基于综合评分法筛选填埋场周边浅层地下水优控有机污染物研究*

徐 伟 李 斐 陈 锐

(1.上海申环环境工程有限公司,上海 200092;2.上海建工环境科技有限公司,上海 200063;3.浙江省生态环境科学设计研究院,浙江 杭州 310007)

填埋场作为固体废物最终处置场所之一[1]3026,已成为我国地下水污染防治研究的重点区域[2]65,浅层地下水作为第一稳定隔水层顶板以上潜水,接受大气降水补给、与周边水力联系、污染迁移转化最为密切,填埋场渗滤液通过包气带吸附、降解、挥发等作用最先进入浅层地下水形成污染[3-6],[7]14,污染涉及有机物类、重金属类等多种类型[8]2540-2541,有机物类污染研究区别于其他类型,主要体现在3点:(1)现有研究主要集中于重金属类等领域,有机污染物研究缺乏[2]66,在安全填埋场的研究更是少于生活垃圾填埋场[9]111。胡勇等[10]研究发现杭州某安全填埋场现状铬浓度下3～40 a期间存在地下水污染风险,商均明[7]26研究了苏州某危废安全填埋场地下水中氟化物、汞、铬的污染风险;蔡雄飞等[8]2540研究山谷型生活垃圾填埋场地下水中4项重金属、氟化物、BOD5、COD的污染特征;梁雨等[11]研究了赤峰生活垃圾填埋场地下水中总大肠菌、氟化物等因子的污染特征。(2)有机污染物本身具有数量多、中间产物多、环境风险高的特点,使得检测难以涵盖所有有机污染因子,有机污染因子常分为挥发性有机物(VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)、有机农药、石油烃类等类型[12]。胡馨然等[1]3029统计已有生活垃圾填埋场地下水污染数据发现,有机物检出数量约占检出污染物总数的65%以上;霍云剑等[9]116发现上海某生活垃圾填埋场周边地下水中检出的7种有机污染物含量明显高于背景值,且对地下水的影响明显高于地表水。(3)有机污染因子存在识别难以准确的现状,在危废填埋场中有机污染物以有机物类别或与其他重金属废物伴随出现在填埋入库名录中,如含铬废物(HW21)、含砷废物(HW24)、有机废液(HW06)、焚烧处置残渣(HW18)等[13];在生活垃圾填埋场,难以识别垃圾中伴生的有机污染物,如厨余油烟残渣中苯并(a)芘(BaP)等[9]114,[14]。

优控有机污染物(PCOPs)的筛选研究是优控污染物(PCPs)在有机污染物领域的细化[15]800-801,综合评分法作为PCPs筛选方法中应用最为广泛的评价方法之一[16-18],多用于地表水、生活饮用水等水质污染的判定,在填埋场地下水有机污染物筛选方面的研究较少,张鑫等[19]51利用基于潜在危害指数的综合评分法,针对7座焦化厂地下水36种检出的有机物污染因子,筛选出苯等5种PCOPs。综上,本研究基于综合评分法,开展填埋场周边浅层地下水PCOPs的筛选研究,旨在为其污染防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域与样品采样分析

研究区域为长三角某地沿江3座紧邻的山谷型填埋场(A、B、C)集中区(见图1),3座场区总面积约41 hm2,2018—2020年投产,A场为生活垃圾焚烧产生的固化飞灰、炉渣填埋场,现阶段库容41万m3,渗滤液产量为60 m3/d,2018年投产;B场、C场均为危废安全填埋场,库容依次为46.3万、34.6万m3;区域浅层地下水类型主要为潜水,赋存于埋深20 m以内的填土、粉质黏土、含砾石粉质黏土层中。

图1 研究区位置与地下水采样点Fig.1 Location and groundwater sampling points

2021年9月,在A场、B场、C场场界外3～10 m范围布设浅层地下水监测井(W1～W10),监测井埋深5～13 m,稳定水位埋深1～5 m,场区西北侧外约1 km布设对照监测点DW(埋深7.5 m),参照文献[20]至文献[22]进行地下水样品采集、保存、检测分析。

