1 引言 (Introduction)

我国农村地区人均每天的垃圾产生量为1 kg，每天全国将产生4078 t的生活垃圾，农村垃圾的任意堆放已经造成环境污染 (何品晶等，2010).在垃圾随意堆放填埋过程中，经雨水浸湿和生物水解会产生含有高浓度溶质的废水.垃圾渗滤液中含有有机物、氨氮、无机盐、重金属等众多污染物，一旦渗入地表或者流入江河，必然会引起地表水和地下水及江河湖泊的污染.目前，在研究垃圾填埋场渗滤液污染物

组成及污染地下水过程方面，国内外已有相关报道.Regadio等 (2012)对粘土质土壤的无机阴离子、重金属和DOM进行了研究，发现不同污染物穿透土壤的能力存在差异.Biswas等 (2010)对印度垃圾填埋场地下水进行了研究，发现当地下水受到渗滤液的污染后，重金属的浓度普遍会升高.何小松等 (2014)研究了垃圾浸提液与地下水污染物的组成和差异.同时，还有一些研究者对污染源解析和污染预警开展了研究，采用模型分析和化学生物检测 (Bakis et al., 2011；Navarro et al., 2008).

研究表明，垃圾填埋场附近居民水井中的有毒重金属部分超过地下水质量标准 (GB/T 14848-93) 的三级标准 (龚娟，2010).由此可见，农村垃圾泛滥直接影响了农村生活用水的水质.2004年重庆市农村水质状况调查结果显示，农村自来水厂水源水合格率为22.1%，而井水的水质状况还要低于水厂 (袁方等，2006).因此，本研究选取重庆市范围内三峡库区不同区县农村生活垃圾填埋场土壤作为分析对象，分析填埋垃圾渗滤液中无机阴离子和重金属组成特征和来源特性，建立污染源解析方法，探讨其对农村饮用水安全的影响，以期为填埋场地下水污染防治和预警提供依据.

2 材料和方法 (Materials and methods) 2.1 样品采集

本研究于2016年2月选取了三峡库区范围内，长江沿岸7个不同区县10个农村垃圾填埋场垃圾下方土壤样品，用蛇形取样法采集0~20 cm的表层土壤，在采集现场经过四分法得到1.0 kg左右的样品，冰块保存后带回实验室，于冰箱中在4 ℃下保存.采样点用全球定位系统 (GPS) 定位，采样地点详细信息如表 1和图 1所示.

2.2 样品处理

称取1.0 g采集的填埋垃圾土壤，加入10 mL超纯水，振荡12 h制备垃圾渗滤液.随后将渗滤液在4 ℃、6000 r·min^-1下离心10 min，取上清液用0.45 μm滤膜过滤，然后定容至25 mL.称取样品0. 20 g于微波消解罐中，加少量水湿润，再加入HNO₃、HCl和HF混合液 (体积比为2:6:2)10 mL，密封装入消解罐中，静置过夜.按照设定参数，进行微波消解，当消解罐温度降至室温时即可打开消解罐，向罐中加入0.5 mL HClO₄, 放置于170 ℃的控温电加热器中，进行赶酸.等冷却至室温, 加1 mL HCl (1:2) 溶解, 用超纯水定容至25 mL, 用0.45 μm滤膜过滤，备用.

2.3 实验药品和仪器

实验用水均为超纯水，实验材料所用标准物质均由环境保护部标准样品研究所提供，硝酸 (HNO₃)、盐酸 (HCl)、氢氟酸 (HF)、高氯酸 (HClO₄) 均为优级纯.重金属使用原子吸收分光光度计测定 (岛津AA7000)，无机阴离子使用离子色谱仪测定 (戴安ICS-900)，pH值使用pH酸度计 (上海雷磁PHS-3C) 测定.

2.4 土壤质量评价标准 2.4.1 单因子评价法

先将所得各个采样点的数据与土壤环境质量标准值 (GB15618-1995) 进行单因子比较，根据如下的标准进行分类：一级标准为保护区域自然生态，维持自然背景的土壤环境质量的限制值；二级标准为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值；三级标准为保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值 (国家环境保护局，1995).

2.4.2 地累积指数评价法

采用地累积指数 (I_geo) 法评价重金属污染程度，该方法是由Muller提出的 (Muller，1969)，反映了重金属分布的自然变化特征，还可以判别人为活动对环境的影响，其计算公式见式 (1).

(1)

式中，C_n为样品中元素n的含量 (mg·kg^-1)，B_n为当地岩石中该元素的地球化学背景值 (mg·kg^-1)，Cd、Cr、Cu、Pb、Zn背景参考值分别为0.097、61、22.6、26和74.2 mg·kg^-1(袁方等，2006)；K为考虑到当地岩石差异可能会引起的背景值的变动而取的系数 (K一般取值为1.5).I_geo值与污染程度的对应关系见表 2.

