（环境科学专业论文）某垃圾填埋场附近浅层地下水污染及水环境健康风险评价.pdf

s h a l l o wg r o u n d w a t e rp o l l u t i o nn e a ral a n d f i l ls i t e a n dw a t e re n v i r o n m e n t a lh e a l t hr i s ka s s e s s m e n t a b s t r a c t l e a c h a t ei sak n do ft o x i c ，c o m p o n e n tc o m p l e xa n du n m a n a g e a b l eo r g a n i cw a s t e w a t e r 、杭n lh i 曲c o n c e n t r a t i o n i ti so n eo ft h em a i np o l l u t i o ns o u r c e st ot h es u r f a c ew a t e r a n dg r o u n d w a t e r i t se f f e c t so nt h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n th a v e b e e ng r o w i n gc o n c e r n a s t u d yo nl a n d f i l ls i t ea n dn e a r b ys h a l l o wg r o u n d w a t e rw a sc a r r i e do ni nt h i sp a p e r s u r v e y a n dm o n i t o r i n gw e r ec o n d u c t e d t h ef o r m a t i o na n dc h a n g ec h a r a c t e ro fl e a c h a t ea n d g r o u n d w a t e rc o m p o n e n t sa n dt h ec o r r e l a t i v er e a s o n sc a u s i n gt h i sc h a n g ew e r es t u d i e d g r o u n d w a t e rq u a l i t yn e a rt h el a n d f i l ls i t ew a se v a l u a t e da d o p t i n gt h em e t h o do fs i n g l e c o n s t i t u t ec o m p o s i t i o ne v a l u a t i o n ，g r o u n d w a t e rq u a l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o na n d f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n h e a l t hr i s ka s s e s s m e n tw a sp r e s e n t e da b o u tm a j o r p o l l u t a n t sw h i c he n t e r e dh u m a nt h r o u g hd r i n k i n gi nac o n t a m i n a t e da r e ab e c a u s et h e g r o u n d w a t e rq u a l i t yi sc l o s e l yr e l a t e dt op e o p l e sl i v e s m a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) m o n i t o r i n gr e s u l t ss h o w e dt h a t ：a m m o n i an i t r o g e ni sm a i np o l l u t i o n si nl e a e h a t e ， w h o s ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o na m o u n t e dt o6 5 6 8 m g l t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fi r o n a m o u n t e dt o5 9 7 7m g la n dt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fm a n g a n e s ea m o u n t e dt o 3 1 4 m g l ( 2 ) s h a u o wg r o u n d w a