垃圾填埋場地下水水質評價及變化特征分析

肖志才 謝天笛 李陽輝 余燕 何春 孟菲 李秋芳

摘 要：以某垃圾填埋場地下水監測為例，全面分析評價其地下水水質特征及水質變化趨勢，為研判垃圾填埋場滲濾液滲漏情況和地下水污染情況提供科學依據。首先通過單因子指數法計算各項指標的環境質量指數，定量化評價各監測點水樣中的水質污染項目及其污染超標倍數；在此基礎上，利用Nemero公式計算綜合指數F，得出定性化水質綜合評價結果；然后，通過選取具有代表性的監測點位，對兩年監測中有普遍超標的水質項目進行水質變化趨勢分析。結果表明：從2021年和2022年每個季度共計8批水質監測數據看，2021年地下水監測中超標的指標主要有TH、TDS、CODMn、NH3-N、VP、Cr6+、FCB和Mn，而2022年在此基礎上超標指標有所增加，主要為重金屬元素；上下半年水質超標指標存在一定差別，且排水井中超標的水質指標制約了擴散井和監視井中的超標指標；排水井的水質全年均為極差，擴散井的水質總體上為較差，而監視井水質波動較大；三類監測井的CODMn和Cr6+表現為更好的協同性，而排水井的TH、TDS和NH3-N起伏變化不同步于擴散井和監視井，FCB變化沒有呈現規律性變化。從空間分布看，臨近排水井的擴散井比遠離排水井的監視井水質總體更差。垃圾滲濾液中不同污染物在地下水運移過程可能受到地質條件、地下水分布情況、循環路徑和大氣降水量等因素制約。

關鍵詞：垃圾滲濾液；水質評價；水質變化；地下水污染

中圖分類號：X703文獻標志碼：A文章編號：1673-9655（2024）01-00-06

0 引言

水是生命之源，淡水是人類賴以生存和發展的最關鍵因素之一，而地下水是可直接利用的淡水資源的主要來源。人類社會經濟和城市化進程的快速發展，導致了生活垃圾的劇增。目前填埋仍是我國處理生活垃圾的主要方式之一[1， 2]。然而，近年來國內外垃圾滲濾液污染地下水事件層出不窮，地下水污染問題日益加劇[3-5]。研究表明，垃圾淋濾液中無論是有機污染物、無機鹽、金屬離子還是重金屬污染物，均常見不同程度超標現象；此外，細菌、異形生物有機化合物、感官性狀和其他綜合性污染指標也會出現嚴重超標[6-9]。

垃圾滲濾液主要有三個方面的來源形式：一是垃圾本身攜帶的液體，二是大氣降水或地下水以各種方式進入垃圾填埋場的淋濾液，三是垃圾分解、反應形成的液體。垃圾滲濾液常呈暗褐色，有濃烈的腐化臭味，組分復雜，毒性強烈，對土壤和地下水的污染具有隱蔽性和持久性，污染物難降解、難處理且危害巨大[5， 10， 11]。隨著垃圾填埋場防滲襯層出現老化，場內滲濾液會對區域地下水環境造成了不同程度的污染。因此，本研究以某垃圾填埋場為實例，對填埋場附近地下水水質進行系統檢測，采用科學合理的評價方法，評估地下水水質狀況；通過統計對比，分析兩年來填埋場地下水污染因子的變化特征及趨勢，從而提出科學性結論和針對性建議。

1 填埋場概況

垃圾填埋場位于縣城北約12 km處，為縣城居民主要的生活垃圾處理場。場區面積約10萬m2，設計庫容為75萬m3，設計使用年限為20a；采用1.5 mm厚HDPE防滲膜單層人工合成材料防滲襯層，防止滲濾液污染地下水；設置截洪溝、控制工作面、在匯水區進行綠化等方式防止地表徑流進入場區；滲濾液經收集系統進入調節池，采用兩級DTRO工藝進行處理后達標排放；最初設置了1口本底井，1口排水井，2口污染擴散井，1口污染監視井，后因監測需要，先后增加至10口井；于2010年10月建成并投入使用后，按要求在2013年底前補充完成滲濾液處理站建設，并于2017年底進行垃圾填埋場一期工程竣工封場。

