海滨垃圾填埋场渗沥液对地下水系统的污染

资源类型:pdf 资源大小:1.23MB 文档分类:环境科学、安全科学 上传者:王新秋

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【作者】 田扬捷  黄仁华  杨虹  周海燕  李道棠 

【关键词】垃圾填埋场 渗沥液 海水 地下水 污染 

【出版日期】2005-02-15

【摘要】上海老港垃圾填埋场地处海滨,其地下水系统受到垃圾渗沥液和海水的双重影响。为评价由渗沥液所导致的地下水污染,提出了新的评价对照值产生方法,以屏蔽海水的影响。评价结果表明:填埋场地下水系统明显受到垃圾渗沥液污染,主要污染成分是NH3-N、CODMn、重金属Pb和Cd;不同污染成分在地下水系统的空间分布存在显著差异;渗沥液对地下水的总体污染程度正在加重。

【刊名】环境卫生工程

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上海老港垃圾填埋场位于长江口与杭州湾之间的东海之滨,是由不断淤涨延伸的滩涂经围堤而成。该填埋场未设底部防渗系统,而是依靠控制填埋场内水位比外部地下水水位低的办法来缓解地下水污染。综合来看,这种措施很不可靠,地下水系统面临较大的渗沥液污染威胁。为了跟踪了解垃圾渗沥液对周边地下水系统的影响,从1996-1999年,上海市环保部门在老港填埋场周围陆续设置了约20口地下水监测井,并委托上海市环境科学研究院进行地下水质监测,在每年一度的环境质量现状评价中报告地下水的监测和评价结果。2003年度评价结论是:“地下水有被垃圾渗沥液污染的可疑迹象”。但是,从科研的角度来看,这些简单的评价对于揭示垃圾渗沥液对地下水系统的污染现状和规律是不够的。而且由于该地下水系统受到垃圾渗沥液和海水的双重影响,评价的方法和过程也应充分考虑这一因素。在老港填埋场管理部门的大力配合下,我们进行了调查研究工作,希望通过历年地下水监测数据的综合分析,能更有效地评价由垃圾渗沥液所引起的地下水污染,并对污染分布和变化规律进行分析和探讨。1材料和方法1.1监测点地下水监测井分布位置和井深见图1。1.2评价方法1.2.1单因子评价以单因子污染指数大小进行地下水单一污染参数的评价。计算公式犤1犦如下:,图1地下水监测井分布位置CiC0iPi=式中:Pi—地下水中污染参数i的污染指数;Ci—污染参数i的实测浓度(mg/L);C0i—地下水中污染参数i的背景值或对照值(mg/L)。1.2.2多因子评价以综合污染指数进行多因子评价。计算公式犤2如下:,式中:P—地下水综合污染指数;n—污染物种类数;Pi—地下水中污染参数i的单因子污染指数。1.3污染程度分级标准参照相对比较公认的分级标准犤1犦,我们用综合污染指数进行地下水受渗沥液污染程度的等级划分,划分标准如表1所示。2结果和讨论2.1地下水水质总体现状和污染因子的确定我们的主旨是评价垃圾渗沥液所造成的地下水污染程度,评价因子应当能够准确反映垃圾渗沥液的效应。但研究表明,这里的地下水系统同时受到海水的严重影响。为了选择合适的评价因子,首先对该地区地下水系统的水质现状进行了总体评价。将每个监测项目的2002和2003年所有监测数据进行汇总,取平均值,按照GB/T14848-93地下水质量标准和GB3097-1997海水水质标准的指标分别进行归类,评价结果如表2所示。表2表明地下水中SO42-、氟化物、Hg和Zn含量极低,能同时满足地下水和海水的Ⅰ类水质标准,反映了天然低背景含量;测定的氰化物、LAS和挥发酚含量数据只给出了数值范围,水质分类是按照该范围的最大值。这7项参数由于含量太低或数值不明确,不宜作为污染评价因子。地下水的Cl-含量、矿化度和硬度值反映的绝大部分是海水的影响,渗沥液的效应与之相比可忽略,也不适合评价垃圾渗沥液的污染效应。其它的水质参数如CODMn、NH3-N、Cd、Cr6+、Pb、Cu、Ni、As等都是垃圾渗沥液可能的污染成分,其平均含量高于地下水Ⅱ类水质标准,适合作为评价因子进行垃圾渗沥液的污染评价。n1∑P=Pink=1犦2.2污染评价对照值产生方法评价地下水被垃圾渗沥液污染的程度,应采用填埋场兴建前该区域的地下水质背景作为评价标准。