不同土质中垃圾填埋场渗滤液的迁移转化规律

施晶森， 王红涛， 陈宏平

(太原理工大学环境科学与工程学院，山西 晋中 030600)

引 言

卫生埋填是当前生活垃圾处理的有效途径，国内外城市生活垃圾的处理与处置广泛采用这种方法[1]。填埋场的规划设计需要较大的土地资源，并且会对环境产生明显的多种复杂影响，因此，对于我国大部分内陆城市来说，适宜选取人口相对较少的山谷进行垃圾堆置处理；而对于海滨城市来说，垃圾卫生填埋则选取在地价相对比较便宜的海滨地区。

在技术不成熟、历史遗留问题诸多的背景下，我国建造的垃圾填埋场安全防护措施仍不够全面，导致垃圾填埋场渗滤液长期泄漏的现象广泛存在，破坏地下水体及土壤[2-4]。本文从位于我国沿海地区的某城市垃圾卫生填埋场出发，取其渗滤液作为研究对象，通过土柱对比试验，比较了不同填料的土柱中污染物浓度的变化情况，研究了在砂土与细砂、咸水与淡水不同介质组合下渗滤液的迁移转化规律。

TOC与总氮是渗滤液污染物的重要指标，在渗滤液中两者的含量很高，如果高浓度的渗滤液泄露下渗，将会使地下水环境造成难以恢复的破坏。渗滤液中总氮与TOC的迁移转化过程受到地下水环境中的多种因素影响，主要包括生物作用、非生物作用(以吸附为主)以及各种地质作用，并且多种作用又是彼此联系、相互作用的[5-6]。本文探究了在多种介质情况下，填埋场渗滤液中的污染成分TOC及总氮的迁移变化规律，为合理选择垃圾填埋场的位置及预测渗滤液泄漏后引发的地下水环境污染状况提供了理论依据及技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验装置

采用3个内径为10 cm、高40 cm的有机玻璃柱(见图1)作为试验装置, 取位于海滨地区的某城市垃圾填埋场的砂土与细砂，分别加入3个柱内。试验采用的是位于该垃圾卫生填埋场的渗滤液，其水质情况初始数据，如表1所示。

图1 试验装置及运行示意

pHρ(TOC)/mg·L-1ρ(COD)/mg·L-1ρ(总氮)/mg·L-1ρ(氨氮)/mg·L-1ρ(Cl-)/mg·L-17.897102 9072 3241 8482 315

1.2 试验方法

将该垃圾填埋场取的砂土和细砂进行预处理，砂土充分晾干后碾压粉碎，细砂充分晾干后筛至均匀。然后，分别填充进有机玻璃柱中(2个柱中填充砂土、1个柱中填充细砂)，压实后密封处理；通过在淡水中加入海盐的方法制成咸水，每升自来水中溶解的未加工海盐控制在20 g；每天在3个土柱中加入5 mL淡水与渗滤液、咸水与淡水的等体积混合液，3个有机玻璃柱中的物质组成如图1所示。

本文加入含盐水、渗滤液及细砂的土柱用“盐加砂”表示；加入淡水、渗滤液及砂土的土柱用“水加土”表示；加入含盐水、渗滤液及砂土的土柱用“盐加土”表示。

试验开始后，每隔12 h分别从3个土柱出水处取样，并测定污染物含量，每个土柱测10次数据。

2 结果与分析

试验柱出口处TOC浓度随时间变化迁移的曲线，如图2所示。由于土壤的吸附作用与生物作用相互作用、相互影响，开始阶段，渗滤液TOC数值迅速降低，在0 h～12 h呈现出线性曲线，伴随着实验的持续进行，TOC数值变化趋于缓和。对比不同填料的试验柱， TOC浓度在“盐加砂”试验柱中的值显著高于“水加土”试验柱和“盐加土”试验柱的值，3种试验条件下的TOC浓度从大到小依次为：“盐加砂”试验柱质量浓度>“盐加土”试验柱质量浓度>“水加土“试验柱质量浓度。图2不同试验土柱TOC浓度曲线的拟合方程及其衰减率计算如下：

