韩智勇,许 模,刘 国,程 诚 （成都理工大学环境与土木工程学院,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059）

生活垃圾填埋场地下水污染物识别与质量评价

韩智勇,许 模*,刘 国,程 诚 （成都理工大学环境与土木工程学院,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059）

基于现场调研和 1991～2014年的相关报道,通过累计污染负荷比法对我国生活垃圾填埋场地下水的主要污染物进行了识别；并通过内梅罗指数法和地下水质量评分法对其地下水质量进行了评价,以期为我国生活垃圾填埋场地下水污染的评价、修复和治理提供依据.结果表明：我国生活垃圾填埋场地下水中已报道检出污染物共计99种,同时还有视觉污染指标2种,其他综合性污染指标6种.其中普遍性污染物主要包括：氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、高锰酸盐指数、COD、总硬度、氯化物、铁、锰、总大肠菌群、挥发酚等；局部性污染物主要包括：总磷、溶解性总固体、氟化物、硫酸盐、细菌总数、铬（六价）等；点源性污染物主要包括：三氯苯、镉、铅、汞、碘化物等,局部性和点源性污染物地区差异明显.我国生活垃圾填埋场附近地下水质量综合评分F值为7.85,属于极差级别,已受到严重污染.

生活垃圾填埋场；地下水；污染物；环境质量评价

当前,我国地下水污染形势日益严峻,局部地区地下水污染问题十分突出,其中生活垃圾填埋场已成为我国公认的地下水重点污染源之一.

根据2014年《中国统计年鉴》,全国已建城镇生活垃圾卫生填埋场580座,实际卫生填埋量10492.7万 t,占城市生活垃圾无害化处理量的68.2%,而且还有数以万计的简易生活垃圾填埋场和堆弃点.这些填埋场在几十甚至上百年的运行和稳定化过程中会产生大量的渗滤液.渗滤液水质复杂,含有高浓度的有机物、无机盐、金属和重金属离子,细菌等微生物,以及少量异性生物有机化合物,具有持久和较高的毒性［1-4］.填埋场渗滤液渗漏后,会造成不同程度的地下水污染［5-13］.但是,在我国均是不同学者以某一地区或某一填埋场为个例,开展填埋场对地下水的点状污染的研究［14-41］,缺乏对这些分散的研究结果进行归纳总结和综合分析.

为此,笔者通过文献检索和现场调研,采用累计污染负荷比法对我国生活垃圾填埋场地下水的主要污染物进行识别；并通过标准指数法、内梅罗指数法、地下水质量评分法等评价方法,评价我国生活垃圾填埋场对地下水的污染现状和程度,分析其污染特点,以期为总体把握我国生活垃圾填埋场对地下水的污染现状,以及对填埋场地下水污染的评价、修复和治理提供依据.

1　材料与方法

1.1文献检索

表1　生活垃圾填埋场基本情况Table 1　Background of MSW landfills in references

续表1

通过“中国知识资源总库”检索1991年至2014年期间生活垃圾填埋场对地下水污染研究的相关报道,共筛选出28篇文献；通过“Elsevier ScienceDirect全文期刊数据库”检索全部年限内关键词为“landfill”+“groundwater”的相关报道,共筛选出3篇文献,并结合对四川某生活垃圾卫生填埋场地下水的调研数据和其他收集数据,进行数据统计分析和评价.这些文献覆盖了我国一半以上的省和自治区,并包括了不同填埋年限、不同地域和下覆场地条件、不同类型的填埋场,具有较好的代表性.生活垃圾填埋场的基本情况见表1所示.

1.2评价方法

1.2.1标准指数法 生活垃圾填埋场地下水现状评价采用标准指数法［42］.标准指数法采用《地下水质量标准》（GB/T14848-93）中的III类标准值［43］,未列入的指标参考《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的III类标准值［44］.

1.2.2内梅罗指数法 内梅罗指数法计算如式

（1）所示：

式中：PI为i组分的内梅罗指数,无量纲；Piavg为i组分标准指数Pi的平均值,无量纲；Pimax为i组分标准指数Pi的最大值,无量纲.

1.2.3评分法 地下水质量综合评价采用评分法［43］.

