葛 濤，胡 晨，孫 敏，周春財

(1.安徽省地質(zhì)實驗研究所/國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心，安徽 合肥 230001；2.合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 安徽 合肥 236000)

0 引言

伴隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)和人口的急速增長，我國生活垃圾的增長量逐年大幅度提高，目前生活垃圾的處理方式主要以填埋場填埋為主，焚燒為輔[1-4]，焚燒處理多集中垃圾易集中區(qū)域。生活垃圾中含有較高的含水率和較高的易降解有機(jī)質(zhì)，填埋一旦處理不慎，就可能會給周邊環(huán)境帶來二次污染，特別是地下水的影響尤為嚴(yán)重[4-7]。目前很多早期投入使用的垃圾填埋場已經(jīng)達(dá)到使用年限，進(jìn)入封場狀態(tài)，研究封場垃圾填埋場周邊地下水的污染狀況，可以加強填埋場后期的管理，避免滲濾液可能造成的二次污染狀況。

目前對于垃圾填埋場地下水環(huán)境的調(diào)查評價方法主要是根據(jù)填埋場地下水水文地質(zhì)特征布設(shè)地下水監(jiān)測點，對監(jiān)測點的地下水進(jìn)行取樣測試，根據(jù)地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用“單因子污染指數(shù)評價法”進(jìn)行單因子污染指數(shù)評價，并采用SPSS分析法中的聚類分析，因子分析和主成分分析，以便更好的掌握填埋場周邊地下水的污染狀況以及水質(zhì)污染的相關(guān)性[8-14]。

研究區(qū)地處皖北平原地區(qū)，人口眾多，周邊多以地下水為飲用水源和灌溉水源，隨著時間推移，填埋場滲濾液可能會對周邊地下水產(chǎn)生越來越大的影響，本文以某一近期封場垃圾填埋場為例，調(diào)查其周邊地下水的污染狀況，為后期封場垃圾填埋場的監(jiān)測和管理提供依據(jù)。

1 樣品與測試

研究區(qū)為淮北平原區(qū)水文地質(zhì)單元中的一個小型區(qū)域，本區(qū)地下水補給主要為降雨入滲補給，主要排泄方式為蒸發(fā)為主。在區(qū)域地形地貌的控制下，區(qū)域地下水總流向由西北向東南，但地下水水力坡度不大，徑流緩慢，構(gòu)成了相對穩(wěn)定的天然徑流場。根據(jù)地下水埋藏特征和地下水流向，共布設(shè)10個水質(zhì)監(jiān)測點，編號為D1-D10(圖1),監(jiān)測期間監(jiān)測孔水位埋深為2.3～4.8 m。地下水按照《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ 164-2020)[15]的要求進(jìn)行樣品采集，樣品采集后4℃以下低溫保存運送至實驗室進(jìn)行檢測。具體檢測指標(biāo)及測試方法見表1所示。

表1 地下水檢測指標(biāo)及方法一覽表

圖1 監(jiān)測點示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 地下水水化學(xué)特征

2.1.1 常規(guī)水化學(xué)特征

地下水pH值范圍在7.33～7.97，均屬于弱堿性水，地下水化學(xué)類型分類有多種方法，本文采用常規(guī)離子(表2)繪制piper三線圖法研究地下水水化學(xué)類型(圖2)，piper三線圖表明研究區(qū)地下水陰陽離子分布相對集中，陰離子以HCO3-為主，陽離子多以Ca2+、Mg2+為主，整體水質(zhì)類型表現(xiàn)為HCO3-Ca·Mg型為主，與區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)資料基本一致。其中(D1、D2和D7)、(D3、D4)、(D8、D9和D10)三組樣點的投點位置分別重合，水質(zhì)類型基本一致，D5與(D3、D4)組較為接近，D6監(jiān)測點與其他點存在一定的區(qū)別。

圖2 地下水piper三線圖

表2 地下水水質(zhì)常規(guī)項統(tǒng)計表

2.1.2 Q型聚類分析

Q型聚類分析是對樣本的聚類，使相似特征的樣本聚集在一起，差異大的分離開。目前Q型聚類分析已經(jīng)廣泛用于地下水的調(diào)查研究工作中[21-23]，以單因子評價選用的評價指標(biāo)為基礎(chǔ)對10個樣品采用spss軟件進(jìn)行Q型聚類分析，聚類分析結(jié)果如圖3。

從圖3可以看出，D3/D4/D5歸為一類；D1/D2/D7和D8/D9/D10歸為一類；D6為一類； D3/D4/D5三個監(jiān)測井位于垃圾填埋場東北側(cè)上下游，相似的水質(zhì)特征，相對較高的氯化物和COD含量表明垃圾填埋場東北方向可能出現(xiàn)了一定的滲濾液滲漏問題；同時D1/D2/D7和D8/D9/D10位于垃圾填埋場西側(cè)上下游，相似的水質(zhì)特征和相對較好的水質(zhì)表明垃圾填埋場西側(cè)和西南側(cè)目前防滲效果較好。D6監(jiān)測井水質(zhì)特征與其他監(jiān)測井區(qū)別較大，該監(jiān)測井位于垃圾填埋場的下游，與垃圾滲濾液處理區(qū)較近，并且該監(jiān)測井水質(zhì)最差，推測垃圾填埋場東南方向存在滲濾液泄露問題。

