宁蒗县城生活垃圾填埋场地下水污染调查及风险评价.pdf
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1、第35卷第2期2023年4月Vol.35,No.2Apr.,2023云南地理环境研究云南地理环境研究YUNNAN GEOGRAPHIC ENVIRONMENT RESEARCH宁菠县城生活垃圾填埋场地下水污染调查及风险评价肖志才】,李阳辉2,孟菲3(1.丽江师范高等专科学校,云南丽江674199;2.宁蒗县生态环境监测站,云南丽江674300;3.云南省生态环境厅驻丽江市生态环境监测站,云南丽江674100)摘要摘要:宁蒗县城生活垃圾填埋场周边地下水类型主要为碎屑岩和火成岩裂隙水,均为中等渗透性能。地下水水质 检测结果显示,填埋区和渗滤液调节池第四系含水层的超标项目较多、超标倍数更大;而填埋区
2、下游第四系和火 成岩基岩裂隙含水层中除总大肠杆菌群、NH3-N、Cr6+和Fe超标外,别的指标均未超标。通过计算验证垃圾渗 滤液1年后可以穿透包气带到达基岩裂隙含水层中,进而造成地下水污染。对填埋场污染特征及含水层脆弱性的 研究表明,填埋场总体属于“较高”污染风险等级。其中,垃圾类型、场地规模、顶部覆盖、底侧部防渗等为 主要影响因素。而填埋场含水层总体脆弱指数属于“容易污染”类型。其中,地下水位、含水层介质和包气带 介质等为主要影响因素。关键词关键词:垃圾填埋场;垃圾渗滤液;地下水污染;水质检测中图分类号:中图分类号:X523;X501 文献标识码:文献标识码:A 文章编号文章编号:1001-
3、7852(2023)02-0001-060引言当前填埋仍是中国处理生活垃圾的主要方式 之一咱1-2暂。近年来国内外垃圾渗滤液污染地下水 事件频繁被报道咱3-7暂,尤其随着垃圾填埋场使用 年限的增长,垃圾渗滤液渗漏导致地下水污染问 题日益加剧咱8-9暂。地下水资源作为重要的饮用水 源,一旦遭受污染,将难以有效恢复咱10-11暂。针 对垃圾填埋场渗滤液渗漏事件,目前常用环境工 程手段进行污染治理和补救咱12-13暂,而这样的措 施往往是治标不治本。因此,本研究以已污染地 下水的宁蒗县城垃圾填埋场为实例,开展水文地 质调查和钻井地下水水质检测,深入研究垃圾渗 滤液污染地下水特征,全面研判填埋场及周边
4、地 下水污染风险,为填埋区地下水污染防治提供科 学依据。1研究区概况1.1自然地理概况自然地理概况宁蒗县城生活垃圾填埋场(下文简称填埋 场”)位于县城北约12 km处。最高点位于场地北 西侧山脊处,海拔为2 699 m;最低点位于场地下 游阿家大河,海拔为2 194 mo填埋场气候属于低 纬度高原季风气候,气候垂直分带明显,旱涝分 明。每年6月至9月为雨季,占全年降水量的70%以上,年均气温15.2益,年均降雨量939.3 mm。所属县域地表水系发育,主要河流有25条,均属 金沙江水系。从区域上看,属滇西纵谷山原区兰坪 高山峡谷亚区地貌单元,地势总体西北高、东南 低。地貌以冰蚀、侵蚀和剥蚀地貌
5、为主,山脉、水 系和山间盆地均受构造控制。场区内地势西南较 高、东北稍低,西侧靠着山体。收稿日期收稿日期:2023-01-09曰修订日期修订日期:2023-03-06.基金项目基金项目:云南省教育厅科学研究基金项目“丽江近郊温泉地热资源保护及开发利用研究”(2023J 1736).作者简介作者简介:肖志才(1988-),男(彝族),云南省丽江市宁蒗彝族自治县人,讲师,博士生,研究方向为地质资源与环境.2云南地理环境研究第35卷填埋场面积约10伊104 m2,设计库容为75伊 10源皂3,设计使用年限为20年;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
