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中国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中典型污染指标特性比较分析

本站小编 Free考研考试/2021-12-31

胡馨然1,2,3, 杨斌4, 韩智勇1,2,3, 赵娟1,2,5, 金玲玲4
1. 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学), 成都 610059;
2. 国家环境保护水土污染协同控制与联合修复重点实验室(成都理工大学), 成都 610059;
3. 成都理工大学 环境学院, 成都 610059;
4. 成都市生态环境局, 成都 610042;
5. 成都理工大学 环境与土木工程学院, 成都 610059
收稿日期: 2019-04-13; 修回日期: 2019-05-31; 录用日期: 2019-05-31
基金项目: 国家自然科学基金(No.41602240);中国博士后科学基金(No.2016M592646,2018T110953);地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室自主课题(No.SKLGP2017Z013);西藏自治区科技计划重点科技项目(No.Z2016C01G01106);四川省重大科技专项课题(No.2019YFS0509)
作者简介: 胡馨然(1992-), 女, E-mail:1758647597@qq.com
通讯作者(责任作者): 韩智勇, E-mail:zhiyonghan@aliyun.com
金玲玲, E-mail:8690286@qq.com

摘要: 本研究基于1991—2018年期间的相关报道,通过单因子和內梅罗指数法、地下水质量评分法等方法及SPSS 24.0和Origin 2017等分析软件分别对我国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标进行了评价,通过累计污染负荷比法分别对其进行了识别,并分析了正规与非正规填埋场地下水的污染特征与差异,以期为我国不同类型的生活垃圾填埋场地下水污染的修复和治理提供指导.结果表明:我国正规生活垃圾填埋场地下水中已报道检出污染指标共计89种,非正规共计93种;其中在非正规填埋场地下水中,有机物、无机盐以及重金属污染指标的数量都较之正规的更多.正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中普遍性、局部性和点源性的主要污染指标差异明显,虽然两种不同类型的填埋场地下水中均普遍存在有机物(高锰酸盐指数)、无机盐(氨氮、氯化物、硝酸盐氮)和重金属(铁)污染指标,但是在非正规填埋场地下水中还普遍含锰和砷,局部含汞;在正规填埋场地下水中,普遍含汞,局部含锰.同时,我国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水质量综合评分F值分别为7.69和8.11,都属于极差级别,表明无论是正规还是非正规填埋场,其地下水都已受到了严重污染,其中非正规的污染程度明显高于正规的.因此,生活垃圾填埋场对地下水的污染应引起社会的关注,尤其应加强对非正规生活垃圾填埋场地下水污染的修复和治理.
关键词:生活垃圾填埋场地下水污染指标识别环境质量评价污染特征
Comparison of the characteristics of typical pollutants in the groundwater between sanitary and non-sanitary landfills in China
HU Xinran1,2,3, YANG Bin4, HAN Zhiyong1,2,3 , ZHAO Juan1,2,5, JIN Lingling4
1. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection(Chengdu University of Technology), Chengdu 610059;
2. State Environmental Protection Key Laboratory of Synergetic Control and Joint Remediation for Soil & Water Pollution(Chengdu University of Technology), Chengdu 610059;
3. College of Environment and Ecology, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059;
4. Chengdu Ecological Environment Bureau, Chengdu 610042;
5. College of Environment and Civil Engineering, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059
Received 13 April 2019; received in revised from 31 May 2019; accepted 31 May 2019
Abstract: In order to give a basis for the assessment, the remediation and the control of groundwater contamination, the groundwater pollution indexes from sanitary and non-sanitary municipal solid waste landfills (MSWLs) were evaluated by cumulative pollution load ratio. the groundwater quality near the sanitary and non-sanitary MSWLs were assessed with Nemero index method and grading methods, and analysis software such as SPSS 24.0 and Origin 2017. the characteristics of typical pollution indexes in the groundwater between sanitary and non-sanitary MSWLs in China were compared and analyzed based on authors' survey and related reports from 1991 to 2018. The results show that there were 89 groundwater pollution indexes in sanitary MSWLs, and 93 in non-sanitary MSWLs. Compared to the sanitary MSWLs, more groundwater pollution indexes were detected and reported near the non-sanitary MSWLs. There were significant differences for the widespread, the local and the point groundwater pollution indexes between sanitary MSWLs and non-sanitary MSWLs. The organic matter (permanganate index), inorganic salt (ammonia nitrogen, chloride and nitrate nitrogen) and heavy metal (iron) were the widespread pollution indexes in the groundwater near both sanitary and non-sanitary MSWLs. Moreover, manganese and arsenic were the widespread pollution indexes and mercury was the local pollution index in the groundwater near non-sanitary MSWLs. However, mercury was the widespread pollution index and manganese was the local pollution index in the sanitary MSWLs. The comprehensive scores of groundwater quality near the sanitary and non-sanitary MSWLs were 7.69 and 8.11, respectively, which indicates that the groundwater had been seriously polluted. The contamination extent of groundwater near the non-sanitary MSWLs was higher than that of the sanitary MSWLs. Therefore, the public should pay more attention to groundwater pollution near MSWLs, especially on the non-sanitary MSWLs. It is suggested that the remediation and control of groundwater pollution near non-sanitary MSWLs should be strengthened.
Keywords: municipal solid waste landfillgroundwateridentification of pollution indexesenvironmental quality assessmentcharacteristics of pollution
1 引言(Introduction)随着我国社会经济的快速发展及城市化进程的不断加速, 城市和农村生活垃圾的产生量大幅提高.根据中国统计年鉴(2017), 我国城市生活垃圾2017年产量已达2.0亿t, 增长速率为8%~10%;农村地区生活垃圾2014年产生量也达到1.48亿t, 具有来源广泛且分散、产率低、产量高、增长迅速、区域差异显著等特点(韩智勇等, 2017).
