楊康康，藍(lán)俊康

(桂林理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

近年來，國內(nèi)外垃圾填埋場滲濾液污染地下水事件層出不窮[1-2]。迄今國內(nèi)處理垃圾的方式仍主要為填埋，這種處理方式會產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液[3-7]。于大潞等人(2015)對濟(jì)南南部2個較大型的垃圾填埋場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，垃圾淋濾液中無論是有機(jī)物、無機(jī)物還是重金屬污染物，其含量均較高，其中COD高達(dá)1 850.67 mg/L，Cl-高達(dá)1 830.00 mg/L，NO2高達(dá) 95.00 mg/L，NO3高達(dá)2 090.00 mg/L，As高達(dá)0.194 mg/L；Cu高達(dá)0.15 mg/L；此外，Pb、Zn、Se、Fe、酚等也嚴(yán)重超標(biāo)[8]。除了這些可檢測到的常規(guī)指標(biāo)外，垃圾滲濾液往往還含有一些難以被檢測到的對人類致癌、致崎的微量污染物[9]。可以想象，那些無覆蓋、無防滲、無排氣等防控措施的非正規(guī)垃圾填埋場，其滲濾液入滲到下覆含水層后將會對當(dāng)?shù)氐牡叵滤h(huán)境的造成極其嚴(yán)重的污染。金沁等人(2016)對安徽省某個才運(yùn)行2年的生活垃圾填埋場周邊的地下水污染調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該填埋場周邊地下水中重金屬物質(zhì)多數(shù)尚未被檢出，但總硬度、溶解性總固體和無機(jī)鹽等物質(zhì)含量較高，部分監(jiān)測的氨氮、硝酸鹽已出現(xiàn)超標(biāo)[10]。

鐘山縣鯉魚塘非正規(guī)垃圾填埋場于上世紀(jì)70年代開始堆放垃圾，運(yùn)行初期為無組織傾倒堆放模式，未采取任何覆蓋與防滲、填埋氣收集與導(dǎo)排、滲濾液收集與導(dǎo)排、雨污分流系統(tǒng)等防污措施，其垃圾成分以生活垃圾及建筑垃圾為主，不僅滋生大量的蚊蟲，其垃圾滲濾液也已經(jīng)對當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境和周邊的土壤已產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。為了周邊居民的身體健康，同時也為了該場地的土地流轉(zhuǎn)，通過現(xiàn)場水文地質(zhì)和工程地質(zhì)測繪、水文地質(zhì)試驗(yàn)和水位水質(zhì)監(jiān)測，對場地地下水污染現(xiàn)狀進(jìn)行進(jìn)行評價(jià)，并根據(jù)垃圾填埋場的特點(diǎn)，探尋其最佳的治理方案。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境特征

鐘山縣鯉魚塘非正規(guī)垃圾填埋場評價(jià)區(qū)位于鐘山縣城的西南的一處巖溶溶蝕盆地內(nèi)，縣城的東側(cè)為富江，縣城的北、西及南部三面環(huán)山，整個區(qū)域大部分為低山丘陵地形，區(qū)域地勢由北西向東南傾斜。

研究區(qū)的東部邊界為富江，以北門江為北部邊界，以禎祥溪為南部邊界，西部邊界以分水嶺為界(思勤江與富江之間的分水嶺)，總面積為35.07 km2。

在地質(zhì)構(gòu)造上，本研究區(qū)位于廣西山字型構(gòu)造東冀反射弧的內(nèi)側(cè)與湘南經(jīng)向構(gòu)造(湘南弧)末端交匯處，由于經(jīng)歷了加里東、印支、燕山等多次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，地層產(chǎn)生了諸多的褶皺及斷裂，構(gòu)造線方向錯綜復(fù)雜。向斜的核部地層北翼傾角15°～16°，南翼30°。受斷裂帶F1、F2的影響，一些地層缺失，出現(xiàn)了侏羅系地層和泥盆系地層接觸(見圖1所示)。

圖1 鐘山垃圾填埋場區(qū)域水文地質(zhì)圖

研究區(qū)的基巖地層主要有泥盆系中統(tǒng)的東崗嶺階(下段D2d1、上段D2d2)、泥盆系上統(tǒng)桂林組(D3g)和融縣組(D3r)，石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階(C1y)和大塘階(C1d)、石炭系中上統(tǒng)(C2+3)，侏羅系下統(tǒng)天堂組(J1t)、大嶺組(J1d)和石梯組(J1s)，其巖性有粉砂巖、砂巖、角礫巖、白云巖、灰?guī)r、頁巖等。

