某生活垃圾填埋場地下水污染調(diào)查及風(fēng)險評價

李鑫宇

(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第七地質(zhì)大隊,山東 臨沂 276002)

臨沂市地下水實際開采總量約40 948.6萬m3,地表水實際開采量為124 452.9萬m3,采用的供水方式以地表水為主,地下水為輔。地下水資源開采量呈現(xiàn)上升趨勢[1]。地下水作為我國飲用水源的重要組成部分,存在環(huán)境特殊性,一旦遭受污染,將很難得到有效恢復(fù)[2]。城市生活垃圾填埋是目前主要的生活垃圾處理處置方式之一,填埋產(chǎn)生的滲濾液中含有高濃度的污染物,對地下水環(huán)境具有一定的污染風(fēng)險[3]。因此,對生活垃圾填埋場進行必要的污染調(diào)查及風(fēng)險評價,進而進行綜合管理是非常必要和重要的。

本文以臨沂市蘭山區(qū)生活垃圾填埋場為研究對象,開展現(xiàn)場勘查、鉆探成井及水質(zhì)檢測,深入探究滲濾液對地下水影響的污染特征,評價填埋場及其周邊區(qū)域的地下水污染風(fēng)險,為科學(xué)管理垃圾填埋場提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 垃圾填埋場基本情況

垃圾填埋場平面布置圖及排水系統(tǒng)平面布置圖如圖1所示。

圖1 垃圾填埋場平面布置圖及排水系統(tǒng)平面布置圖

蘭山區(qū)垃圾填埋處理場(下稱填埋場)位于臨沂市蘭山區(qū)半程鎮(zhèn)魏家峪村西460 m,地理坐標(biāo)為東經(jīng)118°17′15″～118°18′15″,北緯35°18′41″～35°19′31″。填埋場距臨沂市區(qū)35 km。場區(qū)位于剝蝕平原,地形呈箕形,地貌屬剝蝕丘陵,部分小溶溝發(fā)育,溝谷下游呈“U”形,上游呈“V”形。地勢起伏較大,場區(qū)內(nèi)最大標(biāo)高處為185 m,最低標(biāo)高為138 m,高低差47 m。年均降水量790～920 mm。

填埋場區(qū)內(nèi)主要工程設(shè)施包括:場區(qū)基底處理、垃圾壩、截污壩系統(tǒng)、排洪措施、滲濾水導(dǎo)引設(shè)施、沼氣導(dǎo)引等。填埋場為柔性填埋場,場區(qū)基底由砂質(zhì)土、花崗石組成,鋪設(shè)單層人工防滲襯膜;設(shè)置垃圾壩,主要是為增大垃圾填埋量,保持垃圾堆存的穩(wěn)定,防止雨季垃圾被雨水沖出填埋場;截污壩位于垃圾壩外側(cè)40 m處,其二者之間為滲濾水調(diào)蓄池,滲濾水是通過垃圾壩下涵管進調(diào)蓄池,其結(jié)構(gòu)為鋼混凝土結(jié)構(gòu),在截污壩靠近調(diào)蓄池的一側(cè)用單層HDPE膜做防滲防腐層;調(diào)蓄池用于儲蓄滲濾液,經(jīng)過長期的存儲,其水質(zhì)趨于穩(wěn)定化,以便于利用處理,此調(diào)蓄池容積為8萬m3,池底標(biāo)高135 m,開挖深度約4 m,池邊建有污水泵,靠垃圾壩側(cè)建有安全欄桿。

1.2 場區(qū)地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)地層巖性由上至下為:第四系黏土、砂土,其厚度約為1.8～10 m,谷頂和谷坡厚度較小,谷底厚度較大,場區(qū)邊緣因基坑開挖回填大量回填土,回填土成分為黏土、砂土,回填厚度約20 m。下伏古元古代傲徠山超單元蔣峪單元條帶狀中細(xì)粒二長花崗巖,強-中風(fēng)化層的厚度約1.6～20 m,完整微風(fēng)化-完整花崗巖未揭穿。

