不同土質(zhì)中垃圾填埋場滲濾液的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

施晶森， 王紅濤， 陳宏平

(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030600)

引 言

衛(wèi)生埋填是當(dāng)前生活垃圾處理的有效途徑，國內(nèi)外城市生活垃圾的處理與處置廣泛采用這種方法[1]。填埋場的規(guī)劃設(shè)計(jì)需要較大的土地資源，并且會對環(huán)境產(chǎn)生明顯的多種復(fù)雜影響，因此，對于我國大部分內(nèi)陸城市來說，適宜選取人口相對較少的山谷進(jìn)行垃圾堆置處理；而對于海濱城市來說，垃圾衛(wèi)生填埋則選取在地價相對比較便宜的海濱地區(qū)。

在技術(shù)不成熟、歷史遺留問題諸多的背景下，我國建造的垃圾填埋場安全防護(hù)措施仍不夠全面，導(dǎo)致垃圾填埋場滲濾液長期泄漏的現(xiàn)象廣泛存在，破壞地下水體及土壤[2-4]。本文從位于我國沿海地區(qū)的某城市垃圾衛(wèi)生填埋場出發(fā)，取其滲濾液作為研究對象，通過土柱對比試驗(yàn)，比較了不同填料的土柱中污染物濃度的變化情況，研究了在砂土與細(xì)砂、咸水與淡水不同介質(zhì)組合下滲濾液的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

TOC與總氮是滲濾液污染物的重要指標(biāo)，在滲濾液中兩者的含量很高，如果高濃度的滲濾液泄露下滲，將會使地下水環(huán)境造成難以恢復(fù)的破壞。滲濾液中總氮與TOC的遷移轉(zhuǎn)化過程受到地下水環(huán)境中的多種因素影響，主要包括生物作用、非生物作用(以吸附為主)以及各種地質(zhì)作用，并且多種作用又是彼此聯(lián)系、相互作用的[5-6]。本文探究了在多種介質(zhì)情況下，填埋場滲濾液中的污染成分TOC及總氮的遷移變化規(guī)律，為合理選擇垃圾填埋場的位置及預(yù)測滲濾液泄漏后引發(fā)的地下水環(huán)境污染狀況提供了理論依據(jù)及技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

采用3個內(nèi)徑為10 cm、高40 cm的有機(jī)玻璃柱(見圖1)作為試驗(yàn)裝置, 取位于海濱地區(qū)的某城市垃圾填埋場的砂土與細(xì)砂，分別加入3個柱內(nèi)。試驗(yàn)采用的是位于該垃圾衛(wèi)生填埋場的滲濾液，其水質(zhì)情況初始數(shù)據(jù)，如表1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行示意

pHρ(TOC)/mg·L-1ρ(COD)/mg·L-1ρ(總氮)/mg·L-1ρ(氨氮)/mg·L-1ρ(Cl-)/mg·L-17.897102 9072 3241 8482 315

1.2 試驗(yàn)方法

將該垃圾填埋場取的砂土和細(xì)砂進(jìn)行預(yù)處理，砂土充分晾干后碾壓粉碎，細(xì)砂充分晾干后篩至均勻。然后，分別填充進(jìn)有機(jī)玻璃柱中(2個柱中填充砂土、1個柱中填充細(xì)砂)，壓實(shí)后密封處理；通過在淡水中加入海鹽的方法制成咸水，每升自來水中溶解的未加工海鹽控制在20 g；每天在3個土柱中加入5 mL淡水與滲濾液、咸水與淡水的等體積混合液，3個有機(jī)玻璃柱中的物質(zhì)組成如圖1所示。

本文加入含鹽水、滲濾液及細(xì)砂的土柱用“鹽加砂”表示；加入淡水、滲濾液及砂土的土柱用“水加土”表示；加入含鹽水、滲濾液及砂土的土柱用“鹽加土”表示。

試驗(yàn)開始后，每隔12 h分別從3個土柱出水處取樣，并測定污染物含量，每個土柱測10次數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

試驗(yàn)柱出口處TOC濃度隨時間變化遷移的曲線，如圖2所示。由于土壤的吸附作用與生物作用相互作用、相互影響，開始階段，滲濾液TOC數(shù)值迅速降低，在0 h～12 h呈現(xiàn)出線性曲線，伴隨著實(shí)驗(yàn)的持續(xù)進(jìn)行，TOC數(shù)值變化趨于緩和。對比不同填料的試驗(yàn)柱， TOC濃度在“鹽加砂”試驗(yàn)柱中的值顯著高于“水加土”試驗(yàn)柱和“鹽加土”試驗(yàn)柱的值，3種試驗(yàn)條件下的TOC濃度從大到小依次為：“鹽加砂”試驗(yàn)柱質(zhì)量濃度>“鹽加土”試驗(yàn)柱質(zhì)量濃度>“水加土“試驗(yàn)柱質(zhì)量濃度。圖2不同試驗(yàn)土柱TOC濃度曲線的擬合方程及其衰減率計(jì)算如下：