第四系地層主要有更新統(tǒng)(Qp)的殘積黏土和全新統(tǒng)地層(Q4)的砂、粉土及填土。

評價(jià)區(qū)內(nèi)地下水的方向較為復(fù)雜，總體上為自西向東，局部上又自中間局域分水嶺向南北兩側(cè)分流，即北部區(qū)域地下水向北門江排泄，局域分水嶺南部的地下水向東南方向的禎祥溪匯聚，最后由2條河流再向東匯入富江。

2 勘探與測試

2.1 工程地質(zhì)鉆探

為了解垃圾填埋場中垃圾的填埋厚度以及取得第四系殘積層的土力學(xué)參數(shù)，在垃圾填埋場內(nèi)布置工程勘探孔27個。經(jīng)勘察得知，垃圾填埋厚度即雜填土厚度為3.5～8.7 m，平均5.21 m，屬于高壓縮性土，由此計(jì)算出垃圾填埋場的體積約為108 258.59 m3。在殘積黏土層中取Ⅱ級原狀土樣6組，結(jié)果顯示天然含水率平均為29.6%，液限平均為42.4%，天然孔隙比平均為0.869，液性指數(shù)平均為0.35，壓縮系數(shù)平均為0.294 MPa-1，壓縮模量平均為6.43 MPa，屬中壓縮性土。

2.2 水文地質(zhì)鉆探

因?yàn)檠芯繀^(qū)的民井?dāng)?shù)量分布不均，垃圾場四周的水井?dāng)?shù)量不足，故增加了水文地質(zhì)鉆探孔5個，鉆孔深度56～61 m(鉆至枯水期水位下10 m)，其位置如圖1。利用鉆探得知：(1)該填埋場底部第四系殘積黏土層的厚度約為16.8 m；(2)地下水位低于黏土層底板，為無壓(即潛水)含水層。(3)下覆的基巖地層為大塘組羅城段(C1d3)，其巖性為灰白色灰?guī)r、白云巖；(4)所有鉆孔均未遇見溶洞，巖芯較為完整，裂隙率為1.0%～3.0%(平均2.39%)，僅見有少量細(xì)小的裂隙?？梢姳緢龅叵赂不鶐r的巖溶管道不發(fā)育，含水層的滲透性較差，地下水類型為裂隙溶隙水和裂隙水。

2.3 巖土滲透性測試

在ZK1和ZK4號孔中進(jìn)行降水頭注水試驗(yàn)(土層)和壓水試驗(yàn)(基巖中)測試[11]，結(jié)果顯示：基巖地層的滲透系數(shù)約為0.105～0.321 m/d，(平均值為0.0915 m/d，屬于弱透水性巖體)，而殘積黏土層的滲透系數(shù)的平均值約為2.01×10-4m/d。

3 地下水水質(zhì)現(xiàn)狀

在垃圾填埋場中部及周邊的5個鉆孔和2口井中取水樣進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果顯示：除了離垃圾場較遠(yuǎn)的廢棄水井(W08)沒有總大腸桿菌群超標(biāo)外，填埋場四周的果園水井和鉆孔的巖溶水均發(fā)現(xiàn)總大腸桿菌群嚴(yán)重超標(biāo)，而且發(fā)現(xiàn)，垃圾場四周的總大腸桿菌群數(shù)還比垃圾場中部ZK4孔的還高，這說明，垃圾場周邊的地下水環(huán)境中的大腸桿菌不是來自垃圾滲濾液，這個現(xiàn)象與國外學(xué)者通過示蹤試驗(yàn)所得結(jié)論一致[12]。

監(jiān)測結(jié)果還顯示：盡管本場地包氣帶的防污性能很好(垃圾場底部黏土層厚約17 m)，但填埋場中部鉆孔ZK4中的地下水水質(zhì)已較差，其中NH4-N超過《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-2017)標(biāo)準(zhǔn)的4.12倍，揮發(fā)酚超標(biāo)0.05倍，Hg超標(biāo)2倍，F(xiàn)e超標(biāo)0.35倍，這說明垃圾滲濾液中的污染組分已穿透了巨厚的黏土防滲層，污染到下覆巖溶含水層。且受地下水流動的影響，下游的ZK5、ZK2已出現(xiàn)有個別指標(biāo)超標(biāo)。幸運(yùn)的是，由于垃圾場靠近縣城，下游及周邊居民的生活用水均以自來水為水源(源自遠(yuǎn)處河水)。

