从城市固体废物填埋场释放的污染物分析：案例研究外文翻译资料

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从城市固体废物填埋场释放的污染物分析：案例研究

S.R. Samadder^a，R. Prabhakar^a，D.Khan^a，D.Kishan^b，M.S. Chauhan^b

a印度理工学院环境科学与工程系（印度矿业学院），印度Dhanbad 826004，印度

b土木工程系，Maulana Azad国家技术研究所，博帕尔462003，印度

亮点

bull;本研究分析了封闭的MSW垃圾填埋场释放的污染物。

bull;分析地下水，地表水和土壤样品。

bull;污染物浓度在堆填区的深度各不相同。

bull;地下水中的大部分参数超过了世卫组织饮用水质量标准。

bull;本研究将有助于提出适当的科学封闭填埋措施。

图形摘要

摘要

渗滤液从城市固体废物堆填区的释放和运输对周边生态系统和人类造成潜在的危害。在本研究中，从城市固体垃圾填埋场（位于印度中央邦贾巴尔普尔省Ranital）周边收集土壤，地下水和地表水样品，进行实验室分析，了解污染物的释放情况。垃圾填埋场现在没有收到任何固体废物，因为垃圾填埋场关闭计划也是如此。从填埋场周边钻深15米的钻孔采集地下水和土壤样品，从填埋场附近现有的地下水道收集地表水样品。垃圾填埋场既没有底层，也没有渗滤液的收集和处理系统。因此，垃圾填埋场产生的渗滤液可以进入地下水和周围地表水道。确定了各种物理化学参数（包括一些有毒金属（收集的地下水，土壤和地表水样品））和微生物参数（地表水样品）的浓度。从填埋场周边钻深15米的钻孔采集地下水和土壤样品，从填埋场附近现有的地下水道收集地表水样品。垃圾填埋场既没有底层，也没有渗滤液的收集和处理系统。将分析数据集成到ArcGIS环境中，并对填埋场中的专题和其他物理化学参数的空间分布进行外推，观察分布情况。统计分析和空间变化表明，金属从填埋场浸出到地下水含水层系统。这项研究将有助于读者和市政工程师了解垃圾填埋场污染物的释放情况，以便更好地管理城市固体废物。

关键词：污染物；地下水；垃圾填埋场；渗滤液；城市生活垃圾；土壤和地表水污染

1介绍

处理固体废物，特别是城市固体废物（MSW）构成了一个重要而新出现的问题。在全球范围内，垃圾填埋是固体废物处理的主要方法，因为它是储存MSW废物的最简单和最具成本效益的做法（Williams，2005）。此外，在印度等发展中国家，收集，运送和处置城市固体废弃物是不科学的，无计划的（Gupta等，1998）。垃圾填埋场作为生物反应堆，其中垃圾经历物理，化学和生物转化。填埋的腐败废物导致天然气和渗滤液生产（Regadiacute;o等，2015）。渗滤液是由垃圾填埋场产生的含水液体流，这是由于雨水渗透废物和含有可溶（有毒和无毒）产物在生物化学反应中发生的处置废物中的固有水分（Renou et al。，2008）。渗滤液的数量和质量主要受到数量，废物组成及其溶解度，固体废物含水量以及当地因素如水文地质条件，气候以及填埋场的高度和类型的影响（Johansen and Carlson， 1976; Chu等，1994）。渗滤液的组成主要是由于堆肥特征，组成，降解阶段和填埋技术，填埋场的差异很大。 MSWalong与当前气候条件和地质学的不科学的收集，分离，处置做法产生高度浓缩的渗滤液（Statomet al。，2004; Tatsi and Zouboulis，2002; Kale et al。，2008）。一般来说，它含有大量溶解的有机物[（生化需氧量（BOD₅）和化学需氧量（COD）]]，无机盐，氨，重金属和异生生物有机化合物（XOC），源自人体护理产品，药品，工业和家用化学品。

