施晶森， 王紅濤， 陳宏平

(太原理工大學環(huán)境科學與工程學院，山西 晉中 030600)

引 言

衛(wèi)生埋填是當前生活垃圾處理的有效途徑，國內外城市生活垃圾的處理與處置廣泛采用這種方法[1]。填埋場的規(guī)劃設計需要較大的土地資源，并且會對環(huán)境產(chǎn)生明顯的多種復雜影響，因此，對于我國大部分內陸城市來說，適宜選取人口相對較少的山谷進行垃圾堆置處理；而對于海濱城市來說，垃圾衛(wèi)生填埋則選取在地價相對比較便宜的海濱地區(qū)。

在技術不成熟、歷史遺留問題諸多的背景下，我國建造的垃圾填埋場安全防護措施仍不夠全面，導致垃圾填埋場滲濾液長期泄漏的現(xiàn)象廣泛存在，破壞地下水體及土壤[2-4]。本文從位于我國沿海地區(qū)的某城市垃圾衛(wèi)生填埋場出發(fā)，取其滲濾液作為研究對象，通過土柱對比試驗，比較了不同填料的土柱中污染物濃度的變化情況，研究了在砂土與細砂、咸水與淡水不同介質組合下滲濾液的遷移轉化規(guī)律。

TOC與總氮是滲濾液污染物的重要指標，在滲濾液中兩者的含量很高，如果高濃度的滲濾液泄露下滲，將會使地下水環(huán)境造成難以恢復的破壞。滲濾液中總氮與TOC的遷移轉化過程受到地下水環(huán)境中的多種因素影響，主要包括生物作用、非生物作用(以吸附為主)以及各種地質作用，并且多種作用又是彼此聯(lián)系、相互作用的[5-6]。本文探究了在多種介質情況下，填埋場滲濾液中的污染成分TOC及總氮的遷移變化規(guī)律，為合理選擇垃圾填埋場的位置及預測滲濾液泄漏后引發(fā)的地下水環(huán)境污染狀況提供了理論依據(jù)及技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

采用3個內徑為10 cm、高40 cm的有機玻璃柱(見圖1)作為試驗裝置, 取位于海濱地區(qū)的某城市垃圾填埋場的砂土與細砂，分別加入3個柱內。試驗采用的是位于該垃圾衛(wèi)生填埋場的滲濾液，其水質情況初始數(shù)據(jù)，如表1所示。

圖1 試驗裝置及運行示意

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

1.2 試驗方法

將該垃圾填埋場取的砂土和細砂進行預處理，砂土充分晾干后碾壓粉碎，細砂充分晾干后篩至均勻。然后，分別填充進有機玻璃柱中(2個柱中填充砂土、1個柱中填充細砂)，壓實后密封處理；通過在淡水中加入海鹽的方法制成咸水，每升自來水中溶解的未加工海鹽控制在20 g；每天在3個土柱中加入5 mL淡水與滲濾液、咸水與淡水的等體積混合液，3個有機玻璃柱中的物質組成如圖1所示。

本文加入含鹽水、滲濾液及細砂的土柱用“鹽加砂”表示；加入淡水、滲濾液及砂土的土柱用“水加土”表示；加入含鹽水、滲濾液及砂土的土柱用“鹽加土”表示。

試驗開始后，每隔12 h分別從3個土柱出水處取樣，并測定污染物含量，每個土柱測10次數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

試驗柱出口處TOC濃度隨時間變化遷移的曲線，如圖2所示。由于土壤的吸附作用與生物作用相互作用、相互影響，開始階段，滲濾液TOC數(shù)值迅速降低，在0 h～12 h呈現(xiàn)出線性曲線，伴隨著實驗的持續(xù)進行，TOC數(shù)值變化趨于緩和。對比不同填料的試驗柱， TOC濃度在“鹽加砂”試驗柱中的值顯著高于“水加土”試驗柱和“鹽加土”試驗柱的值，3種試驗條件下的TOC濃度從大到小依次為：“鹽加砂”試驗柱質量濃度>“鹽加土”試驗柱質量濃度>“水加土“試驗柱質量濃度。圖2不同試驗土柱TOC濃度曲線的擬合方程及其衰減率計算如下：

