某生活垃圾填埋場地下水污染調查及風險評價

李鑫宇

(山東省地質礦產勘查開發局第七地質大隊,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,存在環境特殊性,一旦遭受污染,將很難得到有效恢復[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,填埋產生的滲濾液中含有高濃度的污染物,對地下水環境具有一定的污染風險[3]。因此,對生活垃圾填埋場進行必要的污染調查及風險評價,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生活垃圾填埋場為研究對象,開展現場勘查、鉆探成井及水質檢測,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域的地下水污染風險,為科學管理垃圾填埋場提供科學依據。

1 研究區概況

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平面布置圖

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

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

1.2 場區地質條件

場區內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粒二長花崗巖,強-中風化層的厚度約1.6～20 m,完整微風化-完整花崗巖未揭穿。

1.3 水位地質條件

如圖2所示,根據水文地質勘察資料,結合生活垃圾處理場場址區內含水層的分布特征,查明場區兩層含水層,第一層為強-中風化片麻巖含水層,厚度約20 m,地下水類型為裂隙潛水;由于填埋區開挖深度小于10 m,基底為微風化-完整片麻巖區,填埋區對地下水影響以第一含水層為主,結合勘察資料及本次監測井抽水試驗計算,綜合確定強風化花崗巖的滲透系數為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為主,場區地下水在地表經場區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分布完整花崗巖,構成了相對隔水層,使兩層含水層水力聯系微弱。地下水流向為自西南向東北。

圖2 垃圾填埋場水文地質剖面圖

2 地下水污染調查

2.1 監測點布設

按照填埋場水文地質條件、地形條件,結合場區現有監測井,在場區上游、下游及疑似污染區布設監測點。共布設地下水監測點12個、地表水監測點3個、滲濾液監測點1個、排水口監測點1個及土壤監測點7個,見圖3。

表1 分析測試指標統計表

2.2 分析測試指標

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《危險廢物處置場和垃圾填埋場地下水環境狀況調查評估技術指南》及填埋場前期監測超標及污染識別的地下水指標確定的本次監測的分析測試指標[4-5]。其中地下水、地表水、滲濾液監測指標均為63項,土壤監測指標為31項,見表1。

圖3 填埋場監測點布設圖

2.3 質量評價

2.3.1 地下水質量評價

本次共布設7個淺層裂隙潛水水質監測點位(xj01～xj07),5個中深層裂隙水水質監測點(J01、J02、J03、J06、J07)。檢測項目總計63項,16項有機物指標均未檢出,本次只對有檢出指標進行統計,統計項目47項;本區域地下水開發利用程度低,無集中式飲用水源地,因此本次以《地下水質量標準》(GB/T 14848—2017)的Ⅳ類標準進行評價[6],超標指標主要為氯化物、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O2計)、總大腸菌群、錳、鉛。超標指標多為常規監測指標。評價方法采用單項組分評價法[7],按單指標評價結果最差的類別確定單井水質類型,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 填埋場地下水質量評價圖

2.3.2 地表水質量評價

本次在區北邊界地下水下游徑流區250 m處的土山頭水庫布設了三個地表水監測點,根據地表水環境質量標準(GB 3838—2002)進行評價[8],Ⅴ類水指標為總氮。

場區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明顯低于地下水體,Ⅴ類水指標總氮明顯高于地下水體,地表水體與場區地下水指標無明顯關聯現象。

從水文地質角度分析,場區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,從水質角度分析,場區地下水尚未對地表水產生污染影響。

2.3.3 土壤質量評價

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),評價土壤質量按照《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)一類用地標準[9],從檢測數據得知,所有土壤監測點位均為Ⅰ類,未超出標準值。

3 地下水污染風險評價

地下水污染風險評價的影響因素相對復雜,與污染源性質、水文地質條件、人類活動及風險受體(附近居民、生態環境等)有關,地下水污染程度最直接的體現是受體所受污染風險的大小。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,實現對填埋場污染風險評價。

3.1 地下水污染評價

3.1.1 評價方法

本次調查采用污染指數法對地下水超標指標及檢出有機物進行污染評價[11]。

其中:Pki——第k個樣品第i個指標的污染指數;

Cki——第k個樣品第i個指標的測試結果;

C0——第i個指標的對照值,主要為對照點測試結果;

