垃圾填埋场地下水水质评价及变化特征分析

肖志才 谢天笛 李阳辉 余燕 何春 孟菲 李秋芳

摘 要：以某垃圾填埋场地下水监测为例，全面分析评价其地下水水质特征及水质变化趋势，为研判垃圾填埋场渗滤液渗漏情况和地下水污染情况提供科学依据。首先通过单因子指数法计算各项指标的环境质量指数，定量化评价各监测点水样中的水质污染项目及其污染超标倍数；在此基础上，利用Nemero公式计算综合指数F，得出定性化水质综合评价结果；然后，通过选取具有代表性的监测点位，对两年监测中有普遍超标的水质项目进行水质变化趋势分析。结果表明：从2021年和2022年每个季度共计8批水质监测数据看，2021年地下水监测中超标的指标主要有TH、TDS、CODMn、NH3-N、VP、Cr6+、FCB和Mn，而2022年在此基础上超标指标有所增加，主要为重金属元素；上下半年水质超标指标存在一定差别，且排水井中超标的水质指标制约了扩散井和监视井中的超标指标；排水井的水质全年均为极差，扩散井的水质总体上为较差，而监视井水质波动较大；三类监测井的CODMn和Cr6+表现为更好的协同性，而排水井的TH、TDS和NH3-N起伏变化不同步于扩散井和监视井，FCB变化没有呈现规律性变化。从空间分布看，临近排水井的扩散井比远离排水井的监视井水质总体更差。垃圾渗滤液中不同污染物在地下水运移过程可能受到地质条件、地下水分布情况、循环路径和大气降水量等因素制约。

关键词：垃圾渗滤液；水质评价；水质变化；地下水污染

中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1673-9655（2024）01-00-06

0 引言

水是生命之源，淡水是人类赖以生存和发展的最关键因素之一，而地下水是可直接利用的淡水资源的主要来源。人类社会经济和城市化进程的快速发展，导致了生活垃圾的剧增。目前填埋仍是我国处理生活垃圾的主要方式之一[1， 2]。然而，近年来国内外垃圾渗滤液污染地下水事件层出不穷，地下水污染问题日益加剧[3-5]。研究表明，垃圾淋滤液中无论是有机污染物、无机盐、金属离子还是重金属污染物，均常见不同程度超标现象；此外，细菌、异形生物有机化合物、感官性状和其他综合性污染指标也会出现严重超标[6-9]。

垃圾渗滤液主要有三个方面的来源形式：一是垃圾本身携带的液体，二是大气降水或地下水以各种方式进入垃圾填埋场的淋滤液，三是垃圾分解、反应形成的液体。垃圾渗滤液常呈暗褐色，有浓烈的腐化臭味，组分复杂，毒性强烈，对土壤和地下水的污染具有隐蔽性和持久性，污染物难降解、难处理且危害巨大[5， 10， 11]。随着垃圾填埋场防渗衬层出现老化，场内渗滤液会对区域地下水环境造成了不同程度的污染。因此，本研究以某垃圾填埋场为实例，对填埋场附近地下水水质进行系统检测，采用科学合理的评价方法，评估地下水水质状况；通过统计对比，分析两年来填埋场地下水污染因子的变化特征及趋势，从而提出科学性结论和针对性建议。

1 填埋场概况

垃圾填埋场位于县城北约12 km处，为县城居民主要的生活垃圾处理场。场区面积约10万m2，设计库容为75万m3，设计使用年限为20a；采用1.5 mm厚HDPE防渗膜单层人工合成材料防渗衬层，防止渗滤液污染地下水；设置截洪沟、控制工作面、在汇水区进行绿化等方式防止地表徑流进入场区；渗滤液经收集系统进入调节池，采用两级DTRO工艺进行处理后达标排放；最初设置了1口本底井，1口排水井，2口污染扩散井，1口污染监视井，后因监测需要，先后增加至10口井；于2010年10月建成并投入使用后，按要求在2013年底前补充完成渗滤液处理站建设，并于2017年底进行垃圾填埋场一期工程竣工封场。

填埋场位于低纬度高原季风气候区，受高山峡谷等因素的影响，气候垂直分带明显，旱涝分明。年平均气温15.2℃，年均降雨量939.3 mm，每年6—9月为雨季，占全年降水量的70%以上。所属县域地表水系发育，主要河流有25条，均属金沙江水系。

