垃圾填埋場地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)及變化特征分析

肖志才 謝天笛 李陽輝 余燕 何春 孟菲 李秋芳

摘 要：以某垃圾填埋場地下水監(jiān)測為例，全面分析評(píng)價(jià)其地下水水質(zhì)特征及水質(zhì)變化趨勢，為研判垃圾填埋場滲濾液滲漏情況和地下水污染情況提供科學(xué)依據(jù)。首先通過單因子指數(shù)法計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，定量化評(píng)價(jià)各監(jiān)測點(diǎn)水樣中的水質(zhì)污染項(xiàng)目及其污染超標(biāo)倍數(shù)；在此基礎(chǔ)上，利用Nemero公式計(jì)算綜合指數(shù)F，得出定性化水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；然后，通過選取具有代表性的監(jiān)測點(diǎn)位，對(duì)兩年監(jiān)測中有普遍超標(biāo)的水質(zhì)項(xiàng)目進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢分析。結(jié)果表明：從2021年和2022年每個(gè)季度共計(jì)8批水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)看，2021年地下水監(jiān)測中超標(biāo)的指標(biāo)主要有TH、TDS、CODMn、NH3-N、VP、Cr6+、FCB和Mn，而2022年在此基礎(chǔ)上超標(biāo)指標(biāo)有所增加，主要為重金屬元素；上下半年水質(zhì)超標(biāo)指標(biāo)存在一定差別，且排水井中超標(biāo)的水質(zhì)指標(biāo)制約了擴(kuò)散井和監(jiān)視井中的超標(biāo)指標(biāo)；排水井的水質(zhì)全年均為極差，擴(kuò)散井的水質(zhì)總體上為較差，而監(jiān)視井水質(zhì)波動(dòng)較大；三類監(jiān)測井的CODMn和Cr6+表現(xiàn)為更好的協(xié)同性，而排水井的TH、TDS和NH3-N起伏變化不同步于擴(kuò)散井和監(jiān)視井，F(xiàn)CB變化沒有呈現(xiàn)規(guī)律性變化。從空間分布看，臨近排水井的擴(kuò)散井比遠(yuǎn)離排水井的監(jiān)視井水質(zhì)總體更差。垃圾滲濾液中不同污染物在地下水運(yùn)移過程可能受到地質(zhì)條件、地下水分布情況、循環(huán)路徑和大氣降水量等因素制約。

關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液；水質(zhì)評(píng)價(jià)；水質(zhì)變化；地下水污染

中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-9655（2024）01-00-06

0 引言

水是生命之源，淡水是人類賴以生存和發(fā)展的最關(guān)鍵因素之一，而地下水是可直接利用的淡水資源的主要來源。人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，導(dǎo)致了生活垃圾的劇增。目前填埋仍是我國處理生活垃圾的主要方式之一[1， 2]。然而，近年來國內(nèi)外垃圾滲濾液污染地下水事件層出不窮，地下水污染問題日益加劇[3-5]。研究表明，垃圾淋濾液中無論是有機(jī)污染物、無機(jī)鹽、金屬離子還是重金屬污染物，均常見不同程度超標(biāo)現(xiàn)象；此外，細(xì)菌、異形生物有機(jī)化合物、感官性狀和其他綜合性污染指標(biāo)也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)[6-9]。

垃圾滲濾液主要有三個(gè)方面的來源形式：一是垃圾本身攜帶的液體，二是大氣降水或地下水以各種方式進(jìn)入垃圾填埋場的淋濾液，三是垃圾分解、反應(yīng)形成的液體。垃圾滲濾液常呈暗褐色，有濃烈的腐化臭味，組分復(fù)雜，毒性強(qiáng)烈，對(duì)土壤和地下水的污染具有隱蔽性和持久性，污染物難降解、難處理且危害巨大[5， 10， 11]。隨著垃圾填埋場防滲襯層出現(xiàn)老化，場內(nèi)滲濾液會(huì)對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境造成了不同程度的污染。因此，本研究以某垃圾填埋場為實(shí)例，對(duì)填埋場附近地下水水質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)檢測，采用科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法，評(píng)估地下水水質(zhì)狀況；通過統(tǒng)計(jì)對(duì)比，分析兩年來填埋場地下水污染因子的變化特征及趨勢，從而提出科學(xué)性結(jié)論和針對(duì)性建議。