填埋场是垃圾各种处理方式的最终归宿, 也是消纳生活垃圾最经济便捷的方法.根据建设情况, 通常可分为正规生活垃圾填埋场和非正规生活垃圾填埋场.正规生活垃圾填埋场是指符合国家相关标准和规范建设并运营的垃圾填埋场, 通过相应的二次污染防治措施, 可以避免因露天堆放而引起的环境问题;非正规生活垃圾填埋场包括简易填埋场和受控填埋场, 其中简易填埋场是指利用地形随意填埋、无任何二次污染防护措施的垃圾堆场;受控填埋场是指场内无垃圾渗滤液或填埋气体的收集、导排或处理设施, 或无封场、防渗等二次污染防护措施不足的填埋场.根据国家统计局最新统计, 截至2017年, 我国已建成正规的生活垃圾填埋场654座, 卫生填埋处理的生活垃圾占总量的55.9%, 还有数以千计的非正规生活垃圾填埋场.可见, 填埋是目前处理生活垃圾的主要方式.
因为雨水冲刷、淋浴等, 这些正规和非正规的垃圾填埋场均会沥出渗滤液.渗滤液中包含着填埋场内几乎所有的可溶物, 其水质复杂, 含有高浓度的有机物、无机盐、金属和重金属离子、细菌等微生物, 以及少量异型生物性有机化合物, 具有持久性和高毒性的特征(郑敏, 2018).由于防渗措施破损或不到位, 很容易对周围地表水、地下水(东天等, 2014朱薇, 2015)和土壤(夏立江等, 2002赵嘉欢, 2014李闯等, 2014)产生污染.这使得生活垃圾填埋场地下水污染问题成为近年来国内外研究的热点.
但是当前对填埋场场地地下水(以下简称填埋场地下水)的研究主要是不同****以某一地区或某一填埋场为个例, 开展填埋场对地下水的点状污染的研究, 韩智勇等虽然对我国生活垃圾填埋场地下水污染指标进行了阶段性的系统识别和综合评价, 但是并未将正规与非正规生活垃圾填埋场进行区别(韩智勇等, 2015).鉴于正规和非正规垃圾填埋场因防渗措施、日常管理等方面的不同, 其渗滤液对地下水的影响可能具有显著的差异.因此, 为了能更加准确地把握我国生活垃圾填埋场对地下水污染的现状, 在填埋场地下水污染的防治与修复中能有的放矢, 提高修复效率, 本研究对我国正规和非正规生活垃圾填埋场地下水的主要污染指标进行了识别, 对地下水质量进行了评价, 阐明了当前我国正规和非正规生活垃圾填埋场对地下水的污染现状和程度, 并分析了正规和非正规生活垃圾填埋场地下水污染的特点和异同, 以期为生活垃圾填埋场地下水污染的修复和治理提供理论依据.
2 材料与方法(Materials and methods)2.1 文献检索通过“中国知识资源总库”分别检索1991—2018年期间我国正规和非正规生活垃圾填埋场对地下水污染研究的相关报道, 共筛选出14篇报道正规生活垃圾填埋场的文献, 25篇报道非正规生活垃圾填埋场的文献;并结合笔者对生活垃圾卫生填埋场地下水的相关调研数据和其他收集数据, 进行数据统计分析和评价.这些文献覆盖了我国一半以上的省和自治区, 并包括了不同填埋年限、不同地域、不同场地条件的填埋场, 具有较好的代表性.正规和非正规生活垃圾填埋场的基本情况如表 1所示.
表 1(Table 1)
表 1 正规、非正规生活垃圾填埋场基本情况 Table 1 Background of sanitary and non-sanitary MSW landfills in references
表 1 正规、非正规生活垃圾填埋场基本情况 Table 1 Background of sanitary and non-sanitary MSW landfills in references
填埋场
类型
序号 所在城市 填埋场名称 采样时间 填埋年限/a 采样点情况 文献出处
正规 1 北京 包括阿苏卫、安定、北神树、六里屯、高安屯、焦家坡等填埋场 2006.4/
2006.8
李春萍等, 2008
2 山东济南 济南市垃圾填埋场 2002.5/
2002.7/
2002.8
4 h=1.5~2 朱丽等, 2005
3 广东湛江 冯村垃圾场 梁靖等, 2009
4 广东广州 兴丰生活垃圾填埋场 2009—2014 16 监测井 庞园等, 2018
5 陕西西安 江村沟垃圾填埋场 2002/2005/
2007/2009/
2010
7~15 马劲, 2012
6 甘肃天水 麦积区老虎沟垃圾填埋处理场 陈咏芳等, 2009
7 四川成都 某生活垃圾卫生填埋场 2013.9/
2014.1
20 监测井/
农用井, h=2~13 m
8 湖北武汉 陈家冲垃圾填埋场 5 主要分布于垃圾场西侧和西南侧 余璇等, 2017
9 莱州市 莱州市生活垃圾填埋场 2014.10 8 观测井和民用灌溉井 李斌, 2015
10 上海 某生活垃圾填埋场 2013.10
2014.03
2014.09
2015.10
潜水含水层监测井 顾华, 2017
11 安徽 某县生活垃圾填埋场 2014.12/
2015.4/
2015.7
5 浅层地下水 金沁等, 2016
