生活垃圾填埋場(chǎng)地下水污染特征研究

＊楊考靜 徐景炎 武世煊 楊迪 攸越 楊尚源

（1.山西清源環(huán)境咨詢(xún)有限公司 山西 030012 2.太原市環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)管理中心 山西 030002 3.浙江卓錦環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?浙江 310000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市生活垃圾日益增多。生活垃圾的堆疊不僅破壞生態(tài)環(huán)境，還會(huì)危害人類(lèi)健康。因此，探尋高效、安全的城市生活垃圾處理方法勢(shì)在必行。隨著我國(guó)大部分地區(qū)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的封場(chǎng)停用，衛(wèi)生填埋正逐步成為城市生活垃圾處理不可替代的主要途徑[1]。

目前，我國(guó)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)采取的環(huán)境保護(hù)措施主要包括防滲、壓實(shí)及覆蓋等，但填埋高差較大、填埋廢氣較多、滲濾液成分復(fù)雜仍對(duì)填埋場(chǎng)的安全運(yùn)行有巨大威脅，因此存在不同程度的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。本文以山西省某垃圾填埋場(chǎng)為實(shí)例，分析評(píng)價(jià)了該填埋場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以期為國(guó)內(nèi)正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)地下水風(fēng)險(xiǎn)的管控提供較為科學(xué)的依據(jù)。

1.垃圾填埋場(chǎng)情況簡(jiǎn)紹

該垃圾填埋場(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)“該場(chǎng)”）位于溝谷區(qū)，兩側(cè)為黃土梁峁，溝谷區(qū)內(nèi)淺層地下水水位較低，梁峁區(qū)的淺層地下水向溝谷徑流，徑流特征主要是沿溝谷由東南向西北徑流。溝谷區(qū)內(nèi)含水層主要為全新統(tǒng)Q4含水層，滲透系數(shù)約1～25m/d，受污染的地下水主要在此含水層中遷移轉(zhuǎn)化；兩側(cè)黃土梁峁區(qū)潛水主要賦存于中上更新統(tǒng)（Q2+3），滲透系數(shù)較小，約0.3～0.003m/d，對(duì)地下水向兩側(cè)梁峁區(qū)的擴(kuò)散起到阻隔作用。

該場(chǎng)為規(guī)范性填埋場(chǎng)，總有效庫(kù)容約1225萬(wàn)m3，分兩期建設(shè)：一期工程運(yùn)行期為2008年6月—2014年7月，有效庫(kù)容約為350萬(wàn)m3；二期工程運(yùn)行期為2014年7月—2020年9月，有效庫(kù)容約為875萬(wàn)m3。該場(chǎng)設(shè)計(jì)填埋量3000m3/d，實(shí)際最高填埋量約8000m3/d。

該場(chǎng)建設(shè)時(shí)場(chǎng)底和邊坡均設(shè)置有效的防滲措施，并設(shè)置3m寬多級(jí)錨固平臺(tái)，填埋區(qū)頂部外側(cè)為永久性截洪溝。采用主動(dòng)導(dǎo)排方式導(dǎo)排填埋氣體，并配有滲瀝液導(dǎo)排系統(tǒng)。

2.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析

垃圾滲濾液[4]一般為黃褐色或灰褐色，并伴有強(qiáng)烈惡臭，會(huì)使人產(chǎn)生惡心、尿血、頭暈等癥狀[5]。滲濾液若進(jìn)入水體，會(huì)嚴(yán)重破壞填埋場(chǎng)及周邊水環(huán)境[6]。

垃圾填埋處置主要分為好氧與厭氧分解。當(dāng)含氧量較高時(shí)，有機(jī)物降解以好氧分解為主，即通過(guò)好氧微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和水等；當(dāng)氧氣消耗殆盡時(shí)，起主導(dǎo)作用的厭氧微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4、CO2及H2S等混合性氣體（填埋氣）[7]。若處理不當(dāng)，易發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故[8]。

3.垃圾填埋場(chǎng)地下水污染特征分析

(1)滲濾液泄漏事故情況介紹

2015年底，該場(chǎng)二期工程垃圾壩預(yù)留雨水管壩內(nèi)側(cè)管口脫裂，垃圾滲濾液溢流而出。事故發(fā)生后立即對(duì)溢流管口增加管箍與閘閥封堵，有效控制了外溢險(xiǎn)情。在場(chǎng)區(qū)下游500m處筑起臨時(shí)擋水堰，有效防止了滲濾液流入下游河流。經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表明，該場(chǎng)對(duì)地下水的污染沿溝谷向下游呈條帶狀分布，從填埋場(chǎng)至下游沿河道約2533m的溝谷內(nèi)第四系淺層含水層形成污染帶，污染源滲流路徑終止于地表水體。該填埋場(chǎng)共設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)井，其中1#為本底觀測(cè)井，2#、3#為擴(kuò)散井，4#、5#為污染監(jiān)測(cè)井（圖1）。由數(shù)據(jù)分析可知，地下水1#、2#、3#觀測(cè)井各因子濃度均未有較大變動(dòng)，而4#、5#觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)。主要超標(biāo)因子為NH3等。對(duì)比事故前后，該場(chǎng)區(qū)域地下水中重金屬Hg、Cu、Pb均能夠達(dá)標(biāo)（表1），說(shuō)明該場(chǎng)處理生活垃圾產(chǎn)生的重金屬含量較少，重金屬對(duì)周邊環(huán)境影響較小。

