四川红层地区简易垃圾填埋场地下水污染现状调查及防治对策

姚建刚，龙 伟，李清毅，李启彬,2

(1．西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610031；2．四川省高校特种废水处理重点实验室，成都 610068)

1 前 言

随着社会经济的高速发展，人类生活物质水平的不断提高，垃圾产量及填埋场数量亦逐渐提高，垃圾产生的渗滤液渗漏成为地下水的主要污染源之一。简易垃圾填埋场在四川各地方乡镇普遍存在[1]，而露天集中堆放点或简易填埋场产生的高浓度垃圾渗滤液仍会对周边地下水的明显污染[2]。自“四川红层丘陵地区找水打井工程”国家项目的启动后，四川红层地区低渗透地层中赋存的地下水开发利用现状得到解决[3]，简易垃圾填埋场的存在对红层地区居民的饮水安全造成极大威胁，其污染现状监测及防治不可松懈。通过文献调研，关于四川红层地区生后垃圾填埋场污染地下水的研究多关注于正规垃圾填埋场，鲜有系统的针对红层地区的乡镇级简易填埋场地下水污染调查研究。

鉴于此，以四川红层地区某县6座简易垃圾填埋场地下水进行采样、监测及评价，以了解垃圾渗滤液在红层地层中对地下水的影响及污染程度，识别主要特征污染因子，为红层地区生活垃圾简易填埋场封场后的综合治理提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

研究区属四川盆中区红层区域[4]，主要出露地层包括白垩系天马山组(K1t)和侏罗系蓬莱镇组(J3p)，地层以泥岩砂岩互层为主，具有低渗透性，所赋存地下水类型为碎屑岩类浅层风化裂隙水，水位埋深整体介于1.4～11.5m。区内地貌由丘陵、低山构成，整体地势呈西北高，东南低。研究区内各填埋场地形起伏较小，属于丘陵地区中的浅丘地貌，场址依浅丘缓坡而建，附近水系较为发育，其中5#、6#简易填埋场距下游地表水系较近；1#、2#、3#简易填埋场距下游地表水系的呈一定距离；4#简易填埋场距下游地表水较远。研究区地形地貌图见图1，各填埋场主要信息见表1，地下水监测点相对位置示意图见图2。

图1 研究区地形地貌及水系Fig.1 Geomorphology and water system in the study area

表1 XX县6座简易生活垃圾填埋场基本信息Tab.1 The basic information of 6 simple landfills in XX County

图2 地下水监测点相对位置示意图Fig.2 Schematic diagram of relative position of groundwater monitoring points

图2中，JC1为背景值监测井，距离填埋场上游约30～50m范围内；JC2～JC4为污染监测井，位于填埋场边界至下游50m范围内。根据监测井的布设位置及水质监测数据， JC1作为背景值监测井，位于填埋场地下水主径流方向上游，不受填埋场影响，其水质质量情况明显优于下游JC2～JC3；下游污染监测井JC2～JC3受填埋场渗滤液下渗影响，其水质质量已出现明显下降，且地下水污染程度随距离增加呈衰减趋势，即污染程度：JC2>JC3>JC4，主要体现为高锰酸盐指数、氨氮等特征因子浓度逐渐增加。

2.2 样品采集及测试指标

采集6座简易垃圾填埋场周边地下水水样24件。根据《地下水质量标准》(GB/T14848-93)中所罗列指标，同时借鉴《环境影响评价技术导则—地下水环境》(HJ 610-2016)[5]监测因子，选择以下指标作为监测因子：pH、总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、挥发酚、阴离子合成洗涤剂、氨氮、氟化物、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氰化物、铁、锰、铜、锌、铅、镉、六价铬、汞、砷共计22项。

2.3 评价方法

根据地下水质量标准[6]采用综合评价法对填埋场地下水进行质量评价，并采用标准指数法[5]反映地下水的各单项组份的超标情况，利用污染指数Pki法[7、8]进行地下水污染现状评价。

2.3.1 综合评价法

按照《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)进行单项组分评价分类(见表2)，确定Fi后利用公式1，计算得出FI，根据FI值，按表3划分地下水质量级别。

表2 单项组分评价分类Tab.2 Classification of the single component evaluation

表3 地下水质量级别Tab.3 The quality-level of groundwater

(1)

2.3.2 标准指数法：

(2)

式中：Pi为第i个水质因子的标准指数，无量纲；Ci为第i个水质因子的监测浓度，mg/L；Csi为第i个水质因子的标准浓度，mg/L。

2.3.3 污染指数Pki法[8-9]：

(3)

其中：Pki为k水样i指标的污染指数；Cki为k水样i指标的测试结果；C0为k水样无机组分i指标的对照值，有机组分等原生地下水中含量微弱的组分背景值按零计算，背景值中标示ND的指标为未检出值按检出限计算；CⅢ为《地下水质量标准》(GB/T14848-93)Ⅲ类标准。污染指标分级标准见表4。

表4 污染指标分级标准Tab.4 The grading standard of pollution index

3 地下水质量现状评价及污染现状评价

3.1 地下水质量现状评价

生活垃圾填埋场在经过长期的运行及稳定化过程中会产生大量的渗滤液，渗滤液水质复杂，含有各种高浓度的有机物、无机盐以及重金属等污染物[9-10]，渗滤液下渗后，受稀释、吸附、化学反应、生物反应等作用，浓度大幅下降的同时，各污染物的污染程度亦不同[11-12]。

