基于綜合評分法篩選填埋場周邊淺層地下水優控有機污染物研究*

徐 偉 李 斐 陳 銳

(1.上海申環環境工程有限公司,上海 200092;2.上海建工環境科技有限公司,上海 200063;3.浙江省生態環境科學設計研究院,浙江 杭州 310007)

填埋場作為固體廢物最終處置場所之一[1]3026,已成為我國地下水污染防治研究的重點區域[2]65,淺層地下水作為第一穩定隔水層頂板以上潛水,接受大氣降水補給、與周邊水力聯系、污染遷移轉化最為密切,填埋場滲濾液通過包氣帶吸附、降解、揮發等作用最先進入淺層地下水形成污染[3-6],[7]14,污染涉及有機物類、重金屬類等多種類型[8]2540-2541,有機物類污染研究區別于其他類型,主要體現在3點:(1)現有研究主要集中于重金屬類等領域,有機污染物研究缺乏[2]66,在安全填埋場的研究更是少于生活垃圾填埋場[9]111。胡勇等[10]研究發現杭州某安全填埋場現狀鉻濃度下3～40 a期間存在地下水污染風險,商均明[7]26研究了蘇州某危廢安全填埋場地下水中氟化物、汞、鉻的污染風險;蔡雄飛等[8]2540研究山谷型生活垃圾填埋場地下水中4項重金屬、氟化物、BOD5、COD的污染特征;梁雨等[11]研究了赤峰生活垃圾填埋場地下水中總大腸菌、氟化物等因子的污染特征。(2)有機污染物本身具有數量多、中間產物多、環境風險高的特點,使得檢測難以涵蓋所有有機污染因子,有機污染因子常分為揮發性有機物(VOCs)、半揮發性有機物(SVOCs)、有機農藥、石油烴類等類型[12]。胡馨然等[1]3029統計已有生活垃圾填埋場地下水污染數據發現,有機物檢出數量約占檢出污染物總數的65%以上;霍云劍等[9]116發現上海某生活垃圾填埋場周邊地下水中檢出的7種有機污染物含量明顯高于背景值,且對地下水的影響明顯高于地表水。(3)有機污染因子存在識別難以準確的現狀,在危廢填埋場中有機污染物以有機物類別或與其他重金屬廢物伴隨出現在填埋入庫名錄中,如含鉻廢物(HW21)、含砷廢物(HW24)、有機廢液(HW06)、焚燒處置殘渣(HW18)等[13];在生活垃圾填埋場,難以識別垃圾中伴生的有機污染物,如廚余油煙殘渣中苯并(a)芘(BaP)等[9]114,[14]。

優控有機污染物(PCOPs)的篩選研究是優控污染物(PCPs)在有機污染物領域的細化[15]800-801,綜合評分法作為PCPs篩選方法中應用最為廣泛的評價方法之一[16-18],多用于地表水、生活飲用水等水質污染的判定,在填埋場地下水有機污染物篩選方面的研究較少,張鑫等[19]51利用基于潛在危害指數的綜合評分法,針對7座焦化廠地下水36種檢出的有機物污染因子,篩選出苯等5種PCOPs。綜上,本研究基于綜合評分法,開展填埋場周邊淺層地下水PCOPs的篩選研究,旨在為其污染防治提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域與樣品采樣分析

研究區域為長三角某地沿江3座緊鄰的山谷型填埋場(A、B、C)集中區(見圖1),3座場區總面積約41 hm2,2018—2020年投產,A場為生活垃圾焚燒產生的固化飛灰、爐渣填埋場,現階段庫容41萬m3,滲濾液產量為60 m3/d,2018年投產;B場、C場均為危廢安全填埋場,庫容依次為46.3萬、34.6萬m3;區域淺層地下水類型主要為潛水,賦存于埋深20 m以內的填土、粉質黏土、含礫石粉質黏土層中。

