潘 霞 呂梅樂(lè) 葉碎增 葉舒帆 唐慶蟬 馬婷婷

(1.溫州市生態(tài)環(huán)境局洞頭分局，浙江 溫州 325000；2.浙江省麗水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，浙江 麗水 323000；3.溫州市洞頭區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，浙江 溫州 325000；4.浙江中藍(lán)環(huán)境科技有限公司，浙江 溫州 325000；5.湖北文理學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053)

非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)是指利用自然條件，未按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，直接進(jìn)行垃圾填埋的場(chǎng)所[1]，即填埋場(chǎng)未設(shè)置環(huán)保措施，缺乏防滲系統(tǒng)、地下水導(dǎo)排系統(tǒng)、填埋氣導(dǎo)排和處理系統(tǒng)、滲濾液導(dǎo)排和處理系統(tǒng)等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)范圍內(nèi)僅規(guī)模性的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)已超3 000座[2]；大部分存在滲濾液泄漏、惡臭污染嚴(yán)重等現(xiàn)象，對(duì)周邊土壤、地下水等環(huán)境造成較大的污染風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患[3-5]，若不采取任何修復(fù)措施，填埋場(chǎng)污染可持續(xù)30年以上[6-7]。另外，隨著城市化進(jìn)程的加快，原先處于城區(qū)或近郊區(qū)的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)占據(jù)了稀缺城市土地資源，限制了城市的可持續(xù)發(fā)展。因此，對(duì)這些填埋場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)治理，一方面可避免繼續(xù)污染周邊生態(tài)環(huán)境，另一方面可實(shí)現(xiàn)污染地塊的再開(kāi)發(fā)利用。

由于非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)通常缺少填埋記錄、環(huán)境監(jiān)測(cè)等基礎(chǔ)資料，故而對(duì)其內(nèi)部污染狀況了解甚少，基本只了解占地面積、填埋類型、填埋土方量等及其對(duì)周邊大氣、水體等環(huán)境要素的感官影響，但只掌握以上信息無(wú)法針對(duì)性地采取合適的治理技術(shù)。因此，本研究選取浙江省某非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)為研究對(duì)象，對(duì)其填埋氣、滲濾液及腐殖土開(kāi)展采集、檢測(cè)、分析工作，并采用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法等方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解該填埋場(chǎng)污染現(xiàn)狀，為后續(xù)開(kāi)展修復(fù)治理提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；同時(shí)也為類似的填埋場(chǎng)的污染調(diào)查提供借鑒資料。

1 材料與方法

1.1 填埋場(chǎng)概況

本研究所選的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)為灘涂型填埋場(chǎng)，占地面積約20.47 hm2，服務(wù)時(shí)間為2003—2018年，填埋物以生活垃圾為主，夾有少量的建筑垃圾。填埋厚度變化較大，為0～15 m；服務(wù)期內(nèi)共計(jì)填埋垃圾約121.5萬(wàn)m3，其中生活垃圾94.8萬(wàn)m3。該填埋場(chǎng)曾發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的垃圾滲濾液泄漏事故，場(chǎng)地四周曾蓄積大量的滲濾液；垃圾堆體發(fā)生過(guò)自燃，存在極大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。

1.2 樣品采集

于2019年10月采用網(wǎng)格布點(diǎn)法在填埋場(chǎng)設(shè)置54個(gè)鉆探點(diǎn)位(見(jiàn)圖1)，鉆探深度范圍為堆體表面至垃圾底部原狀土。填埋氣樣品根據(jù)每個(gè)點(diǎn)位是否有垃圾填埋及填埋深度決定是否采集；同時(shí)，為研究垃圾堆體填埋氣的產(chǎn)氣率，重復(fù)選擇6個(gè)點(diǎn)位，間隔24 h后再次采集填埋氣樣品。使用電子泵和容量為1 L的氣袋采集，流量25 L/min，再將填埋氣由密封的氣袋導(dǎo)入真空不銹鋼罐保存，共采集39個(gè)填埋氣樣品。滲濾液樣品根據(jù)每個(gè)點(diǎn)位鉆探過(guò)程中是否發(fā)現(xiàn)滲濾液蓄積決定是否采集，淺層采用貝勒管、深層采樣蠕動(dòng)泵取樣，棄去前3次樣品，用第4次樣品作為分析樣品，樣品量1 L，加H2SO4現(xiàn)場(chǎng)固定，共采集30個(gè)滲濾液樣品。每個(gè)發(fā)現(xiàn)生活垃圾的點(diǎn)位根據(jù)垃圾填埋深度與類型取1～2個(gè)混合垃圾樣品；腐殖土樣品為混合垃圾樣品篩分后粒徑≤15 mm的灰土，共采集51個(gè)腐殖土樣品。樣品自然風(fēng)干后去除土樣中的植物根系和砂礫等異物，60 ℃下干燥至恒重；研磨后過(guò)200目土樣篩，篩下物封存于聚氯乙烯(PVC)密封袋中以備分析使用。