1.3 水位地質(zhì)條件

如圖2所示,根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料,結(jié)合生活垃圾處理場場址區(qū)內(nèi)含水層的分布特征,查明場區(qū)兩層含水層,第一層為強-中風(fēng)化片麻巖含水層,厚度約20 m,地下水類型為裂隙潛水;由于填埋區(qū)開挖深度小于10 m,基底為微風(fēng)化-完整片麻巖區(qū),填埋區(qū)對地下水影響以第一含水層為主,結(jié)合勘察資料及本次監(jiān)測井抽水試驗計算,綜合確定強風(fēng)化花崗巖的滲透系數(shù)為0.3～2.6 m/d,劃分為弱透水～微透水層。第二層為完整片麻巖破碎帶含水層,破碎帶厚度小于10 m,深度約130～140 m,地下水類型為裂隙承壓水。大氣降水為主要補給來源,排泄以自然徑流及蒸發(fā)為主,場區(qū)地下水在地表經(jīng)場區(qū)下游天然河溝徑流至北部蒙河支流。在第一層含水層底部和第二層含水層上部之間連續(xù)分布完整花崗巖,構(gòu)成了相對隔水層,使兩層含水層水力聯(lián)系微弱。地下水流向為自西南向東北。

圖2 垃圾填埋場水文地質(zhì)剖面圖

2 地下水污染調(diào)查

2.1 監(jiān)測點布設(shè)

按照填埋場水文地質(zhì)條件、地形條件,結(jié)合場區(qū)現(xiàn)有監(jiān)測井,在場區(qū)上游、下游及疑似污染區(qū)布設(shè)監(jiān)測點。共布設(shè)地下水監(jiān)測點12個、地表水監(jiān)測點3個、滲濾液監(jiān)測點1個、排水口監(jiān)測點1個及土壤監(jiān)測點7個,見圖3。

表1 分析測試指標(biāo)統(tǒng)計表

2.2 分析測試指標(biāo)

填埋場填埋物以生活垃圾為主,部分填埋生活垃圾焚燒飛灰,根據(jù)《危險廢物處置場和垃圾填埋場地下水環(huán)境狀況調(diào)查評估技術(shù)指南》及填埋場前期監(jiān)測超標(biāo)及污染識別的地下水指標(biāo)確定的本次監(jiān)測的分析測試指標(biāo)[4-5]。其中地下水、地表水、滲濾液監(jiān)測指標(biāo)均為63項,土壤監(jiān)測指標(biāo)為31項,見表1。

圖3 填埋場監(jiān)測點布設(shè)圖

2.3 質(zhì)量評價

2.3.1 地下水質(zhì)量評價

本次共布設(shè)7個淺層裂隙潛水水質(zhì)監(jiān)測點位(xj01～xj07),5個中深層裂隙水水質(zhì)監(jiān)測點(J01、J02、J03、J06、J07)。檢測項目總計63項,16項有機物指標(biāo)均未檢出,本次只對有檢出指標(biāo)進行統(tǒng)計,統(tǒng)計項目47項;本區(qū)域地下水開發(fā)利用程度低,無集中式飲用水源地,因此本次以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)進行評價[6],超標(biāo)指標(biāo)主要為氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽(以N計)、氟化物、總硬度(以CaCO3計)、溶解性固體總量、耗氧量(以O(shè)2計)、總大腸菌群、錳、鉛。超標(biāo)指標(biāo)多為常規(guī)監(jiān)測指標(biāo)。評價方法采用單項組分評價法[7],按單指標(biāo)評價結(jié)果最差的類別確定單井水質(zhì)類型,其中深層地下水J01、J07為Ⅳ類水,J02、J03、J06為Ⅴ類水;淺層地下水xj01為Ⅳ類水,xj02～xj07井為Ⅴ類水,見圖4。

圖4 填埋場地下水質(zhì)量評價圖

2.3.2 地表水質(zhì)量評價

本次在區(qū)北邊界地下水下游徑流區(qū)250 m處的土山頭水庫布設(shè)了三個地表水監(jiān)測點,根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)進行評價[8],Ⅴ類水指標(biāo)為總氮。

