生活垃圾填埋場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)保科技股份有限公司 浙江 310000）

近年來，隨著我國城市化進程不斷加快，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，還會危害人類健康。因此，探尋高效、安全的城市生活垃圾處理方法勢在必行。隨著我國大部分地區(qū)非正規(guī)垃圾填埋場的封場停用，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，我國垃圾衛(wèi)生填埋場采取的環(huán)境保護措施主要包括防滲、壓實及覆蓋等，但填埋高差較大、填埋廢氣較多、滲濾液成分復(fù)雜仍對填埋場的安全運行有巨大威脅，因此存在不同程度的環(huán)境風(fēng)險[2-3]。本文以山西省某垃圾填埋場為實例，分析評價了該填埋場運行過程存在的環(huán)境風(fēng)險，以期為國內(nèi)正規(guī)垃圾填埋場地下水風(fēng)險的管控提供較為科學(xué)的依據(jù)。

1.垃圾填埋場情況簡紹

該垃圾填埋場（簡稱“該場”）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，對地下水向兩側(cè)梁峁區(qū)的擴散起到阻隔作用。

該場為規(guī)范性填埋場，總有效庫容約1225萬m3，分兩期建設(shè)：一期工程運行期為2008年6月—2014年7月，有效庫容約為350萬m3；二期工程運行期為2014年7月—2020年9月，有效庫容約為875萬m3。該場設(shè)計填埋量3000m3/d，實際最高填埋量約8000m3/d。

該場建設(shè)時場底和邊坡均設(shè)置有效的防滲措施，并設(shè)置3m寬多級錨固平臺，填埋區(qū)頂部外側(cè)為永久性截洪溝。采用主動導(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)險評價分析

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

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

3.垃圾填埋場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)生后立即對溢流管口增加管箍與閘閥封堵，有效控制了外溢險情。在場區(qū)下游500m處筑起臨時擋水堰，有效防止了滲濾液流入下游河流。經(jīng)風(fēng)險評估表明，該場對地下水的污染沿溝谷向下游呈條帶狀分布，從填埋場至下游沿河道約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。該填埋場共設(shè)置5個監(jiān)測井，其中1#為本底觀測井，2#、3#為擴散井，4#、5#為污染監(jiān)測井（圖1）。由數(shù)據(jù)分析可知，地下水1#、2#、3#觀測井各因子濃度均未有較大變動，而4#、5#觀測井數(shù)據(jù)嚴重超標。主要超標因子為NH3等。對比事故前后，該場區(qū)域地下水中重金屬Hg、Cu、Pb均能夠達標（表1），說明該場處理生活垃圾產(chǎn)生的重金屬含量較少，重金屬對周邊環(huán)境影響較小。

圖1 地下水監(jiān)測井布點圖

表1 4#、5#監(jiān)測井重金屬濃度變化情況 單位：mg/L

2016年該場進一步實施了風(fēng)險管控措施，主要包括積存滲瀝液外運、垃圾壩維護、二期邊坡防滲系統(tǒng)防護、一二期庫區(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)運移情況進行了預(yù)測（4#、5#監(jiān)測井）。

由圖2、圖3可知，滲濾液泄漏對地下水的污染隨水流方向向下游擴散。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，主要是從源頭及過程中進行及時的風(fēng)險管控，減少了進入地下水的污染物含量。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知（表1），Hg的監(jiān)測值未超過《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-2017）Ⅲ類標準限值，主要是因為污染物需穿過土壤層再到含水層，而土壤對Hg等重金屬有較強的吸附解析作用[10]，同時，重金屬在土壤中還會發(fā)生絡(luò)合螯合等反應(yīng)，進一步降低了進入地下含水層的重金屬濃度。

圖2 氨氮運移平面濃度分布

圖3 汞運移平面濃度分布

(3)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

本次研究還收集到4#、5#觀測井發(fā)生泄漏事故前后近年來的監(jiān)測數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)進行了分析。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析圖可知（圖4、圖5），填埋場在發(fā)生滲濾液泄漏前，地下水中NH3、NO3-N濃度均能夠達到《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-2017）Ⅲ類標準限值，說明該垃圾填埋場正常工況下，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)在地下水對流—彌散作用下，隨水流方向擴散，導(dǎo)致泄漏點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 氨氮隨時間推移濃度變化

圖5 硝酸鹽隨時間推移濃度變化

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)測井地下水中NH3、NO3-N濃度均能夠達到《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-2017）Ⅲ類標準限值。主要原因在采取風(fēng)險管控措施之后，大量積存滲瀝液被抽取外運，從源頭減少了污染物下滲；同時，加強垃圾壩以及邊坡防滲系統(tǒng)的維護，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，在地下水對流—彌散作用以及水中微生物硝化—反硝化作用下，進一步降低了含水層中NH3等污染物的濃度。

綜上所述，填埋場在發(fā)生滲濾液泄漏事故情況時，及時采取管控措施能夠有效減少對地下水的污染。隨著風(fēng)險管控的加強，庫區(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，充分說明了科學(xué)的環(huán)境風(fēng)險管控是必要的。

4.結(jié)束語

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