t e rp o l l u t i o nc a u s e db yl e a c h a t ew a sp r i m a r i l yi nt h ef o r m so f a m m o n i an i t r o g e n ，i r o na n dm a n g a n e s ep o l l u t a n t s ：e a c hp o l l u t a n t ( s u c ha sa m m o n i a n i t r o g e n ) w a sm o n i t o r e d3 0t i m e si nf i v em o n t h s t h er a n g eo fa m m o n i an i t r o g e nw a s o 2 6 2 6 8m e d l f i v et i m e se x c e e d e dh e a l t hs t a n d a r d so fd r i n k i n gw a t e r t h er a n g eo fi r o n w a s0 0 0 1 1 2 5 5 2m g l e i g h tt i m e se x c e e d e dh e a l t hs t a n d a r d so fd r i n k i n gw a t e r t h e r a n g eo fm a n g a n e s ew a s0 0 2 2 6 0 2 9 7 0 m g l t w e n t y - f o u rt i m e se x c e e d e dh e a l t hs t a n d a r d s o fd r i n k i n gw a t e r o ) g r o u n d w a t e rq u a l i t yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nr e v e a l e d ：t h e r ew e l e2 4b e t t e r w a t e rq u a l i t y ， 3g o o dw a t e rq u a l i t ya n d3w o r s ew a t e rq u a l i t yi n3 0w a t e rs a m p l e s t h e p e r c e n t a g eo ft h eb e t t e rw a t e rw a s8 0 o ft h et o t a ln u m b e r s a l t h o u g has m a l ln u m b e ro f p o l l u t i o nf a c t o r sw e r ei ne x c e s so fs t a n d a r dt oac e r t a i ne x t e n t ，t o t a l l ya s s e s s m e n ts h o w e d t h a t ：s h a l l o wg r o u n d w a t e rn e a rt h el a n d f i l ls i t ew a sf rf o rd r i n k i n g ( 4 ) f t m z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nr e v e a l e d ：n l en u m b e ro f l e v e lw a t e rw a s2 3 w h i l et h en u m b e ro f l e v e lw a t e rw a s7i n3 0w a t e rs a m p l e s n l cp e r c e n t a g eo fml e v e l w a t e rw a s7 6 7 o ft h et o t a ln u m b e r s ( 5 ) a c c o r d i n gt om o n i t o r i n gr e s u l t s ，t r yt oc r e a t eam o d e o fs h a l l o wg r o u n d w a t e r h e a l t hr i s ka s s e s s m e n tn e a rv i l l a g e so ft h el a n d f i l ls i t e ，硼1 er e s u l t sr e v e a l e d ：n l ea v e r a g e r i s k so fg e n ep o i s o nt oe a c hp e r s o nc a u s e dt h r o u g hd r i n k i n gw a t e rw e r ec r c d ，w h i l e t h ea v e r a g er i s k so fb o d yp o i s o nt oe a c hp e r s o nc a