徐州市生活垃圾填埋场地下水典型金属污染物研究

王敏，曹恩伟，朱歆莹，刘莉，刘浩

(徐州环境监测中心站，江苏 徐州 221018 )

徐州市生活垃圾填埋场地下水典型金属污染物研究

王敏，曹恩伟，朱歆莹，刘莉，刘浩

(徐州环境监测中心站，江苏 徐州 221018 )

在对徐州地区生活垃圾填埋场调查分析的基础上，根据填埋特征和地质状况选取4座典型填埋场为调查对象，采用ICP-MS对垃圾渗滤液及地下水中26种重金属进行监测分析。结果表明，在4个垃圾填埋场地下水及渗滤液中ρ(Sr)均相对较高(>700 μg/L)；地下水中金属元素均正在以Ca，Mg为主向Na，Mg为主转化；地下水中Al，B质量浓度大小顺序为Y场(雁群)>S场(睢宁)>C场(翠屏山)>P场(邳州)；4个垃圾填埋场共同典型重金属污染物为Mn，Fe，Zn，Ba；除上述污染物外，Y场地下水潜在典型重金属污染物为Pb和 Mo；S场为Mo和As；C场为Tl和Co；P场为As。

垃圾填埋场；地下水；ICP-MS；典型金属污染物；徐州

随着我国人口增长及生活水平的提高，截至2005年城市生活垃圾产生量已超过1.5亿t/a，且正以8%～10%的速度日益增长[1]。由于垃圾焚烧会带来大气污染[2]，而循环利用、有益处置技术不够完善，填埋仍是我国目前及将来较长时间主要的垃圾处理方式[3]。但垃圾填埋处置对地下水存在潜在的污染风险，地下水循环缓慢，自净能力差[4]，一旦受到污染，难恢复性将制约着人类的生存与发展[5]。

徐州地区作为江苏第二大人口聚集城市，生活垃圾产生量大，正规、非正规垃圾填埋场均相对较多，且地下水仍为该地区饮用水主要来源。因此，开展该地区垃圾填埋场渗滤液及地下水污染特征调查，对其中的多种重金属污染物进行研究，具有重要意义。

1 调查方法

1.1 监测时间

2014年1月4日—2015年1月16日。

1.2 点位布设

依据徐州市及县区垃圾填埋场地质状况、填埋特征等，选取4个最具代表性的生活垃圾填埋场，分别为位于徐州市铜山区大鹏镇310国道南、苏皖边界的雁群生活垃圾卫生填埋场(简称Y场)，位于徐州市云龙区翠屏山北的翠屏山生活垃圾简易填埋场(简称C场)，位于睢宁县官山镇牌坊村104国道西的睢宁生活垃圾卫生填埋场(简称S场)，以及位于邳州市议堂镇彭河南、邳睢路西的邳州生活垃圾简易填埋场(简称P场)。

Y场为非岩溶地区正规生活垃圾卫生填埋场，面积36 hm2，于2005年开始运行，设计服务年限12 a。

S场为岩溶地区正规生活垃圾卫生填埋场，总占地面积为 26.33 hm2，填埋区占地20.16 hm2，设计服务年限15 a(2010—2024年)。

C和P场为岩溶地区简易垃圾填埋场，C场是2006年在翠屏山北坡废采石场(除原始的一层红色黏土外，未采取任何防渗)基础上堆积而成，2008年已封场。

P场为垃圾堆场(未做任何防渗)，20世纪90年代开始堆置，已使用约18 a，目前基本禁用。

根据垃圾填埋场内地下水流场具体情况，在4个垃圾填埋场及附近分别选取4个地下水监测点(上游为1#，下游2#，3#，4#)，具体位置见图1。

图1 4个典型垃圾填埋场分布

1.3 样品的采集

按《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》(GJ/T 3037-1995)，于枯水期(k1，k2)、丰水期(f1，f2)各采集1次；同时分别在场内渗滤液收集池Yw，Sw，Cw，Pw取垃圾渗滤液。同时调查地下水水位、埋深、电导率、氧化还原电位、pH 值等。