填埋場位于低緯度高原季風氣候區，受高山峽谷等因素的影響，氣候垂直分帶明顯，旱澇分明。年平均氣溫15.2℃，年均降雨量939.3 mm，每年6—9月為雨季，占全年降水量的70%以上。所屬縣域地表水系發育，主要河流有25條，均屬金沙江水系。

2 采樣測試

按照垃圾填埋場監督性監測相關要求，2021年和2022年每季度（總計采樣8批次）對垃圾填埋場地下水開展監測，選用的指標測定方法均符合國家、地方或行業標準。測定的化學指標包括pH、總硬度（TH）、總溶解性固體（TDS）、高錳酸鹽指數（CODMn）、氨氮（NH3-N）、硝酸鹽（NO3-）、亞硝酸鹽（NO2-）、硫酸鹽（SO42-）、氯化物、揮發性酚類（VP）、氰化物、Cr6+、氟化物、糞大腸菌群（FCB）、Mn、Hg、As、Pb、Cd、Fe、Cu、Zn等22項。根據水文地質條件、現場調查情況及監測目標，選取適當的取樣點位，以獲取最具代表性的地下水樣品。首批檢測數據顯示，填埋場地下水監測指標存在超標后，為了進一步排查垃圾填埋場地下水水質超標具體情況，自2021年第二季度開始，增設擴散井及監視井數量，監測點位如圖1所示。

3 水質評價

水質評價的目的是了解區域地下水水質的污染現狀和變化趨勢，對地下水水質進行分類和特征分析，為地下水污染預防及治理提供有力依據。本文采用國標《GB/T 14848—2017地下水質量標準》中的Ⅲ類水體指標限值進行評價。目前常用于地下水的評價方法有給定臨界值判定法和函數法，本文選用前者進行水質評價。該方法是把監測值與標準值直接進行比較分析，用比值或指數的形式來判定地下水污染程度及水質類別。

3.1 單因子指數法

單因子指數法是將某種污染物實測濃度與該種污染物的評價標準進行比較以確定水質類別的方法。一般選擇其中最差的水質單項指標所屬類別來確定所測區域水體綜合水質類別，而弱化其他因子的作用。通過單因子污染指數評價可確定地下水體中的主要污染因子。該方法可以直觀體現出水質指標污染程度，并將計算結果中最壞的指標評價級別作為整體水質的評價等級。然而，該方法不能反映整體水質，需要與其他方法結合使用才能更加客觀全面反映水質特征。該方法用以下公式表示：

Pi= Ci / Si （1）

式中：Pi—污染物i的環境質量指數，無量綱；Ci—污染物i的實測濃度，mg/L；Si—污染物的標準值，mg/L。當Pi≤1時，水體未受污染；Pi＞1時，水體受到污染。Pi越大，污染程度越重。P＞1表示該污染物比III類水差，P＜1則表示該類污染物優于III類水。

首先采用《GB/T 14848—2017地下水質量標準》對填埋場地下水2021年和2022年各季度監測指標的檢測結果（見附件）進行水質類型初步判別，再通過計算，得出填埋場地下水各監測點水質指標的單因子Pi值，如表1所示。其中，2021年度各監測點的pH、Pb、Cd、Fe、Cu、Zn、As、Hg、硝酸、亞硝酸、硫酸、氯化物、氟化物、氰化物均不超過地下水III類水質含量，即該指標的Pi值均小于或等于1，故不在表1中列出。

