)，部分是安全用水指標(biāo)，這限制了基于飲用水標(biāo)準(zhǔn)確定安全用水的污染物限值的適用性. 為此，該研究采用世界衛(wèi)生組織(WHO)推薦的基于風(fēng)險(xiǎn)的方法來確定敏感水體中污染物水質(zhì)限值[19-20]. 該方法根據(jù)接觸人群的習(xí)慣(如飲用頻率和數(shù)量)和身體特征(如體質(zhì)量、壽命和年齡)以及目標(biāo)污染物的毒性，確定水質(zhì)指標(biāo)限值，具有通用性. 此外，WHO 等機(jī)構(gòu)會(huì)對(duì)不同污染物毒理學(xué)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，同時(shí)我國生態(tài)環(huán)境部也會(huì)對(duì)人群相關(guān)暴露參數(shù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)行動(dòng)態(tài)更新，這使得基于該方法的限值具有較好的時(shí)效性且具有持續(xù)改進(jìn)的潛力.

根據(jù)滲濾液中污染物的類型，飲用受滲濾液污染的地下水可能造成致癌和(或)非致癌危害. 部分污染物僅具有致癌或非致癌危害中的一種，部分同時(shí)具備兩種危害. 對(duì)于具體污染物，飲用含非致癌危害污染物的地下水的非致癌風(fēng)險(xiǎn)(HQcgw)計(jì)算方法如式(1)[20]所示.

式中：Cgw為地下水中的污染物濃度，mg/L；RfD0為經(jīng)口攝入?yún)⒖紕┝?，mg/(kg·d)；WAF 為暴露于地下水的參考劑量分配比例；CGWERnc為飲用受影響地下水時(shí)對(duì)應(yīng)的地下水暴露量(非致癌效應(yīng))，L/(kg·d)，計(jì)算方法如式(2)所示.

式中：GWCRa為成人飲水量，L/d；EFa為成人暴露頻率，d/a；EDa為成人暴露期，a；BWa為成人體質(zhì)量，kg；ATnc為非致癌效應(yīng)平均時(shí)間，d.

具有致癌危害污染物的致癌風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)式(3)[20]計(jì)算：

式中：CR 為飲用地下水途徑的致癌風(fēng)險(xiǎn)；SF 為目標(biāo)污染物的癌癥斜率因子，mg/(kg·d)；CGWERca為飲用受影響地下水對(duì)應(yīng)的地下水的暴露量(致癌效應(yīng))，L/(kg·d).

一般來說，當(dāng)HQcgw＜1 時(shí)或者CR＜10—6時(shí)，健康風(fēng)險(xiǎn)是可接受的. 因此，令HQcgw=1(或CR=10—6)并代入式(1)(2)或式(1)(3)，即可得到水體中特定污染物的限值濃度(CL).

1.2 填埋場滲濾液濃度和滲漏量預(yù)測

1.2.1 滲濾液滲漏量預(yù)測模型

防滲層破損條件下滲濾液的滲漏速率受防滲層結(jié)構(gòu)、滲濾液水位、防滲層HDPE 膜漏洞特性及其膜上下介質(zhì)的滲透系數(shù)、平整度等影響. 國內(nèi)外學(xué)者開發(fā)了用于預(yù)測不同防滲層結(jié)構(gòu)的滲濾液滲漏經(jīng)驗(yàn)預(yù)測模型. 在我國，危險(xiǎn)廢物填埋場中的工程屏障通常由兩層HDPE 膜和壓實(shí)的黏土襯墊(CCL)組成. 對(duì)于這種防滲層結(jié)構(gòu)，可根據(jù)Giroud 等[24]開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砉烙?jì)滲漏率：

式中：Q為滲漏量，m3/s；a為HDPE 膜中的缺陷面積，m2；ks為壓實(shí)的黏土襯墊(CCL)的導(dǎo)水系數(shù)，m/s；Ls為CCL 的厚度，m；hw為HDPE 膜上的滲濾液深度，m；N為HDPE 膜中的漏洞密度，個(gè)/(104m2)；S為填埋場庫底面積，104m2；βc是表征HDPE 膜和CCL 之間接觸情況的系數(shù)，接觸良好和接觸較差時(shí)其值分別為0.21 和1.15. 上述各參數(shù)中，hw和N對(duì)滲漏速率影響最大.