1.4 分析方法

1.4.1 仪器

采用美国安捷伦公司电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS 7700)[5]，RF功率为1 550 W，采样深度为8 mm，雾化器温度2.0 ℃，雾化器为同心雾化器、采样锥类型为镍锥；等离子气氩气纯度99.999%、压力0.7 MPa、流量15 L/min；辅助气、载气氦气纯度 99.999%、压力0.05 MPa、流速 1.0 L/min。

1.4.2 试剂

蒸馏水(屈臣氏)；硝酸(优级纯)；安捷伦公司配制的Na，Mg，K，Ca，Fe混合标液(1 000 mg/L)；Be，B，Al，Ti，V，Cr，Mn，Co，Ni，Cu，Zn，As，Se，Sr，Mo，Ag，Cd，Sb，Ba，Ti，Pb混合标液(100 mg/L)；Li6，Sc，Ge，Rh，In，Tb，Lu，Bi混合内标溶液(200 mg/L)；Li，Y，Ce，Ti，Co，Mg混合质谱调谐液(1 μg/L)。

1.4.3 样品预处理

采集的水样通过0.45 μm滤膜过滤，弃去初始的50 mL溶液，收集所需体积的滤液，用HNO3将滤液调至pH值<2。

1.4.4 样品分析

仪器真空度等参数达到要求时氦气吹扫、氩气维护后等离子体点火，用调谐液调整仪器灵敏度、氧化物(156/140≤2%)、双电荷(70/140≤3.0%)、分辨率(在10%峰高所对应的峰宽范围在0.6 ～ 0.8 u范围内)，各项指标达到测定要求，进行试剂空白、标准系列及样品溶液分析。26种金属元素标准曲线的相关系数r> 0.999，RSD<2%，分析结果精密度、准确度、加标回收率等均满足质控要求。

2 结果与讨论

2.1 典型重金属污染物

2.1.1 4个垃圾填埋场地下水污染浓度最高点位不同时期重金属监测结果

4个垃圾填埋场地下水污染值最高点位定期监测结果见表1。

表1 4个垃圾填埋场地下水污染值最高点位定期监测结果① μg/L

①Ag在 20个测点基本均未检出(检出限为0.04 μg/L)，故不做统计；L代表检出限；B代表《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)。

由表1可见，4个垃圾填埋场地下水中16种重金属最高值均出现在下游测点，因其周围大多为农田或居民区，除垃圾填埋场外基本无其他大的污染源，且上游测点地下水中ρ(重金属)均低于下游测点。表明该地区地下水典型ρ(重金属)变化主要源自垃圾填埋场。

ICP-MS的金属检出限均相对较低，灵敏度均相对较高[6]，均能满足分析要求。不同垃圾填埋场枯水期90%以上ρ(重金属)高于丰水期，但不同时期地下水中16种重金属最大值除Mn外均远小于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)(以下简称《生活饮用水》)中相应标准限值。

2.1.2 正规生活垃圾填埋场地下水典型重金属污染物筛选

调查分析认为4个垃圾填埋场地下水中重金属污染主要来自垃圾渗滤液(周围基本无其他大的污染源)，因此可以通过不同垃圾填埋场地下水污染浓度最大点的ρ(16种重金属)同对应垃圾渗滤液中相应元素含量的比值R，建立公式：

R=ρ(i)Nmax/ρ(i)Nw

式中：R——最大质量浓度占比，%；i——16种重金属污染物；Nmax——地下水污染浓度最大点；Nw——同时期对应渗滤液测点。

根据R大小，结合重金属污染特性对4个垃圾填埋场地下水典型重金属污染物进行筛选，通过4个垃圾填埋场4个时期地下水重金属监测结果对比分析，选取k2期地下水污染值最大点作研究对象，统计该时期地下水测点重金属在对应污染源(垃圾渗滤液)中质量浓度占比R，结果见图2。

图2 Y、S场ρ(重金属)占比

由图2可见，Tl，Ti，V，Ni，Cu，Co在2个垃圾填埋场ρ占比均相对较低，均<2% 。Y场地下水ρ(Pb)在相应垃圾渗滤液重金属元素中占比最大，约54%，其他占比依次为Mn(35%)> Zn(16%)> Mo(14%)> Cd(13%)> Fe(12%)> Ba(9%)> Sb(5%)> As(3%)= Cr(3%)。S场地下水中Mn(111%)占比最大，ρ(Mn)远高于相应渗滤液，主要由于地下水Mn背景值相对较高，Ba(82%)次之，Mo(32%)第3，除Tl，Ti，V，Ni，Cu，Co外，Pb，Cd，Cr值也相对较低，约占0%，其他占比分别为，Fe(24%)>As(5%)>Zn(4%)>Sb(2%)。

