浙江省某非正規垃圾填埋場環境污染狀況及穩定化水平研究*

潘 霞 呂梅樂 葉碎增 葉舒帆 唐慶蟬 馬婷婷

(1.溫州市生態環境局洞頭分局，浙江 溫州 325000；2.浙江省麗水生態環境監測中心，浙江 麗水 323000；3.溫州市洞頭區環境監測站，浙江 溫州 325000；4.浙江中藍環境科技有限公司，浙江 溫州 325000；5.湖北文理學院資源環境與旅游學院，湖北 襄陽 441053)

非正規垃圾填埋場是指利用自然條件，未按照相關標準進行設計和建設，直接進行垃圾填埋的場所[1]，即填埋場未設置環保措施，缺乏防滲系統、地下水導排系統、填埋氣導排和處理系統、滲濾液導排和處理系統等。據不完全統計，全國范圍內僅規模性的非正規垃圾填埋場已超3 000座[2]；大部分存在滲濾液泄漏、惡臭污染嚴重等現象，對周邊土壤、地下水等環境造成較大的污染風險和安全隱患[3-5]，若不采取任何修復措施，填埋場污染可持續30年以上[6-7]。另外，隨著城市化進程的加快，原先處于城區或近郊區的非正規垃圾填埋場占據了稀缺城市土地資源，限制了城市的可持續發展。因此，對這些填埋場進行修復治理，一方面可避免繼續污染周邊生態環境，另一方面可實現污染地塊的再開發利用。

由于非正規垃圾填埋場通常缺少填埋記錄、環境監測等基礎資料，故而對其內部污染狀況了解甚少，基本只了解占地面積、填埋類型、填埋土方量等及其對周邊大氣、水體等環境要素的感官影響，但只掌握以上信息無法針對性地采取合適的治理技術。因此，本研究選取浙江省某非正規垃圾填埋場為研究對象，對其填埋氣、滲濾液及腐殖土開展采集、檢測、分析工作，并采用單因子污染指數法、綜合污染指數法和內梅羅污染指數法等方法進行評價，了解該填埋場污染現狀，為后續開展修復治理提供設計數據；同時也為類似的填埋場的污染調查提供借鑒資料。

1 材料與方法

1.1 填埋場概況

本研究所選的非正規垃圾填埋場為灘涂型填埋場，占地面積約20.47 hm2，服務時間為2003—2018年，填埋物以生活垃圾為主，夾有少量的建筑垃圾。填埋厚度變化較大，為0～15 m；服務期內共計填埋垃圾約121.5萬m3，其中生活垃圾94.8萬m3。該填埋場曾發生過嚴重的垃圾滲濾液泄漏事故，場地四周曾蓄積大量的滲濾液；垃圾堆體發生過自燃，存在極大的環境風險和安全隱患。

1.2 樣品采集

于2019年10月采用網格布點法在填埋場設置54個鉆探點位(見圖1)，鉆探深度范圍為堆體表面至垃圾底部原狀土。填埋氣樣品根據每個點位是否有垃圾填埋及填埋深度決定是否采集；同時，為研究垃圾堆體填埋氣的產氣率，重復選擇6個點位，間隔24 h后再次采集填埋氣樣品。使用電子泵和容量為1 L的氣袋采集，流量25 L/min，再將填埋氣由密封的氣袋導入真空不銹鋼罐保存，共采集39個填埋氣樣品。滲濾液樣品根據每個點位鉆探過程中是否發現滲濾液蓄積決定是否采集，淺層采用貝勒管、深層采樣蠕動泵取樣，棄去前3次樣品，用第4次樣品作為分析樣品，樣品量1 L，加H2SO4現場固定，共采集30個滲濾液樣品。每個發現生活垃圾的點位根據垃圾填埋深度與類型取1～2個混合垃圾樣品；腐殖土樣品為混合垃圾樣品篩分后粒徑≤15 mm的灰土，共采集51個腐殖土樣品。樣品自然風干后去除土樣中的植物根系和砂礫等異物，60 ℃下干燥至恒重；研磨后過200目土樣篩，篩下物封存于聚氯乙烯(PVC)密封袋中以備分析使用。

注：圖中高程單位為m。

1.3 樣品分析

本研究填埋氣、滲濾液及腐殖土的分析方法見表1。

表1 樣品分析方法

1.4 評價標準

1.5 評價方法

1.5.1 單因子污染指數法

單因子污染指數法是最常見的污染評價方法，計算公式見式(1)：

(1)