由于没有这方面的数据,所以上海市环境科学研究院采用了“地下水流向上游”监测点K的地下水质数据作为对照值,但这种方法存在两个缺陷:1受海潮和降水影响,填埋场区域地下水流向实际是不确定的;2由于地质环境的异质性,不同的监测点即使都未受污染它们之间的水质也存在差别,只用一个点的测定数据作为对照值容易得出片面的评价结论。由于兴建填埋场前海水的影响就已存在,所以在确定各评价因子的对照值时,应充分考虑海水对该地区地下水的背景效应。海水对地下水的影响程度在空间上是有差别的,在时间上也是变化的,所以对于每个反映污染物存在的参数数值,需要弄清海水的影响占了其中多少比例。为了解决这一复杂的问题,我们对环境条件进行了概化,提出了新的对照值产生方法。由于海水中的Cl-含量远远高于地下淡水中的含量,而且Cl-是典型的易迁移离子,可通过其浓度推算出海水与淡水的混合比例。如果知道各评价因子在填埋场附近海域和地下淡水的背景值,对于每个监测点,即可加权计算出海水和地下淡水按一定比例混合后各评价因子的浓度数值。用该值作为地下水污染评价对照值就可以屏蔽海水的污染效应,即:如实测值高于该值,可认为污染是由垃圾渗沥液所造成。我们依据国家海洋局每年颁布的《中国海洋环境质量公报》对填埋场附近海域的海水污染背景值进行调查。历年《公报》显示,填埋场的近海海域属于严重污染区,上海近海海域超Ⅰ类水质标准的污染项目和近年来的浓度最高值分别为:无机氮1.3mg/L、磷酸盐0.042mg/L、油0.07mg/L、铅3.5μg/L,在此基础上我们对各污染因子在填埋场附近海域的背景值进行了推定,见表3。推定的原则是:超Ⅰ类标准的参数以上述最高值为基数乘以系数2(考虑到海岸线附近的海水污染程度在近海海域中较严重),其余参数按海水Ⅰ、Ⅱ类水质标准的临界值。应该说,按该原则所推定的海水背景值已经充分地反映了海水对各评价因子的影响。未受海水污染的地下淡水背景值取GB/T14848-93地下水质量标准Ⅱ、Ⅲ类水质标准的临界值,它反映的是普通地下水化学组分的天然背景含量,见表3。2.3垃圾渗沥液污染的评价结果按上述方法确定了2002年1月25日各监测点评价因子的对照值,如表4所示。于是,相应各监测点的垃圾渗沥液污染评价结果见表5。用同样方法确定了2003年11月12日各监测点的垃圾渗沥液污染评价结果见表6。表5显示:2002年1月25日各监测点的地下水受到垃圾渗沥液不同程度地污染,综合污染指数最高9.25,即超过对照值9.25倍。从单项污染因子来看,地下水的单项污染指数最高的是NH3-N,达到70;其次是CODMn,其污染指数最高为9.7;Cr6+、Pb也存在明显的污染;Cd与对照值相差不大,而Cu、Ni、As含量很低,没有受到污染。与2002年1月25日相比,2003年11月12日的地下水质进一步恶化,几乎所有监测点的污染程度都升级,综合污染指数最高达到32。从单项污染来看,地下水的单项污染指数最高的仍是NH3-N,达到244.5;其次是Cd和Pb,其污染指数最高分别为104和23.7;CODMn仍存在明显的污染;Cu、Ni、As含量明显升高,许多监测点受到污染,但与对照值相差不大;而Cr6+含量下降为低于对照值。对这两批监测数据的评价结果表明,垃圾渗沥液已经对周边的地下水系统造成了严重的污染,污染成分主要是NH3-N、CODMn和重金属。且污染程度正在加重,尤其是重金属的累积特别明。但Cr6+是一个例外,它在地下水中的含量降与其它重金属含量的升高形成了鲜明的对比。们认为,由于Cr6+是强氧化剂,它的降低恰恰映了垃圾渗沥液中还原性污染物的泄漏在增加。.4渗沥液污染在地下水系统的空间分布污染物进入地下水系统后,它的迁移转化是个复杂的物理、化学和微生物分解过程。主要括3方面:对流—弥散迁移;水文地球化学作和生物分解作用。这些过程相互联系、相互制,影响着污染物的最终分布犤3犦。假定污染的平面分布规律是与污染源距离越远污染程度越轻,并用指数衰减方程描述这种变化;在垂向分布上,地下水越深(对于弱透水层上面的潜水层),所蓄积的污染物越多,用截距为0的线性方程加以描述。接下来,分别用综合评价指数和各单因子评价指数按上述变化规律进行拟合,计算得出相关度如表7所示。从表7可见,渗沥液的综合污染指数与以上假定的随深度的线性变化规律完全不相关,这说明并不是所有污染物都存在深度蓄积效应。