2.1.3 非正规生活垃圾填埋场地下水典型污染物筛选

C场、P场ρ(重金属)占比见图3。由图3可见，C场、P场ρ(重金属)占比规律为，除As，Tl及Co 3元素外，其他基本一致，均为Mn，Ba占比最高，Pb，Cd，Cr，Ni，Sb，Fe，Cu占比较低，接近0%。C场除Mn(58%)，Ba(59%)污染物外，污染物Tl(14%)占比最大，Co(9%)次之，其他依次为Zn(5%)> Ti(4%)= V(4%)>As(2%)= Mo(2%)。P场除Mn(127%)，Ba(33%)污染物外，污染物As(16%)占比最大，其他污染物Mo，Co，Tl，Ti，V，Zn占比均<3%。

图3 C场、P场ρ(重金属)占比

渗滤液中重金属较高值统计结果见图4。由图4可见，4个垃圾填埋场地下水共同典型重金属污染物为Mn，Fe，Zn，Ba，且S场，C场，P场地下水中Mn均超过《地下水环境质量标准》(GB/T14848-1993)Ⅲ类标准1～3倍，主要由于岩石溶出影响导致地下水背景含量较高，与国内外相关研究结论一致。C场Ti占比偏高主要由于该场位于裸露的岩溶地区，Ti广泛分布于地壳及岩石之中，该地区地下水Ti背景值相对较高所致。除上述污染物外，Y场地下水潜在典型重金属污染物为Pb和 Mo；S填埋场为Mo和As；C场为Tl和Co；P场潜在典型重金属污染物为As，与文献[7-8]调查结果相同。

图4 渗滤液重金属较高值统计

2.2 典型轻金属和非重金属污染物分析

由于4个时期每个垃圾填埋场7种轻金属及2种非金属在渗滤液及地下水中最大质量浓度变化相对重金属其值均较小，故只对1个最不利时期的4个垃圾填埋场进行统计，结果见表2。

由表2可见，Sr和Se在不同垃圾填埋场地下水中含量均呈现一定的规律性，Sr在4个垃圾填埋场地下水及渗滤液中含量均相对较高，Se均相对较低，其在S场和P场垃圾渗滤液中含量相同； S场，C场，P 场地下水中Sr和Se含量均高于Y场，4个垃圾填埋场地下水中ρ(Sr)在相应渗滤液占比较大，大小顺序为：C场(94%)>P场(93%)>S场(73%)>Y场(70%)，结合垃圾填埋场特征分析，溶滤作用可能是影响地下水中Sr含量变化的主要因素。

表2 4个垃圾填埋场渗滤液及地下水非重金属元素分析结果 μg/L

①Se检出限为0.2 μg/L；轻金属污染物Be在16个地下水样中均未检出(其检出限为0.000 1 μg/L)，故不做统计；*单位为mg/L。

由表2中Na，Mg，Ca监测可见，4个垃圾填埋场地下水Na含量最高，Mg次之，Ca含量远小于Na。结合徐州地区多年地下水Ca、Mg含量均相对较高的特征，说明目前4个垃圾填埋场地下水金属元素正均以Ca，Mg为主，向Na，Mg为主转化，与国内外相关研究结论一致，且Y场地下水中Na最大值已超过《生活饮用水》限值(200 mg/L)，初步分析认为由于生活垃圾中含大量餐厨垃圾，渗滤液中Na离子含量相对较高所致。

4个垃圾填埋场地下水中金属元素Al和B最大值均未超出《生活饮用水》限值(0.2 mg/L)，Al和B含量大小顺序均为Y场>S场>C场>P场。

3 结论

(1)不同垃圾填埋场枯水期90%以上重金属质量浓度高于丰水期，16种重金属不同时期地下水最大值除Mn外均远小于《生活饮用水》中相应标准限值。但由于填埋场地水文地质条件及填埋特征(垃圾成分、使用年限、防渗等)，不同垃圾填埋场地下水典型重金属污染物不尽相同；

