1 引言(Introduction)

随着我国社会经济的快速发展及城市化进程的不断加速, 城市和农村生活垃圾的产生量大幅提高.根据中国统计年鉴(2017), 我国城市生活垃圾2017年产量已达2.0亿t, 增长速率为8%~10%；农村地区生活垃圾2014年产生量也达到1.48亿t, 具有来源广泛且分散、产率低、产量高、增长迅速、区域差异显著等特点(韩智勇等, 2017).

填埋场是垃圾各种处理方式的最终归宿, 也是消纳生活垃圾最经济便捷的方法.根据建设情况, 通常可分为正规生活垃圾填埋场和非正规生活垃圾填埋场.正规生活垃圾填埋场是指符合国家相关标准和规范建设并运营的垃圾填埋场, 通过相应的二次污染防治措施, 可以避免因露天堆放而引起的环境问题；非正规生活垃圾填埋场包括简易填埋场和受控填埋场, 其中简易填埋场是指利用地形随意填埋、无任何二次污染防护措施的垃圾堆场；受控填埋场是指场内无垃圾渗滤液或填埋气体的收集、导排或处理设施, 或无封场、防渗等二次污染防护措施不足的填埋场.根据国家统计局最新统计, 截至2017年, 我国已建成正规的生活垃圾填埋场654座, 卫生填埋处理的生活垃圾占总量的55.9%, 还有数以千计的非正规生活垃圾填埋场.可见, 填埋是目前处理生活垃圾的主要方式.

因为雨水冲刷、淋浴等, 这些正规和非正规的垃圾填埋场均会沥出渗滤液.渗滤液中包含着填埋场内几乎所有的可溶物, 其水质复杂, 含有高浓度的有机物、无机盐、金属和重金属离子、细菌等微生物, 以及少量异型生物性有机化合物, 具有持久性和高毒性的特征(郑敏, 2018).由于防渗措施破损或不到位, 很容易对周围地表水、地下水(东天等, 2014；朱薇, 2015)和土壤(夏立江等, 2002；赵嘉欢, 2014；李闯等, 2014)产生污染.这使得生活垃圾填埋场地下水污染问题成为近年来国内外研究的热点.

但是当前对填埋场场地地下水(以下简称填埋场地下水)的研究主要是不同学者以某一地区或某一填埋场为个例, 开展填埋场对地下水的点状污染的研究, 韩智勇等虽然对我国生活垃圾填埋场地下水污染指标进行了阶段性的系统识别和综合评价, 但是并未将正规与非正规生活垃圾填埋场进行区别(韩智勇等, 2015).鉴于正规和非正规垃圾填埋场因防渗措施、日常管理等方面的不同, 其渗滤液对地下水的影响可能具有显著的差异.因此, 为了能更加准确地把握我国生活垃圾填埋场对地下水污染的现状, 在填埋场地下水污染的防治与修复中能有的放矢, 提高修复效率, 本研究对我国正规和非正规生活垃圾填埋场地下水的主要污染指标进行了识别, 对地下水质量进行了评价, 阐明了当前我国正规和非正规生活垃圾填埋场对地下水的污染现状和程度, 并分析了正规和非正规生活垃圾填埋场地下水污染的特点和异同, 以期为生活垃圾填埋场地下水污染的修复和治理提供理论依据.

2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 文献检索

通过“中国知识资源总库”分别检索1991—2018年期间我国正规和非正规生活垃圾填埋场对地下水污染研究的相关报道, 共筛选出14篇报道正规生活垃圾填埋场的文献, 25篇报道非正规生活垃圾填埋场的文献；并结合笔者对生活垃圾卫生填埋场地下水的相关调研数据和其他收集数据, 进行数据统计分析和评价.这些文献覆盖了我国一半以上的省和自治区, 并包括了不同填埋年限、不同地域、不同场地条件的填埋场, 具有较好的代表性.正规和非正规生活垃圾填埋场的基本情况如表 1所示.

2.2 水质评价标准和方法

评价标准采用《地下水质量标准》(GB/T14848—2017)中的Ⅲ类标准值, 未列入的指标参考《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅲ类标准值.

评价方法采用单因子和內梅罗指数法、地下水质量评分法、累计污染负荷比法等方法以及SPSS 24.0、Origin 2017等分析软件, 详见韩智勇等(2015).

