广州垃圾填埋场周围水体中PAHs和PAEs的污染特征

陈迪云, 龚　剑, 褚红榜

(广州大学 a.环境科学与工程学院; b.广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室, 广东 广州　51006)



广州垃圾填埋场周围水体中PAHs和PAEs的污染特征

陈迪云a,b, 龚剑a,b, 褚红榜a

(广州大学 a.环境科学与工程学院; b.广东省放射性核素污染控制与资源化重点实验室, 广东 广州51006)

目前填埋处置仍是城市生活垃圾处理的主要措施之一,而填埋处置产生的垃圾渗滤液可能对填埋场周围水体产生有机物污染.以广州的李坑和兴丰2个代表性的垃圾填埋场为对象，调查垃圾渗滤液中多环芳烃(PAHs)和邻苯二甲酸酯(PAEs)的浓度水平以及周围水体的污染特征.结果表明，李坑和兴丰2个填埋场渗滤液中的PAHs和PAEs的浓度高，∑PAHs和∑PAEs平均值分别为417和180 μg·L-1.周围水体样品中均检出PAHs和PAEs，其中∑PAHs浓度为1.4～2.8 μg·L-1，平均值为2.0 μg·L-1；∑PAEs浓度为1.1～7.4 μg·L-1，平均值为2.4 μg·L-1.地下水体中的PAHs和PAEs的浓度沿地下水流动方向降低.填埋场周围地表水、地下水和渗滤液中的PAHs和PAEs成分组成特征和变化规律表现出较好的一致性，揭示了3者的同源性.

垃圾渗滤液； 多环芳烃； 邻苯二甲酸酯； 水体污染

许多国家仍然采用填埋方式处置城市生活垃圾，而填埋产生的渗滤液中含有大量的持久性有机物(Persistent Organic Pollutants, 简称POPs)，PAHs和PAEs是其中2类典型POPs，部分的PAHs和PAEs化合物被美国环保署列为优先控制污染物[1].渗滤液中POPs的迁移与扩散可能导致周围水体和土壤的污染.研究发现垃圾填埋场渗滤液中的PAEs是周围环境中PAEs的重要来源之一[2]，例如，Cllalle湖水明显受到了附近垃圾填埋场渗滤液的POPs的污染[3].此外，填埋场性能仿真模型研究也揭示填埋场渗滤液如果不妥善处理，会对周边环境造成潜在危害[4].

目前有关的研究主要集中在垃圾渗滤液中POPs的特征分析，通过对垃圾填埋场渗滤液以及周围土壤的PAEs的调查[5-7]，发现垃圾渗滤液的PAEs浓度高，对周围土壤形成了污染.关于垃圾渗滤液中的POPs对周边水体会产生什么影响，目前的研究尚显不足.本文以PAHs和PAEs这2类典型的POPs为目标物，研究其在垃圾填埋场渗滤液中的浓度水平以及对周围水体污染的行为.

1　样品与方法

1.1研究对象

广州主要有老虎窿、李坑、大田山和兴丰等4个垃圾填埋场.其中，前3个填埋场已陆续填满封场，目前仅有兴丰垃圾填埋场还在运行.选择李坑和兴丰2个垃圾填埋场为研究对象，分别代表封场和运行的填埋场，探究广州垃圾填埋场渗滤液中PAHs和PAEs 对周围水体的污染行为.16种PAHs目标物分别为萘(Nap)、苊(Ace)、二氢苊(Acy)、芴(Flu)、菲(Phe)、蒽(Ant)、荧蒽(Fla)、芘(Pyr)、苯并(a)蒽(BaA)、屈(Chr)、苯并(b)荧蒽(BbF)、苯并(k)荧蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、茚并[1,2,3-cd]芘(Inp)、二苯并(a,h)蒽(DBA)、苯并(g,h,I)苝(BgP).5种PAEs目标物分别为邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸二辛酯(DNOP).

李坑垃圾填埋场位于白云区龙归镇，于1992年建成投入使用，2004年封场.该场共填埋垃圾884.6 万t.兴丰垃圾填埋场位于白云区太和镇，于2001年开始使用.目前全市85%垃圾运往该场填埋.至取样时(2011年)已累计填埋处理生活垃圾超过2 000 万t.