圖1 研究區位置與地下水采樣點Fig.1 Location and groundwater sampling points

2021年9月,在A場、B場、C場場界外3～10 m范圍布設淺層地下水監測井(W1～W10),監測井埋深5～13 m,穩定水位埋深1～5 m,場區西北側外約1 km布設對照監測點DW(埋深7.5 m),參照文獻[20]至文獻[22]進行地下水樣品采集、保存、檢測分析。

1.2 PCOPs篩選方法

依據地下水污染風險評估中“源—路徑—受體”模型[23],構建ITD指標模型。

研究流程:通過環境影響評價報告、排污許可證、歷史地下水調查數據、標準規范確定填埋場有機污染物初始名單;通過ITD指標模型分析確定指標權重分值[24];收集污染源污染物資料,細化分級賦值;計算污染物的綜合得分,綜合得分為源強得分、毒性得分和路徑得分的加和[25]72-74;通過K均值聚類分析的分值高低將污染物劃分為3個類別等級[25]72,[26]1329-1330,Ⅰ等級的污染物綜合得分最高,即高級別優控有機污染物(HPCOPs);Ⅱ等級為中級別優控有機污染物(MPCOPs);Ⅲ等級為低級別優控有機污染物(LPCOPs),流程示意見圖2。

1.3 評價因子的獲取與分級賦值

1.3.1 源 強

源強由污染負荷指數與歷史污染情況共同決定[27],源強得分取污染負荷指數得分和歷史污染情況得分的均值。染源負荷指數的評價指標包含污染源釋放可能性和滲濾液排放量,對應得分見表1、表2。

表2 滲濾液釋放量分級標準Table 2 Leachate release amount classification criteria

歷史污染情況以單因子指數、歷史污染事件、典型有機污染物3個指標為評分指標[15]802,[19]54,其中,單因子指數是指存在歷史檢出數據時,歷史監測數據最高值與水質標準(參考文獻[22]、[28])比值[19]54,[26]1329;典型有機污染物是指填埋場入庫固廢中的明確入場污染物類別或污染物名稱。單因子指數大于100%,或發生污染事件時,歷史污染情況均給予最高評分100。

1.3.2 毒 性

毒性常以急性毒性、致癌性兩項參數進行表征,毒性得分取急性毒性得分和致癌性得分的均值。其中,急性毒性參數選大鼠經口半致死劑量(LD50),兩項參數源于美國國家醫學圖書館化學身份證(CHEMIDPLUS)數據庫、化學品安全技術說明書(MSDS)、國際致癌研究中心(IARC)的致癌物分類等數據,計算方法參見文獻[29]。

1.3.3 路 徑

路徑由污染物的持久性、遷移性、揮發性共同決定,依次用生物降解性(數據參考文獻[29])、有機碳吸附常數(數據參考文獻[30])、亨利系數(數據參考文獻[12]、[18])表征。路徑得分取持久性得分、遷移性得分和揮發性得分的均值。

1.3.4 評價因子分級方法與賦值

將各評價因子劃分5個等級:IARC將致癌物分為5類,分別為1、2A、2B、3、4,依次對應1～5等級,對于無IARC致癌性等級的有機物,將其劃分在第5等級;對于LD50、生物降解性、有機碳吸附常數、亨利系數等無分類等級的評價因子,依據參數數值按2/3累積秩法分級賦分劃分為5個區間等級[29]。

2 結果與討論

2.1 PCOPs篩選結果

2.1.1 有機污染物初始名單

通過調查資料獲取建立時間、產排污信息、入庫固廢名錄、滲濾液產量、歷史監測數據,并對比標準規范[31],聚焦排放量較大、具有相應檢測方法和篩選值[32]的有機污染物,調查資料包括:環境影響評價報告里原輔料、工藝流程及填埋場建立時間、滲濾液排放量、入庫固廢名錄等信息;排污許可證;歷史地下水調查數據;《地下水環境狀況調查評價工作指南》附錄;《地下水環境監測技術規范》(HJ 164—2020)附錄。確定初始名單,共計68種有機污染物,包括《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 36600—2018)中基本項目38項(27種VOCs、11種SVOCs)、其他項目30項(4種VOCs、10種SVOCs、14種有機農藥、2種氯苯類)。

