摘要：文章分析了某工业固废填埋场地下水中5种重金属的浓度水平，考察了地下水抽出处理工艺对重金属的去除效果，同时探讨了抽出处理工艺运行中的优化措施。结果表明，Fe和Mn的平均质量浓度分别为0.6 mg/L、0.4 mg/L，As、Ni和Hg的最大检出浓度不超过0.1 mg/L；地下水中重金属浓度超标倍数为0.5～14.6倍，超标率为5%～20%，超标情况主要发生于Ⅰ层；抽出处理后地下水中重金属浓度整体呈先上升后下降的趋势，去除率分别为0%～60%，后续系统运行过程中应定期监测地下水中重金属的浓度变化，以判断长期处理效果。
关键词：工业固废堆填场地,重金属,地下水污染,抽出处理工艺技术
0引言
工业固体废弃物的成分复杂，涵盖了企业生产过程中产生的各类废料、废水处理后的污泥及其他废弃物，这些废物往往富含重金属元素。在固废处置方式中，填埋法因其技术操作的简便性、处理容量大以及经济高效性而广受欢迎[1]。然而，填埋过程并非绝对安全，重金属元素可能通过淋溶作用渗透至地下水体，进而对周边农业生态环境构成潜在威胁[2-3]。常见的地下水修复技术包括可渗透性反应墙技术、抽出-处理技术、自然衰减技术和多相抽提技术等[4-7]。地下水抽出-处理技术通过在污染场地内部合理布局抽水井，利用水泵将受污染的地下水抽出至地面水处理设备，经过处理后，达到标准的水质将被重新回灌至地下或排入管网。此技术的修复工艺原理简单；对含水层破坏性低；可直接移除地下水环境中污染物；可灵活与其他修复技术联合应用，从而受到广泛应用[8]。本文对山东某工业固废填埋场地地下水中重金属的污染特征展开了研究，进行了地下水抽出处理中试实验，分析了地下水抽出处理前后的重金属浓度变化，为该区域后续地下水修复提供指导。
1材料与方法
1.1研究区域概况
研究区域位于山东省某化工产业园，属黄泛平原地形地貌，原为洼地和农田，现为人工填埋区和建设区，气候温和，降水量适中，年平均气温12.5℃。填埋区域面积约36万m2，填埋物主要包括废水处理污泥、盐泥、电厂炉渣、粉煤灰和脱硫石膏等，填埋平均厚度约5 m。研究区域为表以下0～40 m有渗透性较差的3个粉质黏土层连续稳定发育，因此将其概化为3个含水层：0～20 m为渗透性良好的填土层(Ⅰ层)，20～30 m存在粉土与粉质黏土互层现象(Ⅱ层)，30～40 m粉土层发育较为连续(Ⅲ层)。在丰水期、平水期和枯水期，研究区域内部地下水与临近地表水的水位差维持在平均2～3 m左右，且地下水水位高于地表水，地下水流向由北向南。
1.2研究对象
本研究对象为铁(Fe)、锰(Mn)、砷(As)、汞(Hg)和镍(Ni)。
1.3样品采集和分析
在研究区域内部均匀布设地下水采样点位20个，每个点位各取1个不同含水层样品，周边布设4个采样点位，分别位于场界四周，采样深度20 m，共采集四次样品。采集得的样品送实验室进行分析，Fe、Mn和Ni采用HJ 700—2014《水质65种元素的测定电感耦合等离子体质谱法》[9]测定，Hg和As采用HJ 694—2014《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法》[10]测定。
1.4抽出处理系统
为获取研究区域模型代表性参数，更好地开展后续工程设计和运行工作，开展抽水试验，获取含水层的关键水力参数，包括单井影响半径、单井涌水量等。选取研究区域内部3口原有Ⅰ层监测井进行抽水，抽水试验过程中控制抽水井水位降深为2 m左右，每天连续抽水，定时对抽水井周边200 m范围进行地下水水位测量，考察水位变化。对周边进行水位测量时，由近及远，直到测量水位无变化为止。抽水过程中，在水位降深达到2～3 m以后停止抽水，待水位回升1 m以后继续抽水，如此循环。若连续抽水仍无法实现降深2 m，则说明回水量大，需要更换更大功率的抽水泵。根据抽水试验结果，Ⅰ层涌水量为12.2 m3/d，影响半径14.2 m。在场地内部按200 m×200 m网格均匀选取13个点位分别建设抽水井，井深20 m，直径150 mm，筛管的埋深范围设计在10～20 m，将潜水泵设置在沉淀管底部向上0.5 m处。井内设有液位自动控制装置，连续抽水，待水位降深至固废层底2 m以下时停止抽水，水位回升1 m后继续抽水。抽出的地下水经过PE管收集至现场水处理设备，水处理采用多级化学反应沉淀+分质吹脱+非均相催化氧化+混合高效絮凝沉淀+多介质过滤工艺，处理能力150 m3/h。地下水处理达标后排出。
2结果与讨论
2.1地下水中重金属的污染特征