其中对于评分法：首先根据《地下水质量标准》(GB/T14848—2017)或《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行各单项组分评价, 划分组分所属质量类别.

其次对各类别按表 2规定分别确定单项组分评价分值F_i, 当标准值无类别划分时, 超标按Ⅴ类取值, 未超标按Ⅰ类取值.

然后按照式(1)计算综合评价分值FI：

(1)

式中, FI为i区(或组分)的综合评分值, 无量纲；F_{i, avg}为i区(或组分)评分值F_i的平均值, 无量纲；F_{i, max}为i区(或组分)评分值F_i的最大值, 无量纲.

最后根据F值, 按表 3规定划分地下水质量级别.

3 结果与分析(Results and analysis) 3.1 污染物统计

根据文献统计数据, 目前我国正规生活垃圾填埋场地下水中已报道检出相关污染指标共计89种, 其中有机污染指标2种、无机盐12种、金属离子5种、重金属15种、细菌学指标2种、异型生物性有机化合物53种、同时还包括视觉污染指标2种、其他综合性污染指标4种；非正规共计93种, 其中有机污染指标3种、无机盐11种、金属离子5种、重金属15种、细菌学污染指标2种、异型生物性有机化合物57种, 同时还包括视觉污染指标2种, 其他综合性污染指标6种.不同类型的生活垃圾填埋场除表 2中有检出浓度报道的污染物外, 还有重金属钴(罗定贵等, 2009)；异型生物性有机化合物二氢苊、苯并(b)荧蒽、六六六、DDT(张岩, 2011)、芴、苯并(a)蒽、1, 2-二氯乙烷、顺-1, 2-二氯乙稀(杨贵芳, 2013)、菲、荧蒽、芘(张岩, 2011；杨贵芳, 2013)、酚(王翊虹等, 2002)、苯酚(罗定贵, 2009；杨昱等, 2010)、烷烃、丁酸丁酯、1, 1-二甲基乙基-4-甲氧基酚、酞酸二异辛酯、十六酸、环八硫烷(李振声等, 2004)等.正规和非正规生活垃圾填埋场地下水检出的污染指标如表 4所示, 其检出指标分类方法依据《地下水质量标准》(GB/T14848—2017).

3.2 主要污染指标识别

为确保数据的可信度, 减少分析误差, 本次评价判断主要污染指标的原则如下：

① 样本量大于等于30；②FI值评价在较差以上程度(FI≥4.25)；③累计负荷比JI大于0.7.

根据上述原则, 从表 2中选出正规生活垃圾填埋场备选指标23个、非正规17个.根据累计负荷比JI, 得到我国正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中主要污染指标, 如表 5所示.

据统计, 渗滤液中污染指标的种类超过100种(郑曼英等, 1997), 主要包括4种类型(郑曼英等, 1998；赵万有等, 1995)：①水溶性有机物, 可表示为化学需氧量或总有机碳, 包括挥发性脂肪酸以及富里酸类和腐殖酸类化合物等；②异型生物质的有机物多达77种, 主要来源于家庭和工业化学制品, 包括芳香烃29种、烷烃烯烃类18种、酸类8种、脂类5种、酚类6种、醇、醛类4种、酚胺类2种(郑曼英等, 1997)；③无机宏量组分, 包括Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、NH₄⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cl^-及SO₄^2-等, 其质量浓度往往较大；④重金属, 包括Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺及Zn²⁺等, 其质量浓度一般较低.另外, 渗滤液中还含有其他的一些微量物质, 如B、As、Se、Ba及Co等.结合表 2中各污染指标的超标率和PI值, 可看出, 地下水中这些主要污染指标与填埋场渗滤液的主要污染指标相符, 可见生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标主要来自于垃圾填埋场渗滤液的入渗(Han et al., 2016).

3.3 污染指标分布特性

根据污染指标的地区J_i值, 分别对正规生活垃圾填埋场和非正规生活垃圾填埋场不同污染指标的地区分布进行排序, 如表 6所示.

考虑到某些指标监测分布样本量的局限性, 再结合表 2中污染指标的超标率及表 4中污染指标的分布特性, 综合分析得出生活垃圾填埋场地下水中的污染指标主要包括普遍性污染指标、局部性污染指标和点源性污染指标.