CⅢ——為所采用的水質評價標準值,本次對超標指標的指數評價采用《地下水質量標準》(GB 14848—2017)Ⅳ類水標準值。

3.1.2 評價結果

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

本次檢測結果顯示,地下水超標指標為: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O2計)、總大腸菌群、錳、鉛。對本次超標指標進行污染評價,采用Kriging插值法制作了單指標污染評價分布圖[12],初步分析各指標污染成因,其中常規污染物超標原因主要為農業面源污染、地質原因及填埋場生產活動有關[13-15],特征污染物超標原因為地質條件及焚燒發電廠生產活動[16-17](表2、表3、圖5)。

表2 超標指標污染指數統計表

表3 超標污染物分析統計表

圖5 單指標污染濃度分布圖

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(S)、地形坡度(T)、包氣帶介質類型(I)和含水層滲透系數(C)等7個水文地質參數組成[19]。填埋場各參數及評分情況如下:

地下水位埋深(D):填埋場地下水水位平均埋深2.6 m,該指標評分為9分;

垂向凈補給量(R):本區多年平均降水量790～920 mm,取855 mm,粉質黏土降雨入滲系數一般為0.1,垂向凈補給量約為85.5 mm/a,該指標評分為4分;

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

土壤介質(S):填埋場處土壤介質為黏土,該指標評分為2分;

地形坡度(T):填埋場處地形坡度4.43%,該指標評分為7分;

包氣帶介質類型(I):包氣帶介質類型黏土,該指標評分為1分;

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

按照《地下水污染防治分區劃分工作指南》推薦的權重計算,填埋場處地下水脆弱性綜合指數值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 地下水污染風險分析

3.3.1 地下水污染狀況風險分析

根據本次地下水檢測結果,距場區紅線180 m的xj07井僅總硬度超標且污染指數為0.95小于1,距離場區1.35 km的J07井無指標超標,填埋場地下水污染羽已擴散至場區外,但控制在180 m范圍內,尚未對下游敏感體村莊產生影響。

根據本次調查結果各監測井的超出Ⅳ類標準的常規污染物為氯化物、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O2計)、總大腸菌群及填埋場特征污染物錳、鉛,有機物無檢出。填埋場超標污染物中的毒理學指標有硝酸鹽、氟化物、鉛。毒性較大、超標倍數較高的氟化物已超出廠區范圍,存在一定風險[20]。

3.3.2 防滲層滲漏風險分析

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,未對填埋區進行防滲性完整性監測。

根據污染識別和本次調查結果,場區上游地下水未受污染,場區內地下水監測點及下游監測點存在污染情況,根據監測點污染指標分布情況,推測填埋場垃圾填埋存在滲漏的可能[21],存在一定風險。

3.3.3 周邊敏感受體風險分析

本區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險較低[22-23]。

本區地下水僅用于農田灌溉,對照《農田灌溉水質標準》(GB 5084—2021),場區外淺層地下水存在氯化物、氟化物等指標超標情況[24-25],如果泄漏范圍進一步增加將加劇對周邊農田影響,需采取地下水風險管控措施[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險中等[27]。

4 結論與建議

4.1 結論

1)蘭山區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分布完整花崗巖,構成了相對隔水層,使兩層含水層水力聯系微弱,填埋場影響地下水層位主要為淺層潛水層,強風化花崗巖的滲透系數為0.3～2.6 m/d,為弱透水～微透水層。

2)經調查各監測井的超出Ⅳ類標準的污染物為氯化物、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O2計)、總大腸菌群、錳、鉛。初步分析各指標污染成因,其中常規污染物超標原因主要為農業面源污染、地質原因及填埋場生產活動有關,特征污染物超標原因為地質條件及焚燒發電廠生產活動。

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。結合垃圾填埋場污染狀況、防滲層泄漏風險及周邊敏感受體風險綜合分析,垃圾填埋場地下水污染風險中等,對場區周邊地下水已產生一定影響,存在污染風險。

4.2 建議

根據本次調查成果以及存在的地下水環境管理問題,提出以下建議:

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

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

3)增加下游地下水監測頻率,污染擴散井和污染監視井的水質監測頻率不少于每周一次,對本底井的水質監測頻率不少于每個月一次,關注氟化物、錳、鉛等指標變化,如果發現指標出現增高趨勢,應迅速采取相應管控措施。

4)盡快開展填埋場防滲層滲漏檢查,對滲漏區域及地下水影響區域采取相應的管控措施。對發現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測。