12 安徽 某生活垃圾填埋场 2007.04/
2007.05/
2007.07/
2007.09/
2007.11
4 监测井和水井 严小三, 2008
13 江苏徐州 雁群生活垃圾卫生填埋场 12 王敏等, 2016
14 江苏徐州 睢宁生活垃圾卫生填埋场 13 王敏等, 2016
15 辽宁某地 市中心区生活垃圾无害化处理场 2015.10 17 徐盛洪等, 2016
非正规 1 北京 朝阳区/大兴区/丰台区填埋场 2009 监测井、潜水 董悦安等, 2012
2 北京 某生活垃圾填埋场 2010 10~17 第四系孔隙潜水 安达等, 2013
3 北京 某垃圾填埋场 16 陈强等, 2016
4 华北某市 非规范性垃圾填埋场 2007.5 18 水井, 潜水 康天放等, 2008
5 河北唐山 某垃圾填埋场 2009 20 监测井/水井/农用井/钻孔井, 潜水h=30 m 张志强等, 2011
6 河北唐山 某生活垃圾填埋场 20 h=14 m 郜洪强等, 2009
7 河北石家庄 台头垃圾场 1996.10 5 h>40 m 丁爱中.1998
8 河北保定 白洋淀淀中村非规范填埋场 2010.3/
2010.8
浅层地下水 李鸣晓等, 2012
9 浙江温州 瑞安东山垃圾场 2008.10 张密西等, 2009
10 上海 老港垃圾填埋场 2002/2003 12 田扬捷等, 2005
11 山东济宁 郭楼村简易垃圾填埋场 刘增超, 2013
12 安徽淮南 大通垃圾填埋场 21 浅层地下水h=30~40 m 殷晓曦, 2006
13 江苏徐州 睢宁生活垃圾卫生填埋场(岩溶地区) 2014.6.17/
2014.9.8/
2015.1.14
16 王敏等, 2018
14 江苏徐州 翠屏山生活垃圾简易填埋场 2014/2015 2a,
2008a封场
王敏等, 2016
15 江苏徐州 邳州生活垃圾填埋场 2014/2015 18a, 目前基本禁用 王敏等, 2016
16 辽宁阜新 阜新市垃圾填埋场 唐国卿等, 2006
17 黑龙江哈尔滨 程家岗垃圾场 10 水井, h=18~70 m;人工挖井, h=2 m 赵淑敏等, 2002
18 辽宁沈阳 和平区山东义地、皇姑区沈阳医学院、沈河区体育场、皇姑区轻工机械厂、沈河区住宅二公司、大东区北泡子沿、于洪区体育场、东陵区望花、铁西区于洪考场、大东区电池厂等垃圾场 7~35 h=12~26 m 张玉福等, 1990
19 辽宁沈阳 垃圾堆放场 2000.5/
2000.11/
2001.5/
2001.7
李海明等, 2002
20 南方 某中小城市垃圾堆埋场 2004/2005 8 民井/农田灌溉井 陈功新等, 2008
21 红层区 某生活垃圾临时填埋场 1 监测井 王承俊等, 2017
22 四川成都 某非正规生活垃圾填埋场 12 监测井 骆成杰等, 2018
23 河南开封 芦花岗村垃圾填埋场 2010.5 24 水井/农用井h=6~8 m 张岩, 2011
24 河南洛阳 某生活垃圾填埋场 2006.4 钻孔井, h=0.5~2.5 m 周振江等, 2013
25 武汉 金口垃圾填埋场 16 上层滞水、承压水 李玲等, 2016
注:h为地下水埋深;—为缺省值.


2.2 水质评价标准和方法评价标准采用《地下水质量标准》(GB/T14848—2017)中的Ⅲ类标准值, 未列入的指标参考《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅲ类标准值.
评价方法采用单因子和內梅罗指数法、地下水质量评分法、累计污染负荷比法等方法以及SPSS 24.0、Origin 2017等分析软件, 详见韩智勇等(2015).
其中对于评分法:首先根据《地下水质量标准》(GB/T14848—2017)或《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行各单项组分评价, 划分组分所属质量类别.
其次对各类别按表 2规定分别确定单项组分评价分值Fi, 当标准值无类别划分时, 超标按Ⅴ类取值, 未超标按Ⅰ类取值.
表 2(Table 2)
表 2 污染指标Fi赋值表 Table 2 Grading score of pollutants
表 2 污染指标Fi赋值表 Table 2 Grading score of pollutants
类别 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类
Fi 0 1 3 6 10


然后按照式(1)计算综合评价分值FI:
(1)
式中, FI为i区(或组分)的综合评分值, 无量纲;Fi, avgi区(或组分)评分值Fi的平均值, 无量纲;Fi, maxi区(或组分)评分值Fi的最大值, 无量纲.
最后根据F值, 按表 3规定划分地下水质量级别.