u s e dt h r o u g hd r i n k i n gw a t e rw e r ep b n h 4 十- n h g ，h o w e v e r t h ef o r m e rg r o u pw a sm o r et h a nt h a to f t h el a t t e r 们1 er e s u l t sp r o v i d ei m p o r t a n tr e f e r e n c e sf o rw a t e re n v i r o n m e n tr i s km a n a g e m e n ta n d e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nn e a ral a n d f i l ls i t e k e yw o r d s ：s h a l l o wg r o u n d w a t e rp o l l u t i o n ：w a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t ；h e a l t h r i s k a s s e s s m e n t ；l a n d f i l ls i t e 插图清单 图2 - 1 某垃圾填埋场交通位置图5 图3 1 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液化学需氧量的浓度变化9 图3 2 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液氨氮的浓度变化1 0 图3 3 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液亚硝酸盐氮的浓度变化1 l 图3 4 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液硝酸盐的浓度变化1 2 图3 5 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液铁和锰的浓度变化1 2 图3 - 6 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液铬、铅和镉的浓度变化1 3 图4 1 某垃圾填埋场监测点平面布置图1 4 图4 2 氮在地下水污染系统内的迁移转化2 0 图5 1 线性降半阶函数三种形式3 3 图6 一l 基因毒物质由饮水途径所致健康危害的个人年风险4 0 图6 2 躯体毒物质由饮水途径所致健康危害的个人年风险4 1 图6 3 总的健康危害风险4 1 表格清单 表3 - i 某垃圾填埋场渗滤液主要污染物浓度8 表3 2 某市生活垃圾成分表1 0 表4 - 1 地下水监测采样点1 5 表4 - 2 某垃圾填埋场采样点1 水质监测结果1 6 表4 - 3 某垃圾填埋场采样点2 水质监测结果1 6 表4 - 4 某垃圾填埋场采样点3 水质监测结果1 6 表4 - 5 某垃圾填埋场采样点4 水质监测结果1 7 表4 - 6 某垃圾填埋场附近采样点5 水质监测结果1 7 表4 - 7 某垃圾填埋场附近采样点6 水质监测结果1 7 表4 8 某垃圾填埋场附近采样点7 水质监测结果1 8 表4 9 某垃圾填埋场附近采样点8 水质监测结果1 8 表4 - 1 0 某垃圾填埋场附近采样点9 水质监测结果1 8 表4 1 1 某垃圾填埋场附近采样点1 0 水质监测结果。1 9 表4 - 1 22 0 0 3 年某垃圾填埋场投入使用前污染物浓度1 9 表4 1 3 垃圾渗滤液中重金属的衰减作用2 1 表5 1单项组分评分值2 3 表5 2地下水质量级别划分2 4 表5 34 月份某垃圾填埋场附近各村庄水质评价表2 4 表5 - 45 月份某垃圾填埋场附近各村庄水质评价表2 4 表5 57 月份某垃圾填埋场附近各村庄水质评价表2 5 表5 69 月份某垃圾填埋场附近各村庄水质评价表2 5 表5 71 1 月份某垃圾填埋场附近各村庄水质评价表。2 5 表5 84 月份某填埋场附近浅层地下水水质单项评价结果2 6 表5 95 月份某填埋场附近浅层地下水水质单项评价结果2 6 表5 1 07 月份某填埋场附近浅层地下水水质单项评价结果2 6 表5 1 19 月份某填埋场附近浅层地下水水质单项评价结果2 7 表5 1 21 1 月份某填埋场附近浅层地下水水质单项评价结果：2 7 表5 1 32 0 0 7 年4 月水质评价结果2 8 表5 1 42 0 0 7 年4 月采样水质级别2 8 表5 1 52 0 0 7 年5 月水质评价结果2 8 表5 1 62 0 0 7 年5 月采样水质级别2 8 表5 1 72 0 0 7 年7 月水质评价结果2 9 表5 1 82 0 0 7 年7 月采样水质级别2 9 表5 1 92 0 0 7 年9 月水质评价结果2 9 表5 2 02 0 0 7 年9 月采样水质级别2 9 表5 2 12 0 0 7 年1 1 