式中：Pi為污染物i的單因子污染指數；Si為污染物i的實測質量濃度；Ssi為污染物i的標準值。Si和Ssi的單位視具體情況而定。

根據Pi可對污染程度進行分級：Pi≤1，無污染；15，重度污染。

1.5.2 綜合污染指數法

綜合污染指數法在單因子污染指數法基礎上進行綜合評價，計算公式見式(2)：

(2)

式中：PI為綜合污染指數；n為污染物種類數。

高山分場是陽圩農場地理位置最高的一個分場，海拔在600米-900米，曾被專家斷言“高山分場山高氣寒，不宜種植芒果”。但是“倔強”的陽圩人自籌資金購入芒果苗，通過多方渠道學習，實踐所學，采用最新的芒果栽培技術，把芒果試種到了高山上。最終，證明了高山分場不僅能種芒果，還能高產穩產，而且由于海拔較高，通風、光照條件好，晝夜溫差大，特殊的小氣候反而令芒果外觀更光潔亮麗，果質更嫩滑香甜。

PI分級標準可參考Pi。

1.5.3 內梅羅污染指數法

與綜合污染指數法相比，內梅羅污染指數法突出最大污染對污染程度的影響來反映綜合污染狀況[8]，計算公式見式(3)：

(3)

式中：Pn為內梅羅污染指數；Pimax為Pi最大值；Piavg為Pi平均值。根據評價結果將污染程度進行如下分級：Pn≤0.7，清潔(安全)；0.73.0，重度污染。

2 結果與分析

2.1 填埋氣污染分析

填埋氣質量評估見表2。該填埋場填埋氣CH4為0.1%～52.8%，均值為18.0%，各個點位間差異較大。以5%為CH4限值，除R13、R17、R18、R19、R25、R41、R50和R52等8個點位外，其余點位均存在污染，點位超標率高于75%。表明該填埋場缺乏有效運行的CH4減排設施，產生的CH4基本都聚積于堆體內部，安全風險極大。填埋氣CH4單因子評價結果見圖2。本研究還分析了H2S、NH3、SO2等6項指標，與GB 14554—1993或GB 16297—1996相比，H2S、NH3、臭氣濃度和非甲烷總烴存在顯著超標情況。進一步采用內梅羅污染指數法對惡臭氣體(綜合H2S、NH3、臭氣濃度的結果)進行評價，結果見圖3。所有點位惡臭氣體的內梅羅指數均大于3.0，屬重度污染。因此，該垃圾填埋場的惡臭污染比較嚴重；尤其是R14、R26、R51等點位，需盡快對惡臭氣體進行相應處理，避免其對周圍環境產生影響。

注：圖中橫線指示單因子污染指數為1。

圖3 填埋氣惡臭氣體內梅羅污染指數法評價結果

表2 填埋氣質量評估1)

6個點位間隔24 h的兩次檢測結果的對比情況見表3。間隔24 h后，各點位中的CH4未顯著減少，個別點位甚至有增加；臭氣濃度、非甲烷總烴等其他指標也是類似的情況：表明該填埋場垃圾堆體具有較高的產氣率。

表3 填埋氣間隔24 h的檢測結果對比

2.2 滲濾液污染分析

滲濾液質量評估見表4。該填埋場滲濾液pH為7.33～8.78，均值為7.81；COD為30～1 240 mg/L，均值為418 mg/L；BOD5為7.20～579.00 mg/L，均值為182.33 mg/L；氨氮為99.4～4 400.0 mg/L，均值為1 219.8 mg/L；TN為104～4 410 mg/L，均值為1 227 mg/L。填埋場垃圾滲濾液BOD5/COD(質量比)為0.24～0.50，均值為0.37，表明該滲濾液可生物降解。BOD5∶TN∶TP(質量比)平均值比為18∶124∶1，滲濾液營養元素失調，若后期治理工程采用生物法處理垃圾滲濾液，需要調整滲濾液營養元素比例，使之達到微生物最佳的生存環境。采用GB 16889—2008水污染物排放濃度限值來評價滲濾液環境質量，存在超標現象的有色度、懸浮物、COD和BOD5等12項指標，其中懸浮物、氨氮、TN這3項指標所有點位均超標，表明滲濾液污染嚴重。

表4 滲濾液質量評估1)

2.3 腐殖土污染分析

2.3.1 單因子污染指數法評價結果

采用CJ/T 340—2016 Ⅲ級標準對腐殖土進行單因子污染指數法評價，結果見表5。該填埋場腐殖土僅As這一項指標處于無污染；Cr、Cu、Zn、Cd在部分點位存在重度污染，其中Cr、Cu、Zn點位超標率大于50%。