(2)4个垃圾填埋场地下水共同典型重金属污染物为Mn，Fe，Zn，Ba，且S场，C场和P场地下水中Mn均超过《地下水环境质量标准》(GB/T14848-1993)Ⅲ类标准1～3倍；Y场地下水潜在典型重金属污染物还有Pb和 Mo；S场还有Mo和As；C场还有Tl和Co；P场还有As；

(3)Sr在4个垃圾填埋场地下水及渗滤液中含量均相对较高，其最大值在相应渗滤液中占比大小顺序为C场(94%)>P场(93%)>S场(73%)>Y场(70%)；4个垃圾填埋场地下水金属元素均以Ca，Mg为主向Na，Mg为主转化，且Y场的Na在地下水中最大值已超过《生活饮用水》限值(200 mg/L)；4个垃圾填埋场地下水中金属元素Al和B的最大值均未超出《生活饮用水》限值(0.2 mg/L)，初步分析认为由于生活垃圾中含大量餐厨垃圾，渗滤液中Na离子含量相对较高所致；金属元素Al和B在地下水中含量大小顺序均为Y场>S场>C场>P场，且在正规生活垃圾填埋场地下水中含量要高于非正规填埋场。

[1] 张聪.非正规垃圾填埋场治理踌躇难进[N].中国环境报，2015-06-30(12).

[2] PAN Y，YANG L，ZHOU J，et al. Characteristics of dioxins content in fly ash from municipal solid waste incinerators in China [J]. Shigeo Hosono Chemosphere，2013，92(7)： 765-771．

[3] 周婷婷，林少华，陈忠钰.城市生活垃圾处理现状与对策分析[J].广东化工，2015，42(12)： 146-147.

[4] 杨元丽，杨涛毅，于晓红，等.贵州岩溶地区简易垃圾填埋场对地下水的污染研究[J].地下水，2013，35(3)： 77-80.

[5] 谭波.安全填埋场全生命周期地下水环境健康风险评价[J].环境科学，2014，27： 99.

[6] 马丽娜，陈大伟，蒲俊华，等.电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)同时测定家禽饮用水中 18 种金属元素[J]. 食品安全质量检测学报，2014，5(1)： 259-264.

[7] 吴红雨，黄红，吴敬波，等.淮安市某垃圾填埋场重金属污染现状调查[J]. 环境监控与预警，2014，6(3)： 40-43.

[8] 赵小健.基于Hakanson潜在生态风险指数的某垃圾填埋场土壤重金属污染评价[J]. 环境监控与预警，2013，5(4)： 43-49.

栏目编辑 李文峻

Research on Typical Metal Pollutants in Groundwater near Municipal Solid Waste Landfills in Xuzhou

WANG Min，CAO En-wei，ZHU Xin-ying，LIU Li，LIU Hao

(XuzhouEnvironmentalMonitoringCentralStation，Xuzhou，Jiangsu221018，China)

Based on investigation and analysis of municipal solid waste landfills in Xuzhou area，four typical landfills were selected as the research objects according to geological conditions and landfill characteristics. A total of 26 heavy metals from the waste leachate and groundwater were monitored and analyzed using inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The results showed that the mass concentrations of the Sr element were relatively high (>700 ug/L) in the groundwater and leachate for all four landfills，and that the main elements in groundwater were gradually shifting from Ca and Mg to those of Na and Mg. The mass concentrations of the Al and B elements in groundwater were descending in the order of the Y (Yanqun)，S (Suining)，C (Cuiping Mountain)，and P (Pizhou) landfill. The common typical heavy metal pollutants of the four landfills were Mn，Fe，Zn，Ba. In addition，Pb and Mo were potential typical heavy metal pollutants in the Y landfill groundwater，and for the S landfill，they were Mo and As. Tl and Co were potential typical heavy metal pollutants in the C landfill groundwater，and for the P landfill，it was As.

Landfill； Groundwater； ICP-MS； Typical metal pollutant； Xuzhou

2015-09-01；

2015-09-14

江苏省环境监测科研基金资助项目(1311)

王敏(1982—)，女，工程师，硕士，主要从事大型仪器监测及环境科技期刊编辑工作。

X523

B

1674-6732(2016)01-0051-05