鹽加砂柱中的TOC變化曲線的擬合方程為：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質量濃度(mg·L-1)；Ct表示t時刻土柱出水中氨氮質量濃度(mg·L-1) ；

“鹽加砂”柱中TOC變化曲線的擬合方程為：y=0.546x+259.1，R2=0.952；

“鹽加砂”柱運行120 h時的TOC衰減率為：Rε=9.50%。

“水加土”柱中的TOC變化曲線的擬合方程為：y=-0.273x+241.67，R2=0.891；

“水加土”柱運行120 h時的TOC衰減率為：

圖2 TOC濃度隨時間變化曲線

Rε=38.05%。

“鹽加土”柱中TOC變化曲線的擬合方程為：y=-0.262x+261.25R2=0.917;

“鹽加土”柱運行120 h時的TOC衰減率為：Rε=33.78%。

填充不同土壤的機玻璃柱內的TOC衰減有差異，衰減作用由強到弱依次為：“水加土”柱(38.05%)>“鹽加土”柱(33.78%)>“鹽加砂”柱(9.50%)?！八油痢敝械腞ε數(shù)值最高，在“鹽加砂”柱的Rε數(shù)值最低。在砂土中的Rε值顯著高于在細砂中的Rε值，地下環(huán)境中的TOC衰減程度會受到鹽的阻礙作用。

土柱中滲濾液的總氮質量濃度隨時間變化遷移的曲線，如圖3所示。不同的土壤環(huán)境中，滲濾液處理時間越長，總氮濃度整體上是逐漸降低的，其中，“鹽加砂”柱條件下，總氮質量濃度的衰減最小，試驗結束時3個柱出水的總氮質量濃度從大到小依次為為：“鹽加砂”柱>“鹽加土”柱>“水加土”柱。據(jù)此可知，總氮的衰減在砂土中的效果優(yōu)于在細砂中衰減效果，地下環(huán)境中的總氮衰減效果會受到鹽的阻礙作用。圖3中不同土柱滲濾液總氮變化曲線的擬合方程及其衰減率計算如下：

“鹽加砂”柱中總氮變化曲線的擬合方程為：y=1.017x+986.48，R2=0.872；

“鹽加砂”柱運行120 h時的總氮衰減率為：Rε=0.36%。

“水加土”柱中總氮變化曲線的擬合方程為：y=-2.612x+935.12，R2=0.951；

“水加土”柱運行120 h時的總氮衰減率為：Rε=37.95%。

“鹽加土”柱中總氮變化曲線的擬合方程為：y=-1.898x+1 094.4，R2=0.945；

“鹽加土”柱運行120 h時的總氮衰減率為：Rε=29.41。

填充不同土壤的土柱中總氮的衰減有差異，衰減效果由強到弱依次為：“水加土”柱(37.95%)>“鹽加土”柱(29.41%)>“鹽加砂”柱(0.36%)?？偟?/p>

圖3 總氮質量濃度隨時間變化曲線

的衰減效果在砂土中顯著強于在細砂中的衰減效果，地下環(huán)境中的總氮衰減會受到鹽類物質的阻礙。

3 結論

1) 填埋場滲濾液的TOC、總氮的衰減作用在填充不同組分的有機玻璃土柱中的強弱不同，TOC的衰減率值在“水加土”試驗柱(38.05%)中最大，“鹽加土”試驗柱(33.78%)次之，“鹽加砂”柱(9.50%)最小；總氮的衰減率值在“水加土”試驗柱(37.95%)中最大，“鹽加土”柱(29.41%)次之，“鹽加砂”柱(0.36%)最小。土壤對填埋場垃圾滲濾液中的污染物的衰減作用明顯大于細砂土壤對其的衰減作用，地下環(huán)境中的TOC及總氮衰減效果會受到鹽類物質的阻礙作用。

2) 砂土與細砂相比，前者中的滲濾液污染物衰減作用更顯著；地下環(huán)境中的滲濾液污染物的衰減效果會受到鹽的阻礙作用：內陸垃圾衛(wèi)生填埋場與海濱垃圾衛(wèi)生填埋場相比，前者的土質組成主要為砂土、淡水，后者的土質組成主要為細砂、咸水，前者對滲濾液污染物的去除效果更加顯著。