生活垃圾填埋场对地下水污染的风险评价

生活垃圾填埋场对地下水污染的风险评价

随着世界经济的发展和城市数量和规模的不断扩大，世界人均垃圾的产量也在增加。生活垃圾的不合理处置会加剧环境污染,大多数发展中国家采取露天堆放、自然填沟或坑的原始方式消纳生活垃圾,这种处理方式对土壤、地下水、大气等都会造成很大的影响。特别是生活垃圾填埋场的渗滤液,如果不进行必要的收集和处理,会导致地下水源的严重污染。因此,对生活垃圾填埋场进行必要的风险评价,进而进行综合管理是非常必要和重要的。环境风险评价兴起于20世纪70年代,这标志着管理者的环境保护观念由原先污染后治理向污染前的预测和实行有效管理转变。近年来,环境风险评价受到了越来越多的国家环保机构和有关国际性组织的重视,如美国环境保护署(EPA)制定和颁布了有关环境风险评价的一系列技术性文件、准则或指南。从1989年起,全球关于环境风险评价的科学体系已基本形成,并处于不断发展和完善中。目前,国外已经有大量的关于固体废物污染场地风险评价的模型,这些模型既有以水均衡为基础的确定性模型,如农业管理系统中的化学、径流和侵蚀(CREAMS)模型、垃圾场运行的水文评价(HELP)模型、EPA现行的废物风险评价(3MRA)模型,也有相关的随机模型和相对风险性分级模型,如LeGrand模型、危险性分级系统(HRS)模型、相对风险评价概念(RelRisk)模型、RCRASubtitleD模型;既有只考虑污染物一种迁移途径(通常是地下水)的模型,如HELP模型,也有同时考虑污染物多种迁移途径(空气、土壤、地下水、地表水)的模型,如多介质暴露评价(MMSOILS)模型、3MRA模型;既有以人体健康风险为评价终点的模型,如RelRisk模型,也有以生态风险评价为终点的模型,如3MRA模型。这些模型有的是为危险废物污染的风险评价服务的,如MMSOILS模型,有的可以应用于任何类型的污染场地风险的评价。20世纪90年代,我国开始了以介绍和应用国外研究成果为主的环境风险评价研究。污染场地对地下水、地表水、空气和土壤均存在着潜在的污染风险。有研究表明,在简易填埋的条件下,污染场地对地下水产生污染的风险最大。目前,国内在生活垃圾填埋场对地下水体产生的污染风险方面还没有展开系统的深入研究。进行生活垃圾填埋场对地下水污染的风险评价,可以为填埋场的治理提供科学依据,避免场地附近的地下水污染范围进一步扩大,也可以辅助确定规划场地的位置,最终使填埋场对地下水污染的风险降到最低。笔者以国外生活垃圾填埋场对地下水污染的风险评价方法为基础,建立了综合考虑含水层的脆弱性及生活垃圾填埋场自身性质的地下水污染风险评价方法,以期为场地污染防治提供决策依据。1生活垃圾填埋的主要影响因素进行生活垃圾填埋场对地下水污染的风险评价需要考虑2个方面的影响:(1)与生活垃圾填埋场自身相关的参数,如场地规模、防护条件、渗滤液收集情况、填埋废物类型等;(2)与生活垃圾填埋场所在位置相关的参数,如含水层类型、包气带介质、地下水埋深等。评价流程如图1所示。1.1生活垃圾填埋潜在风险指数评价生活垃圾填埋场对环境产生影响的内在因素包括:场地规模、底侧部防渗情况、废物类型、顶部盖层情况、渗滤液收集情况、废物压实情况、填埋场场龄、生活垃圾的含水率及可生化性等。根据生活垃圾填埋场的实际情况,生活垃圾的含水率及可生化性很难确定,因此本研究选定前7种因素作为评价生活垃圾填埋场对地下水污染的潜在风险因子,按照潜在风险的大小,其取值为0.1~1.0;每种潜在风险因子的影响程度通过权重表达,取值为1~5,影响程度越高,权重取值越大,最后评价出生活垃圾填埋场潜在风险指数,即I=∑i=17Wi×Ri(1)Ι=∑i=17Wi×Ri(1)式中:I为生活垃圾填埋场潜在风险指数;i为潜在风险因子数;Wi为第i种潜在风险因子的权重;Ri为第i种潜在风险因子值。潜在风险因子值及权重参照表1,生活垃圾填埋场的潜在风险级别划分参照表2。对于不同的评价区域,其废物类型、处理方式等会有很大的不同,本研究给出的各种潜在风险因子值及潜在风险级别划分的原则是根据近年来北京生活垃圾填埋场的实际情况而提出的,在不同的研究区要根据实际情况适当调整各种潜在风险因子值或权重。