1.2 PCOPs筛选方法

依据地下水污染风险评估中“源—路径—受体”模型[23],构建ITD指标模型。

研究流程:通过环境影响评价报告、排污许可证、历史地下水调查数据、标准规范确定填埋场有机污染物初始名单;通过ITD指标模型分析确定指标权重分值[24];收集污染源污染物资料,细化分级赋值;计算污染物的综合得分,综合得分为源强得分、毒性得分和路径得分的加和[25]72-74;通过K均值聚类分析的分值高低将污染物划分为3个类别等级[25]72,[26]1329-1330,Ⅰ等级的污染物综合得分最高,即高级别优控有机污染物(HPCOPs);Ⅱ等级为中级别优控有机污染物(MPCOPs);Ⅲ等级为低级别优控有机污染物(LPCOPs),流程示意见图2。

1.3 评价因子的获取与分级赋值

1.3.1 源 强

源强由污染负荷指数与历史污染情况共同决定[27],源强得分取污染负荷指数得分和历史污染情况得分的均值。染源负荷指数的评价指标包含污染源释放可能性和渗滤液排放量,对应得分见表1、表2。

表2 渗滤液释放量分级标准Table 2 Leachate release amount classification criteria

历史污染情况以单因子指数、历史污染事件、典型有机污染物3个指标为评分指标[15]802,[19]54,其中,单因子指数是指存在历史检出数据时,历史监测数据最高值与水质标准(参考文献[22]、[28])比值[19]54,[26]1329;典型有机污染物是指填埋场入库固废中的明确入场污染物类别或污染物名称。单因子指数大于100%,或发生污染事件时,历史污染情况均给予最高评分100。

1.3.2 毒 性

毒性常以急性毒性、致癌性两项参数进行表征,毒性得分取急性毒性得分和致癌性得分的均值。其中,急性毒性参数选大鼠经口半致死剂量(LD50),两项参数源于美国国家医学图书馆化学身份证(CHEMIDPLUS)数据库、化学品安全技术说明书(MSDS)、国际致癌研究中心(IARC)的致癌物分类等数据,计算方法参见文献[29]。

1.3.3 路 径

路径由污染物的持久性、迁移性、挥发性共同决定,依次用生物降解性(数据参考文献[29])、有机碳吸附常数(数据参考文献[30])、亨利系数(数据参考文献[12]、[18])表征。路径得分取持久性得分、迁移性得分和挥发性得分的均值。

1.3.4 评价因子分级方法与赋值

将各评价因子划分5个等级:IARC将致癌物分为5类,分别为1、2A、2B、3、4,依次对应1～5等级,对于无IARC致癌性等级的有机物,将其划分在第5等级;对于LD50、生物降解性、有机碳吸附常数、亨利系数等无分类等级的评价因子,依据参数数值按2/3累积秩法分级赋分划分为5个区间等级[29]。

2 结果与讨论

2.1 PCOPs筛选结果

2.1.1 有机污染物初始名单

通过调查资料获取建立时间、产排污信息、入库固废名录、渗滤液产量、历史监测数据,并对比标准规范[31],聚焦排放量较大、具有相应检测方法和筛选值[32]的有机污染物,调查资料包括:环境影响评价报告里原辅料、工艺流程及填埋场建立时间、渗滤液排放量、入库固废名录等信息;排污许可证;历史地下水调查数据;《地下水环境状况调查评价工作指南》附录;《地下水环境监测技术规范》(HJ 164—2020)附录。确定初始名单,共计68种有机污染物,包括《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)中基本项目38项(27种VOCs、11种SVOCs)、其他项目30项(4种VOCs、10种SVOCs、14种有机农药、2种氯苯类)。

