浙江省某非正规垃圾填埋场环境污染状况及稳定化水平研究*
2021-12-28吕梅乐叶碎增叶舒帆唐庆蝉马婷婷
潘 霞 吕梅乐 叶碎增 叶舒帆 唐庆蝉 马婷婷
(1.温州市生态环境局洞头分局，浙江 温州 325000；2.浙江省丽水生态环境监测中心，浙江 丽水 323000；3.温州市洞头区环境监测站，浙江 温州 325000；4.浙江中蓝环境科技有限公司，浙江 温州 325000；5.湖北文理学院资源环境与旅游学院，湖北 襄阳 441053)
非正规垃圾填埋场是指利用自然条件，未按照相关标准进行设计和建设，直接进行垃圾填埋的场所[1]，即填埋场未设置环保措施，缺乏防渗系统、地下水导排系统、填埋气导排和处理系统、渗滤液导排和处理系统等。据不完全统计，全国范围内仅规模性的非正规垃圾填埋场已超3 000座[2]；大部分存在渗滤液泄漏、恶臭污染严重等现象，对周边土壤、地下水等环境造成较大的污染风险和安全隐患[3-5]，若不采取任何修复措施，填埋场污染可持续30年以上[6-7]。另外，随着城市化进程的加快，原先处于城区或近郊区的非正规垃圾填埋场占据了稀缺城市土地资源，限制了城市的可持续发展。因此，对这些填埋场进行修复治理，一方面可避免继续污染周边生态环境，另一方面可实现污染地块的再开发利用。
由于非正规垃圾填埋场通常缺少填埋记录、环境监测等基础资料，故而对其内部污染状况了解甚少，基本只了解占地面积、填埋类型、填埋土方量等及其对周边大气、水体等环境要素的感官影响，但只掌握以上信息无法针对性地采取合适的治理技术。因此，本研究选取浙江省某非正规垃圾填埋场为研究对象，对其填埋气、渗滤液及腐殖土开展采集、检测、分析工作，并采用单因子污染指数法、综合污染指数法和内梅罗污染指数法等方法进行评价，了解该填埋场污染现状，为后续开展修复治理提供设计数据；同时也为类似的填埋场的污染调查提供借鉴资料。
1 材料与方法
1.1 填埋场概况
本研究所选的非正规垃圾填埋场为滩涂型填埋场，占地面积约20.47 hm2，服务时间为2003—2018年，填埋物以生活垃圾为主，夹有少量的建筑垃圾。填埋厚度变化较大，为0～15 m；服务期内共计填埋垃圾约121.5万m3，其中生活垃圾94.8万m3。该填埋场曾发生过严重的垃圾渗滤液泄漏事故，场地四周曾蓄积大量的渗滤液；垃圾堆体发生过自燃，存在极大的环境风险和安全隐患。
1.2 样品采集
于2019年10月采用网格布点法在填埋场设置54个钻探点位(见图1)，钻探深度范围为堆体表面至垃圾底部原状土。填埋气样品根据每个点位是否有垃圾填埋及填埋深度决定是否采集；同时，为研究垃圾堆体填埋气的产气率，重复选择6个点位，间隔24 h后再次采集填埋气样品。使用电子泵和容量为1 L的气袋采集，流量25 L/min，再将填埋气由密封的气袋导入真空不锈钢罐保存，共采集39个填埋气样品。渗滤液样品根据每个点位钻探过程中是否发现渗滤液蓄积决定是否采集，浅层采用贝勒管、深层采样蠕动泵取样，弃去前3次样品，用第4次样品作为分析样品，样品量1 L，加H2SO4现场固定，共采集30个渗滤液样品。每个发现生活垃圾的点位根据垃圾填埋深度与类型取1～2个混合垃圾样品；腐殖土样品为混合垃圾样品筛分后粒径≤15 mm的灰土，共采集51个腐殖土样品。样品自然风干后去除土样中的植物根系和砂砾等异物，60 ℃下干燥至恒重；研磨后过200目土样筛，筛下物封存于聚氯乙烯(PVC)密封袋中以备分析使用。
注：图中高程单位为m。
1.3 样品分析
本研究填埋气、渗滤液及腐殖土的分析方法见表1。
表1 样品分析方法
1.4 评价标准
1.5 评价方法
1.5.1 单因子污染指数法
单因子污染指数法是最常见的污染评价方法，计算公式见式(1)：
(1)
式中：Pi为污染物i的单因子污染指数；Si为污染物i的实测质量浓度；Ssi为污染物i的标准值。Si和Ssi的单位视具体情况而定。
根据Pi可对污染程度进行分级：Pi≤1，无污染；1