場區(qū)位于該地表水體上游,地表水與最近J02、xj05號地下水檢測指標(biāo)進行比對,地表水體鈉、鎂、鈣、硫酸鹽、氯化物、重碳酸根、硝酸鹽、總硬度及溶解性總固體等指標(biāo)明顯低于地下水體,Ⅴ類水指標(biāo)總氮明顯高于地下水體,地表水體與場區(qū)地下水指標(biāo)無明顯關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。

從水文地質(zhì)角度分析,場區(qū)地下水對土山頭水庫有一定補給作用,但由于補給量相對水庫總水量來說較少,從水質(zhì)角度分析,場區(qū)地下水尚未對地表水產(chǎn)生污染影響。

2.3.3 土壤質(zhì)量評價

本次在7個點位采集土壤樣品,包括新建井同步取樣土壤表層樣7個、下游土壤柱狀樣2個(xj06、xj07)、二噁英樣品2個(xj01、xj05),評價土壤質(zhì)量按照《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)一類用地標(biāo)準(zhǔn)[9],從檢測數(shù)據(jù)得知,所有土壤監(jiān)測點位均為Ⅰ類,未超出標(biāo)準(zhǔn)值。

3 地下水污染風(fēng)險評價

地下水污染風(fēng)險評價的影響因素相對復(fù)雜,與污染源性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、人類活動及風(fēng)險受體(附近居民、生態(tài)環(huán)境等)有關(guān),地下水污染程度最直接的體現(xiàn)是受體所受污染風(fēng)險的大小。垃圾填埋場自身污染和地下水含水層防污性能較差是導(dǎo)致填埋場地下水遭受污染最根本的原因[10-11]。因此通過對填埋場污染特征、地下水脆弱性的研究分析,實現(xiàn)對填埋場污染風(fēng)險評價。

3.1 地下水污染評價

3.1.1 評價方法

本次調(diào)查采用污染指數(shù)法對地下水超標(biāo)指標(biāo)及檢出有機物進行污染評價[11]。

其中:Pki——第k個樣品第i個指標(biāo)的污染指數(shù);

Cki——第k個樣品第i個指標(biāo)的測試結(jié)果;

C0——第i個指標(biāo)的對照值,主要為對照點測試結(jié)果;

CⅢ——為所采用的水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)值,本次對超標(biāo)指標(biāo)的指數(shù)評價采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14848—2017)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)值。

3.1.2 評價結(jié)果

本次調(diào)查地下水類型分為淺層地下水及深層地下水,填埋場上游xj01監(jiān)測點作為淺層地下水污染評價對照監(jiān)測井,深層地下水選擇填埋場上游J01監(jiān)測點作為深層地下水污染評價對照監(jiān)測井。垃圾填埋場南直線距離5.03 km處有一眼長期水質(zhì)監(jiān)測井,該監(jiān)測井與垃圾填埋場位于同一水文地質(zhì)單元,均屬于曲阜-臨沂單沂單斜斷陷水文地質(zhì)亞區(qū)的臨沂斷塊巖溶水系統(tǒng),監(jiān)測時間2001年06月至2023年06月,將該井的水質(zhì)監(jiān)測值作為垃圾填埋場區(qū)域水質(zhì)背景值。

本次檢測結(jié)果顯示,地下水超標(biāo)指標(biāo)為:氯化物、硝酸鹽(以N計)、硫酸鹽、氟化物、總硬度(以CaCO3計)、溶解性固體總量、耗氧量(以O(shè)2計)、總大腸菌群、錳、鉛。對本次超標(biāo)指標(biāo)進行污染評價,采用Kriging插值法制作了單指標(biāo)污染評價分布圖[12],初步分析各指標(biāo)污染成因,其中常規(guī)污染物超標(biāo)原因主要為農(nóng)業(yè)面源污染、地質(zhì)原因及填埋場生產(chǎn)活動有關(guān)[13-15],特征污染物超標(biāo)原因為地質(zhì)條件及焚燒發(fā)電廠生產(chǎn)活動[16-17](表2、表3、圖5)。