通過統計對比可見：2021年3月，排水井中有CODMn、NH3-N、FCB和Mn 4項水質指標超標；2處擴散井中僅有1處Mn超標。5月，排水井中有NH3-N、FCB和Mn 3項指標超標；3處擴散井中各有2處NH3-N和FCB超標；1處監視井中見NH3-N和FCB超標。7月，排水井中有TH、TDS、CODMn、VP、Cr6+和FCB 6項指標超標；3處擴散井中，3處CODMn、2處VP、2處Cr6+和1處FCB超標；2處監視井中，1處TH、1處TDS、2處CODMn、1處VP、1處Cr6+和2處FCB超標。10月，排水井中有TH、TDS、VP、Cr6+和FCB 5項指標超標；2處擴散井中有2處NH3-N和2處FCB超標；2處監視井中，2處NH3-N和2處FCB超標。

2022年1月，排水井中有TH、TDS、NH3-N、Cr6+、FCB和Mn 6項指標超標；1處監視井中僅有NH3-N超標。4月，排水井中有TDS、CODMn、NH3-N、Cr6+、FCB和Mn 6項指標超標；2處擴散井中，1處NH3-N和2處Cr6+超標；2處監視井中，1處TH、2處CODMn、2處Cr6+和2處FCB超標。7月，排水井中有TH、CODMn、VP、FCB和Mn 5項指標超標；2處擴散井中，2處FCB和1處Mn超標；2處監視井中，1處CODMn和1處VP超標。10月，排水井中有TH、CODMn、NH3-N、VP、FCB和Mn 6項指標超標；2處擴散井中，僅2處FCB超標；2處監視井中，2處CODMn、2處NH3-N、1處VP、2處FCB和1處Mn超標。

可以看出，2021年3月和5月排水井超標指標相似，而7月和10月排水井超標指標相似；2022年1月和4月超標指標相似，而7月和10月排水井超標指標相似?？梢娚舷掳肽晁|超標指標存在一定差別，并且排水井中超標的水質指標制約了擴散井和監視井中的超標指標。

3.2 綜合指數法

綜合指數法旨在總體評價污染程度，本文在單因子指數法評價的基礎上，采用Nemero綜合指數法進行水質綜合評價。相比于單因子指數法，Nemero綜合指數法重點凸顯污染負荷較大的因子，且綜合考慮其他水質污染影響因子。首先根據最新的地下水質量標準，對2021年和2022年填埋場地下水樣的22項水質數據進行逐項水質類別判定，分別定為I、II、III、VI、V五類，并分別進行單項指標Fi賦值為0、1、3、6、10分；然后利用下列公式計算Nemero評價綜合指數F：

F= [（F（max）2 + F（avg）2） / 2] 1/2 （2）

式中：F（max）—單項指標賦值Fi中的最大值；F（avg）—單項指標賦值Fi的平均值。

最后，根據F值所在區間，給出綜合評價結論。F＜0.80為優良水質，0.80≤F＜2.50為良好水質，2.50≤F＜4.25為較好水質，4.25≤F＜7.2為較差水質，F≥7.2則為極差水質。對2021年和2022年各監測點8個批次的數據采用Nemero綜合指數法進行評價，結果如表2所示。

綜合評價結果顯示，排水井的水質全年均為極差；擴散井的水質總體上為較差，其中位于較高海拔的擴散井1和擴散井2起初水質良好，后轉變為較差水質，一定程度上反映了水質污染加劇的趨勢；監視井的水質總體為較差，但是監視井3水質波動較大，水質良好和極差均有顯示。從水質特征的空間分布看，臨近排水井的擴散井比遠離排水井的監視井水質更差。此外，擴散井3、4和監視井2、3距離較近，水質總體比較接近。因此，在2022年地下水監測中加設了距離較遠的監視井4。從檢測結果看，監視井4的水質情況與監視井3已有顯著差異。

