垃圾填埋場(chǎng)地下水污染預(yù)測(cè)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鄭景華, 馬 娟, 劉志斌

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

垃圾填埋場(chǎng)地下水污染預(yù)測(cè)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

鄭景華, 馬 娟, 劉志斌

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000)

為評(píng)價(jià)垃圾填埋場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn),在識(shí)別阜新垃圾填埋場(chǎng)主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)及潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型的基礎(chǔ)上,根據(jù)滲濾液污染地下水的幕景假設(shè),建立對(duì)流 -彌散 -吸附一維水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)模型,預(yù)測(cè)地下水污染情況,并采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明:該垃圾填埋場(chǎng)的主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)是垃圾滲濾液和填埋氣體;滲濾液污染地下水是該垃圾填埋場(chǎng)的最大可信事故;NH3-N、Hg、Fe和Mn在預(yù)測(cè)期的最大質(zhì)量濃度均超過(guò)地下水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);阜新市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液滲漏污染地下水屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)。該結(jié)果可為有效降低垃圾填埋場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

垃圾填埋場(chǎng);水污染預(yù)測(cè);環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);垃圾滲濾液

Abstract:Aimed at investigating the landfill site pollution hazards to surrounding environment,this paper describes the development of one d imensionalwater quality risk model featuring convection-dispersion-adsorption for predicting the contamination of groundwater,according to the hypothesis of curtain scene of leachate pollution of groundwater,and based on the recognition of main risk material in Fuxin landfill and the type of potential environment risk accident,and highlights the adoption of the model of health risk asses sment to assess environment risk.The results show that the main risk materials of landfill sites are landfill leachate and landfill gas;leachate pollution of groundwater is the most creditable accident of the landfill;NH3-N,Hg,Fe,and Mn concentration are all more than groundwater quality standard for Grade III in te rms of the max imum concentration of the forecast period;leakage of leachate pollutes groundwater is considered to be an acceptable risk in Fuxin city.The results can provide basis for the effective mitigation of the landfill site pollution hazards threatening surrounding environment.

Key words:landfill;water pollution forecast;environmental risk;leachate of garbage

垃圾衛(wèi)生填埋處置是我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)處理城市生活垃圾的主要手段。我國(guó)的垃圾衛(wèi)生填埋通常采取防滲、壓實(shí)、覆蓋和收集等環(huán)境保護(hù)工程措施,但因其填埋高差大、產(chǎn)氣量多、滲濾液污染物復(fù)雜[1]等,對(duì)填埋場(chǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了潛在威脅,存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。目前,我國(guó)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究多集中于化工、石化行業(yè),核電廠以及危險(xiǎn)品儲(chǔ)運(yùn)等項(xiàng)目的事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面[2-4],而對(duì)于存在大量環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的固體廢物的處置等領(lǐng)域的研究甚少?；诖?文中以阜新市垃圾填埋場(chǎng)為例,預(yù)測(cè)其地下水污染情況,并進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),以期為有效降低填埋場(chǎng)對(duì)周?chē)h(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 源項(xiàng)分析與風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 源項(xiàng)分析

阜新市垃圾填埋場(chǎng)位于阜新縣他本扎蘭鎮(zhèn)公官營(yíng)子村西溝,是山谷型填埋場(chǎng),其所在區(qū)域三面環(huán)山,只有南面的山谷地帶地勢(shì)較平,筑有一座高 17 m的垃圾壩。填埋場(chǎng)周?chē)隽舜怪狈罎B處理,底部設(shè)有滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng),并設(shè)置了排氣井作為填埋氣導(dǎo)排裝置。在填埋場(chǎng)周?chē)辛鶄€(gè)行政村,其中,受其影響最大的是位于其下游 2 000 m處的公官營(yíng)子村。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

由阜新市垃圾填埋場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及其自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、建設(shè)工程的概況,識(shí)別出該垃圾填埋場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)主要有垃圾滲濾液[5]和填埋氣體,潛在的風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型見(jiàn)表 1。

表 1 潛在風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型Table 1 Potent ial risk types of accident

采用層次分析法[6]分析表 1中的事故類(lèi)型,結(jié)果顯示,對(duì)周邊人群和環(huán)境資源影響最大的風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型是滲濾液污染地下水,其次是填埋氣體發(fā)生火災(zāi)爆炸、垃圾壩潰壩、滲濾液污染地表水以及垃圾體崩塌。因此,滲濾液污染地下水為阜新市垃圾填埋場(chǎng)的最大可信事故。

2 地下水污染預(yù)測(cè)