2.1.2 評價因子等級確定

依據初始名單中有機污染物的各項參數,并結合1.3.4節所述的分級與賦值方法劃分評價因子等級并給予對應賦值,結果見表3。

表3 評價因子等級劃分Table 3 Classification of evaluation factors

2.1.3 PCOPs篩選

計算得出污染物綜合得分為49.31～167.77,綜合得分最高的14種污染物為BaP、滴滴涕(DDT)、五氯酚(PcP)、氯丹(Chd)、七氯(Hep)、苯胺(Ali)、硫丹(Ens)、樂果(Dmt)、茚并(1,2,3-cd)芘(IP)、苯并(k)熒蒽(BkF)、苯并(b)熒蒽(BbF)、苯并(a)蒽(BaA)、1,2,3-三氯丙烷(Tcp)、氯乙烯(Vic),它們對淺層地下水危害最高,羅列于表4。

表4 綜合得分靠前的14種污染物Table 4 Top 14 comprehensive score pollutants

2.1.4 PCOPs清單

通過K均值聚類分析將污染物劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這3個等級,依次對應14種HPCOPs、39種MPCOPs、15種LPCOPs,占比依次為20.6%、57.4%、22.0%(見表5);14種HPCOPs的毒性得分整體高于源強得分和路徑得分,這14種HPCOPs建議列入“填埋場周邊淺層地下水PCOPs清單”。

表5 綜合得分聚類分析結果Table 5 Total score clustering analysis results

2.2 結果驗證

2.2.1 有機污染物檢出情況

地下水樣品中檢測出11項有機污染因子(6種SVOCs、5種有機農藥),檢出率為20%～100%,Ali檢出率最高(100%),其次為BaP(50%)、BbF(40%)、IP(40%),所有檢出含量均未超過文獻[28]中的Ⅲ類標準限值與文獻[22]中的一類篩選值(見表6)。

表6 有機污染因子檢出結果統計Table 6 Organic pollutant factors detection results

2.2.2 PCOPs清單驗證

HPCOPs與國內外相關研究清單、標準具有一致性。14種HPCOPs中的11種HPCOPs被列入了中國環境PCPs黑名單(共計68種污染物)、美國環境保護署公布的水環境PCPs名單(共計129種污染物),表明ITD指標模型能客觀地篩選出地下水環境中潛在風險較大的有機污染物。

HPCOPs與填埋場淺層地下水污染特征具有一致性。11種檢出的有機污染物中含有8種HPCOPs(包括Ali、BaA、BaP、BbF、BkF、IP、Ens、DDT),14種HPCOPs主要是SVOCs、有機農藥類,表明填埋場淺層地下水中有機污染主要為SVOCs、有機農藥類等。

3 結論與建議

(1) 通過填埋場建立時間、產排污信息、入庫固廢名錄、滲濾液產量、歷史監測數據等資料,確定了填埋場淺層地下水有機污染物初始名單,包括31種VOCs、21種SVOCs、14種有機農藥類、2種氯苯類。

(2) 基于綜合評分法,構建了ITD指標模型,通過劃分評價因子等級并給予對應賦值,發現有機污染物的綜合得分為49.31～167.77,通過K均值聚類分析從初始名單中篩選出BaP、DDT、PcP等14種HPCOPs、39種MPCOPs、15種LPCOPs,占比依次為20.6%、57.4%、22.0%。

(3) 14種 HPCOPs與國內外相關研究清單、標準、樣品檢測分析結果具有較好的一致性。

(4) 建議將14種HPCOPs納入“填埋場周邊淺層地下水PCOPs清單”,針對性提出優先污染防控措施。優先污染防控措施主要有兩個方面:對于研究缺乏區域,可參照“填埋場周邊淺層地下水PCOPs清單”及研究方法,開展先行監測,有效避免因有機污染物檢測難以涵蓋和識別難以準確而無處著手的監管現狀;對于已經開展過填埋場淺層地下水有機污染物研究的區域,進行補充監測,提高監測頻次,同時避免過度監測,不斷優化填埋場淺層地下水有機污染物污染防控。