在运营和关闭之后，维护不良的垃圾填埋场容易通过渗滤液渗滤发生地下水污染（Fatta等，1999; US EPA，1984）。不发达国家和发展中国家的这个问题更为严重，因为这些国家的垃圾填埋场没有任何底层或渗滤液的收集和处理系统。垃圾渗滤液在土壤中的移动不仅可以改变在各种物理，化学和生物过程中，也是最终影响土壤和地下水中污染物浓度的地质条件。地下水和地表水中的污染程度由污染物通过土壤介质渗入现场的有毒金属，有机污染物和储存条件的运输所决定。

平流和扩散是被认为是污染物混合和向地下水运动的两个运输过程（Munro等人，1997; De Soto等人，2012;Regadiacute;o等，2012）。对松散砂和砾石含水层的垃圾填埋场研究表明，渗滤液污染地下水区可延伸数百米（Palmquist和Sendlein，1975; Kimmel和Braids，1974,1977; Christensen等，1994; Williams，1999; Butler et等，2003）。研究清楚地揭示了含水层材料的水力特性对地下水污染物运动的作用。据报道，少量的渗滤液可能会污染大量的地下水，导致其不能用于家庭和许多其他目的（Bakare等，2005）。不发达国家和发展中国家的这个问题更为严重，因为这些国家的垃圾填埋场没有任何底层或渗滤液的收集和处理系统。垃圾渗滤液在土壤中的移动不仅可以改变在各种物理，化学和生物过程中，也是最终影响土壤和地下水中污染物浓度的地质条件。关于曝露于垃圾填埋场的不良影响的资料不足。虽然已经进行了大量的研究，但是垃圾填埋场的健康风险难以量化。然而，超过许可的有毒金属和金属（如汞，砷等）和渗滤液等地下水和地表水中的硝酸盐等污染物的浓度可能会导致诸如水ata，砷症和蓝色婴儿综合征等疾病。了解垃圾填埋场渗滤液对地表和地下水的影响，已经在印度引起了广泛的研究（Benfenati et al。，2003; Olaniya et al。，1998; Kumaraswamy et al。，2000; Mor et al。 ，2006; Singh等人，2008; Kanmani和Gandhimathi，2013; Wijesekara等，2014）。因此，有必要监测垃圾渗滤液，确保垃圾填埋场的运行不会对人体健康或环境造成危害。通常，地下水污染可以通过实验确定污染物或通过数学建模进行评估（Moo-Young等，2004; Hudak，1998; Cuevas等，2012）。化学物种的空间分布提供了一些关于地下水运动方向的见解。导致地下水污染的渗滤液成分的空间变化对评估垃圾填埋场的浸出模式具有重要意义（Regadiacute;oet al。，2013）。 有关垃圾渗滤液运动及其对印度地下水水质影响的报道有限。 大多数研究集中在渗滤液和地下水特征上，以获得可能的影响。 因此，本研究的重点是测量几个物理化学参数以及土壤和地下水中的有毒金属，作为Ranital固体废物倾倒场周围的深度的函数，并将分析的数据整合到地理信息系统（ArcGIS）中，以说明 有毒金属和其他污染物从垃圾填埋场（土壤）到地下水和附近地下水道的空间分布。

