豫中平原区某城市生活垃圾填埋场地下水水质评价

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(1.河南理工大学资源环境学院，河南 焦作 454000；2.中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心，河南 焦作 454000；3.河南省焦作市城市垃圾处置管理站，河南 焦作 454000；4.康达环保水务有限公司，河南 焦作 454000)

目前，随着城市建设的快速发展，城市生活垃圾产生量逐年增多，其产生的渗滤液对地下水水质造成了不同程度的影响。根据2017年《中国统计年鉴》[1]，全国已建成城市生活垃圾卫生填埋场657座，卫生填埋处理生活垃圾11 866.4万 t，占城市生活垃圾无害化处理量的60.3%。目前，国内研究多是应用软件对地下水进行数值模拟和污染评价研究[2-3]以及对简易垃圾填埋场周围环境的污染风险分析[4-6]，主要侧重于垃圾填埋场选址的适宜性以及地下水、周围土壤某一事故分析[7-9]，然而规范建设的垃圾填埋场究竟是否还会对周围地下水环境造成影响，相关报道较少。

本研究采用模糊综合评价法对上述城市生活垃圾填埋场的地下水进行水质评价，以便为城市生活垃圾场的科学管理提供理论基础，并为预防地下水污染、保护水资源提供重要依据，研究结果对于评价国内目前较为规范建设运行的城市生活垃圾填埋场的环境风险及地下水环境影响具有重要意义。

1 区域概况

1.1 地下水水质监控

豫中平原某城市生活垃圾填埋场距市区东南边界15 km，主要利用废弃的砖瓦场坑地建设，日处理生活垃圾约1 000万 t，从2008年开始运行至今，已填埋垃圾约355.13万 t。该垃圾填埋场库区占地20.4 hm2，选用高密度聚乙烯(1.5 mmHDPE膜)土工膜(单糙面)与粘土复合衬里系统作为填埋库区与调蓄池的主要防渗层。在垃圾填埋场场址周围900 m内没有村庄，厂界外即为农田。

该项目所在地地下水流向为西北—东南，根据《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889—2008)中地下水水质监测井的布置要求，在垃圾填埋场四周布置5个水质监控井，分别为填埋场上游30 m的1号本底监控井，渗滤液调节池下游30 m、50 m处的3号、4号污染监视井，填埋场东、西两侧各50 m处的2号、5号污染扩散井。

1.2 样品采集及测试

2016年12月6日在该垃圾填埋场5个地下水井进行分别取样，每个采样点采集1L水样，水样采集后，立即将水样容器盖紧、密封、贴上标签，委托河南思源监测有限公司进行指标监测，监测分析方法按照《地下水环境监测技术规范》(HJ/T164—2004)中的相关要求。

2 水质现状评价

2.1 评价标准

本研究采用《地下水质量标准》(GB/T14818—2017)进行评价。根据该标准可知，地下水水质分为5类，其中，Ⅰ-Ⅲ类水质符合饮用水标准，Ⅳ-Ⅴ类属于不易于直接饮用水水质。

2.2 评价因子

根据《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889—2008)中地下水检测要求，结合垃圾渗滤液的水质特征，本研究确定的评价因子有pH、耗氧量(CODMn法)、挥发性酚类、氨氮、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总硬度、砷、汞、铅、六价铬、镉等15项。

2.3 结果分析

各指标检测结果如表1所示，由表1中可知5个监测井的一般化学指标(pH、溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、氯化物等)和毒理学指标(硝酸盐、亚硝酸盐、铅、汞、六价铬、镉等)均达到了《地下水质量标准》(GB/T14818—2017)Ⅲ类水体标准，3号井的耗氧量、挥发性酚类、氨氮以及砷均达到了(GB/T14818—2017)Ⅳ类水体标准，4号井的耗氧量达到了(GB/T14818—2017)Ⅳ类水体标准，2号监测井的氨氮超过了(GB/T14818—2017)Ⅴ类，超标严重，经实地调研，可能与周围环境有一定的影响关系，而其他监测井的氨氮均达到了Ⅲ类。各监测井的其他因子如硝酸盐、亚硝酸盐氮、以及重金属(汞、铅、六价铬、镉)均都达到(GB/T14818—2017)Ⅱ类水体标准。