該研究案例分析采用向銳等[7]對(duì)我國100 余家填埋場調(diào)查獲得的漏洞密度數(shù)據(jù). 另外，由于受降水、場地管理和廢物特性的影響，hw通常在時(shí)空分布上不均勻，難以準(zhǔn)確評(píng)估. 然而，許多國家和地區(qū)均要求在填埋場管理期內(nèi)(包括運(yùn)行期和封場維護(hù)期)控制滲濾液水位. 我國GB 18598—2019《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[21]要求危廢填埋場的最大深度不得超過0.3 m，因此該值被視為較不利情況的滲濾液水位高度，并用于式(4)中計(jì)算滲漏率.

1.2.2 滲濾液濃度預(yù)測模型

通常情況下，滲濾液的成分和濃度在填埋場的生命周期內(nèi)會(huì)發(fā)生變化，主要原因是降水沖刷導(dǎo)致廢物中污染物成分不斷流失. 衰減源模型考慮了這一過程，并假設(shè)任意時(shí)刻淋溶液中污染物的濃度均與其初始濃度有關(guān)，污染物濃度根據(jù)式(5)(6)計(jì)算：

式中：Ct為t時(shí)滲濾液中污染物的濃度，mg/L；C0為該污染物的初始濃度，mg/L；t為時(shí)間，a；i為地表水入滲率，mm/a；Wd為廢物層厚度，m；Wfc為該類型廢物中占總庫容的比例.

1.3 地下介質(zhì)中衰減和稀釋過程模擬

污染物在地下介質(zhì)中的稀釋衰減受地下水流動(dòng)的稀釋效應(yīng)(即對(duì)流)和地下介質(zhì)的衰減效應(yīng)(即降解、分散和延遲)等過程控制[25]. 在均質(zhì)和各向同性的土壤-水系統(tǒng)中，傳輸過程以及稀釋和衰減效應(yīng)可通過應(yīng)用一維平流-彌散方程建?！惨娛?7)(8)[26-27]〕.

式中：x為沿地下水流動(dòng)方向的距離，m；c為距離x和時(shí)間t處的濃度，mg/L；v為地下水流速，m/s；n為有效孔隙度；R為阻滯因子；γ為一級(jí)衰減率，s—1；DL為水動(dòng)力縱向彌散系數(shù)，m2/s；α為介質(zhì)彌散系數(shù)，m；Dm為分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s.

上述對(duì)流-彌散方程在不同邊界條件下具有不同的解析解. 對(duì)于具有指數(shù)衰減性源強(qiáng)的情形，通過拉普拉斯變換方法可獲得如下解析解：

式中，CGj(x,t)為任意時(shí)間t在水平位置x上污染物j的濃度. 式(7)(8)同時(shí)適用于包氣帶和含水層系統(tǒng)中的污染物遷移擴(kuò)散，當(dāng)應(yīng)用于含水層流動(dòng)模擬時(shí)，將包氣帶模型輸出的邊界濃度作為其輸入，具體過程見文獻(xiàn)[25].

1.4 緩沖距離確定

緩沖距離計(jì)算的框架和詳細(xì)過程如圖1 所示：①將劑量-效應(yīng)方程與可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平相結(jié)合，以獲得特定污染物的限值濃度；②利用式(4)(6)計(jì)算包氣帶模型的上邊界滲漏量(Q)和濃度(Ct)；③將第②步的參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一起代入對(duì)流-彌散方程的解析解中，以獲得滲濾液經(jīng)過包氣帶到達(dá)地下水時(shí)的污染物濃度；④基于包氣帶輸出的滲濾液中污染物濃度，計(jì)算地下水流動(dòng)方向上給定距離處的污染物濃度. 最后，將通過計(jì)算得到的沿地下水流方向一定距離處的污染物濃度與第①步中獲得的污染物的水質(zhì)指標(biāo)限值進(jìn)行比較，以確定緩沖距離. 需要注意的是，由于滲濾液的不斷注入，地下水中污染物的濃度在初期會(huì)逐漸升高，并達(dá)到峰值. 隨著滲濾液中污染物濃度的降低，地下水中污染物濃度將隨時(shí)間的延長而逐漸降低，在整個(gè)模擬過程中會(huì)出現(xiàn)峰值濃度. 筆者將該峰值濃度是否低于限值濃度作為確定緩沖距離的依據(jù).