月水质评价结果3 0 表5 2 22 0 0 7 年1 1 月采样水质级别3 0 表5 2 3 地下水污染因子权重值w i 3 1 表5 2 42 0 0 7 年4 月采样水质级别3 2 表5 2 52 0 0 7 年5 月采样水质级别3 2 表5 2 62 0 0 7 年7 月采样水质级别3 2 表5 2 72 0 0 7 年9 月采样水质级别3 2 表5 2 82 0 0 7 年1 1 月采样水质级别3 2 表5 2 94 月份各村模糊综合评价结果3 4 表5 3 05 月份各村模糊综合评价结果3 4 表5 3 17 月份各村模糊综合评价结果3 5 表5 3 29 月份各村模糊综合评价结果3 5 表5 3 31 1 月份各村模糊综合评价结果3 5 表6 一l2 0 0 7 年某垃圾填埋场附近浅层地下水水质监测数据3 9 表6 2 基因毒物质的化学致癌物致癌强度系数( 食入途径) 3 9 表6 3 躯体毒物质参考剂量r f d ! ( 食入途径) 3 9 表6 4 化学致癌物质饮水途径健康危害的风险4 0 表6 5 躯体毒物质饮水途径健康危害的风险4 0 表6 6 各有毒污染物所致健康危害的总风险4 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金壁王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：丑、i 、三签字日期：沙j 年疹月8 日 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥胆工些态堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权金起王些态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位 论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：受、j 、三 l 签字日期：跏年占月3 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翩签名：郴池 签字日期：撕8 年6 月9 日 电话： 邮编： 致谢 本论文得到国家自然科学基金( 4 0 6 7 2 1 5 4 ) 和教育部新世纪优秀人才支持 计划项目( n c e t - 0 6 0 5 4 1 ) 以及安徽省科技攻关项目( 0 7 0 1 0 3 0 2 1 6 5 ) 的支持， 在此表示感谢。 论文是在导师钱家忠老师的指导下完成的，从论文的选题、构思、写作直 到最终完成，钱家忠老师都给予了我悉心的指导和大力的帮助。导师严谨的治 学态度和活跃的学术思想，使我受益匪浅。在论文完成之际，向导师钱家忠老 师表示真诚感谢和诚挚的敬意。 感谢资源与环境工程学院孙世群老师、汪家权老师、陈天虎老师、彭书传 老师等。感谢垃圾填埋场肖昌苗主任给予的支持和帮助。 感谢父母多年来给予我精神上的鼓励和物质上的支持，特别要感谢我的爱 人解俊侠的鼓励、帮助与支持。 在实验阶段，还得到了李云霞老师、孙玉兵、张瑞钢、杨梅、夏琼、陈舟、覃 华及师弟马雷、师妹王璐璐等帮助，也向他们表示诚挚的谢意。 感谢所有帮助过我的老师和同学。 感谢论文答辩委员会主席、委员对论文的批评和指正。 作者：严小三 2 0 0 8 年5 月 第一章绪论 1 1 课题研究的目的、意义 地下水是人类生命的源泉，随着人类生活质量的不断提高，对其所用的水 质要求也越来越高。与地表水相比，地下水具有时空上分布均匀、稳定、水质 优良等优点，含水介质还对其有保护与净化功能，因而世界上许多地方将其作 为生活供水水源，如法国生活饮用水水源中约5 0 来自开采的地下水；我国许 多城市的地下水开采也属于这一类，如沈阳的浑河水源地、西安的东北郊和沣 河水源地、郑州的九五滩地和马滩水源地、西宁的塔尔水源地和西纳川水源地 等。正因如此，在人类活动异常活跃的今天，地下水质演化及地下水资源保护 的研究越来越得到了人们更多的重视。 目前，地下水中氮污染及重金属污染已经是全球性的环境问题，对地下水 氮污染及重金属污染及其机理的研究已经成为国内外地下水环境问题研究热 点。城市生活垃圾填埋场污染地下水的主要途径是垃圾渗滤液通过包气带下渗 进入地下水含水层，由于其浓度高，流动缓慢，渗漏持续时间长，对周围地下 水和地表水均会造成严重的污染。根据1 9 9 7 年资料，美国共有1 8 5 0 0 个填埋 场，几乎有一半因为垃圾渗滤液对水体产生了污染。我国兰州东盆地雁滩水源 地因垃圾渗滤液污染而放弃；澳门与珠海市交界处的茂盛因垃圾渗滤液的污 染，使当地河流鱼虾绝迹、农田失收。据张兰英等人的研究结果，在距垃圾场 最近的地下水中有机污染物的含量和种类最多，距1 0 0 0 m 处仍然存在有机污染 物。c a l v e r t 曾报导距垃圾处理场水池5 1 2 m 远的一口井水中，其硬度、钙镁浓 度、总固体量和c 0 2 都有增加。n e v e n k am i k a e 等报导，渗滤液对含水层的影 响不仅仅在于表层，而且贯穿于达6 0 m 深的垂直截面。