4 水質變化趨勢

選取2021年和2022年比較系統采樣的監測點排水井、擴散井3、監視井3，按時間順序分為8個批次，分別對超標比較普遍的TH、TDS、CODMn、NH3-N、Cr6+、FCB等6個污染項目進行超標倍數變化趨勢作圖分析。圖2顯示，隨著季節變化，常見污染指標超標倍數起伏較大，其中排水井中超標倍數總體更大，變化也更顯著。2022年常見污染項目的超標倍數總體大于2021年。在協變方面，三類監測井的CODMn和Cr6+表現為更好的協同性；排水井的TH、TDS和NH3-N起伏變化不同步于擴散井和監視井，而后兩者有一致性變化特征；三類監測井的FCB變化沒有呈現規律性變化。此外，2022年監測點中出現了比2021年更多的超標項目，主要為Hg、Pb、Cr、Fe等重金屬元素。

由此可見，垃圾填埋場已經存在滲濾液滲漏情況，對地下水的污染有加劇的趨勢。值得注意的是，在表2中顯示的監視井Nemero綜合指數計算結果，2021年水質綜合評價指數較穩定，約為4.3，而2022年，監視井Nemero綜合指數總體＞7.2的“極差”水質指數下限。這樣的變化趨勢加強了地下水水質惡化的結論。從隨時間變化特征上反映不同污染物在地下水運移過程中經歷顯著差異的水文地質過程，垃圾滲濾液污染地下水的過程是緩慢。與排水井水質相比，監視井的水質變化有遲滯性，且還可能受到地下水分布情況、循環路徑和大氣降水量等密切相關，導致各監測點水質變化呈現非線性特征。

5 結論與建議

5.1 結論

（1）單因子指數法得出垃圾填埋場2021年地下水監測中超標的指標主要有TH、TDS、CODMn、NH3-N、VP、Cr6+、FCB和Mn，而2022年在此基礎上超標指標有所增加，主要為重金屬元素。

（2）Nemero指數法綜合評價了兩年內的地下水監測數據，結果表明：排水井的水質全年均為極差，擴散井的水質總體上為較差，而監視井的水質波動較大，水質良好、較差和極差均有顯示。從水質特征的空間分布看，臨近排水井的擴散井比遠離排水井的監視井水質更差；擴散井3、4和監視井2、3距離較近，水質總體比較接近。

（3）隨著季節變化，常見污染指標超標倍數起伏較大，其中排水井中超標倍數總體更大，變化也更顯著。在協變方面，三類監測井的CODMn和Cr6+表現為更好的協同性；而排水井的TH、TDS和NH3-N起伏變化不同步于擴散井和監視井；三類監測井的FCB變化沒有呈現規律性變化。

（4）2022年監測井中常見污染項目的超標倍數總體大于2021年，且超標項目較前一年有所增加，有力說明滲濾液滲漏對地下水的污染有加劇的趨勢。

（5）兩年來各監測點水質變化特征反映，垃圾滲濾液中不同污染物在地下水運移過程中經歷顯著差異的水文地質過程，污染地下水的過程可能受到地下水分布情況、循環路徑和大氣降水量等因素制約，形成非線性變化水質特征。

5.2 建議

（1）垃圾填埋場地下水監測結果顯示垃圾滲濾液已存在污染地下水的現象，需要采取應急措施收集污染地下水進行水質凈化工程。

（2）垃圾滲濾液污染地下水主要源于填埋場防滲層老化破損而滲漏，需要在填埋場開展水文地質鉆井勘探，針對性做好后期防滲工程。

（3）垃圾填埋場地下水監測力度仍需加強，地下水污染特征有待深入研究，結合填埋區開展水文地質調查和鉆井勘探，力求建立垃圾填埋場地下水污染防控體系。

（4）填埋場封場后采用人工防滲材料和粘土防滲相結合的頂部防滲蓋層，并盡快做好生態恢復，減少雨水侵入，從而減少滲濾液的產生量。

參考文獻：

[1] 張可心，紀丹鳳，蘇婧，等.垃圾填埋場地下水污染風險分級評價[J].環境科學研究，2018，31（3）：514-520.

[2] 賴江華.生活垃圾填埋場地下水污染控制措施探討[J].低碳世界，2021，11（9）：13-14.

[3] 楊康康，藍俊康.廣西鐘山縣非正規垃圾填埋場地下水污染調查評價與治理[J].地下水，2021，43（1）：4-6.

