某生活垃圾填埋场地下水污染调查及风险评价

李鑫宇

(山东省地质矿产勘查开发局第七地质大队,山东 临沂 276002)

临沂市地下水实际开采总量约40 948.6万m3,地表水实际开采量为124 452.9万m3,采用的供水方式以地表水为主,地下水为辅。地下水资源开采量呈现上升趋势[1]。地下水作为我国饮用水源的重要组成部分,存在环境特殊性,一旦遭受污染,将很难得到有效恢复[2]。城市生活垃圾填埋是目前主要的生活垃圾处理处置方式之一,填埋产生的渗滤液中含有高浓度的污染物,对地下水环境具有一定的污染风险[3]。因此,对生活垃圾填埋场进行必要的污染调查及风险评价,进而进行综合管理是非常必要和重要的。

本文以临沂市兰山区生活垃圾填埋场为研究对象,开展现场勘查、钻探成井及水质检测,深入探究渗滤液对地下水影响的污染特征,评价填埋场及其周边区域的地下水污染风险,为科学管理垃圾填埋场提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 垃圾填埋场基本情况

垃圾填埋场平面布置图及排水系统平面布置图如图1所示。

图1 垃圾填埋场平面布置图及排水系统平面布置图

兰山区垃圾填埋处理场(下称填埋场)位于临沂市兰山区半程镇魏家峪村西460 m,地理坐标为东经118°17′15″～118°18′15″,北纬35°18′41″～35°19′31″。填埋场距临沂市区35 km。场区位于剥蚀平原,地形呈箕形,地貌属剥蚀丘陵,部分小溶沟发育,沟谷下游呈“U”形,上游呈“V”形。地势起伏较大,场区内最大标高处为185 m,最低标高为138 m,高低差47 m。年均降水量790～920 mm。

填埋场区内主要工程设施包括:场区基底处理、垃圾坝、截污坝系统、排洪措施、渗滤水导引设施、沼气导引等。填埋场为柔性填埋场,场区基底由砂质土、花岗石组成,铺设单层人工防渗衬膜;设置垃圾坝,主要是为增大垃圾填埋量,保持垃圾堆存的稳定,防止雨季垃圾被雨水冲出填埋场;截污坝位于垃圾坝外侧40 m处,其二者之间为渗滤水调蓄池,渗滤水是通过垃圾坝下涵管进调蓄池,其结构为钢混凝土结构,在截污坝靠近调蓄池的一侧用单层HDPE膜做防渗防腐层;调蓄池用于储蓄渗滤液,经过长期的存储,其水质趋于稳定化,以便于利用处理,此调蓄池容积为8万m3,池底标高135 m,开挖深度约4 m,池边建有污水泵,靠垃圾坝侧建有安全栏杆。

1.2 场区地质条件

场区内地层岩性由上至下为:第四系黏土、砂土,其厚度约为1.8～10 m,谷顶和谷坡厚度较小,谷底厚度较大,场区边缘因基坑开挖回填大量回填土,回填土成分为黏土、砂土,回填厚度约20 m。下伏古元古代傲徕山超单元蒋峪单元条带状中细粒二长花岗岩,强-中风化层的厚度约1.6～20 m,完整微风化-完整花岗岩未揭穿。

1.3 水位地质条件

如图2所示,根据水文地质勘察资料,结合生活垃圾处理场场址区内含水层的分布特征,查明场区两层含水层,第一层为强-中风化片麻岩含水层,厚度约20 m,地下水类型为裂隙潜水;由于填埋区开挖深度小于10 m,基底为微风化-完整片麻岩区,填埋区对地下水影响以第一含水层为主,结合勘察资料及本次监测井抽水试验计算,综合确定强风化花岗岩的渗透系数为0.3～2.6 m/d,划分为弱透水～微透水层。第二层为完整片麻岩破碎带含水层,破碎带厚度小于10 m,深度约130～140 m,地下水类型为裂隙承压水。大气降水为主要补给来源,排泄以自然径流及蒸发为主,场区地下水在地表经场区下游天然河沟径流至北部蒙河支流。在第一层含水层底部和第二层含水层上部之间连续分布完整花岗岩,构成了相对隔水层,使两层含水层水力联系微弱。地下水流向为自西南向东北。

图2 垃圾填埋场水文地质剖面图

2 地下水污染调查

2.1 监测点布设

按照填埋场水文地质条件、地形条件,结合场区现有监测井,在场区上游、下游及疑似污染区布设监测点。共布设地下水监测点12个、地表水监测点3个、渗滤液监测点1个、排水口监测点1个及土壤监测点7个,见图3。

表1 分析测试指标统计表

2.2 分析测试指标

填埋场填埋物以生活垃圾为主,部分填埋生活垃圾焚烧飞灰,根据《危险废物处置场和垃圾填埋场地下水环境状况调查评估技术指南》及填埋场前期监测超标及污染识别的地下水指标确定的本次监测的分析测试指标[4-5]。其中地下水、地表水、渗滤液监测指标均为63项,土壤监测指标为31项,见表1。