1 填埋場概況

垃圾填埋場位于縣城北約12 km處，為縣城居民主要的生活垃圾處理場。場區(qū)面積約10萬m2，設(shè)計(jì)庫容為75萬m3，設(shè)計(jì)使用年限為20a；采用1.5 mm厚HDPE防滲膜單層人工合成材料防滲襯層，防止?jié)B濾液污染地下水；設(shè)置截洪溝、控制工作面、在匯水區(qū)進(jìn)行綠化等方式防止地表徑流進(jìn)入場區(qū)；滲濾液經(jīng)收集系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)節(jié)池，采用兩級(jí)DTRO工藝進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放；最初設(shè)置了1口本底井，1口排水井，2口污染擴(kuò)散井，1口污染監(jiān)視井，后因監(jiān)測需要，先后增加至10口井；于2010年10月建成并投入使用后，按要求在2013年底前補(bǔ)充完成滲濾液處理站建設(shè)，并于2017年底進(jìn)行垃圾填埋場一期工程竣工封場。

填埋場位于低緯度高原季風(fēng)氣候區(qū)，受高山峽谷等因素的影響，氣候垂直分帶明顯，旱澇分明。年平均氣溫15.2℃，年均降雨量939.3 mm，每年6—9月為雨季，占全年降水量的70%以上。所屬縣域地表水系發(fā)育，主要河流有25條，均屬金沙江水系。

2 采樣測試

按照垃圾填埋場監(jiān)督性監(jiān)測相關(guān)要求，2021年和2022年每季度（總計(jì)采樣8批次）對(duì)垃圾填埋場地下水開展監(jiān)測，選用的指標(biāo)測定方法均符合國家、地方或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。測定的化學(xué)指標(biāo)包括pH、總硬度（TH）、總?cè)芙庑怨腆w（TDS）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH3-N）、硝酸鹽（NO3-）、亞硝酸鹽（NO2-）、硫酸鹽（SO42-）、氯化物、揮發(fā)性酚類（VP）、氰化物、Cr6+、氟化物、糞大腸菌群（FCB）、Mn、Hg、As、Pb、Cd、Fe、Cu、Zn等22項(xiàng)。根據(jù)水文地質(zhì)條件、現(xiàn)場調(diào)查情況及監(jiān)測目標(biāo)，選取適當(dāng)?shù)娜狱c(diǎn)位，以獲取最具代表性的地下水樣品。首批檢測數(shù)據(jù)顯示，填埋場地下水監(jiān)測指標(biāo)存在超標(biāo)后，為了進(jìn)一步排查垃圾填埋場地下水水質(zhì)超標(biāo)具體情況，自2021年第二季度開始，增設(shè)擴(kuò)散井及監(jiān)視井?dāng)?shù)量，監(jiān)測點(diǎn)位如圖1所示。

3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)評(píng)價(jià)的目的是了解區(qū)域地下水水質(zhì)的污染現(xiàn)狀和變化趨勢，對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行分類和特征分析，為地下水污染預(yù)防及治理提供有力依據(jù)。本文采用國標(biāo)《GB/T 14848—2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水體指標(biāo)限值進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前常用于地下水的評(píng)價(jià)方法有給定臨界值判定法和函數(shù)法，本文選用前者進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。該方法是把監(jiān)測值與標(biāo)準(zhǔn)值直接進(jìn)行比較分析，用比值或指數(shù)的形式來判定地下水污染程度及水質(zhì)類別。

3.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是將某種污染物實(shí)測濃度與該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類別的方法。一般選擇其中最差的水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別來確定所測區(qū)域水體綜合水質(zhì)類別，而弱化其他因子的作用。通過單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)可確定地下水體中的主要污染因子。該方法可以直觀體現(xiàn)出水質(zhì)指標(biāo)污染程度，并將計(jì)算結(jié)果中最壞的指標(biāo)評(píng)價(jià)級(jí)別作為整體水質(zhì)的評(píng)價(jià)等級(jí)。然而，該方法不能反映整體水質(zhì)，需要與其他方法結(jié)合使用才能更加客觀全面反映水質(zhì)特征。該方法用以下公式表示：

Pi= Ci / Si （1）

式中：Pi—污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，無量綱；Ci—污染物i的實(shí)測濃度，mg/L；Si—污染物的標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。當(dāng)Pi≤1時(shí)，水體未受污染；Pi＞1時(shí)，水體受到污染。Pi越大，污染程度越重。P＞1表示該污染物比III類水差，P＜1則表示該類污染物優(yōu)于III類水。