本次评价判断普遍性污染指标、局部性污染指标和点源性污染指标的依据如下：

① 根据表 2的计算结果, 将超标的污染指标作为备选指标；②根据表 4的计算结果, 将在华北、华东、华南、西南、华中、西北和东北等地区的分布比例大于60%的污染指标作为普遍性污染指标, 将分布比例为10%~60%的污染指标作为局部性污染指标, 将分布比例为0~10%的污染指标作为点源性污染指标, 正规和非正规填埋场地下水中的污染指标分布特征如表 7所示.

根据大量研究和笔者现场调查表明, 填埋场地下水中的细菌学类指标污染严重且普遍存在, 但考虑到大部分地下水中并未监测细菌学类指标以及本文检索文献的局限性, 导致类大肠菌群在正规、非正规生活垃圾填埋场中仅局部地区分布, 细菌总数在正规中仅个别地区分布.

4 结果与讨论(Results and discussion) 4.1 相似性分析 4.1.1 污染指标种类

正规和非正规生活垃圾填埋场地下水水质均已达到了严重污染水平, 且主要污染指标种类相似, 包括：细菌学类(类大肠菌群)、有机物(高锰酸盐指数(耗氧量)、化学需氧量)、无机盐(氨氮、硝酸盐氮、氯化物、硫酸盐)以及重金属(汞、锰、铁), 除了硝酸盐和氯化物外, 这与韩智勇等(2015)对我国生活垃圾填埋场地下水污染指标总体识别的种类相同.

4.1.2 污染程度

正规、非正规生活垃圾填埋场地下水中综合污染指标PI值都很高, 其污染等级均为严重污染, 这与韩智勇等(2015)的评价结果相同.同时, 正规、非正规中细菌学类污染指标污染程度均高于其余指标；有机物(高锰酸盐指数(耗氧量))和无机盐(硝酸盐氮、氯化物、硫酸盐)水质污染等级都属于轻度污染.

4.1.3 分布特性

正规、非正规填埋场地下水主要污染指标中有机物(高锰酸盐指数(耗氧量))、无机盐(氨氮、氯化物、硝酸盐氮)以及重金属(铁)均分布较广泛, 属于普遍性污染指标.但是在韩智勇等(2015)的研究中, 生活垃圾填埋场地下水中的普遍性污染指标除上述指标外, 还包括亚硝酸盐氮、化学需氧量、总硬度、锰和挥发酚等指标.这主要是因为本文区分了正规和非正规填埋场, 存在样本差异所致.

4.2 差异性分析 4.2.1 污染指标种类

由表 7可知, 非正规生活垃圾填埋场地下水中主要污染指标有13种, 正规中有15种.其中, 相比非正规生活垃圾填埋场, 正规的有机物、细菌学类污染指标数量更多, 而无机盐、重金属数量更少.

4.2.2 污染程度

首先, 非正规生活垃圾填埋场地下水的总体污染等级高于正规的, 且由图 1可知, 非正规生活垃圾填埋场地下水中达到中等污染等级以上的主要污染指标多于正规的.

其次, 根据正规和非正规生活垃圾填埋场地下水细菌学指标的污染指数P_i值(正规：类大肠菌群764.01, 细菌总数53.39；非正规：类大肠菌群57.67)可知, 非正规的类大肠菌群和细菌总数污染等级均低于正规的.

同时, 非正规生活垃圾填埋场地下水中的无机盐和重金属污染程度要大于正规的.其中非正规生活垃圾填埋场地下水中化学需氧量、氨氮、锰、汞、砷均为中等以上污染, 而正规填埋场地下水中仅锰、铁为中等以上污染.在非正规填埋场地下水中, 铁仅表现出轻度污染, 但在正规填埋场地下水中达到了重污染, 但锰却恰好相反.

