垃圾渗滤液污染地下水过程

发表时间：2021-11-15 12:36:01 阅读次

　　垃圾渗滤液是随降雨及地面径流，在垃圾填埋堆体内形成的高浓度有机和氨氮(NH4+-N)废水。与正规垃圾填埋场相比，简易填埋场产生的渗滤液往往更容易向包气带和含水层渗漏。垃圾渗滤液中有机物的构成主要包括挥发性脂肪酸、难降解有机物(富里酸和胡敏酸)等还原态物质。当受渗滤液污染的地下水被用作饮用水源时，胡敏酸在消毒过程中与含氯消毒剂反应后易生成具有“三致效应”的前驱体，进一步危害人体健康。因此，对渗滤液中有机物与氨氮的迁移转化规律进行研究是治理填埋场周边地下水环境污染的前提。

　　本研究通过设计渗流砂槽实验装置来模拟渗滤液通过包气带后在含水层中的迁移过程，采用平行因子分析方法实现迁移过程中有机污染组分的源解析，为实际场地研究提供线索。

　　一、材料与方法

　　1.1 实验材料

　　土样为粗粒土，石英砂粒径为1~2mm，本研究使用自来水用于模拟实际地下水，渗滤液取自高安屯垃圾填埋场，该填埋场运行于2003年。渗滤液的理化性质见表1。

　　1.2 实验装置

　　模拟装置主要由塑料箱，土柱，砂槽组成。土柱为高50cm*内径20cm的有机玻璃柱，由两个玻璃盘隔开，玻璃盘上均匀分布内径5mm的小孔。土柱中央设有内径6mm的进水口和出水口。粗粒土作为土柱底部段的填充介质(厚度为20.0cm)。

　　砂槽是由138cm*宽77cm*高80cm的PVC塑料制成，分进水池(IR)和填料室两部分，其中间由塑料板隔开，塑料板均匀钻有内径1cm的小孔。进水池上设有内径6mm进水口，填料室底部设有内径6mm的出水口。石英砂作为砂槽填料室的填充介质(厚度为60.0cm)。砂槽的渗透系数为9.25m·d-1。

　　通过水管往砂槽中注水，待水位接近砂槽介质顶部时，采用蠕动泵对填料室的出水口以82.14mL/min的流量往外抽水。地下水流速理论值(v=Q/A)为25.60cm·d-1。

　　为研究有机物及氨氮在砂槽中的分布，砂槽中布设8口内径6cm监测井。在监测井A附近设有长28cm*宽28cm*高40cm的渗漏槽，其底部均匀分布内径4mm小孔。

　　砂槽水位稳定后，在30L塑料箱中的垃圾渗滤液通过蠕动泵以1.067mL/min速率抽入土柱。渗滤液在土柱中的理论停留时间为4天。

　　1.3 取样与分析方法

　　取土柱出水、8口监测井20cm、40cm和60cm深的水样，通过水与废水检测方法来测定COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N指标。使用三维荧光光谱仪(HitachiF-7000，HitachiLimited，Japan)对含水层溶解性有机质(DOM)中的荧光组分进行聚类分析。

　　采用Bahram报道的方法对三维荧光扫描数据去除一次和二次瑞利散射，然后在Matlab7.0b上采用DOMFluortoolbox软件包进行平行因子分析。通过核一致性分析和对半检验确定荧光组分数，以及每个样品在对应组分的浓度得分值Fmax。采用Excel2010软件进行相关性分析。采用OriginPro8.6和Matlab7.0b进行图形绘制与处理。

　　二、结果与讨论

　　2.1 含水层水样荧光组分特征

　　对实验装置运行第10天水样中的荧光组分进行分析。PARAFAC方法分解光谱数据得到3个荧光组分(图2)。

　　组分C1的主峰315/405nm位于传统类腐殖酸C峰(310~360/370~450nm)，次峰245/405nm位于传统A峰(237~260/380~460nm)区域。该组分荧光特性主要表现为类腐殖酸类物质。

　　组分C2的230/340nm峰位于传统S峰(230~235/330~350nm)区域，而275/340nm峰位于传统T峰(270~280/320~350nm)区域。该组荧光特性体现为类色氨酸物质。

　　组分C3的主峰250/455nm对应传统A峰(237~260/400~500nm)区域，次峰370/455nm对应传统I峰(300~360/400~500nm)区域并发生一定红移。该组荧光特性表现为类富里酸物质。

　　2.2 荧光组分Fmax分布特征

　　利用PARAFAC所得3种荧光组分在含水层中的不同位置的浓度得分值Fmax进行制图。如图3所示，在所有样品中组分C1、C2、C3含量随取样深度的增加而变大。监测井C中层水样中C1、C2、C3含量相对中层其他水样较高，可能是由于包气带间歇式出水中的污染物正从此处运移至含水层下层。而监测井D1、D2、D3和E中组分C1、C2、C3含量与监测井A、B1、B2无明显差异，表明包气带出水中的组分C1、C2和C3主要以垂直迁移的方式进入砂质含水层底部。

　　2.3 含水层中各荧光组分间相关性分析

　　通过分析含水层水样中不同物质组成与水质指标间相关性，来揭示含水层中DOM与各主要水质指标间联系。对含水层中不同化学指标进行相关性分析显示(表3)，COD与NH4+-N达到极显著相关，相关性系数为0.951，COD与NO3--N达到显著相关性，相关系数为0.660，COD与NO2--N、组分C1、C2、C3均未呈现显著相关性。NH4+-N与NO3--N达到显著相关，相关性系数为0.712。组分C1、C2、C3间相互呈极显著相关。上述现象表明含水层中COD、NH4+-N和NO3--N均>