4 污染物的運(yùn)移速度

研究區(qū)的地下水類型主要是裂隙溶洞水和裂隙孔隙水，由于下覆基巖含水層的巖溶管道不發(fā)育，地下水運(yùn)動基本符合達(dá)西定律，故可采用解析法進(jìn)行預(yù)測。

4.1 滲濾液穿透包氣帶的時間

據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果，包氣帶殘積黏土層的入滲系數(shù)約為2.01×10-4m/d。由于滲濾液基本是垂直入滲的，其水力坡度為1，土層的有效孔隙率ne 取經(jīng)驗(yàn)值0.05，則實(shí)際的滲流速度u為：

u=V/ne=KI/ne=2.01×10-4×1/0.05=4.02×10-3m/d

那么，垃圾場滲濾液穿透包氣帶土層達(dá)巖溶含水層所需時間約為：

t=H/u=16.8/4.02×10-3=4179.1(d)=11.58(年)

本垃圾場于上世紀(jì) 70 年代開始堆放垃圾，距今已有40多年了，顯然垃圾滲濾液已穿透了該保護(hù)層。垃圾滲濾液污染物中，大腸桿菌、病菌等微生物污染物不僅被包氣帶黏土層微小的孔隙所篩留，且也受限于其本身的生命期限(它們的存活期一般不超過2個月)，在經(jīng)過土層11.58年的滲透時間早已死亡，不足為慮。雖然垃圾滲濾液中COD的濃度很高，但有機(jī)污染物在包氣帶滲透過程中受到微生物漫長的分解作用下以及下覆含水層的稀釋作用下，也基本消耗殆盡，故下覆含水層中的COD濃度已不高，這也就是ZK4孔中的COD監(jiān)測值已不超標(biāo)的原因所在。

4.2 基巖裂隙水中溶質(zhì)的運(yùn)移速度

以Hg為例，計(jì)算污染物從垃圾場下覆基巖含水層ZK4中遷移至下游W08遷移的速度。

據(jù)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，垃圾場中部鉆孔ZK4孔地下水Hg的實(shí)測濃度為3 μg/L。假設(shè)：(1)地下水從ZK4向W08的運(yùn)動為一維運(yùn)動；(2)污染物在遷移過程中沒有被巖土介質(zhì)所吸附或沉淀；(3)地下水的流速、流量和水位不隨時間變化；(4)垃圾滲濾液中的污染物濃度恒定，不隨時間改變。則可根據(jù)《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 地下水環(huán)境》HJ610-2016附錄的D.2式，此處的污染物運(yùn)移可以“半無限長多孔介質(zhì)柱體，一端為定濃度邊界”問題考慮，計(jì)算模型如下式所示：

(1)

式中：C為t時刻x處的地下水污染物濃度(mg/L)；C0為地下水污染源強(qiáng)濃度(mg/L)；DL為彌散系數(shù)(m2/d)，按地下水實(shí)際流速和縱向彌散度取經(jīng)驗(yàn)值1.0 m算出[13]；t為預(yù)測時段(d)；u為地下水實(shí)際流速(m/d)，可根據(jù)實(shí)際水力坡度及壓水試驗(yàn)得到的滲透系數(shù)值算出；x為預(yù)測點(diǎn)至污染源強(qiáng)距離(m)；erfc( )為余補(bǔ)誤差函數(shù)。

模型的計(jì)算參數(shù)如下表1所示，計(jì)算結(jié)果如表2和表3所示。

表1 計(jì)算參數(shù)表

根據(jù)表2、表3結(jié)果顯示，在地下水流的攜帶作用及彌散作用的共同影響下，Hg從ZK4遷移至W08井大約需要30多年，W08井中汞的濃度自第32年后將逐漸升高，大約至第38.5年時，W08中的汞開始超標(biāo)(≥1.0 μg/L)，至第50年，W08中的汞將達(dá)到最高值3 μg/L?？紤]到污染物在含水層中會發(fā)生沉淀、被巖土層吸附(尤其是Hg2+)以及被側(cè)向來水稀釋等情況，實(shí)際到達(dá)的時間還要長一些，到達(dá)W08時的濃度也會更少一些。現(xiàn)如今該垃圾填埋場已經(jīng)使用40余年，預(yù)計(jì)不久的將來，在W08井內(nèi)就會監(jiān)測到有從本垃圾填埋場遷移而來的污染物。