6、,并于2017年底进行垃圾填埋 场一期工程竣工封场。2021年,填埋场地下水监测 已显示垃圾渗滤液存在渗漏情况。为深入研究垃圾 渗滤液污染地下水特征,全面研判填埋场及周边地 下水污染风险,本研究开展了水文地质调查和地下 水水质检测。1.2地质概况地质概况如图1所示,填埋场及周边以出露碳酸盐岩地 层、碎屑岩地层为主。以F1断裂为界,东侧分布 二叠系上统黑泥哨组(P澡)玄武岩,三叠系下统腊 美组(栽)泥岩、长石砂岩,三叠系中统北衙组(T遭)灰岩、泥灰岩夹粉砂岩、板岩,古近系始新 统宁蒗组(E”)紫红色砾岩、砂岩,第四系松散孔 隙层(匝源);西侧分布二叠系下统栖霞茅口组(P择垣皂)生物碎屑灰岩,二叠
7、系下统西漂落组(孕曾)玄武岩及透镜状灰岩遥研究区在大地构造上处于康滇“歹”字型构造 体系中部,构造单元上属于扬子准地台盐源-丽江 台缘坳陷。地质构造上以向北东方向收敛的弧形断 裂系为主,具多期活动的特点。区内断层密集分 布,填埋场地东侧约0.15 km处存在一条南西一北 东向展布的正断层F1。断层两盘主要出露二叠系、三叠系地层,沿断层线岩层普遍破碎,对填埋场地 下水有导水作用。1.3水文地质条件水文地质条件根据地层岩性、水力性质,结合区域水文地 质资料分析,填埋场及周边地下水主要有第四系 松散岩层孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水3种。松 散岩层孔隙水主要分布于缓坡及箐沟地带,其富 水性受季节变化影响
8、较大,无固定出水点。碎屑 岩裂隙含水层为二叠系黑泥哨组凝灰岩、灰岩和 煤线,第三系宁蒗组紫红色灰质角砾岩;火成岩 裂隙含水层为二叠系西漂落组发育风化裂隙的杏 仁状玄武岩夹凝灰质页岩。岩溶水在二叠系栖霞 茅口组灰岩强烈发育。经调查,填埋场周边地下 水补给方式主要有大气降雨垂直补给、基岩裂隙 水侧向补给、孔隙水下渗补给3种。裂隙含水层 在陡缓交界处以散泉的形式排泄,岩溶含水层主 要以天然泉形式集中排泄。图1垃圾填埋场地质图及钻探点位示意图Fig.1 Geologic al map of landfill and sc hematic diagr am of dr illing positions第
9、2期肖志才等:宁蒗县城生活垃圾填埋场地下水污染调查及风险评价32水文地质钻探实地调查发现填埋场西侧为栖霞茅口组白云 岩,东侧为西漂落组玄武岩,两套地层的分界线位 于填埋场西侧约100 m处,西漂落组玄武岩与下伏 地层栖霞茅口组为整合接触;垃圾填埋场整体设置 在西漂落组玄武岩地层上。本研究开展的水文地质 调查钻孔点位布设如图1所示。针对第四系含水层进行以下钻孔点位的布设:在二期垃圾填埋区布设钻孔ZK01,在渗滤液调节 池布设钻孔ZK03、ZK05、ZK06,为了分析第四系 含水层受影响的距离,在场区下游315 m和421 m 处分别布设了钻孔ZK10、ZK11o为了查明垃圾填 埋场所处地下水系统
10、的埋深、分布、运移及水动力 特征,于2022年5月份完成4眼水文地质钻井(ZK04、ZK07、ZK08、ZK09)遥 ZK04 位于填埋场 渗滤液调节池内,孔深为40.3 m,水位埋深16.0 m;ZK07、ZK08、ZK09均位于垃圾填埋场下游,孔深分别为40.5 m、41.0 m、35.5 m,水位埋深分 别为3.4 m、31.7 m、6.4 mo其中ZK08水位埋深 最大,最大揭露深度上还未揭穿西漂落组玄武岩,钻探工程完成后成井工作选择西漂落组玄武岩 开筛。填埋场原始地形为一条冲沟,ZK01揭露的填 埋区第四系冲洪积层厚度为16.5 m,场地中部第四 系较厚,最大揭露厚度为23.4 m。
11、两侧第四系较 薄,一般厚度在0.54.8mo钻孔揭示场区下伏基 岩为西漂落组风化玄武岩。实验室测定的ZK01钻 孔样品获取二期填埋区底部第四系地层渗透系数平 均值为3.69x10-5 c m/s;ZK04钻孔获取渗滤液调 节池底部地层渗透系数:第四系粉质粘土层为4.53 x10-6c m/s,第四系卵砾石夹粉质粘土层为7.23 x10-1c m/s,西漂落组玄武岩层为2.18x10 c m/s;ZK07钻孔获取渗滤液处理站出水收集池第四系 地层渗透系数平均值为1.24x10-6 c m/so因第四 系局部存在透水性较差的粉质粘土,在接受大气降 水后可形成上层滞水。故场地内地下水类型主要为 第四