表 3(Table 3)
表 3 地下水质量级别划分标准 Table 3 Rating criteria of groundwater quality
表 3 地下水质量级别划分标准 Table 3 Rating criteria of groundwater quality
级别 优良 良好 较好 较差 极差
F F < 0.8 0.8≤F < 2.5 2.5≤F < 4.25 4.25≤F < 7.2 F≥7.2


3 结果与分析(Results and analysis)3.1 污染物统计根据文献统计数据, 目前我国正规生活垃圾填埋场地下水中已报道检出相关污染指标共计89种, 其中有机污染指标2种、无机盐12种、金属离子5种、重金属15种、细菌学指标2种、异型生物性有机化合物53种、同时还包括视觉污染指标2种、其他综合性污染指标4种;非正规共计93种, 其中有机污染指标3种、无机盐11种、金属离子5种、重金属15种、细菌学污染指标2种、异型生物性有机化合物57种, 同时还包括视觉污染指标2种, 其他综合性污染指标6种.不同类型的生活垃圾填埋场除表 2中有检出浓度报道的污染物外, 还有重金属钴(罗定贵等, 2009);异型生物性有机化合物二氢苊、苯并(b)荧蒽、六六六、DDT(张岩, 2011)、芴、苯并(a)蒽、1, 2-二氯乙烷、顺-1, 2-二氯乙稀(杨贵芳, 2013)、菲、荧蒽、芘(张岩, 2011杨贵芳, 2013)、酚(王翊虹等, 2002)、苯酚(罗定贵, 2009杨昱等, 2010)、烷烃、丁酸丁酯、1, 1-二甲基乙基-4-甲氧基酚、酞酸二异辛酯、十六酸、环八硫烷(李振声等, 2004)等.正规和非正规生活垃圾填埋场地下水检出的污染指标如表 4所示, 其检出指标分类方法依据《地下水质量标准》(GB/T14848—2017).
表 4(Table 4)
表 4 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水检出污染指标 Table 4 Pollutants detected in the groundwater near sanitary and non-sanitary MSW landfills
表 4 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水检出污染指标 Table 4 Pollutants detected in the groundwater near sanitary and non-sanitary MSW landfills
类别 名称 填埋场类型 样本量/个 最小值/
(mg·L-1)
最大值/
(mg·L-1)
平均值/
(mg·L-1)
中位值/
(mg·L-1)
标准差 超标率 标准值 FI值 PI值 显著性差
异分析p
感官性状及一 视觉 色度 正规 5 1.000 4.000 1.800 1.000 1.304 0 15 0 0.19 0.916
般化学指标 非正规 5 5.000 35.000 14.000 10.000 11.937 20.00% 15 7.21 1.72
浑浊度 正规 5 3.000 3.000 3.000 3.000 0 0 3 0 1 0.916
非正规 5 1.500 11.560 6.012 5.000 3.878 80.00% 3 9.06 2.97
无机盐 硫酸盐 正规 63 3.160 3160.000 199.915 82.100 539.363 7.94% 250 7.17 8.96 0.652
非正规 82 0.360 663.400 87.508 52.995 102.512 7.32% 250 7.12 1.89
氯化物 正规 97 0.360 717.000 140.414 88.600 156.985 18.56% 250 7.24 2.04 0.701
非正规 251 0.000 1792.700 105.795 55.500 200.818 8.37% 250 7.13 5.07
氨氮 正规 144 0.020 6.110 0.495 0.355 0.689 22.92% 0.5 7.52 8.66 0.859
非正规 222 0.000 300.000 2.768 0.072 20.732 19.82% 0.5 7.34 424.26
轻金属 正规 5 1.210 2.780 2.110 2.200 0.666 0.916
非正规 31 0.730 3.850 1.671 1.070 0.973
正规 5 122.000 298.000 191.200 196.000 73.056 0.751
非正规 41 54.690 539.540 122.892 87.880 92.998
正规 30 36.000 438.000 182.020 184.000 94.293 30.00% 200 7.44 1.68 0.772
非正规 34 5.140 152.950 58.431 56.125 27.158 0 200 2.12 0.58
正规 5 9.560 68.800 33.232 35.800 24.245 0.786
非正规 36 21.020 164.590 49.686 36.280 34.840
重金属 正规 123 0.0005 22.800 1.468 0.126 3.453 28.46% 0.3 7.35 53.74 0.002
非正规 187 0.0007 10.130 0.317 0.040 0.945 19.79% 0.3 7.17 23.88
正规 123 0.0005 1.060 0.131 0.065 0.159 44.72% 0.1 7.37 7.51 1.000
非正规 196 0.005 11.070 0.353 0.172 1.018 54.08% 0.1 7.51 78.29
正规 49 0.0001 0.839 0.0748 0.025 0.155 0 1 2.34 0.60 0.728
非正规 24 0.000 0.800 0.204 0.0185 0.283 0 1 2.35 0.58
正规 50 0.0008 0.916 0.038 0.005 0.139 0 1 2.12 0.65 0.725
非正规 41 0.001 2.800 0.204 0.041 0.462 2.44% 1 4.27 1.98
正规 46 0.00006 0.191 0.00752 0.001 0.0294 0 0.2 2.12 0.68 0.751
非正规 8 0.0001 0.0006 0.000288 0.00025 0.00078 0 0.2 0 0.0023
毒理学 挥发酚 正规 61 0 0.028 0.00182 0.0003 0.00406 26.23% 0.002 7.20 9.90 0.698
有机物 非正规 24 0.0001 0.686 0.042 0.002 0.145 25.00% 0.002 7.49 242.54
邻苯二甲酸酯 正规 11 17.539 21.874 18.731 18.536 1.108 0.809
非正规 未检出
综合性 pH1 正规 67 5.490 8.520 7.235 7.320 0.551 1.49% 6.5~8.5 7.08 0.73 0.994
污染指标 非正规 218 5.390 8.710 7.512 7.490 0.493 3.21% 6.5~8.5 7.07 2.30
总硬度 正规 77 81.000 1680.000 505.791 474.700 275.171 53.25% 450 8.09 2.74 0.936
非正规 179 2.000 2073.000 370.038 340.300 318.540 33.52% 450 7.54 3.30
TDS 正规 65 190.000 4930.000 1090.217 782.000 974.796 33.85% 1000 7.66 3.53 0.688
非正规 19 5.180 1756.500 583.988 524.500 369.350 10.53% 1000 4.56 1.31