由此可见垃圾渗滤液对 地下水的污染往往延续很长时间，是长期潜在的环境威胁，可以说“一旦地下 水被垃圾渗滤液所污染，人工对地下水的净化是可能的，但实际上是不可能 的 。 氮素对地下水的污染风险极高；重金属在渗滤液处理的过程中也很难去 除，在自然环境中不易于降解，易在水体及环境中积累，因此虽然数量不多但 是对地下水的潜在性危害不容忽视。浅层地下水是农村乡镇居民的主要生活饮 用水水源，其水质的好坏直接影响着人们身体健康。在当今农村经济快速发展 的时期以及国家“建设社会主义新农村 政策的逐步落实，农民的生活需水量 将会越来越大。与此同时，农村工农业污水排放量也会不断增加，研究农村， 特别是垃圾填埋场附近农村浅层地下水污染特征和防治对策，对改善和提高农 村生活环境十分必要。 健康风险评价是把水环境污染与人体健康联系起来的一种新的评价方法。 其目的在于估计特定环境条件下的化学或物理因子对人体、动物或生态系统造 成损害的可能性及其程度大小。目前，健康风险评价主要用于评价各种气、液 态流出物对人体健康危害的影响，对于水环境污染造成对人体健康危害的风险 研究较少。鉴于垃圾填埋场存在潜在的污染风险这一事实，特提出本文研究。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 垃圾渗滤液对地下水污染的研究概况 地下水污染事故的发生，引起了国内外环境工作者和科研人员的重视，许 多学者进行了有关垃圾渗滤液对地下水污染方面的试验和理论研究，并取得了 一些成果。其主要研究内容包括垃圾渗滤液的产生机理、运移过程、污染范围、 污染物的生物化学转化过程等。 国内外关于地下水氮素污染的研究主要集中在地下水氮素污染的过程与 机理、污染的形势和来源分析和防治污染措施的探讨上。主要分析了地下水中 氮素的转化过程，其中包括：矿化一吸附过程、固化过程、硝化过程和反硝化 过程，提出的防治污染的措施主要集中在工程上。关于地下水氮素污染来源的 分析中，主要集中在农业施肥、污水灌溉等方面，而对垃圾填埋场这一类引起 地下水氮素污染的研究报道较少。针对垃圾填埋场渗滤液污染地下水这一具体 问题，国内研究较多的是有关垃圾渗滤液的处理及防渗问题，而对评价垃圾填 埋场渗滤液对地下水环境、土壤污染的影响研究还处于初期。国外从二十世纪 八、九十年代就开始研究用生物方法和水文地球化学方法监测并预报地下水污 染【lj ，或利用根深达地下潜水层的地下水湿生植被的生长情况反映地下水的相 关信息【2 j 。而地下水中重金属粒子的溶解则多使用地球化学特征模型 m i n t e q a z 来模拟【3 1 。 国内外关于地下水重金属污染的研究大部分集中在地下水重金属污染的 表征、测量和修复技术等方面m 8 j ，而对机理方面的研究则多集中于p h 值对重 金属吸附的影响、土壤中有机物与重金属发生络合现象及土壤一地下水系统重 金属迁移和污染等方面的研究p d6 1 ，对垃圾渗滤液中重金属污染地下水的报道 相对较少。有人做过垃圾渗滤液中氮素和重金属在弱透水层迁移机理研究，通 过土柱淋滤实验，改变渗滤液p h 值和渗透高度确定渗滤液中氮素和重金属在 通过弱透水层后浓度。虽然有一定的见解，但笔者认为与自然环境下的条件有 些出入，本课题就是以此为出发点，对垃圾渗滤液污染地下水进行了深入研究。 1 2 2 地下水评价方法的研究概况 随着科学技术的不断进步，世界各国的专家学者对地下水水质评价方法进 行了深入的探索，提出了很多的评价方法和模型。鉴于单因子评价的不足，通 过多个指标并赋予各指标不同的权重的综合判断确定地下水质标准的综合指 数法在地下水水质评价中也被得到应用 1 7 - 1 9 】，2 0 世纪中期兴起的神经网络技术 在地下水水质评价领域也被广泛应用 2 0 - 2 3 】，吴泊人等【2 4 】开展了f u z z y 概率模 型在淮北平原地下水水质评价中的应用，叶浩等【2 5 】开展了投影寻踪模型在地下 2 水水质评价中的应用，但地下水水质评价中的污染程度、水质类别都是一些客 观存在的模糊概念和模糊现象【2 “2 7 1 ，简单地根据某一数字界限来对地下水水质 进行研究和评价是不合适的，而模糊理论在地下水水质评价中的应用与传统的 评价方法相比更适应于水质污染级别划分的模糊性，能更客观地反映水质的实 际状况。近年来发展起来的灰色系统理论也被广泛应用于地下水水质综合评价 中 2 8 - 3 0 】。此外，通过不同评价模型间的交叉和融合，充分考虑各评价模型的优 缺点，近年来一些新的评价方法也不断涌现。 1 2 3 健康风险评价的研究概况 健康风险评价是把水环境污染与人体健康联系起来的种新的评价方法。 健康风险评价首先是从对致癌物的评价开始的，1 9 7 6 年美国国家环保局首先公 布了可疑致癌物的风险评价准则，提出了有毒化学品的致癌风险评价方法，这 个方法被很多环境立法机构所接受，同时也引起了学术界更广泛深入的研究和 讨论，使风险评价的方法日渐普遍和成熟。但由于没有规范化程序，不同研究 者常采用不同的评价方法。