2.1 滲濾液滲漏量

滲濾液滲漏量可通過(guò)達(dá)西定律計(jì)算,即

式中:Ks——土體的滲透系數(shù),m/d;

i——水力梯度,cm/s;

A——滲漏面積,m2。

水力梯度與場(chǎng)底滲濾液水頭有關(guān),而場(chǎng)底滲濾液水頭又是時(shí)間的函數(shù),則滲濾液的日均滲漏量為

式中:t1——滲濾液產(chǎn)出時(shí)間,a。

阜新市填埋場(chǎng)黏土層的滲透系數(shù)為 2×10-5m/d,厚度為 3 m;滲濾液的滲漏面積為 5×104m2,日產(chǎn)生量為 300 m3/d,產(chǎn)出時(shí)間為填埋場(chǎng)的服務(wù)年限15 a,由式(1)可得阜新市垃圾填埋場(chǎng)在風(fēng)險(xiǎn)情況下的滲濾液日均滲漏量為 6.475 m3/d。

2.2 含水層污染物質(zhì)量濃度

由于滲濾液的滲漏和釋放是長(zhǎng)期的,污染物在非飽和土層中終究會(huì)達(dá)到飽和穩(wěn)定,因此,不考慮包氣帶對(duì)滲濾液的作用,則填埋場(chǎng)地下含水層污染物質(zhì)量濃度預(yù)測(cè)公式為

式中:ρj——j污染物在地下含水層中的預(yù)測(cè)質(zhì)量濃度,mg/L;

Wj——j污染物日排放總量,kg/d;

Qt——預(yù)測(cè)區(qū)地下水天然資源量,t/d;

B——溝谷平均寬度,m;

I——水力坡度 ,cm/s;

K——預(yù)測(cè)區(qū)地下水滲透系數(shù),m/d;H——含水層厚度,m。

2.3 水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)模型

研究區(qū)水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單,地層巖性較單一。對(duì)模擬區(qū)地下水進(jìn)行適當(dāng)概化,建立滲濾液污染地下水溶質(zhì)運(yùn)移的對(duì)流 -彌散 -吸附一維風(fēng)險(xiǎn)模型:

式中:ρ——地下水中污染物質(zhì)量濃度,mg/L;

Dl——彌散系數(shù),m2/d;

v——地下水平均線性流速,m/d;

x——地下水運(yùn)動(dòng)距離,m;

t——模擬時(shí)間,d;

R——阻滯系數(shù);

ρ0——起始點(diǎn)污染物質(zhì)量濃度,mg/L。

2.4 結(jié)果分析

以填埋場(chǎng)地下水水流方向下游約 2 000 m處的公官營(yíng)子村為研究目標(biāo),預(yù)測(cè)該村在風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生后 70 a的地下水污染物濃度變化趨勢(shì)。

阜新市垃圾填埋場(chǎng)設(shè)有滲濾液集排系統(tǒng),并在填埋場(chǎng)周?chē)皦位O(shè)有防滲帷幕,正常運(yùn)行狀態(tài)下,不會(huì)對(duì)場(chǎng)區(qū)周?chē)牡叵滤斐晌廴?但當(dāng)滲濾液集排系統(tǒng)和防滲帷幕任一者失效時(shí),就會(huì)對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染。對(duì)滲濾液滲漏污染地下水事故作暮景假設(shè):

(1)事故情況下,滯留在填埋場(chǎng)底部的滲濾液持續(xù)地經(jīng)包氣帶進(jìn)入地下潛水含水層,并與場(chǎng)區(qū)地下水混合。

(2)滲濾液與場(chǎng)區(qū)地下水混合后,污染物隨地下水運(yùn)動(dòng)發(fā)生遷移轉(zhuǎn)化,并最終到達(dá)下游的居民居住點(diǎn)。

(3)居民長(zhǎng)期直接飲用被滲濾液污染的地下水,會(huì)給人體健康帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

因目標(biāo)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的 NH3-N、Hg、Fe和 Mn等污染物質(zhì)量濃度較高,故文中主要研究其變化趨勢(shì),如圖 1所示。

圖 1 污染物質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)Fig.1 Concentration change trends of pollutions with t ime

由圖 1可知,在風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生以后,滲濾液中各污染組分進(jìn)入地下水,將隨地下水的流動(dòng)發(fā)生遷移,并在一段時(shí)間后到達(dá)公官營(yíng)子村。隨后該村地下水中各污染物質(zhì)量濃度逐漸增大,金屬污染物的質(zhì)量濃度最后達(dá)到穩(wěn)定。其中,NH3-N、Hg、Fe和 Mn在預(yù)測(cè)期的最大質(zhì)量濃度均超過(guò)了地下水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),NH3-N超標(biāo)最為嚴(yán)重。