图3 填埋场监测点布设图

2.3 质量评价

2.3.1 地下水质量评价

本次共布设7个浅层裂隙潜水水质监测点位(xj01～xj07),5个中深层裂隙水水质监测点(J01、J02、J03、J06、J07)。检测项目总计63项,16项有机物指标均未检出,本次只对有检出指标进行统计,统计项目47项;本区域地下水开发利用程度低,无集中式饮用水源地,因此本次以《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)的Ⅳ类标准进行评价[6],超标指标主要为氯化物、硫酸盐、硝酸盐(以N计)、氟化物、总硬度(以CaCO3计)、溶解性固体总量、耗氧量(以O2计)、总大肠菌群、锰、铅。超标指标多为常规监测指标。评价方法采用单项组分评价法[7],按单指标评价结果最差的类别确定单井水质类型,其中深层地下水J01、J07为Ⅳ类水,J02、J03、J06为Ⅴ类水;浅层地下水xj01为Ⅳ类水,xj02～xj07井为Ⅴ类水,见图4。

图4 填埋场地下水质量评价图

2.3.2 地表水质量评价

本次在区北边界地下水下游径流区250 m处的土山头水库布设了三个地表水监测点,根据地表水环境质量标准(GB 3838—2002)进行评价[8],Ⅴ类水指标为总氮。

场区位于该地表水体上游,地表水与最近J02、xj05号地下水检测指标进行比对,地表水体钠、镁、钙、硫酸盐、氯化物、重碳酸根、硝酸盐、总硬度及溶解性总固体等指标明显低于地下水体,Ⅴ类水指标总氮明显高于地下水体,地表水体与场区地下水指标无明显关联现象。

从水文地质角度分析,场区地下水对土山头水库有一定补给作用,但由于补给量相对水库总水量来说较少,从水质角度分析,场区地下水尚未对地表水产生污染影响。

2.3.3 土壤质量评价

本次在7个点位采集土壤样品,包括新建井同步取样土壤表层样7个、下游土壤柱状样2个(xj06、xj07)、二噁英样品2个(xj01、xj05),评价土壤质量按照《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)一类用地标准[9],从检测数据得知,所有土壤监测点位均为Ⅰ类,未超出标准值。

3 地下水污染风险评价

地下水污染风险评价的影响因素相对复杂,与污染源性质、水文地质条件、人类活动及风险受体(附近居民、生态环境等)有关,地下水污染程度最直接的体现是受体所受污染风险的大小。垃圾填埋场自身污染和地下水含水层防污性能较差是导致填埋场地下水遭受污染最根本的原因[10-11]。因此通过对填埋场污染特征、地下水脆弱性的研究分析,实现对填埋场污染风险评价。

3.1 地下水污染评价

3.1.1 评价方法

本次调查采用污染指数法对地下水超标指标及检出有机物进行污染评价[11]。

其中:Pki——第k个样品第i个指标的污染指数;

Cki——第k个样品第i个指标的测试结果;

C0——第i个指标的对照值,主要为对照点测试结果;

CⅢ——为所采用的水质评价标准值,本次对超标指标的指数评价采用《地下水质量标准》(GB 14848—2017)Ⅳ类水标准值。

3.1.2 评价结果

本次调查地下水类型分为浅层地下水及深层地下水,填埋场上游xj01监测点作为浅层地下水污染评价对照监测井,深层地下水选择填埋场上游J01监测点作为深层地下水污染评价对照监测井。垃圾填埋场南直线距离5.03 km处有一眼长期水质监测井,该监测井与垃圾填埋场位于同一水文地质单元,均属于曲阜-临沂单沂单斜断陷水文地质亚区的临沂断块岩溶水系统,监测时间2001年06月至2023年06月,将该井的水质监测值作为垃圾填埋场区域水质背景值。

本次检测结果显示,地下水超标指标为:氯化物、硝酸盐(以N计)、硫酸盐、氟化物、总硬度(以CaCO3计)、溶解性固体总量、耗氧量(以O2计)、总大肠菌群、锰、铅。对本次超标指标进行污染评价,采用Kriging插值法制作了单指标污染评价分布图[12],初步分析各指标污染成因,其中常规污染物超标原因主要为农业面源污染、地质原因及填埋场生产活动有关[13-15],特征污染物超标原因为地质条件及焚烧发电厂生产活动[16-17](表2、表3、图5)。

表2 超标指标污染指数统计表

表3 超标污染物分析统计表

图5 单指标污染浓度分布图

3.2 地下水脆弱性评价

脆弱性评价采用DRASTIC模型[18],DRASTIC模型由地下水位埋深(D)、垂向净补给量(R)、含水层厚度(A)、土壤介质(S)、地形坡度(T)、包气带介质类型(I)和含水层渗透系数(C)等7个水文地质参数组成[19]。填埋场各参数及评分情况如下:

地下水位埋深(D):填埋场地下水水位平均埋深2.6 m,该指标评分为9分;

垂向净补给量(R):本区多年平均降水量790～920 mm,取855 mm,粉质黏土降雨入渗系数一般为0.1,垂向净补给量约为85.5 mm/a,该指标评分为4分;