基于这种情况，美国国家科学院于1 9 8 3 年编制了 有关风险评价的研究报告( 联邦政府的风险评价：管理程序) ，该书明确了 风险评价的程序，将健康风险评价概述为四个步骤：危害鉴别、剂量一反应评 估、暴露评估和风险表征p ，还对一些技术术语做出了明确定义，这个报告得 到了学术界的普遍认可【32 1 。在此基础上，美国环保局制定和颁布了有关风险评 价的一系列技术性文件、准则或指南，包括1 9 8 6 年发布的致癌风险评价指 南、致畸风险评价指南、化学混合物的健康风险评价指南、发育毒物的 健康风险评价指南、暴露风险评价指南和超级基金场地健康评价手册， 1 9 8 8 年颁布的内吸毒物的健康评价指南、男女生殖性能风险评价指南等， 1 9 8 9 年，美国环保局又对1 9 8 6 年颁布的一系列指南进行了系统的修改，1 9 9 8 年又出台了神经毒物风险评价指南；同年，在1 9 9 2 年生态风险评价框架的 基础上，正式出台了生态风险评价指南。目前，风险评价方法己被法国、 荷兰、日本、中国等许多国家和一些国际组织如经济发展与合作组织、欧洲经 济共同体( e e c ) 等所采用p 引。 我国的健康风险评价研究起步于2 0 世纪8 0 年代，开始主要以介绍和应用 国外的研究成果为主。虽然我国还没有建立一套完整的风险评价指南和技术性 文件，但近年来，我国利用风险概念和分析方法对环境健康风险进行评价的应 用研究取得较大进展。1 9 9 0 年开始，潘自强院士领导一个调查小组，在核工业 系统内开展放射性污染物、致癌化学物和非致癌化学物的环境健康影响综合评 价的研究。1 9 9 7 年国家科委列入国家攻关计划研究燃煤大气污染对健康危害 【3 4 】。此外，钱家忠等【3 5 】开展了城市供水水源地水质健康风险评价，曾光明等开 展了水环境健康风险评价模型及其应用研究【3 扣弼；皮运正、仇付国等开展了污 水回灌的健康风险评价p 乳4 列；孙冬等开展了垃圾焚烧烟气中污染物对人体的健 康风险评价【4 4 】；杨晓松【4 5 】和曾光明等【4 6 1 分别对环境风险评价的不确定性的定 义、类型和降低不确定性的方法进行了介绍；王永杰等【47 】介绍了健康风险评价 中的不确定性问题和评价模型，分别讨论了致癌物质和非致癌物质评价中的不 确定性因素：高仁君等【4 8 j 从危害性鉴定、剂量反映评定、接触评定和风险表 征四个步骤评价了农药对人体健康的风险；胡宁静等【4 9 】在调查江西贵溪冶炼厂 周围农田重金属污染的基础上，对重金属的生态风险开展了定量评估。高继军 等【5 0 】对北京市城区和郊区1 2 0 个样点的饮用水中的c u 、h g 、c d 和a s 浓度进 行了调查，应用美国环保局推荐的健康风险评价模型初步评价了由饮水方式引 起的人群健康风险。韩冰等【5 l j 根据某典型区域浅层地下水有机污染调查结果， 评价由于饮水和洗浴带来的人群健康风险。陈鸿汉等【5 2 】和堪宏伟等【5 3 】分别对污 染场地健康风险评价的理论和方法开展了探讨，提出了叠加风险和多暴露途径 同种污染物人群健康风险的概念。鉴于地下水水质与人们生活息息相关，所以 在研究垃圾渗滤液污染地下水的同时，对其进行健康风险评价就显得非常必 要。 1 3 本文工作 1 研究垃圾渗滤液中各种污染组分的动态变化规律； 2 研究垃圾填埋场附近浅层地下水各种污染组分的动态变化规律； 3 主要从氮素和重金属两方面分析垃圾渗滤液和垃圾填埋场附近浅层地下 水污染物形成的原因： 4 采用单项组分评价、地下水质量综合评价和模糊综合评价相比较的方法， 对垃圾填埋场附近浅层地下水水质进行评价： 5 运用健康风险评价方法，对垃圾填埋场附近浅层地下水水质进行了评价。 4 第二章研究区区域概况 2 1 自然条件 某垃圾填埋场地处中亚热带季风湿润气候区，主要气象特点为：温暖湿润、 春夏多雨、盛夏炎热、秋季干旱、冬季温和。基本气象要素为：年平均气温1 5 5 ( 极端最高4 1 0 t 2 ，极端最低- 1 7 0 ) ，平均气压1 0 1 2 5h p a ，多年平均降雨 9 5 0 o m m ，最大年降水量1 5 4 2 5m m ，( 1 9 8 3 年) ，最小年降水量4 9 4 7m i l l ( 1 9 7 8 年) 。每年的5 8 月为风水期，降雨量约占全年降水总量的5 7 - 7 0 ，1 1 月至次 年的1 月为枯水期，降雨量约占年总降水量9 6 ，平均年蒸发量为1 4 2 0 m m 。 某生活垃圾填埋场位于某市东部的g 镇西北侧，与市区的运输距离约为3 5 5 k m 。 某公路在场区南侧4 k m 处通过，具体交通位置图见图2 一l 。 图2 1 某垃圾填埋场交通位置图 场区位于某丘陵地带，地貌上为一系列大致东西向延展的低山，附近山岭 高程一般在2 5 0 m 以下，当地侵蚀基准面标高约7 0 m 左右。本区在构造上处于 某断裂带内，外围地区在历史上和近期曾发生过破坏性地震，1 9 5 4 年曾发生过 5 7 5 级地震。本区的地震基本烈度为7 度。 填埋场的场区最低工程标高为6 4 0 m ，远高于某市区的最高洪水位，不会 受洪水影响。 2 2 地质、水文地质条件 某垃圾填埋场位于甲山以西的北西向沟谷中，北东地形分水岭标高约 8 0 9 0 m = 南系地形分水岭标高约1 2 0 m 。