首先采用《GB/T 14848—2017地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)填埋場地下水2021年和2022年各季度監(jiān)測指標(biāo)的檢測結(jié)果（見附件）進(jìn)行水質(zhì)類型初步判別，再通過計(jì)算，得出填埋場地下水各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)的單因子Pi值，如表1所示。其中，2021年度各監(jiān)測點(diǎn)的pH、Pb、Cd、Fe、Cu、Zn、As、Hg、硝酸、亞硝酸、硫酸、氯化物、氟化物、氰化物均不超過地下水III類水質(zhì)含量，即該指標(biāo)的Pi值均小于或等于1，故不在表1中列出。

通過統(tǒng)計(jì)對(duì)比可見：2021年3月，排水井中有CODMn、NH3-N、FCB和Mn 4項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)；2處擴(kuò)散井中僅有1處Mn超標(biāo)。5月，排水井中有NH3-N、FCB和Mn 3項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；3處擴(kuò)散井中各有2處NH3-N和FCB超標(biāo)；1處監(jiān)視井中見NH3-N和FCB超標(biāo)。7月，排水井中有TH、TDS、CODMn、VP、Cr6+和FCB 6項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；3處擴(kuò)散井中，3處CODMn、2處VP、2處Cr6+和1處FCB超標(biāo)；2處監(jiān)視井中，1處TH、1處TDS、2處CODMn、1處VP、1處Cr6+和2處FCB超標(biāo)。10月，排水井中有TH、TDS、VP、Cr6+和FCB 5項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；2處擴(kuò)散井中有2處NH3-N和2處FCB超標(biāo)；2處監(jiān)視井中，2處NH3-N和2處FCB超標(biāo)。

2022年1月，排水井中有TH、TDS、NH3-N、Cr6+、FCB和Mn 6項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；1處監(jiān)視井中僅有NH3-N超標(biāo)。4月，排水井中有TDS、CODMn、NH3-N、Cr6+、FCB和Mn 6項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；2處擴(kuò)散井中，1處NH3-N和2處Cr6+超標(biāo)；2處監(jiān)視井中，1處TH、2處CODMn、2處Cr6+和2處FCB超標(biāo)。7月，排水井中有TH、CODMn、VP、FCB和Mn 5項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；2處擴(kuò)散井中，2處FCB和1處Mn超標(biāo)；2處監(jiān)視井中，1處CODMn和1處VP超標(biāo)。10月，排水井中有TH、CODMn、NH3-N、VP、FCB和Mn 6項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)；2處擴(kuò)散井中，僅2處FCB超標(biāo)；2處監(jiān)視井中，2處CODMn、2處NH3-N、1處VP、2處FCB和1處Mn超標(biāo)。

可以看出，2021年3月和5月排水井超標(biāo)指標(biāo)相似，而7月和10月排水井超標(biāo)指標(biāo)相似；2022年1月和4月超標(biāo)指標(biāo)相似，而7月和10月排水井超標(biāo)指標(biāo)相似。可見上下半年水質(zhì)超標(biāo)指標(biāo)存在一定差別，并且排水井中超標(biāo)的水質(zhì)指標(biāo)制約了擴(kuò)散井和監(jiān)視井中的超標(biāo)指標(biāo)。

3.2 綜合指數(shù)法

綜合指數(shù)法旨在總體評(píng)價(jià)污染程度，本文在單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用Nemero綜合指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。相比于單因子指數(shù)法，Nemero綜合指數(shù)法重點(diǎn)凸顯污染負(fù)荷較大的因子，且綜合考慮其他水質(zhì)污染影響因子。首先根據(jù)最新的地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)2021年和2022年填埋場地下水樣的22項(xiàng)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐項(xiàng)水質(zhì)類別判定，分別定為I、II、III、VI、V五類，并分別進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)Fi賦值為0、1、3、6、10分；然后利用下列公式計(jì)算Nemero評(píng)價(jià)綜合指數(shù)F：