表2 超標(biāo)指標(biāo)污染指數(shù)統(tǒng)計表

表3 超標(biāo)污染物分析統(tǒng)計表

圖5 單指標(biāo)污染濃度分布圖

3.2 地下水脆弱性評價

脆弱性評價采用DRASTIC模型[18],DRASTIC模型由地下水位埋深(D)、垂向凈補給量(R)、含水層厚度(A)、土壤介質(zhì)(S)、地形坡度(T)、包氣帶介質(zhì)類型(I)和含水層滲透系數(shù)(C)等7個水文地質(zhì)參數(shù)組成[19]。填埋場各參數(shù)及評分情況如下:

地下水位埋深(D):填埋場地下水水位平均埋深2.6 m,該指標(biāo)評分為9分;

垂向凈補給量(R):本區(qū)多年平均降水量790～920 mm,取855 mm,粉質(zhì)黏土降雨入滲系數(shù)一般為0.1,垂向凈補給量約為85.5 mm/a,該指標(biāo)評分為4分;

含水層厚度(A):填埋場處含水層巖性為強風(fēng)化花崗巖,厚度1.6～20 m,該指標(biāo)評分為9分;

土壤介質(zhì)(S):填埋場處土壤介質(zhì)為黏土,該指標(biāo)評分為2分;

地形坡度(T):填埋場處地形坡度4.43%,該指標(biāo)評分為7分;

包氣帶介質(zhì)類型(I):包氣帶介質(zhì)類型黏土,該指標(biāo)評分為1分;

含水層滲透系數(shù)(C):含水層為強風(fēng)化花崗巖,含水層滲透系數(shù)0.3～2.6 m/d,該指標(biāo)評分為1分。

按照《地下水污染防治分區(qū)劃分工作指南》推薦的權(quán)重計算,填埋場處地下水脆弱性綜合指數(shù)值DI=9×5+4×4+9×3+2×2+7×1+1×5+1×3=107,地下水脆弱性級別為中等。

3.3 地下水污染風(fēng)險分析

3.3.1 地下水污染狀況風(fēng)險分析

根據(jù)本次地下水檢測結(jié)果,距場區(qū)紅線180 m的xj07井僅總硬度超標(biāo)且污染指數(shù)為0.95小于1,距離場區(qū)1.35 km的J07井無指標(biāo)超標(biāo),填埋場地下水污染羽已擴散至場區(qū)外,但控制在180 m范圍內(nèi),尚未對下游敏感體村莊產(chǎn)生影響。

根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果各監(jiān)測井的超出Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)污染物為氯化物、硝酸鹽(以N計)、硫酸鹽、氟化物、總硬度(以CaCO3計)、溶解性固體總量、耗氧量(以O(shè)2計)、總大腸菌群及填埋場特征污染物錳、鉛,有機物無檢出。填埋場超標(biāo)污染物中的毒理學(xué)指標(biāo)有硝酸鹽、氟化物、鉛。毒性較大、超標(biāo)倍數(shù)較高的氟化物已超出廠區(qū)范圍,存在一定風(fēng)險[20]。

3.3.2 防滲層滲漏風(fēng)險分析

填埋場為單層人工合成材料防滲襯層,日常未定期開展防滲層的有效性評估,未對填埋區(qū)進行防滲性完整性監(jiān)測。

根據(jù)污染識別和本次調(diào)查結(jié)果,場區(qū)上游地下水未受污染,場區(qū)內(nèi)地下水監(jiān)測點及下游監(jiān)測點存在污染情況,根據(jù)監(jiān)測點污染指標(biāo)分布情況,推測填埋場垃圾填埋存在滲漏的可能[21],存在一定風(fēng)險。