2.1.2 评价因子等级确定

依据初始名单中有机污染物的各项参数,并结合1.3.4节所述的分级与赋值方法划分评价因子等级并给予对应赋值,结果见表3。

表3 评价因子等级划分Table 3 Classification of evaluation factors

2.1.3 PCOPs筛选

计算得出污染物综合得分为49.31～167.77,综合得分最高的14种污染物为BaP、滴滴涕(DDT)、五氯酚(PcP)、氯丹(Chd)、七氯(Hep)、苯胺(Ali)、硫丹(Ens)、乐果(Dmt)、茚并(1,2,3-cd)芘(IP)、苯并(k)荧蒽(BkF)、苯并(b)荧蒽(BbF)、苯并(a)蒽(BaA)、1,2,3-三氯丙烷(Tcp)、氯乙烯(Vic),它们对浅层地下水危害最高,罗列于表4。

表4 综合得分靠前的14种污染物Table 4 Top 14 comprehensive score pollutants

2.1.4 PCOPs清单

通过K均值聚类分析将污染物划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这3个等级,依次对应14种HPCOPs、39种MPCOPs、15种LPCOPs,占比依次为20.6%、57.4%、22.0%(见表5);14种HPCOPs的毒性得分整体高于源强得分和路径得分,这14种HPCOPs建议列入“填埋场周边浅层地下水PCOPs清单”。

表5 综合得分聚类分析结果Table 5 Total score clustering analysis results

2.2 结果验证

2.2.1 有机污染物检出情况

地下水样品中检测出11项有机污染因子(6种SVOCs、5种有机农药),检出率为20%～100%,Ali检出率最高(100%),其次为BaP(50%)、BbF(40%)、IP(40%),所有检出含量均未超过文献[28]中的Ⅲ类标准限值与文献[22]中的一类筛选值(见表6)。

表6 有机污染因子检出结果统计Table 6 Organic pollutant factors detection results

2.2.2 PCOPs清单验证

HPCOPs与国内外相关研究清单、标准具有一致性。14种HPCOPs中的11种HPCOPs被列入了中国环境PCPs黑名单(共计68种污染物)、美国环境保护署公布的水环境PCPs名单(共计129种污染物),表明ITD指标模型能客观地筛选出地下水环境中潜在风险较大的有机污染物。

HPCOPs与填埋场浅层地下水污染特征具有一致性。11种检出的有机污染物中含有8种HPCOPs(包括Ali、BaA、BaP、BbF、BkF、IP、Ens、DDT),14种HPCOPs主要是SVOCs、有机农药类,表明填埋场浅层地下水中有机污染主要为SVOCs、有机农药类等。

3 结论与建议

(1) 通过填埋场建立时间、产排污信息、入库固废名录、渗滤液产量、历史监测数据等资料,确定了填埋场浅层地下水有机污染物初始名单,包括31种VOCs、21种SVOCs、14种有机农药类、2种氯苯类。

(2) 基于综合评分法,构建了ITD指标模型,通过划分评价因子等级并给予对应赋值,发现有机污染物的综合得分为49.31～167.77,通过K均值聚类分析从初始名单中筛选出BaP、DDT、PcP等14种HPCOPs、39种MPCOPs、15种LPCOPs,占比依次为20.6%、57.4%、22.0%。

(3) 14种 HPCOPs与国内外相关研究清单、标准、样品检测分析结果具有较好的一致性。

(4) 建议将14种HPCOPs纳入“填埋场周边浅层地下水PCOPs清单”,针对性提出优先污染防控措施。优先污染防控措施主要有两个方面:对于研究缺乏区域,可参照“填埋场周边浅层地下水PCOPs清单”及研究方法,开展先行监测,有效避免因有机污染物检测难以涵盖和识别难以准确而无处着手的监管现状;对于已经开展过填埋场浅层地下水有机污染物研究的区域,进行补充监测,提高监测频次,同时避免过度监测,不断优化填埋场浅层地下水有机污染物污染防控。