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自20世纪90年代以来,随着我国经济的发展,城市的扩张和人民生活水平的提高,城市生活垃圾的数量也在逐年剧增。目前,我国的垃圾产量正进入高峰期,垃圾年产量约1.3亿t,占世界总产量的1/4[1]。生活垃圾无害化处理方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥等三种符合垃圾无害化处理标准的处理方法[2],而垃圾填埋因其投资相对较小,处理量较大,应用最为广泛,我国90%以上的地区采用各种形式的填埋进行处理,到1998年底在我国城市垃圾20%的无害化处理率中,卫生填埋处理的贡献率占95%以上。垃圾填埋产生的渗滤液会导致地下水和地表水的二次污染,在国内,有关垃圾渗滤液的管理工作还没有完全展开,对垃圾填埋场垃圾渗滤液的监测监管并不严格,相关的研究工作很多还只限于实验室研究[3]。本研究通过对生活垃圾填埋场渗滤液产生原因、污染成分及特性进行分析,明确了生活垃圾填埋场封场前后对渗滤液进行环境监测的重要性,并探寻环境监测方案的差异性,以更好地加强对垃圾填埋场渗滤液的环境监管。
1渗滤液的内涵、产生、污染成分分析及特点
1.1渗滤液的定义
渗滤液,是指填埋过程中垃圾分解产生的液体及渗入地表水的混合液[4]。
1.2渗滤液的产生
渗滤液是经过一系列复杂的生物、化学及物理过程产生的,主要来源于以下几个方面:
(1)降水:包括降雨和降雪,是渗滤液的主要来源;
(2)地表径流;
(3)地下水渗入:在许多填埋场中,如果填埋场地下水位低于场底,可以不考虑地下水的渗入;
(4)垃圾本身的水分。
1.3渗滤液污染成分分析
垃圾填埋场渗滤液水质水量的变化主要受垃圾成分、填埋方式、填埋时间及气候等因素的影响,其变化幅度很大,变化规律复杂。垃圾中的有机物组分越高,其渗滤液中的有机污染浓度越高。在不同季节各污染物浓度不同,渗滤液的产生随季节变化较大,对此Mattias Akessone等人亦有报道[5]。
垃圾渗滤液的主要污染成分是有机物、氨氮和重金属等,它包含多达77种有机物,如烃类、酸脂类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等;铁、铅、锌、锰、钠、钾、钙等金属也有十几种之多。
1.4渗滤液的特点
(1)水质复杂
不同地区的填埋场,同一填埋场不同时段的渗滤液水质均有很大的变化,水量波动也大,营养元素比例失调。
(2)COD和BOD浓度高
渗滤液的有机污染指标浓度变化范围很大,如化学需氧量最高可达到90000mg/L,生化需氧量最高可达到38000mg/L,一般在3000~5000mg/L左右,但BOD/COD比与填埋场运行时间有关,一般前3~5a的比例比较高,可达到0.3以上,但随着运行时间的延长,比例逐渐下降,最后可达到<0.1的水平。
(3)金属含量高
垃圾渗滤液中含有铁、铅、锌等多种金属离子。还可能含有汞、铬、镉等多种有毒、有害的重金属离子。虽然严格控制工业固体废物进入垃圾填埋场中,一般重金属离子的浓度不高,但有累积效应。
2监测方案制定的基本原则和工作程序
2.1制定监测方案的意义
环境监测方案是开展环境监测工作的纲要[6]。首先环境监测的性质要求是必须紧紧围绕环境保护的大目标,实施具体的控制、管理、监督措施;其次,每份监测方案的制定,将是在各项具体监测任务开展之前,确定必须获取哪些监测信息和如何实施监测来提高监测信息的科学性;此外,监测必须符合有关技术规范、方法标准等的要求,以保证监测的有效性;最后,方案中应适当考虑监测信息的追踪性的要求,保证获取一定序列的监测数据,以供系统分析使用。
2.2制定监测方案的原则
(1)明确监测的目的
首先要明确制定监测方案的目的是什么,是为了了解某个区域范围内的环境质量状况还是为了寻找主要污染源或主要污染物;其次,收集本地数据进行分析,是为了实施总量控制目标连续监测某类污染物进行核定,还是了解环境质量状况向公众发布或发生了污染事故进行应急处理等。
(2)了解监测的特点
由于环境污染和环境监测的对象、手段、时间和空间的多变性,污染的复杂性,其他各类因素对其影响的关联性等综合因素,都有可能对其监测的结果产生意想不到、程度不同的影响。因此,在明确监测目的后,一定要深入现场,了解情况,调查研究,分析特点,初步确定监测的范围、手段、对象、时间和对其现场的要求。2.3制定监测方案的工作程序
(1)收集相关资料
在对监测目标确定后,必须进入现场调研和收集相关资料,了解监测区域内行政区划分情况,污染源分布状况,地形地貌概况,气象条件状况,河流历年水质污染和水文情况等。
(2)掌握所监测区域的功能划分
要掌握所监测区域的功能区划及对应的水、气、声各类国家标准和地方标准,对污染源监测(特别是项目验收监测),必须了解其所处空气环境、噪声、环境功能、废水的排放去向,纳污河流的功能划分,明确其污染物排放标准的执行级别。