12、系上层滞水和火成岩裂隙水。现场抽水试验获 取风化玄武岩层的渗透系数在1.12 x10-4-3.01 伊10原c m/s,均值为2.03x10原4 c m/s,其渗透性 为中等透水。本研究中水文地质钻探结果见表1o表1垃圾填埋场水文地质钻探及水质超标情况Tab.1 Hydr ogeologic al dr illing and water quality exc eeding the standar d of landfill钻孔编号井深/m水位/m岩性渗透系数运/(c m*s-1)水质超标项目/超标倍数ZK01171.32粘土夹砂土3.69x10-5Fe/6.3,Mn/26.8,VP/57.5
13、,CODMn/11.6,NH3-N/58.7,Cr6+/6.4,TCG/306.7TH/5.3,TDS/2.5,Fe/17.9,Mn/2.3,VP/1.6,ZK0317.51.16粘土夹砾石CODMn/30.7,NO3-N/1.8,NO2-N/5.9,NH3-N/142.8,As/2.4,Cd/1.6,Cr6+/410,TCG/800ZK05161.15粘土夹砾石NH3-N/3.O,Cr6+/2.4,TCG/306.7ZK0615.71.13粉质粘土NH3-N/1.6,Cr6+/1.9,TCG/5.7ZK10178.13粘土夹砾石NH3-N/2.1,Cr6+/37.0,TCG/4.7ZK111
14、73.31粘土夹砾石Cr6+/1.5,TCG/4.7ZK0440.316.04风化玄武岩2.18x10-4NH3-N/1.7,Cr6+/2.1,TCG/180ZK0740.53.43风化玄武岩1.82x10-4Fe/1.8,NH3-N/1.2,TCG/2.3ZK084131.7风化玄武岩3.01 x10-4Fe/1.8,NH3-N/1.1,Cr6+/2.4,TCG/76.3ZK0935.56.41风化玄武岩1.12x10-4Fe/1.1,NH3-N/5O,Cr6+/38.4,TCG/2.04云南地理环境研究第35卷3地下水水质项目区场地所在沟谷地下水主要以岩浆岩基岩 裂隙水为主,但孔隙水与裂隙
15、水互通。生活垃圾填 埋场填埋区的生活垃圾露天进行堆放,雨水汇集在 填埋区中,长期浸泡生活垃圾。由于垃圾填埋场的 一期填埋区建库时间较长,可能导致填埋区池底部 分防渗工程受到破坏,渗滤液进入下伏地层,故导 排管中的水呈黑色,有异味。为查明填埋场对不同 含水层造成的影响,分别对第四系含水层和西漂落 组火成岩裂隙含水层进行钻孔布点获取相应含水层 的水样进行水质分析。对以上钻井地下水进行了 pH值、溶解氧(DO)、电导率(EC)、总硬度(TH)、溶解性总 固体(TDS)、挥发酚(VP)、阴离子表面活性剂、高锰酸盐指数(COD”)、硝酸盐氮(NO3-N)、亚硝酸盐氮(NO?-N)、氨氮(NH3-N)、氟
16、化 物、氰化物、总大肠菌群(TCG)、六六六、滴滴 涕、p,p-DDT、六氯苯、三氯甲烷、二氯一溴甲 烷、三溴甲烷、四氯化碳、氯乙烯、氯苯、苯、甲 苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、苯并(a)芘、二氯 甲烷、K、Ca、Na、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Hg、As、Se、Cd、Cr6+,Pb、SO42-、Cl-、CO32原、HCO3原,共49项水质化学指标检测(表1)遥根据地下水质量标准(GB/T14848-2017)中的III类标准,在表1中统计了水质超标项目及 其超标倍数。结果反映,填埋场第四系含水层水质 已被污染,其中填埋区和靠近填埋区一侧的渗滤液 调节池的监测项目超标倍数较大(ZK01和ZK0