1.2样品的采集与保存

共采集水样20件，其中垃圾渗滤液样品2件(1#和2#)、地表水5件(3#～7#)和地下水13件(8#～20#).采样点的布置充分考虑了水系分布和空间分布均匀性，具体分布位置见图1.样品采集、运输和保存都严格参照国家标准进行.地下水的采样信息见表1.

图1　采样点位置图

Table 1The description of the sampling sites for groundwater

编号水井类型水源类型井深/m与垃圾填埋场的距离/m地下水流动方向8居民水井第四系孔隙水20350下游9居民水井第四系孔隙水301800上游10居民水井第四系孔隙水15200上游11水质监测孔钻孔-裂隙水60200上游12水质监测孔钻孔-裂隙水55200下游13居民水井第四系孔隙水222500下游14居民水井第四系孔隙水182000下游15居民水井第四系孔隙水231500下游16水质监测孔钻孔-裂隙水60350下游17水质监测孔钻孔-裂隙水601000上游18水质监测孔钻孔-裂隙水35100上游19水质监测孔钻孔-裂隙水40150下游20居民水井第四系孔隙水23200下游

1.3样品测定

由于垃圾渗滤液样品中持久性有机物浓度过高，分析之前采用离子水进行了相应的稀释.分别取垃圾渗滤液稀释样、水体样品各80 mL，置于100 mL烧瓶中，并通过加入已知量的氢同位素标记的回收率指示物(Phe-d10、DBP-d4)来监控实验过程，保证测定数据的可靠性.利用固相萃取法富集样品中的目标物，并采用气相色谱-质谱(7890A-5975C，安捷伦公司)方法定量分析各目标物[5-8].Phe-d10、DBP-d4的回收率分别在86%～112%和78%～110.8%之间，相对标准偏差(RSD)均小于15% (n=3)，表明该方法具有良好的准确度和重现性.

2　结果与分析

2.1垃圾填埋场渗滤液中的PAHs和PAEs

垃圾渗滤液的PAHs浓度见表2，李坑和兴丰2个垃圾填埋场的垃圾渗滤液中的16种PAHs的总浓度(∑PAHs)分别为419 μg·L-1(1#)和416 μg·L-1(2#)，该浓度水平是国际饮用水标准(200 ng·L-1)的2 000多倍.如果对其不妥善处理，垃圾渗滤液将成为POPs严重的污染源.

表2　垃圾渗滤液中多环芳烃的浓度

垃圾渗滤液中的5种常见PAEs的浓度见表3.李坑和兴丰垃圾填埋场渗滤液中的5种PAEs的总浓度(∑PAEs)分别为149 μg·L-1(1#)和220 μg·L-1(2#)，平均值高达180 μg·L-1，与北京某垃圾渗滤液浓度(222 μg·L-1)和武汉垃圾填埋场渗滤液的平均浓度(239 μg·L-1)相当[7].其中，2#兴丰场的总浓度(220 μg·L-1)是1#李坑场总浓度(149 μg·L-1)的1.5倍.其原因可能是李坑7a前已经封场，PAEs类物质输入逐步降低的缘故，而兴丰场仍在使用中，不断有产生PAEs的物质填埋.

表3　垃圾渗滤液中邻苯二甲酸酯的浓度

通过对照广州城市生活垃圾组分与垃圾渗滤液中的PAEs各组分的含量发现(图2)，渗滤液中PAEs各组分中含量最高的为DBP，其次为DEP.在广州填埋场垃圾成分中塑料及纸类物质占到垃圾总量的24%，而渗滤液中PAEs中的DBP和DEP含量也相对较高，说明塑料和纸类可能是DBP和DEP的主要贡献者，这一结果也与相关研究结果相吻合[9].

2.2垃圾填埋场周围水体中PAHs的污染状况

2.2.1垃圾填埋场周围水体中PAHs的含量分布

垃圾填埋场周围水体中的PAHs见表4.除苯并[a] 蒽和屈未检出外，其他14种PAHs在水样中均有检出，∑PAHs(14种)浓度为1.4～2.8 μg·L-1，平均值为2.0 μg·L-1.

地表水和地下水样品的PAHs总量都低于水生动植物的半致死剂量(LC50，10 μg·L-1)[10]，

图2　广州市生活垃圾的组成与填埋场渗滤液的PAEs组分

Fig.2The constitution of municipal solid waste and PAEs of leachates

因此,对于生活在该区域的水生动植物而言风险较低.但渗滤液低分子量的PAHs含量较高，而低分子量的PAHs含量的毒性往往高于高分子量的毒性，对此应格外引起关注.垃圾填埋场周围水体中检出的∑PAHs远高于国际饮用水标准0.20 μg·L-1，因此水体中的PAHs对当地居民的身体健康仍具有较高的风险.