电导率2 正规 5 693.000 2440.000 1331.200 1327.000 680.998 0.830
非正规 5 1250.000 1500.000 1400.000 1400.000 106.066
矿化度 正规 未检出 0.769
非正规 35 200.180 10726.000 1056.843 753.880 1702.998
有机物 高锰酸盐指数 正规 126 0.250 18.780 3.045 2.300 2.800 37.30% 3 7.42 4.46 0.684
非正规 215 0.170 14.400 1.922 1.260 2.332 13.02% 3 7.15 3.41
微生物指标 细菌学 类大肠菌群 正规 51 1.500 16000.000 2292.038 170.000 5178.703 98.04% 3 9.38 3771.45 0.886
非正规 162 2.000 2400.000 173.015 111.895 314.452 75.93% 3 8.46 566.30
细菌总数 正规 30 188.000 57000.000 5338.600 1250.000 12134.391 100.00% 100 9.30 404.82 0.786
非正规 15 3.000 900.000 243.933 56.000 337.788 33.33% 100 4.47 6.59
毒理学指标 无机盐 亚硝酸盐氮 正规 123 0.000 0.575 0.0393 0.004 0.0927 0 1 2.17 0.41 0.005
非正规 208 0.000 29.500 0.226 0.002 2.066 3.37% 1 7.09 20.86
硝酸盐氮 正规 149 0.000 156.700 11.634 8.210 18.186 8.73% 20 7.26 5.55 0.912
非正规 247 0.000 683.700 9.503 0.380 52.667 7.29% 20 7.10 24.17
氰化物 正规 43 0.001 0.020 0.00178 0.0015 0.00285 0 0.05 2.19 0.28 0.745
非正规 13 0.002 0.002 0.002 0.002 0.000 0 0.05 1.00 0.04
氟化物 正规 74 0.050 3.990 0.655 0.442 0.685 10.81% 1 7.10 2.84 0.000
非正规 67 0.005 2.640 0.473 0.410 0.349 2.99% 1 7.07 1.89
碘化物 正规 30 0.010 0.197 0.0180 0.010 0.0345 3.33% 0.08 4.25 1.74 0.701
非正规 未检出
重金属 正规 88 0.000009 0.00318 0.000154 0.0000521 0.000398 2.27% 0.001 7.80 2.25 0.000
非正规 37 0.000005 0.0790 0.0115 0.0002 0.0186 48.65% 0.001 7.97 55.86
正规 26 0.00009 0.020 0.00450 0.00350 0.00497 11.54% 0.01 4.52 1.44 0.723
非正规 51 0.0002 4.76 0.227 0.0016 0.904 19.61% 0.01 7.36 336.58
正规 63 0.0001 0.01 0.00147 0.00053 0.00205 6.35% 0.005 4.39 1.42 0.178
非正规 23 0.0002 0.0120 0.00228 0.0005 0.00281 8.70% 0.005 7.27 1.70
六价铬 正规 92 0.0003 0.283 0.0148 0.003 0.0409 7.61% 0.05 7.11 4.00 0.202
非正规 51 0.0001 0.080 0.00545 0.0021 0.0115 1.96% 0.05 4.25 1.13
正规 82 0.00006 0.435 0.0415 0.003 0.113 13.41% 0.01 7.13 30.76 0.804
非正规 16 0.0005 1.340 0.0985 0.0035 0.332 37.50% 0.01 7.32 94.75
正规 11 0.0004 0.00204 0.00102 0.0008 0.00059 0 0.02 2.13 0.078 0.801
非正规 5 0.0003 0.0460 0.00946 0.0003 / 20.00% 0.02 4.32 1.66
正规 32 0.0000004 0.0022 0.000196 0.000028 0.000423 3.13% 0.002 4.32 0.78 0.892
非正规 未检出
正规 43 0.0015 0.533 0.133 0.114 0.106 0 0.7 2.54 0.55 0.745
非正规 8 0.0460 0.0860 0.0668 0.0675 0.0135 0 0.7 1 0.11
异型生物性 二甲苯 正规 30 0.0001 0.0014 0.000327 0.0001 0.000414 0 0.5 0 0.002 0.786
有机化合物 非正规 6 0.000 0.109 0.024 0.006 0.0426 0 0.5 0 0.15
甲苯 正规 未检出 0.854
非正规 14 0.000 0.053 0.00514 0.0002 0.0141 0 0.7 0 0.054
乙苯 正规 30 0.000075 0.00021 0.000083 0.000075 0.000031 0 0.3 0 0.00053 0.901
非正规 未检出
苯并芘 正规 32 0.0000005 0.000063 0.0000035 0.0000005 0.0000012 6.25% 0.00001 4.25 4.45 0.745
非正规 未检出
邻苯二甲酸二乙基己基酯 正规 未检出 0.785
非正规 6 0.00068 0.0028 0.00158 0.00137 0.00092 0 0.008 0 0.28
1, 2-二氯苯 正规 未检出 0.793
非正规 28 0.00615 0.277 0.0815 0.0548 0.0728 0 1000 0 0.0002
1, 2, 4-三氯苯 正规 未检出 0.000
非正规 28 0.00076 0.0576 0.0136 0.00724 0.0148 0 20 0 0.0021
1, 2, 3-三氯苯 正规 未检出 0.000
非正规 28 0.0003 0.0263 0.00806 0.00493 0.00742 0 20 0 0.00095
二氯甲烷 正规 未检出 0.899
非正规 7 0.0061 0.0095 0.00753 0.0074 0.00102 0 0.02 3 0.43
三氯甲烷 正规 未检出 0.801
非正规 3 0.0014 2.120 0.754 0.140 1.185 66.67% 0.1 8.13 15.02
正规 2 0.041 0.058 0.0495 0.0495 0.0120 0 0.1 3 0.54 0.860
非正规 未检出
其它 有机物 化学需氧量 正规 50 0.300 40.200 14.736 11.500 13.040 34.00% 20 7.40 1.48 0.000
非正规 59 0.300 756.600 72.563 16.240 167.248 45.76% 20 7.76 26.76
无机盐 总磷 正规 5 0.020 0.030 0.022 0.020 0.0045 0 0.2 0.72 0.13 0.844
非正规 16 0.0578 2.987 0.411 0.212 0.699 62.50% 0.2 7.73 10.59
总体分析p值 0.000
注:1.无量纲;2.单位:μS·cm-1;—为缺省值;3.p < 0.05表示具有显著性差异.