根据对监测结果分析发现，6座简易垃圾填埋场周边地下水中大部分污染物普遍明显高于或远高于背景值，且通过标准指数法评价，填埋场区域地下水中总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮、氟化物、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、铁、锰均有所超标，其中氨氮超标倍数高达115.5倍，超标率83.33%(见表5)。

根据评分法划分水质等级，其中优良指标10项(除铅外的未超标指标)，良好指标1项(铅)，较差指标3项(氟化物、氯化物、硝酸盐)，极差指标8项(总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮、硫酸盐、亚硝酸盐及铁和锰)。6座简易填埋场区域地下水水质为较差～极差(FI=7.10～7.36)，相比于背景井水质的良好～较差(FI=2.15～4.30)，水质质量下降严重(见表6)。韩智勇等认为四川省生活垃圾填埋场地下水综合质量评分FI为6.8(较差)[13]，而本文中所涉及的填埋场均为露天堆放点型，较其他填埋场，其渗滤液下渗更直接且规模更大，因此污染程度较一般填埋场更严重。

表5 各填埋场地下水综合水质评分FITab.5 The comprehensive water quality score FI of each landfill-groundwater

3.2 地下水污染现状评价

为直观反映地下水污染现状，选取地下水质量等级为较差及以上等级，且监测值普遍明显高于或远高于背景值的指标进行污染现状评价，考虑到红层地区地下水因矿物溶滤等因素，其总硬度、溶解性总固体的背景值普遍偏高，甚至超过《地下水质量标准》(GB/T14848-93)中的Ⅲ类标准值，对其进行污染现状评价意义较小，鉴于此，污染现状评价指标如下：高锰酸盐指数、氨氮、氟化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铁、锰(见表7)。

表7 地下水污染现状评价表Tab.7 The assessment of the current pollution status of groundwater

受简易垃圾填埋场的影响，填埋场周围地下水中的高锰酸盐指数、氨氮、氟化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、铁、锰出现了不同程度污染，且都出现Ⅳ级及以上Ⅳ级(较重污染或、严重污染、极重污染)污染，其中仅硝酸盐在地下水中呈未污染程度的比例最好，为66.67%，其余指标未受污染的比例最高仅27.78%，即说明简易填埋场对周边地下水的污染现象极为普遍；氟化物、氯化物和硫酸盐在地下水中污染程度主要集中于轻污染和中污染；高锰酸指数、氨氮、亚硝酸盐、铁和锰在地下水中污染等级较高，污染程度大，其W(Ⅳ-Ⅵ)分别高达38.89%、83.33%、61.11%、44.45%和50.01%，且地下水均受铁、锰污染。

综上，研究区(红层地区)地下水受简易填埋场渗滤液下渗污染程度严重，污染率最高的指标为高锰酸盐指数、氨氮、亚硝酸盐和铁、锰。

4 防治对策

研究区红层多呈泥岩砂岩互层，低渗透性地层，污染物在该类含水层中迁移范围有限，不能快速稀释扩散，降低污染物浓度，其自然恢复时间亦相对更长。同时研究区简易填埋场填埋时长不一，且均为露天堆放点，无任何环保措施，部分填埋场下游还存在敏感保护目标和地表水系，因此针对不同情况的填埋场，可采取以下是防治措施：

4.1 异地处理

异地处理适用于填埋时间短，填埋规模小的填埋场，且下游存在敏感保护目标和地表水系，异地处理既可以节约土地，又可通过分选工艺，获取一定经济利益，彻底消除了原非正规垃圾填埋场对环境造成的污染，但异地处理需考虑运输成本，运输过程中的二次污染及是否有合适的接纳场所。

4.2 就地封场

就地封场适合于无法异地处理，或下游无敏感保护目标和地表水系的填埋场，主要通过地下水的自然恢复达到治理效果。就地封场需建立或完善渗滤液导排处理系统，设置排水沟，雨污分流；若填埋场污染异地处理，且下游存在敏感保护目标和地表水系时，可设置垂直防渗，如防渗帷幕墙系统等措施阻隔地下水向下游迁移，同时需要长期对填埋场周边地下水进行监测。

综上，结合研究区周边无适宜的垃圾接纳场所，建议研究区填埋场实施就地封场，若有必要可设置垂直防渗。

5 结 论

5.1 红层地区生活垃圾简易填埋场地下水主要污染物主要包括总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮、氟化物、硫酸盐、氯化物、亚硝酸盐、铁、锰、锌、砷, 其中污染程度最严重，污染率最高的指标为高锰酸盐指数、氨氮、亚硝酸盐和铁、锰。

5.2 受渗滤液下渗影响，6座简易填埋场区域地下水水质为较差～极差(FI=7.10～7.36)，相比于背景井水质的良好～较差(FI=2.15～4.30)，地下水水质质量下降严重。

5.3 针对研究区填埋场情况，建议就地封场，下游敏感的填埋场可采取垂直防渗措施。

参考文献：

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[3] 陈磊杰. 红层弱含水层地区地下水污染模式及水质管理系统研究[D].成都:成都理工大学,2012.

[4] 黄绍槟,程 强,胡厚田.四川红层分布及工程环境特征研究[J].公路,2005,(5):81-85.

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[6] GB/T14848-93,地下水质量标准[S].

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[13] 韩智勇,许 模,刘 国,等.生活垃圾填埋场地下水污染物识别与质量评价[J].中国环境科学,2015,35(9):2843-2852.