1.5.2 综合污染指数法
综合污染指数法在单因子污染指数法基础上进行综合评价，计算公式见式(2)：
(2)
式中：PI为综合污染指数；n为污染物种类数。
高山分场是阳圩农场地理位置最高的一个分场，海拔在600米-900米，曾被专家断言“高山分场山高气寒，不宜种植芒果”。但是“倔强”的阳圩人自筹资金购入芒果苗，通过多方渠道学习，实践所学，采用最新的芒果栽培技术，把芒果试种到了高山上。最终，证明了高山分场不仅能种芒果，还能高产稳产，而且由于海拔较高，通风、光照条件好，昼夜温差大，特殊的小气候反而令芒果外观更光洁亮丽，果质更嫩滑香甜。
PI分级标准可参考Pi。
1.5.3 内梅罗污染指数法
与综合污染指数法相比，内梅罗污染指数法突出最大污染对污染程度的影响来反映综合污染状况[8]，计算公式见式(3)：
(3)
式中：Pn为内梅罗污染指数；Pimax为Pi最大值；Piavg为Pi平均值。根据评价结果将污染程度进行如下分级：Pn≤0.7，清洁(安全)；0.7
2 结果与分析
2.1 填埋气污染分析
填埋气质量评估见表2。该填埋场填埋气CH4为0.1%～52.8%，均值为18.0%，各个点位间差异较大。以5%为CH4限值，除R13、R17、R18、R19、R25、R41、R50和R52等8个点位外，其余点位均存在污染，点位超标率高于75%。表明该填埋场缺乏有效运行的CH4减排设施，产生的CH4基本都聚积于堆体内部，安全风险极大。填埋气CH4单因子评价结果见图2。本研究还分析了H2S、NH3、SO2等6项指标，与GB 14554—1993或GB 16297—1996相比，H2S、NH3、臭气浓度和非甲烷总烃存在显著超标情况。进一步采用内梅罗污染指数法对恶臭气体(综合H2S、NH3、臭气浓度的结果)进行评价，结果见图3。所有点位恶臭气体的内梅罗指数均大于3.0，属重度污染。因此，该垃圾填埋场的恶臭污染比较严重；尤其是R14、R26、R51等点位，需尽快对恶臭气体进行相应处理，避免其对周围环境产生影响。
注：图中横线指示单因子污染指数为1。
图3 填埋气恶臭气体内梅罗污染指数法评价结果
表2 填埋气质量评估1)
6个点位间隔24 h的两次检测结果的对比情况见表3。间隔24 h后，各点位中的CH4未显著减少，个别点位甚至有增加；臭气浓度、非甲烷总烃等其他指标也是类似的情况：表明该填埋场垃圾堆体具有较高的产气率。
表3 填埋气间隔24 h的检测结果对比
2.2 渗滤液污染分析
渗滤液质量评估见表4。该填埋场渗滤液pH为7.33～8.78，均值为7.81；COD为30～1 240 mg/L，均值为418 mg/L；BOD5为7.20～579.00 mg/L，均值为182.33 mg/L；氨氮为99.4～4 400.0 mg/L，均值为1 219.8 mg/L；TN为104～4 410 mg/L，均值为1 227 mg/L。填埋场垃圾渗滤液BOD5/COD(质量比)为0.24～0.50，均值为0.37，表明该渗滤液可生物降解。BOD5∶TN∶TP(质量比)平均值比为18∶124∶1，渗滤液营养元素失调，若后期治理工程采用生物法处理垃圾渗滤液，需要调整渗滤液营养元素比例，使之达到微生物最佳的生存环境。采用GB 16889—2008水污染物排放浓度限值来评价渗滤液环境质量，存在超标现象的有色度、悬浮物、COD和BOD5等12项指标，其中悬浮物、氨氮、TN这3项指标所有点位均超标，表明渗滤液污染严重。
表4 渗滤液质量评估1)
2.3 腐殖土污染分析
2.3.1 单因子污染指数法评价结果
采用CJ/T 340—2016 Ⅲ级标准对腐殖土进行单因子污染指数法评价，结果见表5。该填埋场腐殖土仅As这一项指标处于无污染；Cr、Cu、Zn、Cd在部分点位存在重度污染，其中Cr、Cu、Zn点位超标率大于50%。
表5 腐殖土单因子污染指数法评价结果
2.3.2 综合污染指数法评价结果