3.2 主要污染指标识别为确保数据的可信度, 减少分析误差, 本次评价判断主要污染指标的原则如下:
① 样本量大于等于30;②FI值评价在较差以上程度(FI≥4.25);③累计负荷比JI大于0.7.
根据上述原则, 从表 2中选出正规生活垃圾填埋场备选指标23个、非正规17个.根据累计负荷比JI, 得到我国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中主要污染指标, 如表 5所示.
表 5(Table 5)
表 5 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标 Table 5 Major pollutants of groundwater near sanitary and non-sanitary MSW landfills
表 5 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标 Table 5 Major pollutants of groundwater near sanitary and non-sanitary MSW landfills
填埋场类型 正规填埋场 非正规填埋场
感官性状及一般化学指标 有机物 挥发酚、高锰酸盐指数(耗氧量) 高锰酸盐指数(耗氧量)
无机盐 硫酸盐、氯化物、氨氮 硫酸盐、氯化物、氨氮
重金属 锰、铁 锰、铁
金属
综合性污染指标 总硬度、TDS 总硬度
微生物指标 细菌学 类大肠菌群、细菌总数 类大肠菌群
毒理学指标 无机盐 硝酸盐氮 硝酸盐氮、亚硝酸盐氮
重金属 汞、砷
其它 有机物 化学需氧量 化学需氧量
JI 0.717 0.810


据统计, 渗滤液中污染指标的种类超过100种(郑曼英等, 1997), 主要包括4种类型(郑曼英等, 1998赵万有等, 1995):①水溶性有机物, 可表示为化学需氧量或总有机碳, 包括挥发性脂肪酸以及富里酸类和腐殖酸类化合物等;②异型生物质的有机物多达77种, 主要来源于家庭和工业化学制品, 包括芳香烃29种、烷烃烯烃类18种、酸类8种、脂类5种、酚类6种、醇、醛类4种、酚胺类2种(郑曼英等, 1997);③无机宏量组分, 包括Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+、Fe2+、Mn2+、Cl-及SO42-等, 其质量浓度往往较大;④重金属, 包括Cd2+、Cr3+、Cu2+、Pb2+、Ni2+及Zn2+等, 其质量浓度一般较低.另外, 渗滤液中还含有其他的一些微量物质, 如B、As、Se、Ba及Co等.结合表 2中各污染指标的超标率和PI值, 可看出, 地下水中这些主要污染指标与填埋场渗滤液的主要污染指标相符, 可见生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标主要来自于垃圾填埋场渗滤液的入渗(Han et al., 2016).
3.3 污染指标分布特性根据污染指标的地区Ji值, 分别对正规生活垃圾填埋场和非正规生活垃圾填埋场不同污染指标的地区分布进行排序, 如表 6所示.
表 6(Table 6)
表 6 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标分布特性 Table 6 Distribution characteristics of main pollutants in the groundwater between sanitary and non-sanitary MSWLs
表 6 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标分布特性 Table 6 Distribution characteristics of main pollutants in the groundwater between sanitary and non-sanitary MSWLs
类别 污染指标名称 填埋场类型 地区Ji值排序 JI
感官性状及 有机物 挥发酚 正规 华北(0.48)﹥华南(0.32)﹥西北(0.20) 0.80
一般化学指标 非正规 -
高锰酸盐指数 正规 华东(0.37)﹥华北(0.22)﹥华南(0.21)﹥西南(0.20) 0.80
(耗氧量) 非正规 华东(0.29)﹥华中(0.24)﹥华北(0.21)﹥西南(0.13)﹥东北(0.13) 0.74
无机盐 氯化物 正规 华东(0.36)﹥西南(0.34)﹥华北(0.21)﹥华南(0.05)﹥西北(0.03) 0.70
非正规 华东(0.24)﹥华南(0.23)﹥华北(0.23)﹥华中(0.23)﹥西南(0.07) 0.70
氨氮 正规 华北(0.28)﹥华南(0.28)﹥华东(0.27)﹥西南(0.17) 0.83
非正规 华中(0.24)﹥华东(0.21)﹥西南(0.19)﹥东北(0.19)﹥华北(0.17) 0.83
硫酸盐 正规 西南(0.62)﹥华东(0.19)﹥西北(0.18) 0.81
非正规 华北(0.41)﹥华东(0.27)﹥东北(0.24)﹥西南(0.04)﹥华中(0.04) 0.92
重金属 正规 华南(0.31)﹥华东(0.28)﹥东北(0.17)﹥西南(0.16)﹥华中(0.09) 0.76
非正规 东北(0.28)﹥华中(0.28)﹥华北(0.26)﹥西南(0.18) 0.82
正规 西南(0.40)﹥华南(0.33)﹥华东(0.27) 0.73
非正规 华东(0.28)﹥华中(0.28)﹥华北(0.24)﹥东北(0.20) 0.80