圖 1 危廢填埋場緩沖距離的計(jì)算框架和過程Fig.1 Framework and process of the buffer distance of a hazardous waste landfill

此外，在模擬緩沖距離的過程中，模型簡化以及模型參數(shù)本身的隨機(jī)性，將使模擬結(jié)果出現(xiàn)不確定性. 因此，該研究采用蒙特卡羅框架來量化評(píng)估模型參數(shù)的不確定性及其對(duì)緩沖距離模擬結(jié)果的影響. 主要不確定性參數(shù)包括包氣帶厚度、含水層厚度、水力坡度和滲透系數(shù). 通過從分布函數(shù)中抽取隨機(jī)輸入變量來求解構(gòu)造的積分模型. 按照蒙特卡羅框架，對(duì)每個(gè)模擬進(jìn)行2 200 次迭代.

2 案例研究

2.1 填埋場概況

案例填埋場選擇我國東部某沿海省份的危險(xiǎn)廢物填埋場(見圖2). 填埋場毗鄰黃海，黃海是太平洋西部最大的邊緣海，海水與地下水的水力聯(lián)系密切，且其補(bǔ)給徑流關(guān)系根據(jù)潮汐情況會(huì)發(fā)生變化. 填埋場占地面積3.0×104m2，由兩個(gè)150 m×100 m 的區(qū)域組成. 由于地下水與海水存在密切的水力聯(lián)系[19]，且當(dāng)?shù)夭糠执迕駥⒌叵滤鳛楣喔群托竽劣盟?，如果地下水受到滲濾液及其污染物的污染，則會(huì)造成海洋生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn).

圖 2 我國東部某危險(xiǎn)廢物填埋場概況Fig.2 Profile of a hazardous waste landfill in East China

2.2 模型應(yīng)用和參數(shù)設(shè)置

填埋場滲濾液樣本中共檢測出13 種有毒有害污染物，將檢測濃度超過0.1 倍Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》)限值的污染物作為目標(biāo)污染物[28]，重點(diǎn)針對(duì)具有致癌和非致癌效應(yīng)的污染物，氨氨、酚類、COD 和硝酸鹽等污染物致癌和非致癌效應(yīng)不明確，未列入U(xiǎn)S EPA 的IRIS 毒性物質(zhì)目錄，故未予考慮. 該研究最終確定重金屬Ni 和Zn 以及半揮發(fā)性有機(jī)化合物2,4-D 作為緩沖距離確定的關(guān)注污染物.

將上述污染物的毒性參數(shù)及人群暴露參數(shù)等(見表1)代入式(1)～(3)，得出Ni、Zn 和2,4-D 的限值濃度分別為5.92×10—2、8.89×10—1和8.89×10—3mg/L.

表 1 緩沖距離模擬的主要參數(shù)及取值Table 1 Main parameters and values of buffer distance simulation

3 結(jié)果與討論

3.1 不同緩沖距離下污染物的稀釋和衰減

滲濾液滲漏條件下不同污染物在地下水中不同緩沖距離處的稀釋衰減倍數(shù)見圖3. 由圖3 可見，重金屬污染物(如Zn 和Ni)濃度基本上經(jīng)歷相同或相似的衰減過程. 例如，當(dāng)緩沖距離為2 000、1 500、1 000 和800 m 時(shí)，Zn 的DAF 分 別 為122.8、79.3、42.6 和35.61，而Ni 的DAF 分別為123.6、81.5、42.7和35.67. 這兩種污染物之間的DAF 最大差值為2.2.相比之下，重金屬和有機(jī)污染物的降解特性存在明顯差異. 以Zn 和2,4-D 為例，當(dāng)緩沖距離為1 000、800、600 和400 m 時(shí)，Zn 的DAF 分別為42.6、35.6、26.8和21.8，而2,4-D 的DAF 分別為6.92×1011、8.94×109、1.22×108和1.62×106，它們的DAF 值之間差異顯著，并且隨著緩沖距離的增加而變得越來越顯著.

圖 3 不同污染物在不同緩沖距離下的稀釋衰減情況Fig.3 Dilution and attenuation of different contaminants at varying distances

總體上，地下介質(zhì)對(duì)滲濾液中污染物的稀釋和衰減效應(yīng)隨著緩沖距離的增加而增加，但不同污染物的稀釋和衰減對(duì)緩沖距離的敏感性存在差異. 重金屬污染物的稀釋降解對(duì)緩沖距離相對(duì)不敏感，有機(jī)污染物更依賴于緩沖距離，其稀釋能力隨緩沖距離的增加而增加.

