垃圾滲濾液污染地下水過程

發(fā)表時(shí)間：2021-11-15 12:36:01 閱讀次

　　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(jī)和氨氮(NH4+-N)廢水。與正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)相比，簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)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(jī)物的構(gòu)成主要包括揮發(fā)性脂肪酸、難降解有機(jī)物(富里酸和胡敏酸)等還原態(tài)物質(zhì)。當(dāng)受滲濾液污染的地下水被用作飲用水源時(shí)，胡敏酸在消毒過程中與含氯消毒劑反應(yīng)后易生成具有“三致效應(yīng)”的前驅(qū)體，進(jìn)一步危害人體健康。因此，對(duì)滲濾液中有機(jī)物與氨氮的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進(jìn)行研究是治理填埋場(chǎng)周邊地下水環(huán)境污染的前提。

　　本研究通過設(shè)計(jì)滲流砂槽實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)遷移過程中有機(jī)污染組分的源解析，為實(shí)際場(chǎng)地研究提供線索。

　　一、材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)際地下水，滲濾液取自高安屯垃圾填埋場(chǎng)，該填埋場(chǎng)運(yùn)行于2003年。滲濾液的理化性質(zhì)見表1。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)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(jī)玻璃柱，由兩個(gè)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(shè)有內(nèi)徑6mm的進(jìn)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(jìn)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(jìn)水池上設(shè)有內(nèi)徑6mm進(jìn)水口，填料室底部設(shè)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(shí)，采用蠕動(dòng)泵對(duì)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(jī)物及氨氮在砂槽中的分布，砂槽中布設(shè)8口內(nèi)徑6cm監(jiān)測(cè)井。在監(jiān)測(cè)井A附近設(shè)有長(zhǎng)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(dòng)泵以1.067mL/min速率抽入土柱。滲濾液在土柱中的理論停留時(shí)間為4天。

　　1.3 取樣與分析方法

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

　　采用Bahram報(bào)道的方法對(duì)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(jìn)行平行因子分析。通過核一致性分析和對(duì)半檢驗(yàn)確定熒光組分?jǐn)?shù)，以及每個(gè)樣品在對(duì)應(yīng)組分的濃度得分值Fmax。采用Excel2010軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。采用OriginPro8.6和Matlab7.0b進(jìn)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(duì)實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行第10天水樣中的熒光組分進(jìn)行分析。PARAFAC方法分解光譜數(shù)據(jù)得到3個(gè)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(duì)應(yīng)傳統(tǒng)A峰(237~260/400~500nm)區(qū)域，次峰370/455nm對(duì)應(yīng)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(jìn)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(cè)井C中層水樣中C1、C2、C3含量相對(duì)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(yùn)移至含水層下層。而監(jiān)測(cè)井D1、D2、D3和E中組分C1、C2、C3含量與監(jiān)測(cè)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(jìn)入砂質(zhì)含水層底部。

　　2.3 含水層中各熒光組分間相關(guān)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(biāo)間相關(guān)性，來揭示含水層中DOM與各主要水質(zhì)指標(biāo)間聯(lián)系。對(duì)含水層中不同化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析顯示(表3)，COD與NH4+-N達(dá)到極顯著相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.951，COD與NO3--N達(dá)到顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.660，COD與NO2--N、組分C1、C2、C3均未呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。NH4+-N與NO3--N達(dá)到顯著相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.712。組分C1、C2、C3間相互呈極顯著相關(guān)。上述現(xiàn)象表明含水層中COD、NH4+-N和NO3--N均 >