沟谷的谷口( 主坝的位置) 附近地表 标高约6 3 m 左右。 区域气候较温和，年平均气温1 5 5 ，属于大陆与海洋交替性气候。据某 县气象局1 9 9 6 2 0 0 1 年资料记载，本区年降雨量一般在1 0 0 0 毫米以下，而蒸 发量则大于1 0 0 0 毫米，故本区为干旱缺水地区。 场区地表分布有厚度小于1 0 m 的第四系松散层，其下伏基岩为风化程度不 同的前震旦系片麻状花岗岩和大理石。 第四系残积土主要分布于坡谷和坡脚，由沙夹碎石组成，一般透水性微弱， 局部较松散，透水性好。 大理岩地表裸露范围较大，有利于大气降水的入渗，是场区主要含水层。 场区外围的第四系由粘土、亚粘土夹少量碎石组成，渗透性较差。一期工 程填埋区低部及山坡多为片麻状花岗岩分布，蚀变、风化较强，强烈压碎呈豆 渣状，糜棱状。压水实验除局部 0 5 l m i n m m ( 相当于渗透系数k 为 7 5 1 0 一e m s ) g l ，一般 o 0 1 1 m i n m m ( 相当于渗透系数k 为1 5 x 1 0 。5 e m s ) y g 相对隔水层。 场区受降水补给，地下水位随降水多少而升降，由于岩层的透水性弱，并 受地形影响，降水多形成地表径流，少量渗入地下，并在山坡、山谷以泉或湿 地形式排泄。 场区内构造断裂发育，经物探发现有五条断层，但其规模不大。 布置的6 个钻孔( 均分布在片麻状花岗岩中) 测得的场区地下水稳定水位 埋深为0 3 7 1 5 8 m ，其中钻孔l g k 6 布置分水岭处，地下水稳定水位埋深为 o 4 6 m ，这表明在地形分水岭处的地下水水位也较高。 根据勘察报告给出的场区文地质勘测结论，某生活垃圾处理场的地下水流 向与地表水流向基本一致，为一相对独立的水文地质单元。 场区附近无天然河流，场区背面有一口小型水塘，面积1 5 亩，容积约2 万立方米，主要功能为蓄水灌溉。场区西南2 0 0 米处有座塘( 容积较小) ，也 是蓄水灌溉。由于场区位于丘陵山地，无专门的排水渠道，因此降雨量大时， 雨水经岩层渗透或漫流至低洼地处或塘坝蓄水，最后通过农田沟渠流至北干渠 6 ( 北干渠的水向东北方向流经某集等处消失在农田) 。另外，随地势由高到低， 另一支径流在某集境内流进沟渠( 小沙河) 进入南干渠( 南干渠的水向由北向 南流经某乡，最后消失在农田) 。 7 第三章某垃圾填埋场渗滤液特征分析 3 1 概述 垃圾渗滤液，又称渗滤水或浸出液，是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发 酵和雨水的淋溶、冲刷，以及地表水和地下水的浸泡而滤出的污水。垃圾渗滤 液的产生主要来自三个方面：一是大气降雨和径流；二是垃圾中原有的含水； 三是在垃圾填埋后由于微生物的厌氧分解作用而产生的水。高浓度的n h 4 + - n 、 f e 、m n 含量是垃圾渗滤液的重要水质特征，直接影响着垃圾填埋场周围地下水 的污染程度。因此在目前地下水污染日益严重的情况下，研究垃圾渗滤液及其 对附近地下水污染是当前重要的环境新课题之一。 为了解某垃圾渗滤液的污染状况，从某垃圾填埋场渗滤液调节池采集渗滤 液，主要按照水和废水监测分析方法中所示的国家标准方法进行实验，然 后对实验结果进行分析，从而为垃圾渗滤液的污染防治提供理论依据和对策。 3 2 实验研究 3 2 1 供试材料 所用垃圾渗滤液采自某垃圾填埋场调节池。从2 0 0 7 年4 月至2 0 0 7 年1 1 月，采集垃圾调节池渗滤液，确定垃圾渗滤液中主要污染物。测定项目：化学 需氧量c o d 、p h 、n h 4 + - n 、n 0 2 - n 、n 0 3 - n 、f e 、m n 、c r 、p b 、c d 。 3 2 2 测定方法 p h ：精密p h 值计 化学需氧量c o d ：c o d 速测仪 氨氮：纳氏试剂分光光度法( 水和废水监测分析方法( 第四版) ) 亚硝酸盐氮：n 一( 1 一萘基) 一乙二胺分光光度法( 水和废水监测分析 方法( 第四版) ) 硝酸盐氮：酚二磺酸比色法( 水和废水监测分析方法( 第四版) ) 重金属：w f x - 1 3 0 a 原子吸收分光光度计 3 3 实验结果 现从2 0 0 7 年4 月至2 0 0 7 年1 1 月，对某垃圾填埋场垃圾渗滤液进行监测， 监测结果如表3 - 1 。 表3 一l 某垃圾填埋场渗滤液主要污染物浓度 8 3 4 实验分析 3 4 1 垃圾填埋场渗滤液污染状况 数量庞大的各种生活垃圾在堆放填埋过程中，由于压实、降雨和微生物的 分解作用，会从垃圾层中渗出，引起垃圾渗滤液污染负荷的原因主要有微生物 的厌氧分解作用和降雨的淋溶作用。虽然垃圾本身含有一定量的水分，但垃圾 渗滤液的主要来源还是降雨，也就是说，特定垃圾场渗滤液量的多少主要与气 候变化、水文条件、降雨渗透量及季节交替的变化有关，而垃圾渗滤液的水质 特征除与上述几个因素有关，还与垃圾性质、堆放时间、填埋方式及垃圾本身 的含水率等因素有关。因而，垃圾渗滤液水质水量变化很大，水质成分较为复 杂。