3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

填埋場(chǎng)滲濾液的釋放是一個(gè)長(zhǎng)期而緩慢的過(guò)程,所產(chǎn)生的危害表現(xiàn)為慢性效應(yīng),因此,采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[6]進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.1 污染物人均日攝取量計(jì)算

通過(guò)飲水途徑,污染物人均日攝取量 Qd為

式中:u——攝取速率,L/d;

f——暴露頻率,d/a;

t′——暴露期,a;

m——人群平均體重,kg;

地下水中各污染物質(zhì)量濃度是時(shí)間的函數(shù),可利用濃度 -時(shí)間函數(shù)積分計(jì)算。濃度 -時(shí)間定量關(guān)系可由多項(xiàng)式回歸分析獲得。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)美國(guó) EPA綜合風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù) (I R IS)數(shù)據(jù)資料[7-8],計(jì)算污染物非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn)。非致癌風(fēng)險(xiǎn)包括單污染物風(fēng)險(xiǎn) Ri、多污染物累積風(fēng)險(xiǎn)RT:

式中:Qdj——第 j種污染物人均日攝取量,mg/(kg·d);

Qfdj——第 j種非致癌污染物的參考劑量,mg/(kg·d)。

致癌風(fēng)險(xiǎn) R ′j為

式中:qj——第 j種致癌污染物的致癌強(qiáng)度系數(shù),kg·d/mg;

a——人類(lèi)平均壽命,按 70 a計(jì)。

各污染物的人均日攝取量及非致癌污染物通過(guò)飲水途徑的參考劑量如表 2、3所示。根據(jù)表 2、3,由式(2)計(jì)算各非致癌污染物對(duì)人體健康的危害指數(shù),見(jiàn)表 4。As是致癌污染物,其致癌強(qiáng)度系數(shù)為15 kg·d/mg(從美國(guó)環(huán)保局 (EPA)的出版資料查得)。利用式 (3)計(jì)算得 As通過(guò)飲水途徑產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn)為 0.93×10-4a-1。

?

3.3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

國(guó)際上通常采用非致癌危害指數(shù)和致癌風(fēng)險(xiǎn)表征非致癌和致癌風(fēng)險(xiǎn)情況。非致癌危害指數(shù)描述為人體日攝物量和參考值的比值,以“1”作為非致癌風(fēng)險(xiǎn)警戒值。當(dāng)危害指數(shù)大于1時(shí),認(rèn)為存在非致癌風(fēng)險(xiǎn);反之則為可接受風(fēng)險(xiǎn)?；瘜W(xué)致癌物的風(fēng)險(xiǎn)警戒值為“10-4a-1”。滲濾液中各非致癌污染物對(duì)人體健康的綜合危害指數(shù)為 0.672,事故導(dǎo)致的致癌風(fēng)險(xiǎn)為 0.93×10-4a-1,均小于各自的風(fēng)險(xiǎn)警戒值。因此,阜新市垃圾填埋場(chǎng)的最大可信風(fēng)險(xiǎn)事故——滲濾液滲漏污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)為可接受風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

(1)基于阜新市垃圾填埋場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和概況分析,識(shí)別出該垃圾填埋場(chǎng)的主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)為垃圾滲濾液和填埋氣體,潛在風(fēng)險(xiǎn)事故類(lèi)型包括滲濾液污染地下水、地表水,填埋場(chǎng)火災(zāi)爆炸,垃圾壩潰壩,垃圾體崩塌。滲濾液污染地下水為最大可信事故。

(2)根據(jù)滲濾液污染地下水的幕景假設(shè),建立滲濾液污染地下水對(duì)流 -彌散 -吸附一維風(fēng)險(xiǎn)模型。預(yù)測(cè)結(jié)果顯示,NH3-N、Hg、Fe和 Mn在預(yù)測(cè)期的最大質(zhì)量濃度均超過(guò)地下水Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其余污染物質(zhì)量濃度未超標(biāo)。

(3)根據(jù)滲濾液污染地下水的特點(diǎn),采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明,阜新市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液滲漏污染地下水屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)。

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(編輯 荀海鑫)

Groundwater pollution forecast and environmental risk assess ment for landfill

ZHENG Jinghua, MAJuan, L IU Zhibin
(College of Resource&Environment Engineering,Liaoning TechnicalUniversity,Fuxin 123000,China)

X523;X820.4

A

1671-0118(2010)05-0346-04

2010-09-16

鄭景華 (1970-),男,山東省壽光人,講師,碩士,研究方向:環(huán)境影響評(píng)價(jià),E-mail:zhengjh123000@163.com。