2.2.2垃圾填埋场周围地表水的PAHs

2个填埋场周围的地表水体(3#～7#)的∑PAHs浓度范围为2.0～2.3 μg·L-1(表4)，远高于重庆主城区长江和嘉陵江的∑PAHs浓度(0.14～1.5 μg·L-1)[10].其中4号水样的∑PAHs浓度最高，该点是离填埋场最近样品点.地表水体中∑PAHs浓度的升高可能与垃圾在运输过程中散落、渗滤液在地表漫流的流入以及渗滤液在表层土壤中运移渗透等作用有关.李坑场地表水体的∑PAHs浓度明显高于兴丰地表水的∑PAHs浓度，可能与李坑垃圾填埋场运行时间早、周围水体受污染的时间长有关.

表4　垃圾填埋场水体中PAHs的含量分布

nd 表示未检出.

2.2.3垃圾填埋场周围地下水的PAHs

李坑场地下水体样品中(8#～14#)的∑PAHs浓度变化范围为1.4～2.5 μg·L-1，平均值为2.0 μg·L-1(表4)；兴丰场地下水体样品中(15#～20#)的∑PAHs浓度变化范围为1.8～2.3 μg·L-1，平均值为2.1 μg·L-1.李坑垃圾场∑PAHs浓度最高的点为样品12#(2.6 μg·L-1)，采样点8#(2.5 μg·L-1)次之，这2个样品的采样点都位于垃圾场的地下水流的下游，12#是填埋场东北部200 m处的监测钻孔样品，8#则为北部居民水井.相较而言，浓度最低的11#采样点(1.4 μg·L-1)位于垃圾场地下水流的上游，是距填埋场南部200 m远处的水质监测钻孔.采样点13#和14#浓度略高于采样点11#，它们均为离李坑填埋场较远(2 000 m)的水井.以上结果表明，李坑填埋场地下水体的污染主要出现在垃圾场地下水的下游方向，而且随离填埋场的距离增加，地下水持久性有机物的污染程度降低.兴丰场地下水16#点为兴丰场北部350 m处的地下水质监测钻孔，该点亦处于填埋场地下水下游的位置，∑PAHs浓度亦相对较高(2.30 μg·L-1)，而其它样品(15#、17#～20#)的∑PAHs浓度则基本相当.

2.3垃圾填埋场周围水体中PAEs的污染状况

2.3.1垃圾填埋场周围水体中PAEs的含量分布

周围水体18个样品中的PAEs检测结果见表4，所有样品中均检出PAEs.∑PAEs浓度范围为1.1～7.4 μg·L-1，平均值为2.4 μg·L-1.

2.3.2垃圾填埋场周围地表水中的PAEs

2个垃圾填埋场周围地表水中(3#～7#)的∑PAEs浓度为1.08～2.6 μg·L-1, 比重庆主城区长江和嘉陵江的∑PAEs浓度变化范围小(0.05～10 μg·L-1)[10]，但2者的平均含量相当(表5).

就地表水而言，随采样点距填埋场的距离的增加，李坑场地表水体中(3#～5#)的∑PAEs浓度从2.2 μg·L-1减少到1.1 μg·L-1，下降了50%(表5)；对于兴丰场，7#地表水体样的∑PAEs浓度高于6#样品的∑PAEs浓度，7#样的∑PAEs约为6#样品的1.5倍.6#的采样位置位于填埋场地表水上游方向，而7#取样点则位于填埋场地下水的下游方向.这说明地表水受到了垃圾渗滤液的PAEs的污染，而且污染物可能随水流动而迁移扩散.

表5填埋场周围水体中的PAEs的浓度

Table 5The concentration of PAEs in water around landfill sites μg·L-1

nd 表示未检出.

2.3.3垃圾填埋场周围地下水中的PAEs

李坑场地下水中(8#～14#)5种PAE的浓度为0.76～4.33 μg·L-1，相对高于地表水中的∑PAEs浓度，其中最高的为8#样品(4.3 μg·L-1，表5)，该采样点是位于垃圾填埋场东北部350 m处，处于地下水流向的下游方向.浓度最低的13#点(0.76 μg·L-1)则是位于李坑场东部2 500 m处一居民水井.