同样采用CJ/T 340—2016 Ⅲ级标准计算腐殖土的重金属综合污染指数，结果见图4。仅R22、R25两个点位无污染；剩余37个点位的腐殖土均存在不同程度的重金属污染，其中R29、R32、R33存在中度污染，R12、R47存在重度污染。污染程度空间分布的不均衡性可能与进场垃圾的性质、填埋方式的无序性等因素相关。
注：图中横线指示综合污染指数为1。
2.3.3 内梅罗污染指数法评价结果
进一步采用内梅罗污染指数法进行评价，结果见图5。所有点位均存在污染。包括R12、R47在内的31个点位存在重度污染，远超过综合污染指数法评价结果(两个点位重度污染)，这可能是因为内梅罗污染指数法突出最大污染对污染程度的影响。
3 讨 论
3.1 填埋场稳定化水平分析
填埋年限、填埋气CH4浓度、渗滤液COD浓度等指标可用于评判一个填埋场稳定化程度[9]。该填埋场的服务时间为2003—2018年，即封场年限为1年；而非正规垃圾填埋场的稳定化周期通常在10年左右[10-11]，初步判断填埋场处于未稳定状态。填埋气CH4均值为18.0%，大于《生活垃圾填埋场稳定化场地利用技术要求》(GB 25179—2010)规定的低度利用要求(5%)；同时，CH4最大值为52.8%，结合垃圾堆体现状仍具有较高的产气率这一情况，填埋场整体处于未稳定状态，部分区域处于产甲烷阶段。渗滤液COD均值为418 mg/L，而林建伟等[12]总结得出未稳定状态填埋场渗滤液COD大于120 mg/L，可知填埋场处于未稳定状态。综上，该填埋场整体处于未稳定状态，对环境影响较大，需要重点监管。
3.2 腐殖土资源化利用
目前，填埋场腐殖土的资源化利用方式主要包括作为生物填料应用到废水处理[13-14]，作为覆盖材料应用到填埋场建设作业[15-16]，作为绿化土及栽种基质应用到园林绿化[17-19]以及作为水泥窑替代原料应用到水泥生产等[20]。
根据CJ/T 340—2016 Ⅲ级标准，该填埋场腐殖土存在Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、Cd、Hg这7项重金属超标；且Cr、Zn、Cd的最大超标倍数大于10，表明腐殖土重金属污染严重，不能将其作为绿化土直接应用到园林绿化，而应当进行淋洗、固化/稳定化等处理。
3.3 填埋场污染风险分析
非正规填埋场的污染风险主要包括填埋气对大气的污染，渗滤液对地表水、地下水和土壤的污染等。该填埋场填埋气中的CH4、H2S、NH3、臭气浓度和非甲烷总烃5项指标超标。其中CH4不但有爆炸的安全风险[21]，还是温室气体之一[22]；而H2S等恶臭气体则具有致癌、致畸特性，可能危害人体健康[23]。
该填埋场内部渗滤液所在的大部分区域高程高于外侧四周地面，暴雨等特殊条件下容易引发渗滤液漫流；结合渗滤液中的色度、悬浮物、COD和BOD5等12项指标超标，渗滤液对周边环境的污染风险较大，渗滤液中的重金属还可能通过食物链的生物放大作用富集到人体内，对人体产生直接或间接的危害[24-25]。
4 结论与建议
(1) 填埋场填埋气CH4均值为18.0%，超过75%的点位CH4高于5%，安全风险较高；R14、R26、R51等点位恶臭污染比较严重。同时，堆体现状仍具有较高的产气率。因此，需尽快对CH4和恶臭气体进行导排和处理，避免其对周围环境产生影响。渗滤液的色度、悬浮物、COD和BOD5等12项指标超标，且曾发生渗滤液泄漏事件，可能已对周边水体造成污染。单因子污染指数、综合污染指数、内梅罗污染指数的评价结果均表明填埋场腐殖土存在重金属污染，且部分点位存在重度污染，主要污染因子为Cr、Cu、Zn。
(2) 该填埋场整体处于未稳定状态；同时，腐殖土Cr、Zn、Cd的超标倍数较高，不能将其作为绿化土直接应用到园林绿化。填埋气和渗滤液污染风险较大，需采取工程措施对其进行收集、处理，避免扩散对周边环境产生影响。另外，结合后期土地利用规划，建议对填埋场开展详细调查和风险评估，调查范围可延伸至周边土壤和地下水。