从各单因子指数来看,CODMn、Pb、Cu和Ni存在这种效应,而NH3-N、As完全不存在,Cd和Cr6+则不明确。综合污染指数在平面分布上与假定的指数衰减规律的相关性也很低,这反映了老港填埋场地区地质环境复杂,地下水流向不确定,而且污染物存在复杂的迁移转化。因为在理想的情况下,即:地质构成均匀,污染物只有迁移弥散而没有转化降解作用,且没有地下水流动时,污染应当能符合与距离之间的指数衰减规律。不同单因子指数的平面分布规律存在明显差异,其中Pb、Cu、Ni、Cr6+和Cd的分布基本满足指数衰减,NH3-N和CODMn相关性极差,而A则完全不相关。由于NH3-N是复杂污染物分解转化的终产物,而CODMn反映的是较易氧化的还原性污染,是复杂污染物转化链的后端物质,它们不符合上述指数衰减规律是可以理解的。2.5渗沥液污染程度随时间的变化图2显示了地下水监测点C的各单因子污染指数随时间的变化。它们的时间变化不仅反映了渗沥液污染程度的变化,而且与季节、降水等因素有关。如:夏季炎热多雨,大量瓜果蔬菜上市,垃圾中有机物和含水量增高,垃圾层内较高的温度加速了微生物对有机成分的降解,再经大量的雨水淋溶,不仅使垃圾渗沥液的污染物浓度加重而且增加了渗沥液的产生量犤4犦;洪水期降水量充足,地下水水位图2监测点C的各因子指数随时间的变化高,对某些污染物又起了稀释作用犤5犦。上述因素错综复杂,表现为各单因子指数随时间的波动,如CODMn、Cu和NH3-N的污染程度虽有变化,但基本稳定。但是,有些单因子指数明显增加,如Pb、Ni、Cd和As,它们的剧增显然不能用季节和降水等因素加以解释,是明显的渗沥液污染。Cr6+于2002年初达到峰值后,污染程度开始明显下降,其中的机制,有待进一步研究。其它监测点各单因子污染指数随时间的变化也呈现出与监测点C类似的情况(数据略)。3结论3.1老港垃圾填埋场周边地下水系统受到了明显的垃圾渗沥液污染,其主要污染成分是NH3-N、CODMn、重金属Pb和Cd。3.2渗沥液不同污染成分在地下水系统的空间分布规律存在显著差异。CODMn、Pb、Cu和Ni存在深度蓄积效应(地下水越深,所蓄积的污染物越多),而NH3-N和As没有这种现象;Pb、Cu、Ni、Cr6+和Cd与污染源距离越远含量越低,NH3-N和CODMn则不一定,而As表现出完全相反的规律。3.3渗沥液对地下水的总体污染程度正在加重。NH3-N、Cu和CODMn的污染程度虽有波动,但基本稳定,没有明显的上升;但是重金属的累积则特别明显,其中Pb和Cd污染已经非常严重,Ni、As也有明显增加。Cr6+是个例外,它的含量先总体上升,然后下降,现已降至污染水平以下。海滨垃圾填埋场渗沥液对地下水系统的污染@田扬捷$上海交通大学生命科学与技术学院!上海200240 @黄仁华$上海环境卫生管理局废弃物处置公司!上海201302 @杨虹$上海交通大学生命科学与技术学院!上海200240 @周海燕$上海环境卫生管理局废弃物处置公司!上海201302 @李道棠$上海交通大学生命科学与技术学院!上海200240垃圾填埋场;;渗沥液;;海水;;地下水;;污染上海老港垃圾填埋场地处海滨,其地下水系统受到垃圾渗沥液和海水的双重影响。为评价由渗沥液所导致的地下水污染,提出了新的评价对照值产生方法,以屏蔽海水的影响。评价结果表明:填埋场地下水系统明显受到垃圾渗沥液污染,主要污染成分是NH3-N、CODMn、重金属Pb和Cd;不同污染成分在地下水系统的空间分布存在显著差异;渗沥液对地下水的总体污染程度正在加重。犤1犦刘兆昌,张兰生,聂永丰,等.地下水系统的污染与控制犤M犦.北京:中国环境科学出版社,1989 犤2犦陆雍森.环境评价犤M犦.上海:同济大学出版社,1999 犤3犦钱云平.地下水系统中污染物的行为特征犤J犦.地下水,1997,19(1):31-33 犤4犦夏立江,许立孝,温小乐,等.城市垃圾渗沥液引起地下水氮污染的研究犤J犦.农业环境保护,2001,20(2):108-110 犤5犦刘长礼,张云,张凤娥,等.北京某垃圾处置场对地下水的污染犤J犦.地质通报,2003,22(7):531-535国家自然科学基金资助项目(2

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