鹽加砂柱中的TOC變化曲線的擬合方程為：y=0.535x+258.3，R2=0.943。

(1)

式中，C0表示加入的混合液中的初始TOC質(zhì)量濃度(mg·L-1)；Ct表示t時刻土柱出水中氨氮質(zhì)量濃度(mg·L-1) ；

“鹽加砂”柱中TOC變化曲線的擬合方程為：y=0.546x+259.1，R2=0.952；

“鹽加砂”柱運(yùn)行120 h時的TOC衰減率為：Rε=9.50%。

“水加土”柱中的TOC變化曲線的擬合方程為：y=-0.273x+241.67，R2=0.891；

“水加土”柱運(yùn)行120 h時的TOC衰減率為：

圖2 TOC濃度隨時間變化曲線

Rε=38.05%。

“鹽加土”柱中TOC變化曲線的擬合方程為：y=-0.262x+261.25R2=0.917;

“鹽加土”柱運(yùn)行120 h時的TOC衰減率為：Rε=33.78%。

填充不同土壤的機(jī)玻璃柱內(nèi)的TOC衰減有差異，衰減作用由強(qiáng)到弱依次為：“水加土”柱(38.05%)>“鹽加土”柱(33.78%)>“鹽加砂”柱(9.50%)。“水加土”柱中的Rε數(shù)值最高，在“鹽加砂”柱的Rε數(shù)值最低。在砂土中的Rε值顯著高于在細(xì)砂中的Rε值，地下環(huán)境中的TOC衰減程度會受到鹽的阻礙作用。

土柱中滲濾液的總氮質(zhì)量濃度隨時間變化遷移的曲線，如圖3所示。不同的土壤環(huán)境中，滲濾液處理時間越長，總氮濃度整體上是逐漸降低的，其中，“鹽加砂”柱條件下，總氮質(zhì)量濃度的衰減最小，試驗(yàn)結(jié)束時3個柱出水的總氮質(zhì)量濃度從大到小依次為為：“鹽加砂”柱>“鹽加土”柱>“水加土”柱。據(jù)此可知，總氮的衰減在砂土中的效果優(yōu)于在細(xì)砂中衰減效果，地下環(huán)境中的總氮衰減效果會受到鹽的阻礙作用。圖3中不同土柱滲濾液總氮變化曲線的擬合方程及其衰減率計(jì)算如下：

“鹽加砂”柱中總氮變化曲線的擬合方程為：y=1.017x+986.48，R2=0.872；

“鹽加砂”柱運(yùn)行120 h時的總氮衰減率為：Rε=0.36%。

“水加土”柱中總氮變化曲線的擬合方程為：y=-2.612x+935.12，R2=0.951；

“水加土”柱運(yùn)行120 h時的總氮衰減率為：Rε=37.95%。

“鹽加土”柱中總氮變化曲線的擬合方程為：y=-1.898x+1 094.4，R2=0.945；

“鹽加土”柱運(yùn)行120 h時的總氮衰減率為：Rε=29.41。

填充不同土壤的土柱中總氮的衰減有差異，衰減效果由強(qiáng)到弱依次為：“水加土”柱(37.95%)>“鹽加土”柱(29.41%)>“鹽加砂”柱(0.36%)。總氮

圖3 總氮質(zhì)量濃度隨時間變化曲線

的衰減效果在砂土中顯著強(qiáng)于在細(xì)砂中的衰減效果，地下環(huán)境中的總氮衰減會受到鹽類物質(zhì)的阻礙。

3 結(jié)論

1) 填埋場滲濾液的TOC、總氮的衰減作用在填充不同組分的有機(jī)玻璃土柱中的強(qiáng)弱不同，TOC的衰減率值在“水加土”試驗(yàn)柱(38.05%)中最大，“鹽加土”試驗(yàn)柱(33.78%)次之，“鹽加砂”柱(9.50%)最小；總氮的衰減率值在“水加土”試驗(yàn)柱(37.95%)中最大，“鹽加土”柱(29.41%)次之，“鹽加砂”柱(0.36%)最小。土壤對填埋場垃圾滲濾液中的污染物的衰減作用明顯大于細(xì)砂土壤對其的衰減作用，地下環(huán)境中的TOC及總氮衰減效果會受到鹽類物質(zhì)的阻礙作用。

2) 砂土與細(xì)砂相比，前者中的滲濾液污染物衰減作用更顯著；地下環(huán)境中的滲濾液污染物的衰減效果會受到鹽的阻礙作用：內(nèi)陸垃圾衛(wèi)生填埋場與海濱垃圾衛(wèi)生填埋場相比，前者的土質(zhì)組成主要為砂土、淡水，后者的土質(zhì)組成主要為細(xì)砂、咸水，前者對滲濾液污染物的去除效果更加顯著。