由表3 1 可以看出，整个监测期内垃圾渗滤液污染物浓度的变化，其总的 趋势是夏秋季渗滤液污染物浓度高于春冬季。垃圾运进填埋场后，在微生物的 作用下，有机物经过好氧、厌氧反应，并且经过溶解、淋洗等作用导致渗滤液 污染浓度较高，再加之垃圾降解产生的c 0 2 和空气中的c 0 2 溶于渗滤液后使垃 圾渗滤液偏弱酸性，这种弱酸性的环境使重金属及其氧化物、碳酸盐慢慢发生 溶解，加重了渗滤液污染浓度。 3 4 2 垃圾填埋场渗滤液主要污染物分析 ( 1 )化学需氧量c o d 化学需氧量采用c o d 速测仪测定，测定结果见图3 1 。 0i 0 0 0 0 瓷 g 8 0 0 0 创 6 0 0 0 螽4 0 0 0 圃腽l 囊 2 0 0 0 耀 赴0 o 4 月5 , 97 月9 月1 1 月 月份 图3 - 1 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液化学需氧量的浓度变化 监测期内测得的渗滤液化学需氧量c o d 浓度如图3 1 所示。据刘东等人对 国内部分城市垃圾成分及其相应的有机物浓度分析表明，垃圾中的有机物组分 越高，则其渗滤液中的有机污染浓度越高。某生活垃圾主要来自市区的居民生 活垃圾、商业垃圾、技贸市场垃圾、街道清扫垃圾、公共场所垃圾和机关、学 校、厂矿等单位的生活垃圾，其主要成分的调查结果见表3 2 。 9 表3 - 2 某市生活垃圾成分表 该垃圾填埋场中生活垃圾的有机成分4 8 6 4 ，因而其c o d 值较高。4 月 份化学需氧量c o d 达到6 0 0 0 m g l ，9 月份最高，达到9 1 0 0m g l 。图3 1 所示， 渗滤液c o d 浓度在夏秋季稍高于春冬季，这可能是出于降雨量的差异引起的。 降雨对渗滤液浓度的影响有两方面：一方面夏秋季降雨量大，会对垃圾渗滤液 造成一定的稀释影响，降低垃圾渗滤液浓度；但另一方面，降雨时垃圾渗滤液 量猛增，由于淋洗和溶解使滞留在垃圾层中的大量污染物未经充分降解就进入 渗滤液并随之流出，此时垃圾渗滤液的污染物浓度会随渗滤液量的增加而增 加。 ( 2 ) 氨氮 氨氮的测定采用水和废水监测分析方法( 第四版) 中规定的纳氏试剂分光光 度法。测定结果见图3 - 2 。 1 4 0 0 q1 2 0 0 蛊1 0 0 0 菱6 8 。0 0 腻4 0 0 娠2 0 0 o 4 月 5 月7 f l9 , 91 1 月 月份 图3 2 某垃圾填埋场2 0 0 7 年渗滤液氨氮的浓度变化 垃圾渗滤液氨氮含量高是其重要的水质特征之一，直接影响垃圾场周围环 境的氮的污染程度，也是导致其处理难度增大的一个重要原因。垃圾渗滤液中 高浓度的n h 4 + - n 主要来自于垃圾中含氮有机物的厌氧水解和发酵作用1 5 4 j ： r c h n h 2 c o o h + h 2 0 斗r c h 2 0 h + n h 3 + c 0 2 ，n h 3 + h 2 0 n h 4 + + o h ，对某垃圾 填埋场的监测结果表明，垃圾渗滤液中的氨氮浓度平均高达6 5 7m g l ，这表明 垃圾渗滤液的氨氮污染性极强。由图3 2 可知，垃圾渗滤液中氨氮含量很高， 且随气温变化很大。从4 月到5 月，氨氮浓度一直维持4 5 0 m g l 左右。从7 月 份到9 月份，氨氮浓度急剧上升，最高达到1 1 5 3 m g l 。根据污水综合排放 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 二级标准，氨氮含量不得超出2 5 m g l ，最低超出限值1 8 倍， l o 最高超出限值4 7 倍。造成这种现象的原因是渗滤液中氨氮主要来源是填埋垃 圾中蛋白质等含氮类物质的生物降解。5 月份到7 月份之间微生物的活动比较 旺盛，垃圾中大量含氮类有机物被微生物降解，使得氨氮浓度随之上升，7 月 份到9 月份氨氮浓度持续上升的原因可能是此时垃圾的成分有所变化所致。9 月份以后氨氮浓度开始急剧下降，这是因为一方面垃圾填埋层中存在一定的有 氧区域，使得垃圾填埋层中的氨氮有很大一部分通过硝化和反硝化作用以n 2 的形式进入空气，从而使得渗滤液中氨氮浓度下降；而另一方面垃圾经历了好 氧阶段、兼性好氧阶段、完全厌氧阶段初期后，积累了大量的不利用微生物生 长的代谢产物，使得微生物对剩余垃圾的降解更加缓慢。垃圾填埋场内的微生 物实际上是混合菌种的微生物群体，伴随垃圾的降解，其内部发生着与环境营 养条件相适应的优势菌种的改变。即氨氮的积累、浓度的增加必然导致以降解、 利用氨氮为主的微生物优先生长，这样就会有利于氨氮的降解，又由于填埋场 中发生着许多复杂的化学反应，氨氮可以与一些物质反应生成不溶于水的、不 可生化的络合物，也可以转化成腐质酸中的成分，从而使渗滤液氨氮浓度降低 【5 5 】 0 ( 3 ) 亚硝酸盐氮 亚硝酸盐氮的测定采用水和废水监测分析方法( 第四版) 中规定的n 一( 1 一萘基) 一乙二胺分光光度法。监测结果见图3 - 3 。 营 、- ， 赵 避 繇 钼 氍 翟 目 o 4 月5 月 7 月9 月 i1