含水层厚度(A):填埋场处含水层岩性为强风化花岗岩,厚度1.6～20 m,该指标评分为9分;

土壤介质(S):填埋场处土壤介质为黏土,该指标评分为2分;

地形坡度(T):填埋场处地形坡度4.43%,该指标评分为7分;

包气带介质类型(I):包气带介质类型黏土,该指标评分为1分;

含水层渗透系数(C):含水层为强风化花岗岩,含水层渗透系数0.3～2.6 m/d,该指标评分为1分。

按照《地下水污染防治分区划分工作指南》推荐的权重计算,填埋场处地下水脆弱性综合指数值DI=9×5+4×4+9×3+2×2+7×1+1×5+1×3=107,地下水脆弱性级别为中等。

3.3 地下水污染风险分析

3.3.1 地下水污染状况风险分析

根据本次地下水检测结果,距场区红线180 m的xj07井仅总硬度超标且污染指数为0.95小于1,距离场区1.35 km的J07井无指标超标,填埋场地下水污染羽已扩散至场区外,但控制在180 m范围内,尚未对下游敏感体村庄产生影响。

根据本次调查结果各监测井的超出Ⅳ类标准的常规污染物为氯化物、硝酸盐(以N计)、硫酸盐、氟化物、总硬度(以CaCO3计)、溶解性固体总量、耗氧量(以O2计)、总大肠菌群及填埋场特征污染物锰、铅,有机物无检出。填埋场超标污染物中的毒理学指标有硝酸盐、氟化物、铅。毒性较大、超标倍数较高的氟化物已超出厂区范围,存在一定风险[20]。

3.3.2 防渗层渗漏风险分析

填埋场为单层人工合成材料防渗衬层,日常未定期开展防渗层的有效性评估,未对填埋区进行防渗性完整性监测。

根据污染识别和本次调查结果,场区上游地下水未受污染,场区内地下水监测点及下游监测点存在污染情况,根据监测点污染指标分布情况,推测填埋场垃圾填埋存在渗漏的可能[21],存在一定风险。

3.3.3 周边敏感受体风险分析

本区地下水主要为浅层碎屑岩类裂隙潜水及深层承压基岩裂隙水,富水性较弱,地下水流向自西南向东北。地下水下游敏感点为双行村,双行村居民生活饮用水均来自地表水库自来水,对周边敏感受体的污染风险较低[22-23]。

本区地下水仅用于农田灌溉,对照《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021),场区外浅层地下水存在氯化物、氟化物等指标超标情况[24-25],如果泄漏范围进一步增加将加剧对周边农田影响,需采取地下水风险管控措施[26]。

综上,基于地下水污染状况、防渗层渗漏和周边敏感受体情况,填埋场地下水污染风险中等[27]。

4 结论与建议

4.1 结论

1)兰山区垃圾填埋处理场地下水主要为浅层碎屑岩类裂隙潜水及深层承压基岩裂隙水,两层地下水之间连续分布完整花岗岩,构成了相对隔水层,使两层含水层水力联系微弱,填埋场影响地下水层位主要为浅层潜水层,强风化花岗岩的渗透系数为0.3～2.6 m/d,为弱透水～微透水层。

2)经调查各监测井的超出Ⅳ类标准的污染物为氯化物、硝酸盐(以N计)、硫酸盐、氟化物、溶解性固体总量、总硬度(以CaCO3计)、耗氧量(以O2计)、总大肠菌群、锰、铅。初步分析各指标污染成因,其中常规污染物超标原因主要为农业面源污染、地质原因及填埋场生产活动有关,特征污染物超标原因为地质条件及焚烧发电厂生产活动。

3)垃圾填埋场含水层脆弱性级别为中等,主要影响因素为地下水位埋深、含水层厚度及地形坡度。结合垃圾填埋场污染状况、防渗层泄漏风险及周边敏感受体风险综合分析,垃圾填埋场地下水污染风险中等,对场区周边地下水已产生一定影响,存在污染风险。

4.2 建议

根据本次调查成果以及存在的地下水环境管理问题,提出以下建议:

1)建立“一企一档”。包括但不限于建设项目环境影响报告、填埋场设计文件、工程地质勘察报告及水文地质勘察报告、现有监测井的情况和历次地下水监测报告、竣工环境保护验收报告、排放污染物申报登记表及排污许可证、地下水监测井设计方案等。后续补充完善垃圾填埋场防渗衬层完整性检测报告。

2)完善长期监测井布设,保留场区原有监测井,将本次新建监测井作为长期监测井,同时在污染羽前缘与敏感受体双行村之间布设地下水监测点,定期开展地下水水质自行监测。

3)增加下游地下水监测频率,污染扩散井和污染监视井的水质监测频率不少于每周一次,对本底井的水质监测频率不少于每个月一次,关注氟化物、锰、铅等指标变化,如果发现指标出现增高趋势,应迅速采取相应管控措施。

4)尽快开展填埋场防渗层渗漏检查,对渗漏区域及地下水影响区域采取相应的管控措施。对发现的破损防渗层尽快开展防渗层改造。每6个月进行一次防渗衬层完整性的监测。