3.3.3 周邊敏感受體風(fēng)險分析

本區(qū)地下水主要為淺層碎屑巖類裂隙潛水及深層承壓基巖裂隙水,富水性較弱,地下水流向自西南向東北。地下水下游敏感點為雙行村,雙行村居民生活飲用水均來自地表水庫自來水,對周邊敏感受體的污染風(fēng)險較低[22-23]。

本區(qū)地下水僅用于農(nóng)田灌溉,對照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5084—2021),場區(qū)外淺層地下水存在氯化物、氟化物等指標(biāo)超標(biāo)情況[24-25],如果泄漏范圍進一步增加將加劇對周邊農(nóng)田影響,需采取地下水風(fēng)險管控措施[26]。

綜上,基于地下水污染狀況、防滲層滲漏和周邊敏感受體情況,填埋場地下水污染風(fēng)險中等[27]。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)蘭山區(qū)垃圾填埋處理場地下水主要為淺層碎屑巖類裂隙潛水及深層承壓基巖裂隙水,兩層地下水之間連續(xù)分布完整花崗巖,構(gòu)成了相對隔水層,使兩層含水層水力聯(lián)系微弱,填埋場影響地下水層位主要為淺層潛水層,強風(fēng)化花崗巖的滲透系數(shù)為0.3～2.6 m/d,為弱透水～微透水層。

2)經(jīng)調(diào)查各監(jiān)測井的超出Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的污染物為氯化物、硝酸鹽(以N計)、硫酸鹽、氟化物、溶解性固體總量、總硬度(以CaCO3計)、耗氧量(以O(shè)2計)、總大腸菌群、錳、鉛。初步分析各指標(biāo)污染成因,其中常規(guī)污染物超標(biāo)原因主要為農(nóng)業(yè)面源污染、地質(zhì)原因及填埋場生產(chǎn)活動有關(guān),特征污染物超標(biāo)原因為地質(zhì)條件及焚燒發(fā)電廠生產(chǎn)活動。

3)垃圾填埋場含水層脆弱性級別為中等,主要影響因素為地下水位埋深、含水層厚度及地形坡度。結(jié)合垃圾填埋場污染狀況、防滲層泄漏風(fēng)險及周邊敏感受體風(fēng)險綜合分析,垃圾填埋場地下水污染風(fēng)險中等,對場區(qū)周邊地下水已產(chǎn)生一定影響,存在污染風(fēng)險。

4.2 建議

根據(jù)本次調(diào)查成果以及存在的地下水環(huán)境管理問題,提出以下建議:

1)建立“一企一檔”。包括但不限于建設(shè)項目環(huán)境影響報告、填埋場設(shè)計文件、工程地質(zhì)勘察報告及水文地質(zhì)勘察報告、現(xiàn)有監(jiān)測井的情況和歷次地下水監(jiān)測報告、竣工環(huán)境保護驗收報告、排放污染物申報登記表及排污許可證、地下水監(jiān)測井設(shè)計方案等。后續(xù)補充完善垃圾填埋場防滲襯層完整性檢測報告。

2)完善長期監(jiān)測井布設(shè),保留場區(qū)原有監(jiān)測井,將本次新建監(jiān)測井作為長期監(jiān)測井,同時在污染羽前緣與敏感受體雙行村之間布設(shè)地下水監(jiān)測點,定期開展地下水水質(zhì)自行監(jiān)測。

3)增加下游地下水監(jiān)測頻率,污染擴散井和污染監(jiān)視井的水質(zhì)監(jiān)測頻率不少于每周一次,對本底井的水質(zhì)監(jiān)測頻率不少于每個月一次,關(guān)注氟化物、錳、鉛等指標(biāo)變化,如果發(fā)現(xiàn)指標(biāo)出現(xiàn)增高趨勢,應(yīng)迅速采取相應(yīng)管控措施。

4)盡快開展填埋場防滲層滲漏檢查,對滲漏區(qū)域及地下水影響區(qū)域采取相應(yīng)的管控措施。對發(fā)現(xiàn)的破損防滲層盡快開展防滲層改造。每6個月進行一次防滲襯層完整性的監(jiān)測。