[4] 梁雨，閆海紅，殷勤，等.赤峰垃圾填埋場地下水污染狀況研究及成因解析[J].環境工程，2022，40（4）：188-195.

[5] 牛毅，李煒，李攻科，等.濱海平原區某生活垃圾填埋場地下水污染修復模擬[J].環境工程，2023（3）.

[6] 韓智勇，許模，劉國，等.生活垃圾填埋場地下水污染物識別與質量評價[J].中國環境科學，2015，35（9）：2843-2852.

[7] 周巧麗，宋玉梅，周漪波，等.廣州市某生活垃圾填埋場空氣及地下水污染狀況分析[J].環境化學，2019，38（4）：760-769.

[8] 黃萌.垃圾填埋場對周邊地下水環境影響研究[D].濟南：山東建筑大學，2016.

[9] 劉兆鑫，蔣曉璐，林冬紅，等.深圳市某正規生活垃圾填埋場地下水水質現狀調查[J].環境保護與循環經濟，2019，39（3）：58-62.

[10] 董軍，趙勇勝，黃奇文，等.用雙層PRB技術處理垃圾填埋場地下水污染的可行性研究[J].環境科學學報，2004，24（6）：1021-1026.

[11] Laner D，Fellner J，Brunner P H.Site-specific criteria for the completion of landfill aftercare [J].Waste Management Research，2012，30（9）：88-99.

Study on Groundwater Quality Evaluation and Variation of Landfill Site： A Case of Municipal Solid Waste Landfill in Western Yunnan

XIAO Zhi-cai1， XIE Tian-di2， LI Yang-hui2 ， YU Yan3， HE Chun1， MENG? Fei4， LI Qiu-fang4

（1. Lijiang Teachers College， Lijiang Yunnan 674199， China）

Abstract： The study took the groundwater monitoring of a municipal solid waste landfill as an example to comprehensively analyze and valuate the characteristics of groundwater quality so as to provide a scientific basis for the study and judgment of landfill leachate leakage and groundwater pollution. Firstly， the single factor index method was used to calculate the environmental quality of each index， and the water quality pollution items in the water samples of each monitoring point and their pollution multiples exceeding the standard were quantitatively evaluated. On this basis， the comprehensive index F was calculated by Nemerow formula， and the results of qualitative water quality comprehensive evaluation were obtained. Then， water quality trends were analyzed through selecting exceeding item of the representative monitoring points in two years. The results showed that from a total of 8 batches of water quality monitoring data per quarter in 2021 and 2022， the indicators exceeding the standard of groundwater monitoring in 2021 mainly included TH， TDS， CODMn， NH3-N， VP， Cr6+， FCB and Mn. On this basis， the indicators exceeding the standard in 2022 were increased， mainly heavy metal elements. There were some differences in the index of water quality exceeding the standard in the last and the second half of the year， and the index of water quality exceeding the standard in the drainage well restricted the index of water quality exceeding the standard in the diffusion well and the monitoring well. The water quality of the drainage well was very poor all year round， the water quality of the diffusion well was generally poor， and the water quality of the monitoring well fluctuated greatly. CODMn and Cr6+ of the three types of monitoring wells showed better coordination， while TH， TDS and NH3-N fluctuations of the drainage Wells were not synchronized with those of the diffusion wells and monitoring wells， and FCB changes did not show regular changes. From the spatial distribution， the water quality of the diffusion well near the drainage well was worse than that of the monitoring well far away from the drainage well. The migration process of different pollutants in landfill leachate may be restricted by geological conditions， groundwater distribution， circulation path and atmospheric precipitation.

Key words： landfill leachate; water quality assessment; water quality variation， groundwater pollution

收稿日期：2023-01-09

基金項目：云南省教育廳科學研究（2023J1763）。

作者簡介：肖志才（1988- ），男，彝族，云南麗江人，博士研究生學歷，講師，研究方向為地質資源與環境。