表5 腐殖土單因子污染指數法評價結果

2.3.2 綜合污染指數法評價結果

同樣采用CJ/T 340—2016 Ⅲ級標準計算腐殖土的重金屬綜合污染指數，結果見圖4。僅R22、R25兩個點位無污染；剩余37個點位的腐殖土均存在不同程度的重金屬污染，其中R29、R32、R33存在中度污染，R12、R47存在重度污染。污染程度空間分布的不均衡性可能與進場垃圾的性質、填埋方式的無序性等因素相關。

注：圖中橫線指示綜合污染指數為1。

2.3.3 內梅羅污染指數法評價結果

進一步采用內梅羅污染指數法進行評價，結果見圖5。所有點位均存在污染。包括R12、R47在內的31個點位存在重度污染，遠超過綜合污染指數法評價結果(兩個點位重度污染)，這可能是因為內梅羅污染指數法突出最大污染對污染程度的影響。

3 討 論

3.1 填埋場穩定化水平分析

填埋年限、填埋氣CH4濃度、滲濾液COD濃度等指標可用于評判一個填埋場穩定化程度[9]。該填埋場的服務時間為2003—2018年，即封場年限為1年；而非正規垃圾填埋場的穩定化周期通常在10年左右[10-11]，初步判斷填埋場處于未穩定狀態。填埋氣CH4均值為18.0%，大于《生活垃圾填埋場穩定化場地利用技術要求》(GB 25179—2010)規定的低度利用要求(5%)；同時，CH4最大值為52.8%，結合垃圾堆體現狀仍具有較高的產氣率這一情況，填埋場整體處于未穩定狀態，部分區域處于產甲烷階段。滲濾液COD均值為418 mg/L，而林建偉等[12]總結得出未穩定狀態填埋場滲濾液COD大于120 mg/L，可知填埋場處于未穩定狀態。綜上，該填埋場整體處于未穩定狀態，對環境影響較大，需要重點監管。

3.2 腐殖土資源化利用

目前，填埋場腐殖土的資源化利用方式主要包括作為生物填料應用到廢水處理[13-14]，作為覆蓋材料應用到填埋場建設作業[15-16]，作為綠化土及栽種基質應用到園林綠化[17-19]以及作為水泥窯替代原料應用到水泥生產等[20]。

根據CJ/T 340—2016 Ⅲ級標準，該填埋場腐殖土存在Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Hg這7項重金屬超標；且Cr、Zn、Cd的最大超標倍數大于10，表明腐殖土重金屬污染嚴重，不能將其作為綠化土直接應用到園林綠化，而應當進行淋洗、固化/穩定化等處理。

3.3 填埋場污染風險分析

非正規填埋場的污染風險主要包括填埋氣對大氣的污染，滲濾液對地表水、地下水和土壤的污染等。該填埋場填埋氣中的CH4、H2S、NH3、臭氣濃度和非甲烷總烴5項指標超標。其中CH4不但有爆炸的安全風險[21]，還是溫室氣體之一[22]；而H2S等惡臭氣體則具有致癌、致畸特性，可能危害人體健康[23]。

該填埋場內部滲濾液所在的大部分區域高程高于外側四周地面，暴雨等特殊條件下容易引發滲濾液漫流；結合滲濾液中的色度、懸浮物、COD和BOD5等12項指標超標，滲濾液對周邊環境的污染風險較大，滲濾液中的重金屬還可能通過食物鏈的生物放大作用富集到人體內，對人體產生直接或間接的危害[24-25]。

4 結論與建議

(1) 填埋場填埋氣CH4均值為18.0%，超過75%的點位CH4高于5%，安全風險較高；R14、R26、R51等點位惡臭污染比較嚴重。同時，堆體現狀仍具有較高的產氣率。因此，需盡快對CH4和惡臭氣體進行導排和處理，避免其對周圍環境產生影響。滲濾液的色度、懸浮物、COD和BOD5等12項指標超標，且曾發生滲濾液泄漏事件，可能已對周邊水體造成污染。單因子污染指數、綜合污染指數、內梅羅污染指數的評價結果均表明填埋場腐殖土存在重金屬污染，且部分點位存在重度污染，主要污染因子為Cr、Cu、Zn。

(2) 該填埋場整體處于未穩定狀態；同時，腐殖土Cr、Zn、Cd的超標倍數較高，不能將其作為綠化土直接應用到園林綠化。填埋氣和滲濾液污染風險較大，需采取工程措施對其進行收集、處理，避免擴散對周邊環境產生影響。另外，結合后期土地利用規劃，建議對填埋場開展詳細調查和風險評估，調查范圍可延伸至周邊土壤和地下水。