2 采样测试

按照垃圾填埋场监督性监测相关要求，2021年和2022年每季度（总计采样8批次）对垃圾填埋场地下水开展监测，选用的指标测定方法均符合国家、地方或行业标准。测定的化学指标包括pH、总硬度（TH）、总溶解性固体（TDS）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、硝酸盐（NO3-）、亚硝酸盐（NO2-）、硫酸盐（SO42-）、氯化物、挥发性酚类（VP）、氰化物、Cr6+、氟化物、粪大肠菌群（FCB）、Mn、Hg、As、Pb、Cd、Fe、Cu、Zn等22项。根据水文地质条件、现场调查情况及监测目标，选取适当的取样点位，以获取最具代表性的地下水样品。首批检测数据显示，填埋场地下水监测指标存在超标后，为了进一步排查垃圾填埋场地下水水质超标具体情况，自2021年第二季度开始，增设扩散井及监视井数量，监测点位如图1所示。

3 水质评价

水质评价的目的是了解区域地下水水质的污染现状和变化趋势，对地下水水质进行分类和特征分析，为地下水污染预防及治理提供有力依据。本文采用国标《GB/T 14848—2017地下水质量标准》中的Ⅲ类水体指标限值进行评价。目前常用于地下水的评价方法有给定临界值判定法和函数法，本文选用前者进行水质评价。该方法是把监测值与标准值直接进行比较分析，用比值或指数的形式来判定地下水污染程度及水质类别。

3.1 单因子指数法

单因子指数法是将某种污染物实测浓度与该种污染物的评价标准进行比较以确定水质类别的方法。一般选择其中最差的水质单项指标所属类别来确定所测区域水体综合水质类别，而弱化其他因子的作用。通过单因子污染指数评价可确定地下水体中的主要污染因子。该方法可以直观体现出水质指标污染程度，并将计算结果中最坏的指标评价级别作为整体水质的评价等级。然而，该方法不能反映整体水质，需要与其他方法结合使用才能更加客观全面反映水质特征。该方法用以下公式表示：

Pi= Ci / Si （1）

式中：Pi—污染物i的环境质量指数，无量纲；Ci—污染物i的实测浓度，mg/L；Si—污染物的标准值，mg/L。当Pi≤1时，水体未受污染；Pi＞1时，水体受到污染。Pi越大，污染程度越重。P＞1表示该污染物比III类水差，P＜1则表示该类污染物优于III类水。

首先采用《GB/T 14848—2017地下水质量标准》对填埋场地下水2021年和2022年各季度监测指标的检测结果（见附件）进行水质类型初步判别，再通过计算，得出填埋场地下水各监测点水质指标的单因子Pi值，如表1所示。其中，2021年度各监测点的pH、Pb、Cd、Fe、Cu、Zn、As、Hg、硝酸、亚硝酸、硫酸、氯化物、氟化物、氰化物均不超过地下水III类水质含量，即该指标的Pi值均小于或等于1，故不在表1中列出。

通过统计对比可见：2021年3月，排水井中有CODMn、NH3-N、FCB和Mn 4项水质指标超标；2处扩散井中仅有1处Mn超标。5月，排水井中有NH3-N、FCB和Mn 3项指标超标；3处扩散井中各有2处NH3-N和FCB超标；1处监视井中见NH3-N和FCB超标。7月，排水井中有TH、TDS、CODMn、VP、Cr6+和FCB 6项指标超标；3处扩散井中，3处CODMn、2处VP、2处Cr6+和1处FCB超标；2处监视井中，1处TH、1处TDS、2处CODMn、1处VP、1处Cr6+和2处FCB超标。10月，排水井中有TH、TDS、VP、Cr6+和FCB 5项指标超标；2处扩散井中有2处NH3-N和2处FCB超标；2处监视井中，2处NH3-N和2处FCB超标。

2022年1月，排水井中有TH、TDS、NH3-N、Cr6+、FCB和Mn 6项指标超标；1处监视井中仅有NH3-N超标。4月，排水井中有TDS、CODMn、NH3-N、Cr6+、FCB和Mn 6项指标超标；2处扩散井中，1处NH3-N和2处Cr6+超标；2处监视井中，1处TH、2处CODMn、2处Cr6+和2处FCB超标。7月，排水井中有TH、CODMn、VP、FCB和Mn 5项指标超标；2处扩散井中，2处FCB和1处Mn超标；2处监视井中，1处CODMn和1处VP超标。10月，排水井中有TH、CODMn、NH3-N、VP、FCB和Mn 6项指标超标；2处扩散井中，仅2处FCB超标；2处监视井中，2处CODMn、2处NH3-N、1处VP、2处FCB和1处Mn超标。

可以看出，2021年3月和5月排水井超标指标相似，而7月和10月排水井超标指标相似；2022年1月和4月超标指标相似，而7月和10月排水井超标指标相似。可见上下半年水质超标指标存在一定差别，并且排水井中超标的水质指标制约了扩散井和监视井中的超标指标。

3.2 综合指数法

综合指数法旨在总体评价污染程度，本文在单因子指数法评价的基础上，采用Nemero综合指数法进行水质综合评价。相比于单因子指数法，Nemero综合指数法重点凸显污染负荷较大的因子，且综合考虑其他水质污染影响因子。首先根据最新的地下水质量标准，对2021年和2022年填埋场地下水样的22项水质数据进行逐项水质类别判定，分别定为I、II、III、VI、V五类，并分别进行单项指标Fi赋值为0、1、3、6、10分；然后利用下列公式计算Nemero评价综合指数F：