1.2含水层脆弱性评价模型不同岩性下的生活垃圾填埋场对周围地下水的污染程度不同,岩性条件表明含水层本身的污染防护能力,地层颗粒越粗对污染物的净化降解能力越差,砂砾石地区地下水受污染程度往往比粘性土地区地下水受污染程度高。地下水的易污染性是含水层的固有属性,是相对静止很难改变的,而造成污染的行为是动态的,并且是可以控制的。一般来说,如果没有充分的污染源,即使含水层脆弱性较强,也不具污染的危险性。另一方面,如果存在充分的污染源,即使含水层脆弱性较低,含水层受到污染的危险性仍然很高。目前,含水层脆弱性评价应用最广泛的方法是EPA于1987年提出的DRASTIC模型,国内外对其已经有了较为成熟的应用。该模型选取影响和控制地下水流与污染物运移的7项主要因子作为含水层脆弱性评价因子,包括地下水埋深(D)、降水入渗量(R)、含水层介质(A)、土壤类型(S)、地形坡度(T)、包气带介质(I)、含水层水力传导系数(C)。根据每项评价因子的变化范围或其内在属性确定因子值,再根据每项评价因子对含水层脆弱性影响的主要程度确定权重,各项评价因子加权后即得含水层脆弱性指数,见式(2)。I1=∑j=17W1j×R1j(2)Ι1=∑j=17W1j×R1j(2)式中:I1为含水层脆弱性指数;j为评价因子数;W1j为第j种评价因子的权重;R1j为第j种评价因子值。含水层脆弱性等级划分见表3。计算所得的脆弱性指数越大,则含水层脆弱性越强,地下水面临污染的相对风险也越高。判断生活垃圾填埋场对地下水污染的风险,需要将评价出来的含水层脆弱性与生活垃圾填埋场的潜在风险指数叠加进行分析(见表4)。2生活垃圾填埋对地下水污染的风险评价位于地下水源补给区,一旦这些填埋场的渗滤液通过包气带进入地下含水层,将会引起地下水源的大面积污染。北京北天堂村位于永定河以东1000m左右,即永定河冲积平原的中部,第四系厚度为30~40m,岩性为粘性土、砂土和砂砾石。其含水层为潜水系统,岩性主要为砂土、砂砾石,透水性较好。北天堂村东部分布有多个生活垃圾填埋场,场地下覆地层岩性为砂砾石,有许多建筑采砂坑。在早期,城市生活垃圾往往直接在采砂坑中填埋,未采取任何污染防治措施。从1989年开始,北京的城市生活垃圾陆续在此进行填埋,形成的多个生活垃圾填埋场的占地面积在2万~16万m2不等。本研究选择了其中的4个生活垃圾填埋场进行地下水污染的风险评价。4个生活垃圾填埋场的基本情况见表5。除1号、2号生活垃圾填埋场为简易的卫生填埋场,具有底侧部、顶部防护层系统外,其他生活垃圾填埋场均没有设置底侧部防渗层,生活垃圾均直接在采砂坑中堆放,直接位于砂层之上,与含水层密切接触。特别是4号生活垃圾填埋场,由于填埋的全部为生活垃圾,填埋的量大、时间长,地下水污染情况非常严重。4个生活垃圾填埋场均位于北京水源三厂、四厂的地下水补给区内,1976年以前该地区地下水基本上属于未遭受污染的天然状态,20世纪80年代后,该地区的地下水逐渐受到污染。1997—2006年的监测数据表明,北天堂垃圾填埋场对该区域的地下水污染非常明显。本研究根据DRASTIC模型评价出本区的含水层脆弱性等级为高(见图2)。根据表1和表5确定各个潜在风险因子值以及权重,结果见表6,再评价出各生活垃圾填埋场的潜在风险指数、确定潜在风险级别和地下水污染的风险级别(见表7)。由表7可见,4号生活垃圾填埋场的潜在风险指数最高,1号生活垃圾填埋场的潜在风险指数最低,但4个生活垃圾填埋场对地下水污染的风险级别均为高,可见生活垃圾填埋场对地下水污染的风险取决于场地规模、防护情况等自身相关参数以及场地所处位置的含水层脆弱性程度等客观因素,且受地质、水文等客观因素的影响较为显著。尽管4个生活垃圾填埋场对地下水污染的风险级别均为高,但其潜在风险级别有所不同,优先治理顺序也不同。在相同的地质、水文条件下,应优先对潜在风险级别高的场地进行治理,根据评价结果,治理顺序依次为4号、3号、2号、1号生活垃圾填埋场。3地下水污染风险评价生活垃圾填埋场对地下水污染的风险取决于场地规模、防护情况等自身相关参数以及场地所处位置的含水层脆弱性程度等客观因素,且受地质、水文等客观因素的影响较为显著。尽管4个生活垃圾填埋场对地下水污染的风险级别均为高,但其潜在风险级别有所不同,优先治理顺序也不同,治理顺序依次为4号、3号、2号、1号生活垃圾填埋场。综合考虑含水层的脆弱性及