兴丰场地下水中(15#～20#)∑PAEs浓度1.33～7.36 μg·L-1(表5).最高的点为16#点(7.4 μg·L-1)，该点位于垃圾场北部350 m处，为一地下水监测钻孔，处于填埋场地下水下游方向.而浓度最低的15#点(1.3 μg·L-1)，则是位于该填埋场北部1 500 m处一居民水井，亦是处于地下水流动的下游方向.可见，在垃圾场附近(350 m范围内)的地下水的PAEs浓度高，受垃圾渗滤液的有机物污染较严重，且随着离垃圾填埋场距离增加，∑PAEs总浓度有降低的逐势，而到2 500 m处PAEs浓度已大幅度下降.

总体上，李坑周围水体(3#～5#，8#～14#)的∑PAEs浓度在0.76～4.33 μg·L-1之间，平均值为1.85 μg·L-1，各点浓度差异相对较小；兴丰场周围水体(6#～7#，15#～20#)∑PAEs浓度变化范围为1.20～7.36 μg·L-1，平均值为2.53 μg·L-1，其浓度水平较李坑场的高.这可能与李坑垃圾场早已封场，对周围水体污染的贡献逐年减少有关.

3　结　论

(1)李坑、兴丰2个填埋场渗滤液中的∑PAHs的浓度分别高达419 μg·L-1、416 μg·L-1，均超过国际饮用水标准(0.2 μg·L-1)2 000多倍；∑PAEs平均值高达180 μg·L-1，与北京和武汉垃圾填埋场渗滤液的∑PAEs平均浓度相当.

(2)所有的水体样品中均检测到PAHs和PAEs，其中∑PAHs浓度为1.4～2.8 g·L-1，平均值为2.0 μg·L-1；∑PAEs浓度分别为1.1～7.4 μg·L-1，平均值为2.4 μg·L-1.

(3)填埋场下游水体的∑PAHs和∑PAEs的浓度明显高于上游水体，且随着离填埋场距离的增加，∑PAH与∑PAEs的浓度呈下降趋势.

(4)李坑、兴丰2个填埋场周围地表水体和地下水都受到了渗滤液中的PAHs和PAEs的污染，且污染物随着水体流动而迁移与扩散.附近居民水井的∑PAHs浓度远高于国际饮用水标准，因此，PAHs污染对当地居民的身体健康形成了一定的危害.

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【责任编辑： 陈钢】

The characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons and phthalate esters in the water around landfills of Guangzhou city

CHEN Di-yuna,b, GONG Jiana,b, CHU Hong-banga

(a. School of Environmental Science and Engineering;b. Province Radioactive Pollution Control and Resource Reuse Key Laboratory, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

Landfill is regarded as one of the main approach for municipal solid waste treatment for its mature technology and economy all over the word. However, the landfill sites will produce leachates which contain abundant organic pollutants and may cause serious pollution to water around the Landfill. Two landfills—Likeng and Xingfeng in Guangzhou city were chosed for investigating. By analyzing the content and distribution of two typical persistent organic pollutants— polycyclic aromatic hydrocarbons and phthalate esters in leachate, surface and underground water around the landfill sites, their pollution characteristics were estimated. The results showed that the concentration of ∑PAHs and ∑ PAEs in all the leachate samples was high and with mean values of 417 μg·L-1and 180 μg·L-1respectively. PAHs and PAEs were detected in all the water samples taken from the Likeng and Xingfeng landfills. The concentration of ∑PAHs was 1.4～2.8 μg·L-1，with mean value of 2.0 μg·L-1. The concentration of ∑ PAEs was 1.1～7.4 μg·L-1，with mean value of 2.4 μg·L-1. The concentration of ∑PAHs and ∑PAEs in underground water decreased as they moved away from the landfill sites.The similar characteristics of constituents and changes in PAHs and PAEs in surface water, underground water and the leachates indicated that these organic pollutants came from the same source.

leachate; PAHs; PAEs; water pollution

2016-03-16;

2016-06-20

国家自然科学基金资助项目(U1501231，41372364)；广东省重点平台认定资助项目(2012A061400023)

陈迪云(1964-)，男，教授，博士.E-mail:cdy@gzhu.edu.cn

1671- 4229(2016)04-0067-06

X 131.3

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