F= [（F（max）2 + F（avg）2） / 2] 1/2 （2）

式中：F（max）—单项指标赋值Fi中的最大值；F（avg）—单项指标赋值Fi的平均值。

最后，根据F值所在区间，给出综合评价结论。F＜0.80为优良水质，0.80≤F＜2.50为良好水质，2.50≤F＜4.25为较好水质，4.25≤F＜7.2为较差水质，F≥7.2则为极差水质。对2021年和2022年各监测点8个批次的数据采用Nemero综合指数法进行评价，结果如表2所示。

综合评价结果显示，排水井的水质全年均为极差；扩散井的水质总体上为较差，其中位于较高海拔的扩散井1和扩散井2起初水质良好，后转变为较差水质，一定程度上反映了水质污染加剧的趋势；监视井的水质总体为较差，但是监视井3水质波动较大，水质良好和极差均有显示。从水质特征的空间分布看，临近排水井的扩散井比远离排水井的监视井水质更差。此外，扩散井3、4和监视井2、3距离较近，水质总体比较接近。因此，在2022年地下水监测中加设了距离较远的监视井4。从检测结果看，监视井4的水质情况与监视井3已有显著差异。

4 水质变化趋势

选取2021年和2022年比较系统采样的监测点排水井、扩散井3、监视井3，按时间顺序分为8个批次，分别对超标比较普遍的TH、TDS、CODMn、NH3-N、Cr6+、FCB等6个污染项目进行超标倍数变化趋势作图分析。图2显示，随着季节变化，常见污染指标超标倍数起伏较大，其中排水井中超标倍数总体更大，变化也更显著。2022年常见污染项目的超标倍数总体大于2021年。在协变方面，三类监测井的CODMn和Cr6+表现为更好的协同性；排水井的TH、TDS和NH3-N起伏变化不同步于扩散井和监视井，而后两者有一致性变化特征；三类监测井的FCB变化没有呈现规律性变化。此外，2022年监测点中出现了比2021年更多的超标项目，主要为Hg、Pb、Cr、Fe等重金属元素。

由此可见，垃圾填埋场已经存在渗滤液渗漏情况，对地下水的污染有加剧的趋势。值得注意的是，在表2中顯示的监视井Nemero综合指数计算结果，2021年水质综合评价指数较稳定，约为4.3，而2022年，监视井Nemero综合指数总体＞7.2的“极差”水质指数下限。这样的变化趋势加强了地下水水质恶化的结论。从随时间变化特征上反映不同污染物在地下水运移过程中经历显著差异的水文地质过程，垃圾渗滤液污染地下水的过程是缓慢。与排水井水质相比，监视井的水质变化有迟滞性，且还可能受到地下水分布情况、循环路径和大气降水量等密切相关，导致各监测点水质变化呈现非线性特征。

5 结论与建议

5.1 结论

（1）单因子指数法得出垃圾填埋场2021年地下水监测中超标的指标主要有TH、TDS、CODMn、NH3-N、VP、Cr6+、FCB和Mn，而2022年在此基础上超标指标有所增加，主要为重金属元素。

（2）Nemero指数法综合评价了两年内的地下水监测数据，结果表明：排水井的水质全年均为极差，扩散井的水质总体上为较差，而监视井的水质波动较大，水质良好、较差和极差均有显示。从水质特征的空间分布看，临近排水井的扩散井比远离排水井的监视井水质更差；扩散井3、4和监视井2、3距离较近，水质总体比较接近。

（3）随着季节变化，常见污染指标超标倍数起伏较大，其中排水井中超标倍数总体更大，变化也更显著。在协变方面，三类监测井的CODMn和Cr6+表现为更好的协同性；而排水井的TH、TDS和NH3-N起伏变化不同步于扩散井和监视井；三类监测井的FCB变化没有呈现规律性变化。

（4）2022年监测井中常见污染项目的超标倍数总体大于2021年，且超标项目较前一年有所增加，有力说明渗滤液渗漏对地下水的污染有加剧的趋势。

（5）两年来各监测点水质变化特征反映，垃圾渗滤液中不同污染物在地下水运移过程中经历显著差异的水文地质过程，污染地下水的过程可能受到地下水分布情况、循环路径和大气降水量等因素制约，形成非线性变化水质特征。

5.2 建议

（1）垃圾填埋场地下水监测结果显示垃圾渗滤液已存在污染地下水的现象，需要采取应急措施收集污染地下水进行水质净化工程。

（2）垃圾渗滤液污染地下水主要源于填埋场防渗层老化破损而渗漏，需要在填埋场开展水文地质钻井勘探，针对性做好后期防渗工程。

（3）垃圾填埋场地下水监测力度仍需加强，地下水污染特征有待深入研究，结合填埋区开展水文地质调查和钻井勘探，力求建立垃圾填埋场地下水污染防控体系。

（4）填埋场封场后采用人工防渗材料和粘土防渗相结合的顶部防渗盖层，并尽快做好生态恢复，减少雨水侵入，从而减少渗滤液的产生量。

参考文献：

[1] 张可心，纪丹凤，苏婧，等.垃圾填埋场地下水污染风险分级评价[J].环境科学研究，2018，31（3）：514-520.