圖3 Q型聚類分析示意圖

2.1.3 主成分分析

采用spss軟件對地下水監(jiān)測井的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，隨后找到不同指標(biāo)之間的相關(guān)性和信息重疊之處，從眾多指標(biāo)中提煉出了不同監(jiān)測井主要的污染指標(biāo)。本次研究對10個監(jiān)測井的各項指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，取特征值大于1的主成分，結(jié)果提取有3個主成分，主成分1、2和3的方差百分比分別為51.193%、24.872%和11.789%，累計方差87.853%．旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣見表3，旋轉(zhuǎn)后的主要成分空間投影見圖4。從表3可知，成分1主要與鐵、錳、砷、COD、總?cè)芙夤腆w和氯化物有關(guān)，從圖4可以看出，六個因子均與中心距離較遠(yuǎn)，說明與主成分關(guān)系最大，同時鐵、錳、砷相互靠近，表明他們可能同源，COD、總?cè)芙夤腆w和氯化物相互靠近，表明他們可能同源，考慮到鐵、錳含量的主要決定因素為區(qū)域水文地質(zhì)和水文地球化學(xué)特征，故成分1的主要決定因素為COD、總?cè)芙夤腆w和氯化物。成分2主要與硫酸鹽、亞硝酸鹽和菌落總數(shù)有關(guān)，并且亞硝酸鹽與菌落總數(shù)距離最近，說明他們關(guān)系密切，這也證實地下水中亞硝酸鹽為某些細(xì)菌在水中代謝產(chǎn)生。成分3主要與硝酸鹽有關(guān)。

表3 旋轉(zhuǎn)成份矩陣

從圖4可以看出，所有樣品均超標(biāo)的F-并不在主成分之內(nèi)，并且距離中心最近，說明他基本不影響主成分；超標(biāo)嚴(yán)重的鐵和錳主要受區(qū)域地質(zhì)背景影響，并且主成分中的砷與他們相關(guān)性較好，說明三者主要來源相似，多來自于地下水與圍巖之間的水巖溶蝕作用[17]。因此調(diào)查區(qū)地下水的主成分主要受COD、總?cè)芙夤腆w、氯化物的變化影響。

圖4 監(jiān)測因子在主成分上的空間投影圖

2.2 地下水污染狀況評價

本次評價采用單因子污染指數(shù)評價法，測試的監(jiān)測因子中有多項指標(biāo)未檢出，最終選擇12項監(jiān)測因子參與分析，以《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)Ⅲ類水限值為標(biāo)準(zhǔn)值，本次地下水各監(jiān)測點位的監(jiān)測值及污染指數(shù)計算詳見表4所示。

從表4計算結(jié)果可以看出，僅存在Mn、Fe、NO3-和F-存在超標(biāo)現(xiàn)象，其中D1、D2、D3、D4、D5、D7六個監(jiān)測點地下水Mn含量超標(biāo)；D3、D4兩個監(jiān)測點地下水Fe含量超標(biāo)；D6監(jiān)測點地下水出現(xiàn)NO3-含量超標(biāo)；全部監(jiān)測點地下水F-超標(biāo)，其他監(jiān)測指標(biāo)均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。皖北地區(qū)地下水長期監(jiān)測的水文地質(zhì)資料及周鍇鍔[18-20]等人的研究顯示皖北地區(qū)地下水存在明顯的Mn、Fe和F-超標(biāo)現(xiàn)象，局部可能達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)數(shù)倍之多，造成這一現(xiàn)象的主要原因并非污染造成而是區(qū)域的水文地質(zhì)和水文地球化學(xué)特征決定。監(jiān)測井地下水中出現(xiàn)Mn、Fe和F-的超Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象。同處下游的D5、D6和D7號監(jiān)測點的NO3-含量區(qū)別較大，D7號與上游監(jiān)測點含量較接近，D5、D6號遠(yuǎn)高于上游及附近監(jiān)測點的含量，D6達(dá)到嚴(yán)重污染程度，可能為局部滲濾液的泄露導(dǎo)致。除D6號監(jiān)測點水質(zhì)屬于劣Ⅴ類水質(zhì)，其他地下水多屬于Ⅲ類水水質(zhì)。

表4 地下水水質(zhì)評價結(jié)果

3 結(jié)語

(1)通過piper三線圖和Q型聚類分析均得出該封場垃圾填埋場的地下水水質(zhì)已經(jīng)開始發(fā)生變化，上游水質(zhì)相對正常，下游地下水出現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，主要超標(biāo)因子為Mn、Fe、硝酸鹽和氟化物。其中Mn、Fe和氟化物主要受到區(qū)域地質(zhì)背景的影響，變化較大的為硝酸鹽。

(2)監(jiān)測井地下水共提取有3個主成分，主成分1、2和3的方差百分比分別為51.193%、24.872%和11.789%，累計方差87.853%．主要污染因子氟化物、鐵、錳與硝酸鹽來自于不同的污染源。地下水主成分主要受到區(qū)域地球化學(xué)背景和垃圾滲濾液的影響。

(3)加強垃圾填埋場東側(cè)和下游的地下水監(jiān)測，建議加強垃圾滲濾液處理過程中三氮的處理工藝。