注：圖中高程單位為m。

1.3 樣品分析

本研究填埋氣、滲濾液及腐殖土的分析方法見(jiàn)表1。

表1 樣品分析方法

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 評(píng)價(jià)方法

1.5.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是最常見(jiàn)的污染評(píng)價(jià)方法，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)：

(1)

式中：Pi為污染物i的單因子污染指數(shù)；Si為污染物i的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度；Ssi為污染物i的標(biāo)準(zhǔn)值。Si和Ssi的單位視具體情況而定。

根據(jù)Pi可對(duì)污染程度進(jìn)行分級(jí)：Pi≤1，無(wú)污染；15，重度污染。

1.5.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法在單因子污染指數(shù)法基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算公式見(jiàn)式(2)：

(2)

式中：PI為綜合污染指數(shù)；n為污染物種類數(shù)。

高山分場(chǎng)是陽(yáng)圩農(nóng)場(chǎng)地理位置最高的一個(gè)分場(chǎng)，海拔在600米-900米，曾被專家斷言“高山分場(chǎng)山高氣寒，不宜種植芒果”。但是“倔強(qiáng)”的陽(yáng)圩人自籌資金購(gòu)入芒果苗，通過(guò)多方渠道學(xué)習(xí)，實(shí)踐所學(xué)，采用最新的芒果栽培技術(shù)，把芒果試種到了高山上。最終，證明了高山分場(chǎng)不僅能種芒果，還能高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而且由于海拔較高，通風(fēng)、光照條件好，晝夜溫差大，特殊的小氣候反而令芒果外觀更光潔亮麗，果質(zhì)更嫩滑香甜。

PI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可參考Pi。

1.5.3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

與綜合污染指數(shù)法相比，內(nèi)梅羅污染指數(shù)法突出最大污染對(duì)污染程度的影響來(lái)反映綜合污染狀況[8]，計(jì)算公式見(jiàn)式(3)：

(3)

式中：Pn為內(nèi)梅羅污染指數(shù)；Pimax為Pi最大值；Piavg為Pi平均值。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果將污染程度進(jìn)行如下分級(jí)：Pn≤0.7，清潔(安全)；0.73.0，重度污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 填埋氣污染分析

填埋氣質(zhì)量評(píng)估見(jiàn)表2。該填埋場(chǎng)填埋氣CH4為0.1%～52.8%，均值為18.0%，各個(gè)點(diǎn)位間差異較大。以5%為CH4限值，除R13、R17、R18、R19、R25、R41、R50和R52等8個(gè)點(diǎn)位外，其余點(diǎn)位均存在污染，點(diǎn)位超標(biāo)率高于75%。表明該填埋場(chǎng)缺乏有效運(yùn)行的CH4減排設(shè)施，產(chǎn)生的CH4基本都聚積于堆體內(nèi)部，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。填埋氣CH4單因子評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖2。本研究還分析了H2S、NH3、SO2等6項(xiàng)指標(biāo)，與GB 14554—1993或GB 16297—1996相比，H2S、NH3、臭氣濃度和非甲烷總烴存在顯著超標(biāo)情況。進(jìn)一步采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)惡臭氣體(綜合H2S、NH3、臭氣濃度的結(jié)果)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖3。所有點(diǎn)位惡臭氣體的內(nèi)梅羅指數(shù)均大于3.0，屬重度污染。因此，該垃圾填埋場(chǎng)的惡臭污染比較嚴(yán)重；尤其是R14、R26、R51等點(diǎn)位，需盡快對(duì)惡臭氣體進(jìn)行相應(yīng)處理，避免其對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。