圖1 地下水監(jiān)測(cè)井布點(diǎn)圖

表1 4#、5#監(jiān)測(cè)井重金屬濃度變化情況 單位：mg/L

2016年該場(chǎng)進(jìn)一步實(shí)施了風(fēng)險(xiǎn)管控措施，主要包括積存滲瀝液外運(yùn)、垃圾壩維護(hù)、二期邊坡防滲系統(tǒng)防護(hù)、一二期庫(kù)區(qū)防滲銜接、原一期滲瀝液處理系統(tǒng)提升改造等。

(2)Visual Modflow模型分析

本文利用Modflow軟件在滲濾液泄漏事故是否采取措施兩種情景下，對(duì)滲濾液中的特征污染物NH3、Hg在地下水環(huán)境中的溶質(zhì)運(yùn)移情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)（4#、5#監(jiān)測(cè)井）。

由圖2、圖3可知，滲濾液泄漏對(duì)地下水的污染隨水流方向向下游擴(kuò)散。在采取緊急措施后，NH3及Hg污染暈最大濃度也較未采取措施情況下有不同程度的降低，主要是從源頭及過(guò)程中進(jìn)行及時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)管控，減少了進(jìn)入地下水的污染物含量。由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知（表1），Hg的監(jiān)測(cè)值未超過(guò)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-2017）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值，主要是因?yàn)槲廴疚镄璐┻^(guò)土壤層再到含水層，而土壤對(duì)Hg等重金屬有較強(qiáng)的吸附解析作用[10]，同時(shí)，重金屬在土壤中還會(huì)發(fā)生絡(luò)合螯合等反應(yīng)，進(jìn)一步降低了進(jìn)入地下含水層的重金屬濃度。

圖2 氨氮運(yùn)移平面濃度分布

圖3 汞運(yùn)移平面濃度分布

(3)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本次研究還收集到4#、5#觀測(cè)井發(fā)生泄漏事故前后近年來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析圖可知（圖4、圖5），填埋場(chǎng)在發(fā)生滲濾液泄漏前，地下水中NH3、NO3-N濃度均能夠達(dá)到《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-2017）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值，說(shuō)明該垃圾填埋場(chǎng)正常工況下，所采取的防滲措施是可行有效的。在發(fā)生滲濾液泄漏事故之后，5#地下水觀測(cè)井氨氮和硝酸鹽等污染物濃度明顯增大，分析原因主要是管口脫裂后，垃圾滲濾液經(jīng)破損的防滲層以及包氣帶垂直滲入到地下含水層，污染物質(zhì)在地下水對(duì)流—彌散作用下，隨水流方向擴(kuò)散，導(dǎo)致泄漏點(diǎn)下游地下水中氨氮和硝酸鹽氮等污染物濃度升高。由于4#監(jiān)測(cè)井位于污水處理區(qū)北側(cè)，非滲濾液漫流區(qū)，因此，受污染事故影響程度小于5#井。

圖4 氨氮隨時(shí)間推移濃度變化

圖5 硝酸鹽隨時(shí)間推移濃度變化

由圖4可知，2019年5月后，5#井NH3和NO3-N的濃度不斷下降，到2020年8月，該監(jiān)測(cè)井地下水中NH3、NO3-N濃度均能夠達(dá)到《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 14848-2017）Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值。主要原因在采取風(fēng)險(xiǎn)管控措施之后，大量積存滲瀝液被抽取外運(yùn)，從源頭減少了污染物下滲；同時(shí)，加強(qiáng)垃圾壩以及邊坡防滲系統(tǒng)的維護(hù)，也有效隔絕了滲濾液的垂直入滲，減少含水層中污染物含量。此外，在地下水對(duì)流—彌散作用以及水中微生物硝化—反硝化作用下，進(jìn)一步降低了含水層中NH3等污染物的濃度。

綜上所述，填埋場(chǎng)在發(fā)生滲濾液泄漏事故情況時(shí)，及時(shí)采取管控措施能夠有效減少對(duì)地下水的污染。隨著風(fēng)險(xiǎn)管控的加強(qiáng)，庫(kù)區(qū)內(nèi)滲濾液液位不斷下降，NH3、NO3-N等污染物濃度呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，充分說(shuō)明了科學(xué)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控是必要的。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前，從我國(guó)的實(shí)際情況能夠看出，垃圾填埋場(chǎng)仍然存在著巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，選擇科學(xué)合理的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控措施是必不可少的。強(qiáng)化防滲等措施的建設(shè)，從源頭降低發(fā)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可能性；加強(qiáng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)、提高管理水平，從過(guò)程中減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。此外，一旦出現(xiàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)采取及時(shí)有效的管控方法，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害。