3 结果与分析 (Results and analysis) 3.1 填埋垃圾渗透液无机离子组成特征和成因分析

10个采样点的无机阴离子浓度和pH值如表 3所示.由表 3可知, 10个采样点的填埋垃圾渗滤液pH值在7.35~8.10之间，显示pH值偏碱性，估计是填埋垃圾里面有机物发酵所致.渗滤液中SO₄^2-、Cl^-的浓度分别为1.10~20.62、0.44~8.37 mg·L^-1，SO₄^2-和Cl^-浓度最高值均出现在3号采样点.在10个采样点中，SO₄^2-浓度均大于Cl^-浓度，表明填埋垃圾组成种类中生活垃圾较少，这是因为生活垃圾中带有较多的氯化钠.同时, 填埋垃圾遭雨水淋洗后，雨水中含有大量的SO₄^2-，从而导致在垃圾渗滤液中SO₄^2-浓度较高.NO₃^-、NO₂^-的浓度分别为0.08~0.57、0.13~0.91 mg·L^-1，且呈现NO₃^--N浓度＜NO₂^--N浓度的分布趋势，这是因为氮含量的高低由氧化还原电位 (ORP) 和pH决定 (李娟娟等，2006).在填埋垃圾中，有机物降解导致缺氧环境，同时氧化还原电位较低，pH值较高，使NO₃^--N易还原为NO₂^--N，从而导致渗滤液中NO₂^--N浓度较高.F^-的浓度在10个采样点整体都偏低，说明F^-在自然环境中含量较少，不容易被检测.

3.2 填埋垃圾渗滤液重金属分布特征和影响因素 3.2.1 单因子评价法结果

10个采样点土壤的Cu、Zn、Cd、Cr、Pb含量如图 2所示.由图 2可知，Cu含量在7个采样点处于一级，1个采样点处于二级 (万州武陵镇)，2个采样点 (忠县复兴镇、忠县乌杨镇) 处于三级.由于忠县复兴镇、忠县乌杨镇的Cu含量 (分别为156.28、393.98 mg·kg^-1) 明显高于其他采样点，导致三峡库区农村垃圾填埋场的Cu含量平均值处于二级水平，其标准差偏高也显示了这一特点.Zn含量在1个采样点处于一级 (巫山建坪乡)，6个采样点处于二级，3个采样点 (奉节朱衣镇、万州武陵镇、忠县复兴镇) 处于三级.由于大部分采样点Zn含量处于二级，因此，三峡库区农村垃圾填埋场土壤Zn含量整体处于二级，且标准差相对于均值而言，也比较合理，这说明Zn污染还不是很严重.Cd含量在10个采样点均超过了三级的标准，因此，三峡库区农村垃圾填埋场土壤Cd整体含量也超过了三级的标准，表明Cd污染十分严重.10个采样点的Cr含量均在一级标准范围内，因此，三峡库区农村垃圾填埋场土壤Cr平均含量也在一级的标准范围内，表明Cr无污染.Pb含量在7个采样点处于一级，3个采样点处于二级 (万州武陵镇、忠县复兴镇、忠县乌杨镇).由于大部分采样点pb含量处于一级，说明三峡库区农村垃圾填埋场土壤Pb平均含量处于一级，表明Pb无污染.填埋垃圾渗滤液中重金属含量的变化规律性不明显，随填埋地点和填埋时间呈现波动的趋势.填埋地点越靠近乡镇和企业，垃圾中重金属含量就越高，与之对应的渗滤液中重金属含量也越高.填埋时间越长，垃圾无机化程度就越高，其对重金属的吸附能力越大，则渗滤液中相应浓度越低.

3.2.2 地累积指数评价法结果

根据地累积指数I_geo的结果，得到三峡库区农村垃圾填满场污染分级和污染程度结果，具体如表 4所示.这个结果基本与单因子指数评价结果保持一致:各个采样点Cu的污染程度离散程度较高，Zn和Pb污染程度离散程度较低, Cr整体呈现无污染，而各个采样点污染程度最为严重的为Cd.

农村垃圾填埋场一般远离城市，除了个别采样点，一般周边无乡镇企业.因此，造成Cd污染比较严重的主要来源有以下几方面：农业上磷肥的大量使用，普通磷肥的Cd含量一般在5~50 mg·kg^-1之间 (Roberts et al., 1994)，在地表径流的作用下，使得垃圾填埋场土壤中Cd的含量不断积累；另一个可能导致农村垃圾填埋场土壤污染的原因是煤灰垃圾，有研究证实，煤灰垃圾中Cd、Pb等重金属元素一般都超过国家颁布的城镇垃圾农用控制标准 (刘国胜等，2004)；最后一个是畜禽养殖，研究表明，畜禽养殖废弃物未得到妥善处理、随意堆放，则会造成土壤重金属污染 (吴二社等，2011).为了减少土壤重金属污染，一个可行的方案是减少磷肥的使用，使用有机肥代替无机肥；另外，应大力推广沼气池的建设，沼气池具有增加肥料和替代木柴、煤炭等燃料的优点；最后规范畜禽养殖，产生的废弃物做到有序处理，从而为农村环境保护提供支持.

4 结论 (Conclusions)

1) 三峡库区农村填埋垃圾特异性强，污染物来源构成差异大，不同采样点的污染物含量存在明显差异性.

2) 三峡库区农村垃圾填埋场渗滤液pH呈碱性，无机阴离子中SO₄^2-浓度偏高，10个采样点均呈现NO₃^--N浓度＜NO₂^--N浓度的趋势，F^-浓度均偏小.

3) 三峡库区农村垃圾填埋场土壤重金属中Cr均无污染现象，而Cd污染现象十分严重, Pb、Zn和Cu在不同的区县呈现空间差异性，其中，Zn和Pb污染程度离散程度较低，并且污染程度也相对较低，而Cu的污染程度离散程度较高，并且污染程度也相对较高.