F= [（F（max）2 + F（avg）2） / 2] 1/2 （2）

式中：F（max）—單項(xiàng)指標(biāo)賦值Fi中的最大值；F（avg）—單項(xiàng)指標(biāo)賦值Fi的平均值。

最后，根據(jù)F值所在區(qū)間，給出綜合評(píng)價(jià)結(jié)論。F＜0.80為優(yōu)良水質(zhì)，0.80≤F＜2.50為良好水質(zhì)，2.50≤F＜4.25為較好水質(zhì)，4.25≤F＜7.2為較差水質(zhì)，F(xiàn)≥7.2則為極差水質(zhì)。對(duì)2021年和2022年各監(jiān)測點(diǎn)8個(gè)批次的數(shù)據(jù)采用Nemero綜合指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，排水井的水質(zhì)全年均為極差；擴(kuò)散井的水質(zhì)總體上為較差，其中位于較高海拔的擴(kuò)散井1和擴(kuò)散井2起初水質(zhì)良好，后轉(zhuǎn)變?yōu)檩^差水質(zhì)，一定程度上反映了水質(zhì)污染加劇的趨勢；監(jiān)視井的水質(zhì)總體為較差，但是監(jiān)視井3水質(zhì)波動(dòng)較大，水質(zhì)良好和極差均有顯示。從水質(zhì)特征的空間分布看，臨近排水井的擴(kuò)散井比遠(yuǎn)離排水井的監(jiān)視井水質(zhì)更差。此外，擴(kuò)散井3、4和監(jiān)視井2、3距離較近，水質(zhì)總體比較接近。因此，在2022年地下水監(jiān)測中加設(shè)了距離較遠(yuǎn)的監(jiān)視井4。從檢測結(jié)果看，監(jiān)視井4的水質(zhì)情況與監(jiān)視井3已有顯著差異。

4 水質(zhì)變化趨勢

選取2021年和2022年比較系統(tǒng)采樣的監(jiān)測點(diǎn)排水井、擴(kuò)散井3、監(jiān)視井3，按時(shí)間順序分為8個(gè)批次，分別對(duì)超標(biāo)比較普遍的TH、TDS、CODMn、NH3-N、Cr6+、FCB等6個(gè)污染項(xiàng)目進(jìn)行超標(biāo)倍數(shù)變化趨勢作圖分析。圖2顯示，隨著季節(jié)變化，常見污染指標(biāo)超標(biāo)倍數(shù)起伏較大，其中排水井中超標(biāo)倍數(shù)總體更大，變化也更顯著。2022年常見污染項(xiàng)目的超標(biāo)倍數(shù)總體大于2021年。在協(xié)變方面，三類監(jiān)測井的CODMn和Cr6+表現(xiàn)為更好的協(xié)同性；排水井的TH、TDS和NH3-N起伏變化不同步于擴(kuò)散井和監(jiān)視井，而后兩者有一致性變化特征；三類監(jiān)測井的FCB變化沒有呈現(xiàn)規(guī)律性變化。此外，2022年監(jiān)測點(diǎn)中出現(xiàn)了比2021年更多的超標(biāo)項(xiàng)目，主要為Hg、Pb、Cr、Fe等重金屬元素。

由此可見，垃圾填埋場已經(jīng)存在滲濾液滲漏情況，對(duì)地下水的污染有加劇的趨勢。值得注意的是，在表2中顯示的監(jiān)視井Nemero綜合指數(shù)計(jì)算結(jié)果，2021年水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較穩(wěn)定，約為4.3，而2022年，監(jiān)視井Nemero綜合指數(shù)總體＞7.2的“極差”水質(zhì)指數(shù)下限。這樣的變化趨勢加強(qiáng)了地下水水質(zhì)惡化的結(jié)論。從隨時(shí)間變化特征上反映不同污染物在地下水運(yùn)移過程中經(jīng)歷顯著差異的水文地質(zhì)過程，垃圾滲濾液污染地下水的過程是緩慢。與排水井水質(zhì)相比，監(jiān)視井的水質(zhì)變化有遲滯性，且還可能受到地下水分布情況、循環(huán)路徑和大氣降水量等密切相關(guān)，導(dǎo)致各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)變化呈現(xiàn)非線性特征。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）單因子指數(shù)法得出垃圾填埋場2021年地下水監(jiān)測中超標(biāo)的指標(biāo)主要有TH、TDS、CODMn、NH3-N、VP、Cr6+、FCB和Mn，而2022年在此基礎(chǔ)上超標(biāo)指標(biāo)有所增加，主要為重金屬元素。

（2）Nemero指數(shù)法綜合評(píng)價(jià)了兩年內(nèi)的地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：排水井的水質(zhì)全年均為極差，擴(kuò)散井的水質(zhì)總體上為較差，而監(jiān)視井的水質(zhì)波動(dòng)較大，水質(zhì)良好、較差和極差均有顯示。從水質(zhì)特征的空間分布看，臨近排水井的擴(kuò)散井比遠(yuǎn)離排水井的監(jiān)視井水質(zhì)更差；擴(kuò)散井3、4和監(jiān)視井2、3距離較近，水質(zhì)總體比較接近。