17、3)遥 而在填埋区下游的第四系含水层中除NH3-N、Cr6+和TCG监测项目超标外,别的监测项目均未超 标。西漂落组火成岩裂隙含水层地下水除Fe、NH3-N、Cr6+、TCG监测项目超标外,别的监测项目 均未超标。可见垃圾填埋场对火成岩裂隙含水层造 成了一定的污染。4污染物的运移研究区的地下水类型主要是碎屑岩和火成岩裂 隙水,其基岩含水层不发育岩溶管道,地下水运动 基本符合达西定律,故可采用解析法预测污染物在 包气带残积层中的运移。根据现场抽水试验和实验室测定结果,包气带 的入渗系数运约为3.19 x10-2m/d。由于渗滤液 基本是垂直入渗的,其水力坡度S为1,土层的孔 隙率藻取实验室平均值
18、0.79,则实际渗流速度 怎怎为:怎怎=v/nev/ne=KS/eKS/e=3.19x 10-2 x 1/0.79=4.04 伊10-2(m/d)(m/d)那么,垃圾场渗滤液穿透包气带土层达玄武岩 裂隙含水层所需时间贼为:t t=H/uH/u=16.5/4.04 x 102=408.42(d)=1.12(葬)显然垃圾渗滤液很快穿透包气带残积黏土层到达深 部裂隙含水层中,进而造成地下水的污染。垃圾渗 滤液中TCG、COD”和灾孕超标明显,由于有机污 染物在包气带下渗过程中被微生物充分分解,同时 被下覆含水层稀释,故在玄武岩裂隙中后两者不再 显示超标现象,TCG浓度也大幅降低。而NH3-N、NO3
19、-N、NO2-N、Cr6+、Fe、Mn、As、Cd 等无 机污染物,在下渗过程中被包气带黏土层微小孔隙 所筛留和吸附,在玄武岩裂隙中不显示超标或浓度 降低。从监测结果看,NH3-N、Cr6+和Fe相对容 易污染地下水,而其他无机污染物在基岩裂隙水中 还没有达到超标的浓度。然而,污染物在基岩裂隙 中的运移模拟研究表明,如果垃圾渗滤液持续渗 漏,经过数年甚至数百年以后,污染场地下游地下 水种会出现更多污染物不同程度的超标现象13,即更多污染物存在潜在的污染风险。5地下水污染风险评价导致地下水遭受污染最根本的原因是垃圾填埋 场自身污染风险较大和地下水含水层防污性能较 差14遥依据污染源特征和水文地质
20、特点对地下水 污染风险大小进行评价,以期为垃圾填埋场的管理 和污染修复提供指导和依据。即通过对填埋场污染 特征以及对含水层脆弱性的研究,实现对污染风险 评价。第2期肖志才等:宁蒗县城生活垃圾填埋场地下水污染调查及风险评价55.1填埋场特性填埋场特性结合垃圾填埋场建设要求和管理规范,本研究 选取场地规模、底侧部防渗、渗滤液收集系统、顶 部覆盖、垃圾类型、垃圾压实程度、填埋场年龄7 个因素作为评价填埋场特性的风险因子。每种评价 因子的评分砸和权重宰以及风险分级标准参照文 献14,可得该生活垃圾填埋场各风险因子评分及 风险指数(表2)。计算得填埋场总体风险指数为 7.9,属于大于6而小于10的风险等
21、级区间,为污 染风险“较高”等级。其中,垃圾类型、场地规 模、顶部覆盖、底侧部防渗等风险因子为主要影响 因素。表2垃圾填埋场特性风险评价得分情况Tab.2 Sc or es for the r isk assessment of landfill c har ac ter istic s风险因子实测值评分砸权重宰,风险指数陨场地规模/m375 x1040.452底侧部防渗简易防渗0.341.2渗滤液收集入收集池0.230.6顶部覆盖土壤0.531.5垃圾类型城市生活垃圾122垃圾压实程度规范压实0.110.1填埋场年龄/a120.510.55.2含水层脆弱性含水层脆弱性含水层脆弱性采用美国环境
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