盐加砂柱中的TOC变化曲线的拟合方程为：y=0.535x+258.3，R2=0.943。

(1)

式中，C0表示加入的混合液中的初始TOC质量浓度(mg·L-1)；Ct表示t时刻土柱出水中氨氮质量浓度(mg·L-1) ；

“盐加砂”柱中TOC变化曲线的拟合方程为：y=0.546x+259.1，R2=0.952；

“盐加砂”柱运行120 h时的TOC衰减率为：Rε=9.50%。

“水加土”柱中的TOC变化曲线的拟合方程为：y=-0.273x+241.67，R2=0.891；

“水加土”柱运行120 h时的TOC衰减率为：

图2 TOC浓度随时间变化曲线

Rε=38.05%。

“盐加土”柱中TOC变化曲线的拟合方程为：y=-0.262x+261.25R2=0.917;

“盐加土”柱运行120 h时的TOC衰减率为：Rε=33.78%。

填充不同土壤的机玻璃柱内的TOC衰减有差异，衰减作用由强到弱依次为：“水加土”柱(38.05%)>“盐加土”柱(33.78%)>“盐加砂”柱(9.50%)。“水加土”柱中的Rε数值最高，在“盐加砂”柱的Rε数值最低。在砂土中的Rε值显著高于在细砂中的Rε值，地下环境中的TOC衰减程度会受到盐的阻碍作用。

土柱中渗滤液的总氮质量浓度随时间变化迁移的曲线，如图3所示。不同的土壤环境中，渗滤液处理时间越长，总氮浓度整体上是逐渐降低的，其中，“盐加砂”柱条件下，总氮质量浓度的衰减最小，试验结束时3个柱出水的总氮质量浓度从大到小依次为为：“盐加砂”柱>“盐加土”柱>“水加土”柱。据此可知，总氮的衰减在砂土中的效果优于在细砂中衰减效果，地下环境中的总氮衰减效果会受到盐的阻碍作用。图3中不同土柱渗滤液总氮变化曲线的拟合方程及其衰减率计算如下：

“盐加砂”柱中总氮变化曲线的拟合方程为：y=1.017x+986.48，R2=0.872；

“盐加砂”柱运行120 h时的总氮衰减率为：Rε=0.36%。

“水加土”柱中总氮变化曲线的拟合方程为：y=-2.612x+935.12，R2=0.951；

“水加土”柱运行120 h时的总氮衰减率为：Rε=37.95%。

“盐加土”柱中总氮变化曲线的拟合方程为：y=-1.898x+1 094.4，R2=0.945；

“盐加土”柱运行120 h时的总氮衰减率为：Rε=29.41。

填充不同土壤的土柱中总氮的衰减有差异，衰减效果由强到弱依次为：“水加土”柱(37.95%)>“盐加土”柱(29.41%)>“盐加砂”柱(0.36%)。总氮

图3 总氮质量浓度随时间变化曲线

的衰减效果在砂土中显著强于在细砂中的衰减效果，地下环境中的总氮衰减会受到盐类物质的阻碍。

3 结论

1) 填埋场渗滤液的TOC、总氮的衰减作用在填充不同组分的有机玻璃土柱中的强弱不同，TOC的衰减率值在“水加土”试验柱(38.05%)中最大，“盐加土”试验柱(33.78%)次之，“盐加砂”柱(9.50%)最小；总氮的衰减率值在“水加土”试验柱(37.95%)中最大，“盐加土”柱(29.41%)次之，“盐加砂”柱(0.36%)最小。土壤对填埋场垃圾渗滤液中的污染物的衰减作用明显大于细砂土壤对其的衰减作用，地下环境中的TOC及总氮衰减效果会受到盐类物质的阻碍作用。

2) 砂土与细砂相比，前者中的渗滤液污染物衰减作用更显著；地下环境中的渗滤液污染物的衰减效果会受到盐的阻碍作用：内陆垃圾卫生填埋场与海滨垃圾卫生填埋场相比，前者的土质组成主要为砂土、淡水，后者的土质组成主要为细砂、咸水，前者对渗滤液污染物的去除效果更加显著。