表2 污染物從ZK4至W08遷移過程的計(jì)算結(jié)果表

表3 W08中汞的濃度隨時間變化預(yù)測表

5 治理方案

非正規(guī)垃圾填埋場的地下水污染的控制技術(shù)主要包括2個方面：一是源頭控制，二是切斷污染途徑[14]。考慮到本垃圾填埋場的周邊及其下游均無采用地下水源的民用水井，不需要對已污染的含水層進(jìn)行修復(fù)。此外，還考慮到此處的土地需要轉(zhuǎn)為商業(yè)用地，因此選擇源頭控制方案，即對垃圾就地進(jìn)行無害化處理，切斷地下水的污染源。

對于生活垃圾的無害化處理，目前主要采取[15]：一是好氧快速穩(wěn)定化；二是開挖篩分和轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)。結(jié)合本場地特點(diǎn)，建議采用的具體工藝路線如下：

(1)局部采用原位好氧穩(wěn)定化技術(shù)：在填埋堆體中埋設(shè)注氣井、注液井和排氣井，使用高壓風(fēng)機(jī)，通過管道和注氣井，將新鮮空氣加壓后注入垃圾堆體深處，同時把垃圾中的二氧化碳等氣體抽出，同時將收集的滲濾液和其他液體回注至垃圾堆體，激活垃圾中的微生物再生，創(chuàng)造出一個比較理想的有氧反應(yīng)環(huán)境，使反應(yīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，從而加速垃圾場堆體穩(wěn)定。

(2)開挖篩分技術(shù)：將垃圾逐層開挖并在現(xiàn)場進(jìn)行機(jī)械分選、破碎。經(jīng)分選后將得到磚石無機(jī)類、廢舊金屬類、有機(jī)可燃類、廢舊塑料類、渣土類等各類別廢棄物。其中的腐殖土類剩余渣土，大約約占垃圾總量的55% 約合9.2萬 m3，可先暫時堆放在附近待施工結(jié)束時用于原地填埋；而有機(jī)可燃類、廢舊塑料類這些可燃類可運(yùn)送至焚燒系統(tǒng)發(fā)電或者運(yùn)至附近正規(guī)的衛(wèi)生填埋場填埋進(jìn)行衛(wèi)生填埋；對于可回收的廢舊金屬、玻璃瓶類經(jīng)簡單處理將回收利用。

(3)垃圾滲濾液的處置：在基坑底部通過集水井和管道收集后先通過好氧抽氣降解，再利用污水泵和開孔導(dǎo)流管回噴到垃圾堆體中，以起到調(diào)節(jié)降解環(huán)境和加快生物發(fā)酵的作用，同時，通過生活垃圾好氧發(fā)酵為放熱反應(yīng)，滲濾液被蒸發(fā)處理掉，基本無剩余。對于少量剩余的滲濾液，經(jīng)現(xiàn)場收集后密閉槽車外運(yùn)處理到至附近的污水處理廠處理。

(4)場地恢復(fù)：將暫時堆放在附近的腐殖土類剩余渣土與附近運(yùn)來的新鮮黏土混合回填施工基坑，并作必要的壓實(shí)和平整，最終確保場區(qū)無凹陷、無超出地面堆體，達(dá)到場地平整的基本要求。

經(jīng)過上述的“好氧降解+原位開采+機(jī)械分選 +分類處置+場地恢復(fù)”綜合治理后，該垃圾填埋場對當(dāng)?shù)卮髿?、土壤、地下水體及民居環(huán)境的污染因素將完全消除。

6 結(jié)語

(1)根據(jù)工程鉆探，探查到該非正規(guī)垃圾填埋的厚度為3.5～8.7 m，平均5.21 m，由此可估算出填埋場的垃圾總體積約為208 258.59 m3。利用水文地質(zhì)鉆探，探明了本場地的地下水類型為裂隙溶洞潛水和裂隙潛水，垃圾場底部的包氣帶黏土層厚度約為17 m。

(2)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)結(jié)果結(jié)果顯示，垃圾填埋場中部鉆孔ZK4水質(zhì)極差，氨氮、汞、鐵揮發(fā)酚等超標(biāo)嚴(yán)重；下游鉆孔ZK5、ZK2孔的水質(zhì)也較差，有個別指標(biāo)超標(biāo)。

(3)根據(jù)本場地地下含水層的特點(diǎn)及開采利用情況，建議采用“好氧降解+原位開采+機(jī)械分選 +分類處置+場地恢復(fù)”的源頭控制方案，在治理期間需要對地下水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。