轻金属 正规 华东(1) 1
非正规 -
综合性污 总硬度 正规 西南(0.36)﹥华北(0.33)﹥东北(0.31) 1
染指标 非正规 华东(0.45)﹥华北(0.34)﹥西南(0.11)﹥东北(0.11) 0.79
TDS 正规 西南(0.51)﹥华东(0.49) 1
非正规 -
微生物指标 细菌学 类大肠菌群 正规 华东(0.35)﹥西南(0.34)﹥华北(0.31) 1
非正规 东北(0.35)﹥西南(0.34)﹥华北(0.31) 1
细菌总数 正规 西南(1) 1
非正规 -
毒理学指标 无机盐 硝酸盐氮 正规 华东(0.25)﹥西南(0.25)﹥西北(0.24)﹥华南(0.20)﹥华中(0.03)﹥华北(0.02) 0.74
非正规 东北(0.34)﹥西南(0.32)﹥华北(0.31)﹥华东(0.03) 0.97
亚硝酸盐氮 正规 -
非正规 华东(0.32)﹥华中(0.29)﹥华北(0.29)﹥西南(0.05)﹥东北(0.05) 0.90
重金属 正规 华南(0.63)﹥东北(0.22)﹥华中(0.08)﹥华东(0.07) 0.85
非正规 华北(0.92)﹥东北(0.08) 0.92
正规 -
非正规 西南(0.31)﹥华北(0.27)﹥华东(0.27)﹥东北(0.15) 0.85
其它 有机物 化学需氧量 正规 华东(1) 1
非正规 华东(0.29)﹥华中(0.25)﹥华南(0.23)﹥华北(0.23) 0.77


考虑到某些指标监测分布样本量的局限性, 再结合表 2中污染指标的超标率及表 4中污染指标的分布特性, 综合分析得出生活垃圾填埋场地下水中的污染指标主要包括普遍性污染指标、局部性污染指标和点源性污染指标.
本次评价判断普遍性污染指标、局部性污染指标和点源性污染指标的依据如下:
① 根据表 2的计算结果, 将超标的污染指标作为备选指标;②根据表 4的计算结果, 将在华北、华东、华南、西南、华中、西北和东北等地区的分布比例大于60%的污染指标作为普遍性污染指标, 将分布比例为10%~60%的污染指标作为局部性污染指标, 将分布比例为0~10%的污染指标作为点源性污染指标, 正规和非正规填埋场地下水中的污染指标分布特征如表 7所示.
表 7(Table 7)
表 7 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标分布差异 Table 7 Distribution differences of major pollutants in the groundwater between sanitary and non-sanitary MSWLs
表 7 正规、非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标分布差异 Table 7 Distribution differences of major pollutants in the groundwater between sanitary and non-sanitary MSWLs
属性 污染指标 正规填埋场 非正规填埋场
普遍性污染指标 有机物 高锰酸盐指数(耗氧量) 高锰酸盐指数(耗氧量)、化学需氧量
无机盐 氨氮、氯化物、硝酸盐氮 氨氮、氯化物、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、硫酸盐
重金属 Fe、Hg Fe、Mn、As
综合性污染指标 总硬度
局部性污染指标 有机物 挥发酚
无机盐 硫酸盐
重金属 Mn Hg
细菌学 类大肠菌群 类大肠菌群
综合性污染指标 总硬度、TDS
点源性污染指标 有机物 化学需氧量
轻金属 Na
细菌学 细菌总数


根据大量研究和笔者现场调查表明, 填埋场地下水中的细菌学类指标污染严重且普遍存在, 但考虑到大部分地下水中并未监测细菌学类指标以及本文检索文献的局限性, 导致类大肠菌群在正规、非正规生活垃圾填埋场中仅局部地区分布, 细菌总数在正规中仅个别地区分布.
4 结果与讨论(Results and discussion)4.1 相似性分析4.1.1 污染指标种类正规和非正规生活垃圾填埋场地下水水质均已达到了严重污染水平, 且主要污染指标种类相似, 包括:细菌学类(类大肠菌群)、有机物(高锰酸盐指数(耗氧量)、化学需氧量)、无机盐(氨氮、硝酸盐氮、氯化物、硫酸盐)以及重金属(汞、锰、铁), 除了硝酸盐和氯化物外, 这与韩智勇等(2015)对我国生活垃圾填埋场地下水污染指标总体识别的种类相同.
4.1.2 污染程度正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中综合污染指标PI值都很高, 其污染等级均为严重污染, 这与韩智勇等(2015)的评价结果相同.同时, 正规、非正规中细菌学类污染指标污染程度均高于其余指标;有机物(高锰酸盐指数(耗氧量))和无机盐(硝酸盐氮、氯化物、硫酸盐)水质污染等级都属于轻度污染.
4.1.3 分布特性正规、非正规填埋场地下水主要污染指标中有机物(高锰酸盐指数(耗氧量))、无机盐(氨氮、氯化物、硝酸盐氮)以及重金属(铁)均分布较广泛, 属于普遍性污染指标.但是在韩智勇等(2015)的研究中, 生活垃圾填埋场地下水中的普遍性污染指标除上述指标外, 还包括亚硝酸盐氮、化学需氧量、总硬度、锰和挥发酚等指标.这主要是因为本文区分了正规和非正规填埋场, 存在样本差异所致.
4.2 差异性分析4.2.1 污染指标种类由表 7可知, 非正规生活垃圾填埋场地下水中主要污染指标有13种, 正规中有15种.其中, 相比非正规生活垃圾填埋场, 正规的有机物、细菌学类污染指标数量更多, 而无机盐、重金属数量更少.