注：圖中橫線指示單因子污染指數(shù)為1。

圖3 填埋氣惡臭氣體內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

表2 填埋氣質(zhì)量評(píng)估1)

6個(gè)點(diǎn)位間隔24 h的兩次檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比情況見(jiàn)表3。間隔24 h后，各點(diǎn)位中的CH4未顯著減少，個(gè)別點(diǎn)位甚至有增加；臭氣濃度、非甲烷總烴等其他指標(biāo)也是類似的情況：表明該填埋場(chǎng)垃圾堆體具有較高的產(chǎn)氣率。

表3 填埋氣間隔24 h的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

2.2 滲濾液污染分析

滲濾液質(zhì)量評(píng)估見(jiàn)表4。該填埋場(chǎng)滲濾液pH為7.33～8.78，均值為7.81；COD為30～1 240 mg/L，均值為418 mg/L；BOD5為7.20～579.00 mg/L，均值為182.33 mg/L；氨氮為99.4～4 400.0 mg/L，均值為1 219.8 mg/L；TN為104～4 410 mg/L，均值為1 227 mg/L。填埋場(chǎng)垃圾滲濾液BOD5/COD(質(zhì)量比)為0.24～0.50，均值為0.37，表明該滲濾液可生物降解。BOD5∶TN∶TP(質(zhì)量比)平均值比為18∶124∶1，滲濾液營(yíng)養(yǎng)元素失調(diào)，若后期治理工程采用生物法處理垃圾滲濾液，需要調(diào)整滲濾液營(yíng)養(yǎng)元素比例，使之達(dá)到微生物最佳的生存環(huán)境。采用GB 16889—2008水污染物排放濃度限值來(lái)評(píng)價(jià)滲濾液環(huán)境質(zhì)量，存在超標(biāo)現(xiàn)象的有色度、懸浮物、COD和BOD5等12項(xiàng)指標(biāo)，其中懸浮物、氨氮、TN這3項(xiàng)指標(biāo)所有點(diǎn)位均超標(biāo)，表明滲濾液污染嚴(yán)重。

表4 滲濾液質(zhì)量評(píng)估1)

2.3 腐殖土污染分析

2.3.1 單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

采用CJ/T 340—2016 Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)腐殖土進(jìn)行單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表5。該填埋場(chǎng)腐殖土僅As這一項(xiàng)指標(biāo)處于無(wú)污染；Cr、Cu、Zn、Cd在部分點(diǎn)位存在重度污染，其中Cr、Cu、Zn點(diǎn)位超標(biāo)率大于50%。

表5 腐殖土單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3.2 綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

同樣采用CJ/T 340—2016 Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算腐殖土的重金屬綜合污染指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖4。僅R22、R25兩個(gè)點(diǎn)位無(wú)污染；剩余37個(gè)點(diǎn)位的腐殖土均存在不同程度的重金屬污染，其中R29、R32、R33存在中度污染，R12、R47存在重度污染。污染程度空間分布的不均衡性可能與進(jìn)場(chǎng)垃圾的性質(zhì)、填埋方式的無(wú)序性等因素相關(guān)。

注：圖中橫線指示綜合污染指數(shù)為1。

2.3.3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

進(jìn)一步采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖5。所有點(diǎn)位均存在污染。包括R12、R47在內(nèi)的31個(gè)點(diǎn)位存在重度污染，遠(yuǎn)超過(guò)綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果(兩個(gè)點(diǎn)位重度污染)，這可能是因?yàn)閮?nèi)梅羅污染指數(shù)法突出最大污染對(duì)污染程度的影響。