研究区域及周边地下水中重金属的质量浓度和检出率，如图1所示。研究区域内部，Fe在所有样品中均被检出，Mn、As和Ni检出率介于70%～90%，Hg的检出率为30%～65%。从检出浓度上看，Fe和Mn的平均质量浓度分别为0.6 mg/L、0.4 mg/L；相对而言，As、Ni和Hg的检出浓度略低，最大质量浓度不超过0.1 mg/L，这可能是由于其在固废中的含量差异造成的。此外研究表明，土壤中As的迁移能力较弱[11]。各含水层重金属浓度处于同一数量级，Ⅰ层地下水中各重金属的质量浓度略高于其他含水层，表明粉质黏土层作为相对隔水层具有一定的透水性，上下层存在竖向水力联系，同时对重金属的竖向迁移起到一定的阻碍作用。由周边地下水中重金属浓度监测结果可知，周边地下水中重金属浓度均小于研究区域内部地下水中平均浓度，且均不超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中的IV类标准限值[12]。此外，下游地下水重金属浓度略高于上游地下水，表明工业固废堆填对周边地下水造成了一定影响。
地下水中重金属的超标倍数为0.5～14.6倍，超标率为5%～20%，超标情况主要存在于Ⅰ层，周边地下水无超标情况。
2.2地下水抽出处理工艺
抽出后地下水重金属平均质量浓度变化如图2所示。结果表明，重金属浓度整体呈先上升后下降的趋势。这是由于抽水系统刚启动时，淋滤作用使重金属更易由固体废物向地下水中转移，随着抽水的持续进行，地下水中重金属浓度有所下降。整体而言，地下水的最终浓度较初始浓度变化差异不明显，去除率分别为：26.4%(Fe)、30.3%(Mn)、60%(As)、0(Hg)、3%(Ni)。可能的原因有：(1)地下水抽出处理是一个较长期的过程，短时间修复效果不明显；(2)由于研究区域未设置止水帷幕，周边地下水的侧向径流补给影响较大；(3)污染源未得到有效控制；(4)污染物已经迁移和扩散到较大范围，超出了抽出处理的影响范围，抽出处理只能在局部区域内降低重金属浓度，而无法彻底清除整个污染区。抽出的地下水经水处理设备处理后均低于检出限，处理达标后外排。抽出处理系统运行过程中应定期监测地下水中重金属的浓度变化，以判断长期处理效果。
3结语
(1)研究区域地下水中共检出5种重金属，Fe和Mn的平均质量浓度分别为0.6 mg/L、0.4 mg/L，As、Ni和Hg的最大检出浓度不超过0.1 mg/L；地下水中重金属浓度重金属的超标倍数为0.5～14.6倍，超标率为5%～20%，超标情况主要发生于Ⅰ层，周边地下水无超标情况。
(2)抽出处理后地下水中重金属浓度整体呈先上升后下降的趋势，去除率分别为：26.4%(Fe)、30.3%(Mn)、60%(As)、0(Hg)、3%(Ni)，后续系统运行过程中应定期监测地下水中重金属的浓度变化，以判断长期处理效果。
参考文献：
[1]王媛媛，张鑫祥.工业固体废物处理的问题及环境保护措施研究[J].资源节约与环保，2023(2)：133-136.
[2]孙秀敏，陈琼，张键，等.广东某区农田土壤重金属污染现状及潜在生态风险分析[J].当代化工，2021，50(2)：293-297.
[3]姚洪华，郑丽波，张达政.浙江沿海某石油化工类企业地下水污染特征[J].环境科学与管理，2012，37(3)：39-45.
[4]时舟扬，袁巧林，沈星，等.重金属污染地下水可渗透反应墙技术修复分析[J].造纸装备及材料，2023，52(9)：146-148.
[5]张莉，刘菲，袁慧卿，等.地下水抽出处理技术研究进展与展望[J].现代地质，2023，37(4)：977-985.
[6]袁昊辰，张幼宽，梁修雨.广州某地下水污染场地监控自然衰减修复模拟[J].地质科技通报，2023，42(4)：268-278.
[7]漆仲华.多相抽提技术应用于有机污染土壤及地下水修复的相关研究分析[J].农村科学实验，2023(11)：25-27.
[8]蒲敏.污染场地地下水抽出处理技术研究[J].环境工程，2017，35(4)：6-10.
[9]环境保护部.水质65种元素的测定电感耦合等离子体质谱法：HJ 700—2014[S].北京：中国环境科学出版社，2014.
[10]环境保护部.水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法：HJ 694—2014[S].北京：中国环境科学出版社，2014.
[11]白丽荣，龚航远，徐敏，等.太原市某垃圾填埋场渗滤液及周边环境重金属污染及健康风险评估[J].生态毒理学报，2021，16(4)：313-322.
[12]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.地下水质量标准：GB/T 14848—2017[S].北京：国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会，2017.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/guanlilunwen/80372.html