首先根据《地下水质量标准》（GB/T14848-93）或《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）进行各单项组分评价,划分组分所属质量类别.

其次对各类别按表 2规定分别确定单项组分评价分值Fi,当标准值无类别划分时,超标按V类取值,未超标按I类取值.

表2　污染物Fi赋值表Table 1　Grading score of pollutants

然后按照式（2）计算综合评价分值FI：

式中：FI为 i区（或组分）的综合评分值,无量纲；Fiavg为i区（或组分）评分值Fi的平均值,无量纲；Fimax为i区（或组分）评分值Fi的最大值,无量纲.

最后根据F值,按表3规定划分地下水质量级别.

表3　地下水质量级别划分标准Table 1　Rating criteria of groundwater quality

1.2.4累计污染负荷比法 首先根据1.2.3的计算结果,按照式（3）对不同区域（或组分）分别计算各组分（或各区域）的综合评分值FI的负荷比.

式中：Ji为i组分的综合评分值负荷比,无量纲.

2　结果与分析

2.1污染物统计

根据文献统计,目前我国生活垃圾填埋场地下水中已报道检出相关污染物共计99种,其中有机污染物3种,无机盐12种,金属离子5种,重金属15种,细菌学污染物2种,异性生物有机化合物62种；同时还包括视觉污染指标2种,其他综合性污染指标6种.除表4中有检出浓度报道的污染物［10-40］外,还有重金属钴［46］；异性生物有机化合物二氢苊、苯并（b）荧蒽、六六六、DDT［33］、芴、苯并（a）蒽、1,2-二氯乙烷、顺-1,2-二氯乙稀［45］、菲、荧蒽、芘［33,45］、酚［47］、苯酚［46,48］、烷烃、丁酸丁酯、1,1-二甲基乙基-4-甲氧基酚、酞酸二异辛酯、十六酸、环八硫烷［49］等.

续表4

2.2主要污染物识别

为满足数理统计要求,确保数据的可信度,选取表4中样本量大于20,且FI值评价在较差以上程度的 24个污染物作为主要污染物的备选指标.根据累计负荷比 JI,得到我国生活垃圾填埋场地下水主要污染物包括：总大肠菌群、细菌总数、总磷、总硬度、氨氮、总溶解性固体、化学需氧量、锰、亚硝酸盐、挥发酚、铁、汞、高锰酸盐指数、硫酸盐、镉、三氯苯等,其JI=0.721.结合表 4中各污染物的超标率和 PI 值,我国生活垃圾填埋场地下水主要污染物如表5所示.

表5　生活垃圾填埋场地下水主要污染物Table 1　Major pollutants of groundwater near MSW landfills

这些污染物与填埋场渗滤液的主要污染物［1-5］相符,可见填埋场地下水中的主要污染物来自于填埋场渗滤液的入渗.

3　质量评价与污染特征分析

3.1地下水质量评价

由图1可知,我国生活垃圾填埋场附近地下水质量为极差,其中华中、华东、华北和华南地区填埋场地下水质量为极差,东北、西南和西北地区填埋场地下水质量为较差.由此可见,我国生活垃圾填埋场已对其周围地下水造成了严重的污染.

填埋场地下水污染主要由渗滤液入渗导致,由于渗滤液的特性受垃圾组分、填埋时间、填埋工艺、填埋方式、填埋场运行管理方式、气象条件等因素的影响［2］,而且入渗的污染物衰减也受到包气带和含水层中的稀释、吸附、离子交换、沉淀、氧化还原以及微生物的降解等作用的影响［5］,因此,导致了不同地区填埋场地下水受污染的程度差异较大,其中华东、华北地区污染最为严重,西北地区相对较轻.

3.2污染特征分析

3.2.1污染物分布特性 根据Ji值,对不同污染物的地区分布进行排序,如表6所示.

考虑部分指标（如细菌学类指标、溶解性总固体等）监测分布样本量的局限性,结合表4中污染物的超标率和表6的主要污染物分布,综合分析得出生活垃圾填埋场地下水污染物主要包括普遍性污染物、局部性污染物和点源性污染物.其中：

（1）普遍性污染物主要包括：氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、高锰酸盐指数、化学需氧量、总硬度、氯化物、铁、锰、总大肠菌群、挥发酚等.