3 討 論

3.1 填埋場(chǎng)穩(wěn)定化水平分析

填埋年限、填埋氣CH4濃度、滲濾液COD濃度等指標(biāo)可用于評(píng)判一個(gè)填埋場(chǎng)穩(wěn)定化程度[9]。該填埋場(chǎng)的服務(wù)時(shí)間為2003—2018年，即封場(chǎng)年限為1年；而非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化周期通常在10年左右[10-11]，初步判斷填埋場(chǎng)處于未穩(wěn)定狀態(tài)。填埋氣CH4均值為18.0%，大于《生活垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定化場(chǎng)地利用技術(shù)要求》(GB 25179—2010)規(guī)定的低度利用要求(5%)；同時(shí)，CH4最大值為52.8%，結(jié)合垃圾堆體現(xiàn)狀仍具有較高的產(chǎn)氣率這一情況，填埋場(chǎng)整體處于未穩(wěn)定狀態(tài)，部分區(qū)域處于產(chǎn)甲烷階段。滲濾液COD均值為418 mg/L，而林建偉等[12]總結(jié)得出未穩(wěn)定狀態(tài)填埋場(chǎng)滲濾液COD大于120 mg/L，可知填埋場(chǎng)處于未穩(wěn)定狀態(tài)。綜上，該填埋場(chǎng)整體處于未穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)環(huán)境影響較大，需要重點(diǎn)監(jiān)管。

3.2 腐殖土資源化利用

目前，填埋場(chǎng)腐殖土的資源化利用方式主要包括作為生物填料應(yīng)用到廢水處理[13-14]，作為覆蓋材料應(yīng)用到填埋場(chǎng)建設(shè)作業(yè)[15-16]，作為綠化土及栽種基質(zhì)應(yīng)用到園林綠化[17-19]以及作為水泥窯替代原料應(yīng)用到水泥生產(chǎn)等[20]。

根據(jù)CJ/T 340—2016 Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該填埋場(chǎng)腐殖土存在Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Hg這7項(xiàng)重金屬超標(biāo)；且Cr、Zn、Cd的最大超標(biāo)倍數(shù)大于10，表明腐殖土重金屬污染嚴(yán)重，不能將其作為綠化土直接應(yīng)用到園林綠化，而應(yīng)當(dāng)進(jìn)行淋洗、固化/穩(wěn)定化等處理。

3.3 填埋場(chǎng)污染風(fēng)險(xiǎn)分析

非正規(guī)填埋場(chǎng)的污染風(fēng)險(xiǎn)主要包括填埋氣對(duì)大氣的污染，滲濾液對(duì)地表水、地下水和土壤的污染等。該填埋場(chǎng)填埋氣中的CH4、H2S、NH3、臭氣濃度和非甲烷總烴5項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)。其中CH4不但有爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)[21]，還是溫室氣體之一[22]；而H2S等惡臭氣體則具有致癌、致畸特性，可能危害人體健康[23]。

該填埋場(chǎng)內(nèi)部滲濾液所在的大部分區(qū)域高程高于外側(cè)四周地面，暴雨等特殊條件下容易引發(fā)滲濾液漫流；結(jié)合滲濾液中的色度、懸浮物、COD和BOD5等12項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，滲濾液對(duì)周邊環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)較大，滲濾液中的重金屬還可能通過(guò)食物鏈的生物放大作用富集到人體內(nèi)，對(duì)人體產(chǎn)生直接或間接的危害[24-25]。

4 結(jié)論與建議

(1) 填埋場(chǎng)填埋氣CH4均值為18.0%，超過(guò)75%的點(diǎn)位CH4高于5%，安全風(fēng)險(xiǎn)較高；R14、R26、R51等點(diǎn)位惡臭污染比較嚴(yán)重。同時(shí)，堆體現(xiàn)狀仍具有較高的產(chǎn)氣率。因此，需盡快對(duì)CH4和惡臭氣體進(jìn)行導(dǎo)排和處理，避免其對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。滲濾液的色度、懸浮物、COD和BOD5等12項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，且曾發(fā)生滲濾液泄漏事件，可能已對(duì)周邊水體造成污染。單因子污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)、內(nèi)梅羅污染指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果均表明填埋場(chǎng)腐殖土存在重金屬污染，且部分點(diǎn)位存在重度污染，主要污染因子為Cr、Cu、Zn。

(2) 該填埋場(chǎng)整體處于未穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)，腐殖土Cr、Zn、Cd的超標(biāo)倍數(shù)較高，不能將其作為綠化土直接應(yīng)用到園林綠化。填埋氣和滲濾液污染風(fēng)險(xiǎn)較大，需采取工程措施對(duì)其進(jìn)行收集、處理，避免擴(kuò)散對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。另外，結(jié)合后期土地利用規(guī)劃，建議對(duì)填埋場(chǎng)開(kāi)展詳細(xì)調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，調(diào)查范圍可延伸至周邊土壤和地下水。