表1 某垃圾填埋场地下水监测结果一览表

2.4 评价方法

目前，模糊数学是在水质评价中应用较多的一种数学方法，具有减少人为因素，使各污染因子在总体污染中定量化、清晰化，评价结果更为清晰、客观、合理等优点[10]。

(1) 建立因素集

选择对水质影响较大的因子建立评价指标因素集合，如f个评价因子，即因素集U={U1，U2，…，Uf}。

(2) 确定评价集

根据《地下水质量标准》，把地下水水质分为5类评价等级，即评价集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，分别为优良、良好、较好、较差、极差。

(3) 确定隶属函数，构造模糊关系矩阵

隶属函数是模糊评价中的一项重要内容，是单项指标进行评价的依据，直接影响评价结果的准确性，选用比较成熟的降半梯形分布图来确定隶属函数[10]。进而得到每个评价因子的隶属度，隶属度是指该因子在指定论域中的隶属程度[11]，根据评价因子的个数、水质标准质量等级以及各级的隶属度确定模糊矩阵。

当Ci属于第一级水质的隶属函数为：

(1)

当Ci属于第j级水质的隶属函数为

(2)

当Ci属于最后一级水质的隶属函数为

(3)

式中：Uij为评价因子i对j级水质的隶属度，Ci为第i个评价因子的实测浓度，Sij为第i评价因子的j级水质标准值。若有n个评价因子，m级水质标准，可得模糊矩阵R。

(4)

(4) 确定指标权重集

一般权重采用加权法，反映评价因子在决定水质上所起的作用的度量[12]，计算公式如下：

(5)

式中：Wi为第i个评价因子的权重值。

(5) 确定模糊综合矩阵

利用模糊数学的运算法则，模糊综合评价向量B=W·R=(BⅠ,BⅡ,BⅢ,BⅣ,BⅤ)，对模糊综合评价向量B进行比较，根据最大隶属度原则，选择其中最大值作为水质评价等级的评判依据[10]。

3 评价结果与分析

3.1 模糊综合评价法

根据降半梯形对监测井评价因子的隶属度进行计算分析，以1号监测井为例，采用隶属函数公式，求得各级隶属度并构建模糊矩阵R1：

则1号监测井的权矢量为：

W1=(0.287 3，0.118 33，0，0.076 83，0.094 2，0.074 9，0.039 8，0.003 28，0.006 0，0.173 5，0.015 9，0，0.037 0，0.033 5，0.039 7)

则模糊综合评价向量B1=W1×R1=(0.366 2，0.616 6，0.017 3，0，0，)

根据最大隶属度原则，选择最大值作为水质评判等级的依据。可以确定1号监测井的评价结果为Ⅱ类，其他监测井的各级隶属度和最终水质评价结果可用上述方法求得，评价结果汇总于表2。

表2 地下水模糊综合评价结果一览表

3.2 评价结果分析

由表2可知，1号井、5号井评价结果均为良好(Ⅱ类)，2号井评价结果为极差(Ⅴ类)，3号井评价结果为较好(Ⅲ类)，4号井评价为优良(Ⅰ类)。其中，3号井的耗氧量、挥发性酚类、氨氮和砷以及4号井的耗氧量均在地下水质量标准中属于Ⅳ类，属于单项因子超标，而其模糊综合评价法结果得出水质较好，这种差别主要是模糊评价法用隶属函数来表述水质分级界限更为精细，且模糊评价法是对15个检测指标均赋予不同的权重，权重考虑了监测指标对环境因子以及对环境的降解难易等因素[13-14]。2号监测井的模糊综合评价结果为Ⅴ类，属于极差水质，这与2号井的氨氮的含量超标有关，且2号监测井位于渗滤液调节池地下水下游，而渗滤液有氨氮含量高等特点，考虑需要对渗滤液调节池的防渗层进行检测。