4.2.2 污染程度首先, 非正规生活垃圾填埋场地下水的总体污染等级高于正规的, 且由图 1可知, 非正规生活垃圾填埋场地下水中达到中等污染等级以上的主要污染指标多于正规的.
图 1(Fig. 1)
图 1 正规、非正规填埋场地下水主要污染指标污染等级 Fig. 1Pollution level of major pollutants in sanitary and non-sanitary landfills groundwater

其次, 根据正规和非正规生活垃圾填埋场地下水细菌学指标的污染指数Pi值(正规:类大肠菌群764.01, 细菌总数53.39;非正规:类大肠菌群57.67)可知, 非正规的类大肠菌群和细菌总数污染等级均低于正规的.
同时, 非正规生活垃圾填埋场地下水中的无机盐和重金属污染程度要大于正规的.其中非正规生活垃圾填埋场地下水中化学需氧量、氨氮、锰、汞、砷均为中等以上污染, 而正规填埋场地下水中仅锰、铁为中等以上污染.在非正规填埋场地下水中, 铁仅表现出轻度污染, 但在正规填埋场地下水中达到了重污染, 但锰却恰好相反.
最后, 正规和非正规填埋场地下水中不同污染指标污染程度的排序也不同.其中, 正规的由大至小为:类大肠菌群﹥细菌总数﹥总硬度﹥汞﹥TDS﹥氨氮﹥钠﹥高锰酸盐指数(耗氧量)﹥化学需氧量﹥锰﹥铁﹥硝酸盐氮﹥氯化物﹥挥发酚﹥硫酸盐;非正规的由大至小为:类大肠菌群﹥汞﹥化学需氧量﹥总硬度﹥锰﹥砷﹥氨氮﹥铁﹥高锰酸盐指数(耗氧量)﹥氯化物﹥硫酸盐﹥硝酸盐氮﹥亚硝酸盐氮.
4.2.3 污染指标分布正规和非正规填埋场地下水中污染指标分布的差异主要表现在:某些指标如亚硝酸盐氮、砷是非正规填埋场地下水中的普遍性污染指标, 但不是正规中的主要污染指标;挥发酚和细菌总数不是非正规中的主要污染指标, 但是正规中的局部和点源性污染指标;重金属汞在非正规中仅分布在局部地区, 在正规中分布广泛, 但硫酸盐和锰污染的分布恰好相反.
同时根据表 7, 非正规填埋场地下水中普遍性污染指标数量要多于正规的, 局部和点源性污染指标数量少于正规的.
由上述分析可知, 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水的种类和数量、污染程度以及分布均存在不同程度的差异, 综合考虑可能由以下几方面的原因导致:
第一, 统计样本量的影响.基于文献搜集的局限性, 对于某些指标, 如细菌总数, 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水细菌总数的样本量分别为30个和15个, 样本量较少, 无大数据分析.
第二, 由于管理水平的差异, 大多数正规生活垃圾填埋场地下水均进行了系统性监测, 监测指标更多, 监测过程也更规范, 从而导致正规和非正规填埋场样本量和数据准确性均有差异.
第3, 正规生活垃圾填埋场只接收生活垃圾, 生活垃圾含有且极易滋生大量的类大肠菌群和细菌总数;相比正规填埋场, 非正规填埋场中建筑渣土和生活垃圾混合填埋现象较普遍(纪华等, 2010), 还有可能混入其他危险废物、工业垃圾、畜禽粪便以及其他农业垃圾等, 这导致非正规填埋场中垃圾成分更复杂, 有机物含量相对更低, 渗漏的渗滤液成分也更复杂.
第四, 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标地区分布差异明显.一方面, 垃圾渗滤液受许多因素影响, 如垃圾组分、垃圾填埋年龄、填埋场运行方式、运行管理以及天气和气候等(Regadío et al., 2012).另一方面, 渗滤液渗透到地下水后, 污染物的衰减也受到许多其他因素影响, 如稀释、吸附、离子交换、沉淀、氧化还原反应和降解过程等(Thomas et al., 2001Alslaibi et al., 2011).
最后, 由相关文献可知, 相比于正规填埋场, 非正规填埋场的防渗措施缺失或不到位, 可能会导致大量垃圾渗滤液渗漏进入地下水, 增加地下水中污染指标的种类及数量.例如迁移性强的无机盐更容易在非正规填埋场中发生渗漏并迁移到地下水中;在非正规填埋场中, 锰也更容易被有机质溶出, 随地下水富集并迁移(王敏等, 2015).
5 结论(Conclusions)1) 中国正规生活垃圾填埋场地下水中已报道检出相关污染指标共计89种, 非正规填埋场地下水中共计93种;正规、非正规填埋场地下水质量综合评分F值分别为7.69和8.11, 均已受到严重污染.
2) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标种类相似, 包括:类大肠菌群、高锰酸盐指数(耗氧量)、化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、氯化物、硫酸盐、汞、锰、铁, 其中高锰酸盐指数(耗氧量)、氨氮、氯化物、硝酸盐氮、铁均分布较广泛.
3) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标数量和类型差异明显.非正规的(13种)主要污染指标数量要少于正规的(15种), 其中, 有机物、细菌学类污染指标数量少于正规的, 但是无机盐、重金属数量均多于正规的.
4) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水污染程度差异明显.非正规生活垃圾填埋场地下水的总体污染等级高于正规的, 无机盐和重金属污染程度也大于正规的, 但是类大肠菌群和细菌总数污染等级均低于正规的;而且两种填埋场地下水中不同污染指标污染程度的排序也不同.
5) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标的地区分布差异明显.

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