3.2 不同污染物所需的緩沖距離

不同距離處污染物模擬濃度(Cg)與濃度限值(CL)的比值(Cg/CL)見圖4，在Cg/CL＜1 的距離處，地下水中的有害成分濃度已降至可接受水平，因此該距離可視為緩沖距離. 如圖4 所示，Zn 的Cg/CL在監(jiān)測井與填埋場距離為2 070 m 處降至1，這意味著Zn 的緩沖距離為2 070 m. 類似地，2,4-D 和Ni 的緩沖距離分別為92 和755 m. 為確保3 種污染物均衰減至風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，需要2 070 m 的緩沖距離.

圖 4 不同緩沖距離處2,4-D 和Ni、Zn 的預(yù)測濃度(Cg)與濃度限值(CL)之比Fig.4 Ratio of predicted concentrations (Cg) to concentration limits (CL) of 2,4-D, Ni and Zn at different distances

與實(shí)際填埋場周圍各方向的敏感水源(見圖2)相比，西北方向最近的村莊距離填埋場2.3 km，西南方向的村莊距離填埋場2.4 km，東南方向的村莊距離填埋場3.7 km. 顯然，目前填埋場和村民取水井之間的距離均大于預(yù)測的緩沖距離(2 070 m).

案例模擬的海濱填埋場地的緩沖距離是2 070 m，大于加拿大亞伯達(dá)省環(huán)境與可持續(xù)資源開發(fā)(AESRD)要求的間距(400 m)[29]，同時(shí)也大于我國原環(huán)境保護(hù)部要求的間距(800 m). 可能原因是，筆者所選填埋場位于沿海地區(qū)，降水量比內(nèi)陸地區(qū)大，地表入滲量大，因此填埋場底部流入地下水的滲濾液量大；同時(shí)，海濱地區(qū)水力坡度和含水層滲透系數(shù)更大，使得污染物遷移擴(kuò)散距離更遠(yuǎn)，影響范圍也更大. 所以，與內(nèi)陸地區(qū)填埋場相比，海濱地區(qū)填埋場緩沖距離宜適當(dāng)加大.

3.3 不同污染物所需的稀釋衰減倍數(shù)(RDAF)

不同污染物所需的緩沖距離不僅與地下介質(zhì)對(duì)污染物的稀釋衰減有關(guān)，還與滲濾液中污染物初始濃度與敏感水源中水污染物限值濃度的比值〔見式(10)〕有關(guān)，該研究定義該比值為稀釋衰減倍數(shù)(RDAF)，顯然污染物初始濃度越高，限值濃度越低，則RDAF 要求越大，即在污染物降解特征相同的條件下，需要更大的緩沖距離.

案例填埋場滲濾液中Ni、Zn 和2,4-D 的初始濃度分別為2、120 和20 mg/L，其安全用水的限值分別為5.92×10—2、8.89×10—1和8.89×10—3mg/L. 因此，對(duì)于Ni、Zn 和2,4-D，地下介質(zhì)必須提供的稀釋衰減倍數(shù)(RDAF)分別為33.8、135 和2 250. 3 種污染物中，Ni的RDAF 為33.8，為達(dá)到該稀釋衰減倍數(shù)，除需要4 m 的垂直緩沖距離外，還需要額外的755 m 水平緩沖距離；Zn 的RDAF 為135，因此，它需要的水平緩沖距離(2 070 m)比Ni 更大.

然而，2,4-D 需要比Zn 大15 倍的RDAF，但其緩沖距離僅為Zn 的1/22. 這主要是由于它們的降解特性不同，揮發(fā)性有機(jī)化合物在地下介質(zhì)中更容易降解為無毒或低毒成分，因此在單位緩沖距離內(nèi)2,4-D 的稀釋降解速度大于Zn，這與Baun 等[26]的調(diào)查結(jié)果一致，Baun 等[26]的調(diào)查表明，在距離城市固體廢物(MSW)填埋場80～140 m 處，地下水中有機(jī)物的毒性已降至背景水平. 在該研究中，Zn 的緩沖距離為2 070 m，約為2,4-D 的22 倍，這是因?yàn)橹亟饘?如Zn)僅在地下介質(zhì)中發(fā)生吸附-解析反應(yīng)，且很難衰變. 例如，在Vilomet 等[27]的研究中，在距離填埋場邊界4 000 m 處的多孔介質(zhì)含水層中檢測到Pb.