(3)了解监测点位
了解监测点位,包括空气监测、水质监测断面及噪声等监测点位设置的原则。不同类别的污染源,不同的测试方法,确定监测点位的原则也有所不同。
(4)确定实施计划
根据实际监测能力,包括人力、财力、仪器装备、试剂配备等,确定监测点位、频次、监测项目的实施计划。
3封场前后渗滤液监测的规定
3.1封场前渗滤液监测的规定
根据《城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程》等标准的要求,填埋场开始运行前,应进行填埋场的本底环境监测;填埋场运行及封场后应进行环境监测和评估;填埋场环境监测项目应包括渗滤液、大气、臭气、填埋气体、地下水、地表水、噪声、苍蝇密度;渗滤液应每月监测至少1次;进场垃圾应每月进行1次成分分析:发现异常,应加大分析频率[7]。加强对垃圾填埋场渗滤液的监测也是创建国家环境保护模范城市的刚性要求,考核指标要求垃圾处理厂渗滤液1a监测4次(每季度1次),并增加了垃圾处理场(包括封场的)渗滤液处理达标的考核要求。
3.2封场后渗滤液监测的规定
按照填埋场生命周期观点,填埋场封场并不代表运营维护的终结。填埋场封场后很长一段时间内产生的渗滤液需要定期监测及妥善处理,并需要评估相关的环境风险[8]。根据《生活垃圾卫生填埋场封场技术规程》等标准的要求,填埋场封场工程应包括地表水径流、排水、防渗、渗沥液收集处理、填埋气体收集处理、堆体稳定、植被类型及覆盖等内容;封场工程应保持渗沥液收集处理系统的设施完好和有效运行;封场后应定期监测渗沥液水质和水量,并应调整渗沥液处理系统的工艺和规模;封场工程后续管理工作应包括对地下水、渗沥液、填埋气体、大气、垃圾堆体沉降及噪声进行跟踪监测。
4封场前后渗滤液监测方案的案例分析
苏南某市垃圾填埋场占地83hm2,分两期建设。一期工程于1992年开始建设,1993年投入试运行,占地20hm2,填埋容积为110万m3,工程的使用年限是10a,于2003年完全封场。二期工程于2003年7月立项并开始建设,占地63hm2,紧邻一期工程东侧,填埋容积为350万m3,预计可使用10a以上,到2010年底将封场。某市环境监测站于2010年初对该垃圾填埋场进行监测,监测周期为1a。
4.1封场前渗滤液监测方案
4.1.1监测方案的制定
(1)监测目的
检验垃圾填埋场渗滤液处理设施的效果,封场前跟踪调查,完成国家对垃圾填埋场监测的指令性任务。
(2)监测点位的布设
该垃圾填埋场生活垃圾渗滤液经污水预处理池处理后,污水排入配套污水处理厂。污水处理厂设计日处理能力8万t,而该垃圾填埋场渗滤液日产生量150t,不超过污水处理厂日处理能力的0.5%,故在污水处理厂进水和出水分别设置1个监测点。
(3)采样频次及方法
根据污水处理工艺设计的要求及降水情况,每月应监测1次。用采样器提取渗滤液,弃去前3次渗滤液样品,用第4次样品作为分析样品。
(4)监测项目及评价标准
监测项目为色度、化学需氧量、生化需氧量、悬浮物、总氮、氨氮、总磷、粪大肠菌群数、总汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅。评价标准选用2008年国家环境保护部发布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2的浓度限值。
4.1.2监测结果分析
(1)垃圾填埋场渗滤液处理前后的悬浮物、化学需氧量、色度、氨氮、总氮及生化需氧量指标具有相同的变化趋势。由于3月后该垃圾填埋场渗滤液处理设施进行改造,在6月前,6项污染指标浓度逐月增加,直至6月达到一个超标最高峰值,后随着处理设施的稳定运行,浓度逐渐降低,到9月达到了超标最低峰值,但在冬季有所反弹,如图1~图6。
(2)垃圾填埋场渗滤液处理前后的总磷指标变化趋势有所差异。渗滤液处理设施前,总磷污染出现逐月减轻的趋势,直至9月总磷浓度超标倍数达到最低峰值,随后反弹;而渗滤液处理设施后的总磷浓度提前到6月达到了超标倍数的最低峰值,接着持续反弹,如图7所示。
(3)垃圾填埋场渗滤液处理前后的重金属得到有效控制,多项金属离子浓度均未超标。
(4)粪大肠菌群污染严重,无法保证达标排放,处理设施效率亟待提高。
4.2封场后渗滤液持续监测方案
(1)监测目的
封场后期维护及管理,定期进行跟踪监测,直到填埋场产生的渗滤液中水污染物浓度连续两年低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)表2和表3的浓度限值。
(2)监测点位的布设
设置在渗滤液的出口。
(3)采样频次及方法
封场后3a内应每年监测2次,3a后根据出水水质确定采样频次。用采样器提取渗滤液,弃去前3次渗滤液样品,用第4次样品作为分析样品。