最后, 正规和非正规填埋场地下水中不同污染指标污染程度的排序也不同.其中, 正规的由大至小为：类大肠菌群﹥细菌总数﹥总硬度﹥汞﹥TDS﹥氨氮﹥钠﹥高锰酸盐指数(耗氧量)﹥化学需氧量﹥锰﹥铁﹥硝酸盐氮﹥氯化物﹥挥发酚﹥硫酸盐；非正规的由大至小为：类大肠菌群﹥汞﹥化学需氧量﹥总硬度﹥锰﹥砷﹥氨氮﹥铁﹥高锰酸盐指数(耗氧量)﹥氯化物﹥硫酸盐﹥硝酸盐氮﹥亚硝酸盐氮.

4.2.3 污染指标分布

正规和非正规填埋场地下水中污染指标分布的差异主要表现在：某些指标如亚硝酸盐氮、砷是非正规填埋场地下水中的普遍性污染指标, 但不是正规中的主要污染指标；挥发酚和细菌总数不是非正规中的主要污染指标, 但是正规中的局部和点源性污染指标；重金属汞在非正规中仅分布在局部地区, 在正规中分布广泛, 但硫酸盐和锰污染的分布恰好相反.

同时根据表 7, 非正规填埋场地下水中普遍性污染指标数量要多于正规的, 局部和点源性污染指标数量少于正规的.

由上述分析可知, 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水的种类和数量、污染程度以及分布均存在不同程度的差异, 综合考虑可能由以下几方面的原因导致：

第一, 统计样本量的影响.基于文献搜集的局限性, 对于某些指标, 如细菌总数, 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水细菌总数的样本量分别为30个和15个, 样本量较少, 无大数据分析.

第二, 由于管理水平的差异, 大多数正规生活垃圾填埋场地下水均进行了系统性监测, 监测指标更多, 监测过程也更规范, 从而导致正规和非正规填埋场样本量和数据准确性均有差异.

第3, 正规生活垃圾填埋场只接收生活垃圾, 生活垃圾含有且极易滋生大量的类大肠菌群和细菌总数；相比正规填埋场, 非正规填埋场中建筑渣土和生活垃圾混合填埋现象较普遍(纪华等, 2010), 还有可能混入其他危险废物、工业垃圾、畜禽粪便以及其他农业垃圾等, 这导致非正规填埋场中垃圾成分更复杂, 有机物含量相对更低, 渗漏的渗滤液成分也更复杂.

第四, 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标地区分布差异明显.一方面, 垃圾渗滤液受许多因素影响, 如垃圾组分、垃圾填埋年龄、填埋场运行方式、运行管理以及天气和气候等(Regadío et al., 2012).另一方面, 渗滤液渗透到地下水后, 污染物的衰减也受到许多其他因素影响, 如稀释、吸附、离子交换、沉淀、氧化还原反应和降解过程等(Thomas et al., 2001；Alslaibi et al., 2011).

最后, 由相关文献可知, 相比于正规填埋场, 非正规填埋场的防渗措施缺失或不到位, 可能会导致大量垃圾渗滤液渗漏进入地下水, 增加地下水中污染指标的种类及数量.例如迁移性强的无机盐更容易在非正规填埋场中发生渗漏并迁移到地下水中；在非正规填埋场中, 锰也更容易被有机质溶出, 随地下水富集并迁移(王敏等, 2015).

5 结论(Conclusions)

1) 中国正规生活垃圾填埋场地下水中已报道检出相关污染指标共计89种, 非正规填埋场地下水中共计93种；正规、非正规填埋场地下水质量综合评分F值分别为7.69和8.11, 均已受到严重污染.

2) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标种类相似, 包括：类大肠菌群、高锰酸盐指数(耗氧量)、化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、氯化物、硫酸盐、汞、锰、铁, 其中高锰酸盐指数(耗氧量)、氨氮、氯化物、硝酸盐氮、铁均分布较广泛.

3) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水中的主要污染指标数量和类型差异明显.非正规的(13种)主要污染指标数量要少于正规的(15种), 其中, 有机物、细菌学类污染指标数量少于正规的, 但是无机盐、重金属数量均多于正规的.

4) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水污染程度差异明显.非正规生活垃圾填埋场地下水的总体污染等级高于正规的, 无机盐和重金属污染程度也大于正规的, 但是类大肠菌群和细菌总数污染等级均低于正规的；而且两种填埋场地下水中不同污染指标污染程度的排序也不同.

5) 正规和非正规生活垃圾填埋场地下水主要污染指标的地区分布差异明显.