（2）局部性污染物主要包括：总磷、溶解性总固体、氟化物、硫酸盐、细菌总数、铬（六价）等.

（3）点源性污染物主要包括：三氯苯、镉、铅、汞、碘化物等.

3.2.2区域污染物类型 根据Ji值,对不同区域污染物的类型进行分析,结果如表7所示.

由表7可知,华北和东北地区生活垃圾填埋场地下水污染物种类较多,相对复杂；华东和华中地区除细菌类污染物未见报道外,地下水受到其余类污染物不同程度的污染；西南地区主要为无机盐、重金属和细菌类污染；西北地区主要为无机物和重金属污染物；华南地区主要为有机物和无机盐污染.其中重金属、细菌学和异性生物有机化合物的种类和浓度地区差异明显.各地区污染物类型的差异除了与填埋场基本情况和其下覆水文地质条件密切相关外,各地区检索的文献样本量差异也是其影响因素之一.

图1　生活垃圾填埋场地下水质量综合评价Fig.4　Comprehensive assessment of groundwater quality of MSW landfills

表6　生活垃圾填埋场地下水主要污染物分布特性Table 1　Distribution characteristics of groundwater pollutants from MSW landfills

续表6

表7　生活垃圾填埋场地下水区域污染物类型Table 1　Kinds of groundwater pollutants from MSW landfills in different areas

4　结论

4.1生活垃圾填埋场地下水中已报道检出污染物共计99种,其中有机污染物指标3种,无机盐12种,金属离子5种,重金属15种,细菌学污染指标2种,异性生物有机化合物62种；同时还包括视觉污染指标2种,其他综合性污染指标6种.

4.2生活垃圾填埋场地下水普遍性污染物主要包括：氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、高锰酸盐指数、化学需氧量、总硬度、氯化物、铁、锰、总大肠菌群、挥发酚等；局部性污染物主要包括：总磷、溶解性总固体、氟化物、硫酸盐、细菌总数、铬（六价）等；点源性污染物主要包括：三氯苯、镉、铅、汞、碘化物等；且局部性和点源性污染物地区差异明显.

4.3我国生活垃圾填埋场附近地下水质量综合评分F值为7.85,属于极差级别,已受到填埋场的严重污染.

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Pollutant identification and quality assessment of groundwater near municipal solid waste landfills in China.

HAN Zhi-yong, XU Mo*, LIU Guo, CHENG Cheng （State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Environmental and Civil Engineering Institute, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China）.

China Environmental Science, 2015,35（9）：2843～2852

In order to give a basis for the assessment, the remediation and the treatment of groundwater contaminations, the groundwater pollutants from MSWLs were identified by cumulative pollution load ratio； the groundwater quality near the MSWLs were assessed integrally by Nemero index method and grading methods based on authors′ survey and related reports from 1991 to 2014. The results showed that there were 99 kinds of groundwater pollutants, 2 kinds of visual pollutants and 6 kinds of aggregative pollutants which had been detected. The widespread groundwater pollutants include ammonia, nitrate, nitrite, permanganate index, chemical oxygen demand, total hardness, chloride, iron, manganese, total coliform and volatile phenol； the local groundwater pollutants include total phosphorus, total dissolved solids, fluoride, sulfate, bacterial count and hexavalent chromium； the point groundwater pollutants include trichloro-benzene, cadmium, lead, mercury and iodide. Additionally, the local groundwater pollutants and the point groundwater pollutants are very different in different areas. The comprehensive score of groundwater quality was 7.76. It is indicated that the groundwater near MSWLs had been contaminated seriously in China.

municipal solid waste landfill；groundwater；pollutant；environmental quality assessment

X523

A

1000-6923（2015）09-2843-10

2015-02-15

四川省教育厅科研课题（15ZB0077）；成都理工大学中青年骨干教师培养计划（KYGG201406）；地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室团队重点课题（SKLGP2011Z001）

*责任作者, 教授, xm@cdut.edu.cn

韩智勇（1983-）,男,贵州道真人,副教授,博士,主要研究方向为固体废物资源化利用与处理处置.发表论文20余篇.