垃圾滲濾液污染地下水過程

　　垃圾滲濾液是隨降雨及地面徑流，在垃圾填埋堆體內(nèi)形成的高濃度有機和氨氮(NH4+-N)廢水。與正規(guī)垃圾填埋場相比，簡易填埋場產(chǎn)生的滲濾液往往更容易向包氣帶和含水層滲漏。垃圾滲濾液中有機物的構(gòu)成主要包括揮發(fā)性脂肪酸、難降解有機物(富里酸和胡敏酸)等還原態(tài)物質(zhì)。當受滲濾液污染的地下水被用作飲用水源時，胡敏酸在消毒過程中與含氯消毒劑反應后易生成具有“三致效應”的前驅(qū)體，進一步危害人體健康。因此，對滲濾液中有機物與氨氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進行研究是治理填埋場周邊地下水環(huán)境污染的前提。

　　本研究通過設計滲流砂槽實驗裝置來模擬滲濾液通過包氣帶后在含水層中的遷移過程，采用平行因子分析方法實現(xiàn)遷移過程中有機污染組分的源解析，為實際場地研究提供線索。

　　一、材料與方法

　　1.1 實驗材料

　　土樣為粗粒土，石英砂粒徑為1~2mm，本研究使用自來水用于模擬實際地下水，滲濾液取自高安屯垃圾填埋場，該填埋場運行于2003年。滲濾液的理化性質(zhì)見表1。

　　1.2 實驗裝置

　　模擬裝置主要由塑料箱，土柱，砂槽組成。土柱為高50cm*內(nèi)徑20cm的有機玻璃柱，由兩個玻璃盤隔開，玻璃盤上均勻分布內(nèi)徑5mm的小孔。土柱中央設有內(nèi)徑6mm的進水口和出水口。粗粒土作為土柱底部段的填充介質(zhì)(厚度為20.0cm)。

　　砂槽是由138cm*寬77cm*高80cm的PVC塑料制成，分進水池(IR)和填料室兩部分，其中間由塑料板隔開，塑料板均勻鉆有內(nèi)徑1cm的小孔。進水池上設有內(nèi)徑6mm進水口，填料室底部設有內(nèi)徑6mm的出水口。石英砂作為砂槽填料室的填充介質(zhì)(厚度為60.0cm)。砂槽的滲透系數(shù)為9.25m?d-1。

　　通過水管往砂槽中注水，待水位接近砂槽介質(zhì)頂部時，采用蠕動泵對填料室的出水口以82.14mL/min的流量往外抽水。地下水流速理論值(v=Q/A)為25.60cm?d-1。

　　為研究有機物及氨氮在砂槽中的分布，砂槽中布設8口內(nèi)徑6cm監(jiān)測井。在監(jiān)測井A附近設有長28cm*寬28cm*高40cm的滲漏槽，其底部均勻分布內(nèi)徑4mm小孔。

　　砂槽水位穩(wěn)定后，在30L塑料箱中的垃圾滲濾液通過蠕動泵以1.067mL/min速率抽入土柱。滲濾液在土柱中的理論停留時間為4天。

　　1.3 取樣與分析方法

　　取土柱出水、8口監(jiān)測井20cm、40cm和60cm深的水樣，通過水與廢水檢測方法來測定COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N指標。使用三維熒光光譜儀(HitachiF-7000，HitachiLimited，Japan)對含水層溶解性有機質(zhì)(DOM)中的熒光組分進行聚類分析。

　　采用Bahram報道的方法對三維熒光掃描數(shù)據(jù)去除一次和二次瑞利散射，然后在Matlab7.0b上采用DOMFluortoolbox軟件包進行平行因子分析。通過核一致性分析和對半檢驗確定熒光組分數(shù)，以及每個樣品在對應組分的濃度得分值Fmax。采用Excel2010軟件進行相關性分析。采用OriginPro8.6和Matlab7.0b進行圖形繪制與處理。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1 含水層水樣熒光組分特征

　　對實驗裝置運行第10天水樣中的熒光組分進行分析。PARAFAC方法分解光譜數(shù)據(jù)得到3個熒光組分(圖2)。

　　組分C1的主峰315/405nm位于傳統(tǒng)類腐殖酸C峰(310~360/370~450nm)，次峰245/405nm位于傳統(tǒng)A峰(237~260/380~460nm)區(qū)域。該組分熒光特性主要表現(xiàn)為類腐殖酸類物質(zhì)。

　　組分C2的230/340nm峰位于傳統(tǒng)S峰(230~235/330~350nm)區(qū)域，而275/340nm峰位于傳統(tǒng)T峰(270~280/320~350nm)區(qū)域。該組熒光特性體現(xiàn)為類色氨酸物質(zhì)。

　　組分C3的主峰250/455nm對應傳統(tǒng)A峰(237~260/400~500nm)區(qū)域，次峰370/455nm對應傳統(tǒng)I峰(300~360/400~500nm)區(qū)域并發(fā)生一定紅移。該組熒光特性表現(xiàn)為類富里酸物質(zhì)。

　　2.2 熒光組分Fmax分布特征

　　利用PARAFAC所得3種熒光組分在含水層中的不同位置的濃度得分值Fmax進行制圖。如圖3所示，在所有樣品中組分C1、C2、C3含量隨取樣深度的增加而變大。監(jiān)測井C中層水樣中C1、C2、C3含量相對中層其他水樣較高，可能是由于包氣帶間歇式出水中的污染物正從此處運移至含水層下層。而監(jiān)測井D1、D2、D3和E中組分C1、C2、C3含量與監(jiān)測井A、B1、B2無明顯差異，表明包氣帶出水中的組分C1、C2和C3主要以垂直遷移的方式進入砂質(zhì)含水層底部。

　　2.3 含水層中各熒光組分間相關性分析

　　通過分析含水層水樣中不同物質(zhì)組成與水質(zhì)指標間相關性，來揭示含水層中DOM與各主要水質(zhì)指標間聯(lián)系。對含水層中不同化學指標進行相關性分析顯示(表3)，COD與NH4+-N達到極顯著相關，相關性系數(shù)為0.951，COD與NO3--N達到顯著相關性，相關系數(shù)為0.660，COD與NO2--N、組分C1、C2、C3均未呈現(xiàn)顯著相關性。NH4+-N與NO3--N達到顯著相關，相關性系數(shù)為0.712。組分C1、C2、C3間相互呈極顯著相關。上述現(xiàn)象表明含水層中COD、NH4+-N和NO3--N均來源于垃圾滲濾液，而包氣帶出水中的組分C1、C2、C3可能還來源于包氣帶土壤。

　　三、結(jié)論

　　通過PARAFAC方法分析得出，含水層水樣中熒光組分C1、C2和C3分別為類腐殖酸、類色氨酸和類富里酸，包氣帶出水中的組分C1、C2和C3主要以垂直遷移的方式進入砂質(zhì)含水層底部，含水層中COD、NH4+-N和NO3--N均來源于垃圾滲濾液，而包氣帶出水中的組分C1、C2、C3可能還來源于包氣帶土壤。(來源：中際晟豐環(huán)境工程技術集團有限公司)