3.4 降低緩沖距離的附加措施

不同的緩沖距離將實(shí)現(xiàn)污染物不同程度的稀釋和衰減. 在某些情況下，預(yù)測的緩沖距離可能既不實(shí)際也不經(jīng)濟(jì)可行. 因此，應(yīng)采取其他措施來降低對(duì)緩沖距離的要求. 其中一種可能的方法是在填埋前對(duì)廢物進(jìn)行預(yù)處理，減弱其浸出行為，從而降低滲濾液中有害成分的初始濃度. 因此，針對(duì)不同污染物，分別模擬實(shí)際距離小于緩沖距離時(shí)所需要控制的滲濾液初始濃度. 如圖5 所示，在敏感水源與填埋場的實(shí)際距離分別為2 000、1 600、1 200、800、400 m 時(shí)，需要通過廢物預(yù)處理將Zn 的初始濃度依次降低12、48、71、89、101 mg/L，分別達(dá)到108、72、49、31、19 mg/L，以保證用水安全. 為保證Ni 的濃度達(dá)到安全用水標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)實(shí)際距離分別為700、600、400、200、100 m 時(shí)，其初始濃度需額外依次降低0.07、0.39、0.7、0.97 和1.2 mg/L，分別達(dá)到1.93、1.61、1.3、1.03、0.8 mg/L；當(dāng)實(shí)際距離分別為90、80、70、50、30 m 時(shí)，2,4-D 的初始濃度需額外依次降低3、6、9、13 和15.2 mg/L，分別達(dá)到17、14、11、7、4.8 mg/L.

圖 5 敏感水源與填埋場不同距離條件下各污染物所需控制的滲濾液初始濃度Fig.5 The initial concentration of leachate to control for pollutants at various distances between sensitive water sources and landfill sites

3.5 不確定性分析

不確定參數(shù)值的概率分布根據(jù)實(shí)際場地值確定，結(jié)果見表2. 考慮到參數(shù)的不確定性，該研究計(jì)算得到了不同污染物在不同置信區(qū)間下的緩沖距離(見圖6). 其中，95%置信區(qū)間可視為不利條件下所需的緩沖距離. 從圖6 可以看出，在不利條件下，2,4-D 的緩沖距離從92 m 增至359 m，Ni 的緩沖距離從755 m增至1 400 m，Zn 的緩沖距離從2 070 m 增至3 150 m.為保證在不利條件下將所有污染物污染均降至風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，需要3 150 m 的緩沖距離，遠(yuǎn)高于加拿大亞伯達(dá)省環(huán)境與可持續(xù)資源開發(fā)(400 m)[29]和我國原環(huán)境保護(hù)部(800 m)[30]的建議距離.

表 2 模型的不確定性參數(shù)及取值Table 2 Uncertain parameters and their values in the model

圖 6 考慮到參數(shù)不確定性的2,4-D 和Ni、Zn 的緩沖距離Fig.6 Buffer distance of 2,4-D and Ni and Zn to allow for uncertainty

4 結(jié)論

a) 不同類型污染物所需要的稀釋衰減倍數(shù)(RDAF)不同，滲濾液中初始濃度大且毒性強(qiáng)的污染物需稀釋衰減更大倍數(shù). 如該案例中2,4-D 需稀釋衰減2 250 倍，比重金屬Ni 和Zn 分別高出66 和16 倍.

b) 不同污染物稀釋衰減倍數(shù)對(duì)緩沖距離的依賴程度不同，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)相同的稀釋衰減倍數(shù)需要的緩沖距離也不同，有機(jī)物的稀釋衰減倍數(shù)對(duì)緩沖距離更為敏感，如2,4-D，盡管RDAF 最大，但緩沖距離僅為重金屬Ni 和Zn 的12%和4.4%.

c) 綜合考慮各污染物，案例危廢填埋場的緩沖距離需要達(dá)到2 070 m，若進(jìn)一步考慮參數(shù)不確定性并保障95%置信水平下的安全用水要求，緩沖距離需在3 000 m 以上，遠(yuǎn)高于內(nèi)陸平原型填埋場.

d) 當(dāng)敏感水源與危廢填埋場實(shí)際距離不能滿足所需緩沖距離時(shí)，通過固化穩(wěn)定化等預(yù)處理手段調(diào)節(jié)滲濾液的浸出濃度可以縮小對(duì)緩沖距離需求. 以Zn為例，通過預(yù)處理將廢物中Zn 的浸出濃度從120 mg/L 依次降至108、72、49、31、19 mg/L 時(shí)，可將緩沖距離從2 070 m 依次調(diào)控至2 000、1 600、1 200、800、400 m.