[2] 赖江华.生活垃圾填埋场地下水污染控制措施探讨[J].低碳世界，2021，11（9）：13-14.

[3] 杨康康，蓝俊康.广西钟山县非正规垃圾填埋场地下水污染调查评价与治理[J].地下水，2021，43（1）：4-6.

[4] 梁雨，闫海红，殷勤，等.赤峰垃圾填埋场地下水污染状况研究及成因解析[J].环境工程，2022，40（4）：188-195.

[5] 牛毅，李炜，李攻科，等.滨海平原区某生活垃圾填埋场地下水污染修复模拟[J].环境工程，2023（3）.

[6] 韩智勇，许模，刘国，等.生活垃圾填埋场地下水污染物识别与质量评价[J].中国环境科学，2015，35（9）：2843-2852.

[7] 周巧丽，宋玉梅，周漪波，等.广州市某生活垃圾填埋场空气及地下水污染状况分析[J].环境化学，2019，38（4）：760-769.

[8] 黄萌.垃圾填埋场对周边地下水环境影响研究[D].济南：山东建筑大学，2016.

[9] 刘兆鑫，蒋晓璐，林冬红，等.深圳市某正规生活垃圾填埋场地下水水质现状调查[J].环境保护与循环经济，2019，39（3）：58-62.

[10] 董军，赵勇胜，黄奇文，等.用双层PRB技术处理垃圾填埋场地下水污染的可行性研究[J].环境科学学报，2004，24（6）：1021-1026.

[11] Laner D，Fellner J，Brunner P H.Site-specific criteria for the completion of landfill aftercare [J].Waste Management Research，2012，30（9）：88-99.

Study on Groundwater Quality Evaluation and Variation of Landfill Site： A Case of Municipal Solid Waste Landfill in Western Yunnan

XIAO Zhi-cai1， XIE Tian-di2， LI Yang-hui2 ， YU Yan3， HE Chun1， MENG  Fei4， LI Qiu-fang4

（1. Lijiang Teachers College， Lijiang Yunnan 674199， China）

Abstract： The study took the groundwater monitoring of a municipal solid waste landfill as an example to comprehensively analyze and valuate the characteristics of groundwater quality so as to provide a scientific basis for the study and judgment of landfill leachate leakage and groundwater pollution. Firstly， the single factor index method was used to calculate the environmental quality of each index， and the water quality pollution items in the water samples of each monitoring point and their pollution multiples exceeding the standard were quantitatively evaluated. On this basis， the comprehensive index F was calculated by Nemerow formula， and the results of qualitative water quality comprehensive evaluation were obtained. Then， water quality trends were analyzed through selecting exceeding item of the representative monitoring points in two years. The results showed that from a total of 8 batches of water quality monitoring data per quarter in 2021 and 2022， the indicators exceeding the standard of groundwater monitoring in 2021 mainly included TH， TDS， CODMn， NH3-N， VP， Cr6+， FCB and Mn. On this basis， the indicators exceeding the standard in 2022 were increased， mainly heavy metal elements. There were some differences in the index of water quality exceeding the standard in the last and the second half of the year， and the index of water quality exceeding the standard in the drainage well restricted the index of water quality exceeding the standard in the diffusion well and the monitoring well. The water quality of the drainage well was very poor all year round， the water quality of the diffusion well was generally poor， and the water quality of the monitoring well fluctuated greatly. CODMn and Cr6+ of the three types of monitoring wells showed better coordination， while TH， TDS and NH3-N fluctuations of the drainage Wells were not synchronized with those of the diffusion wells and monitoring wells， and FCB changes did not show regular changes. From the spatial distribution， the water quality of the diffusion well near the drainage well was worse than that of the monitoring well far away from the drainage well. The migration process of different pollutants in landfill leachate may be restricted by geological conditions， groundwater distribution， circulation path and atmospheric precipitation.

Key words： landfill leachate; water quality assessment; water quality variation， groundwater pollution

收稿日期：2023-01-09

基金項目：云南省教育厅科学研究（2023J1763）。

作者简介：肖志才（1988- ），男，彝族，云南丽江人，博士研究生学历，讲师，研究方向为地质资源与环境。