3.3 讨论与建议

该场区的填埋库区与渗滤液调节池的地下防渗系统均采用土工膜防渗结构。在场地平整和铺设完地下水导排系统以后，先铺设一层GCL膨润土垫，代替《生活垃圾卫生填埋技术规范》要求的厚度不小于1 m的粘土膜下保护层，在 GCL 膨润土垫上铺设1.5 mm HDPE光面土工膜，再铺设一层300 g/m2土工布用作为隔离层，土工布上回填300 mm粘土层作为膜上保护层。根据模糊综合评价结论，可知2号监测井(污染扩散井)的水质较差主要是由于水中氨氮超标引起。根据现场调研发现，2号监测井距垃圾渗滤液调节池东南方向约3 m，距垃圾填埋场污水处理站东南约23 m，距厂界外东边养牛畜牧场约100 m，且500 m外即为农田。因此2号监测井水质差与厂区附近养殖场的粪便排污、农田施肥、垃圾渗滤液调节池及污水处理站构筑物的渗漏均有关系，建议该垃圾填埋场可使用电学法[15]对调节池的防渗系统进行检测。而其他监测井的水质较好，说明填埋场区防渗系统使用完好。

为了进一步避免垃圾填埋场的建设及运行对地下水的环境风险，建议加强生活垃圾分类收集，提高固体废物的利用率，并定时对填埋场的地下水井进行监测，实时了解防渗系统的使用状况，减少对地下水的污染。还需对填埋场场区的地下水导排系统出水口的水质进行定期监测，以便了解场区是否出现渗滤液渗漏现象。一旦发现渗漏现象，应立即进行处理，找出渗漏点采用注浆等措施，并对周围受污染土壤进行改良[16]。对于目前拟新建的城市生活垃圾卫生填埋场，建议要加强污水处理站相关水处理构筑物的防渗措施，从源头避免垃圾渗滤液渗漏对地下水的影响。

4 结语

(1)某规范建设的垃圾填埋场设置的5眼水质监控井，符合技术规范要求。监测结果显示，5个监测井的pH、溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、氯化物和硝酸盐、亚硝酸盐、铅、汞、六价铬、镉等均达到了《地下水质量标准》(GB/T14818-2017)Ⅲ类水体标准，2号监测井的氨氮超标严重，超过了Ⅴ类。3号井的耗氧量、挥发性酚类、氨氮以及砷达到了Ⅳ类水体标准，4号井的耗氧量达到了Ⅳ类水体标准。

(2)模糊综合评价法的评价结果为，2号井的水质为Ⅴ类，而其他监测井的水质均达到了Ⅲ类。通过现场调研分析，2号监测井的水质差与厂区附近养殖场粪便排污、农田施肥、垃圾渗滤液调节池及污水处理站构筑物的渗漏均有关系，可用电学法对垃圾渗滤液调节池的防渗层进行检测。其他监测井水质良好，说明填埋场区防渗系统使用完好，垃圾填埋场的运行对场地附近地下水影响较小。

(3)为降低垃圾填埋场运行对地下水的环境风险，建议加强生活垃圾分类收集，且要定期对垃圾场地下水进行监测以及加强对渗滤液调节池的管理，及时了解防渗系统的使用状况。并定期监测填埋场区地下水导排系统出水口水质，防止出现渗漏现象。若出现渗漏现象，可采用注浆等措施对其进行处理。通过对垃圾填埋场定期进行水质现状监测与评价，实时监控地下水水质的变化情况，加强防渗系统的建设，减少对周围环境造成危害，为防治地下水污染做出重要依据。