（3）隨著季節(jié)變化，常見污染指標(biāo)超標(biāo)倍數(shù)起伏較大，其中排水井中超標(biāo)倍數(shù)總體更大，變化也更顯著。在協(xié)變方面，三類監(jiān)測井的CODMn和Cr6+表現(xiàn)為更好的協(xié)同性；而排水井的TH、TDS和NH3-N起伏變化不同步于擴(kuò)散井和監(jiān)視井；三類監(jiān)測井的FCB變化沒有呈現(xiàn)規(guī)律性變化。

（4）2022年監(jiān)測井中常見污染項(xiàng)目的超標(biāo)倍數(shù)總體大于2021年，且超標(biāo)項(xiàng)目較前一年有所增加，有力說明滲濾液滲漏對(duì)地下水的污染有加劇的趨勢。

（5）兩年來各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)變化特征反映，垃圾滲濾液中不同污染物在地下水運(yùn)移過程中經(jīng)歷顯著差異的水文地質(zhì)過程，污染地下水的過程可能受到地下水分布情況、循環(huán)路徑和大氣降水量等因素制約，形成非線性變化水質(zhì)特征。

5.2 建議

（1）垃圾填埋場地下水監(jiān)測結(jié)果顯示垃圾滲濾液已存在污染地下水的現(xiàn)象，需要采取應(yīng)急措施收集污染地下水進(jìn)行水質(zhì)凈化工程。

（2）垃圾滲濾液污染地下水主要源于填埋場防滲層老化破損而滲漏，需要在填埋場開展水文地質(zhì)鉆井勘探，針對(duì)性做好后期防滲工程。

（3）垃圾填埋場地下水監(jiān)測力度仍需加強(qiáng)，地下水污染特征有待深入研究，結(jié)合填埋區(qū)開展水文地質(zhì)調(diào)查和鉆井勘探，力求建立垃圾填埋場地下水污染防控體系。

（4）填埋場封場后采用人工防滲材料和粘土防滲相結(jié)合的頂部防滲蓋層，并盡快做好生態(tài)恢復(fù)，減少雨水侵入，從而減少滲濾液的產(chǎn)生量。

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XIAO Zhi-cai1， XIE Tian-di2， LI Yang-hui2 ， YU Yan3， HE Chun1， MENG? Fei4， LI Qiu-fang4

（1. Lijiang Teachers College， Lijiang Yunnan 674199， China）

Abstract： The study took the groundwater monitoring of a municipal solid waste landfill as an example to comprehensively analyze and valuate the characteristics of groundwater quality so as to provide a scientific basis for the study and judgment of landfill leachate leakage and groundwater pollution. Firstly， the single factor index method was used to calculate the environmental quality of each index， and the water quality pollution items in the water samples of each monitoring point and their pollution multiples exceeding the standard were quantitatively evaluated. On this basis， the comprehensive index F was calculated by Nemerow formula， and the results of qualitative water quality comprehensive evaluation were obtained. Then， water quality trends were analyzed through selecting exceeding item of the representative monitoring points in two years. The results showed that from a total of 8 batches of water quality monitoring data per quarter in 2021 and 2022， the indicators exceeding the standard of groundwater monitoring in 2021 mainly included TH， TDS， CODMn， NH3-N， VP， Cr6+， FCB and Mn. On this basis， the indicators exceeding the standard in 2022 were increased， mainly heavy metal elements. There were some differences in the index of water quality exceeding the standard in the last and the second half of the year， and the index of water quality exceeding the standard in the drainage well restricted the index of water quality exceeding the standard in the diffusion well and the monitoring well. The water quality of the drainage well was very poor all year round， the water quality of the diffusion well was generally poor， and the water quality of the monitoring well fluctuated greatly. CODMn and Cr6+ of the three types of monitoring wells showed better coordination， while TH， TDS and NH3-N fluctuations of the drainage Wells were not synchronized with those of the diffusion wells and monitoring wells， and FCB changes did not show regular changes. From the spatial distribution， the water quality of the diffusion well near the drainage well was worse than that of the monitoring well far away from the drainage well. The migration process of different pollutants in landfill leachate may be restricted by geological conditions， groundwater distribution， circulation path and atmospheric precipitation.

Key words： landfill leachate; water quality assessment; water quality variation， groundwater pollution

收稿日期：2023-01-09

基金項(xiàng)目：云南省教育廳科學(xué)研究（2023J1763）。

作者簡介：肖志才（1988- ），男，彝族，云南麗江人，博士研究生學(xué)歷，講師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)資源與環(huán)境。