2材料和方法

被选为研究区的Ranital位于印度中央邦的贾巴尔普尔市（图2.1）。根据2011年印度人口普查数据，贾巴尔布尔是全国最大的城市群之一，人口约246万。贾巴尔普尔的气候特征是炎热的夏季和一般的干燥，除非在西南季风季节。年均平均最高和最低温度分别为32.1℃和18.3℃。全市平均降雨量1386毫米。在地质上，该地区包括马哈科萨尔组的古元古代岩石，以及丹麦陷阱（白垩纪）和冲积层（近期）。硬岩中地下水的发生和运动主要由二次孔隙通过关节和骨折控制。地下水通常发生在无约束，半封闭和密闭条件下。土层主要由非常硬的砾石组成，具有砾石的硬质粉质粘土。本研究区位于23°1031.4“N和79°5515.5”E处。从二级收集点收集的废物以无组织的方式倾倒在贾巴尔布尔市的Ranital dumpsite矿区。该站点自1999年至2009年期间每天收到约200吨废物约10年。该厂址是一个非工程化的低底露天堆场，看起来像一大堆垃圾，高达12-15英尺m。城市不同地区的卡车和单独的车辆收集并将废物带到本地，废物被倾倒而没有隔离，除了通过垃圾翻倒并帮助隔离的垃圾采摘者。为了研究地下水污染的程度，它被设计为钻出15个钻孔，用于收集渗滤液和土壤样品，因为该地点没有配备任何渗滤液收集系统。在完成城市固体废物堆场计划中的钻孔位置后，将它们物理标记在地面上，并通过钻孔开始土壤勘探。采样位置如图1所示。土壤采样采用螺旋钻进行。从15个钻孔中的每一个分别，从填埋场地面的0.10-0.20米和1.10-1.20米的深度聚集的新鲜聚乙烯袋中收集了来自150个直径的15个孔的总共30个土壤样品。类似地，根据标准方法（APHA，2012）在1L无菌取样瓶中收集15个地下水深度为15m和4个地表水样品的地下水样品的15个地下水样品，并使用2mL浓HNO₃酸保存，以避免金属沉淀，并使其实验室进一步分析。瓶子用洗涤剂洗涤并用去离子水冲洗，然后在收集之前用水样品冲洗。用水样品冲洗是采取预防措施，以避免使用受污染的样品容器可能产生的任何干扰。在数字pH计采样时，现场记录pH值。为了分析生化需氧量（BOD），使用300 mL容量的BOD瓶，溶解氧（DO）用MnSO4固定在现场。为了比较本研究的分析结果，研究区域的控制数据取自公开数据（Bundela等，2012）。

图2.1 钻孔位置（BH 01至BH 15）和地表水（S1至S4）样品

2.1 分析方法

将土壤样品空气干燥过夜，粉碎并通过2mm直径的筛子筛分。将通过2mm筛的每个样品的级分用于参数研究。土壤pH和EC分别用pH计和电导率仪（LabMan Scientific Instruments，LMMP-30）分别测定土壤：水（1：2.5，w / v）悬浮液，采用Na饱和法估算CEC。使用Klute（1986）和Page（1982）描述的方法分析了饱和土壤提取物，磷（P）和氮（N）中Na，Ca，Mg，钠吸收比（SAR）的浓度。对于重金属分析（Fe，Mn，Ni和Zn），干土样品再次通过b63微米的尼龙筛筛分。样本根据USEPA（1996）给出的方法3052进行消化。简言之，在惰性聚合微波容器中，用0.5mL双蒸水取样0.25g样品。随后，加入4.5mL HNO 3，2mL HF（40%，Merck），1mL HCl（35%，Merck）和0.5mL H ₂ O ₂（30%，Merck）。将容器密封并在微波系统中消毒（型号：ETHOS One，意大利）。冷却后，将样品通过Whatman＃42滤纸过滤，并通过加入2%（v / v）HNO 3将体积升至50mL。通过火焰原子吸收分光光度法（FAAS）（澳大利亚FAASGBC Avanta）分析消化的样品。 Mn的检测限为0.0015 mg / L，Ni为0.009 mg / L，Zn为0.0005 mg / L。

将收集到的地下水和地表水样品立即送到实验室，并在低于4℃的温度下保存在冰箱中，直到分析（APHA，2012）。分析了pH，浊度，气味，氯化物，总硬度（Ca2 和Mg2 ），总固体，温度，总悬浮固体，碱度，DO，BOD，化学需氧量（COD）和重金属等各种物理化学参数地下水和地表水样。这些参数是基于它们在城市垃圾渗滤液组成中的相对重要性，特别是对地下水资源的污染潜力（Bagchi，1989; Lee和Jones-Lee，1993b）。使用热探针（型号TL1-A）即时记录水的温度。使用便携式笔式pH计（Hanna，Mauritius）在现场记录pH。 BOD通过在20℃孵育5天（APHA 5210B）来测量。通过开放回流滴定法测定COD（APHA 5220B）。 DO由温克勒法测定。根据APHA，2012中给出的方法2130测量浊度。使用复数滴定法估算钙和硬度（APHA 2340℃）。碱性滴定法（APHA 2320B）采用酸度滴定法，通过比色法和氟化物（APHA 4500 FD）进行比色法测定。通过火焰光度法测定Na和K浓度，使用UV-VIS分光光度计分析NO3。为了质量保证和质量控制（QA / QC），从实地采集样品到实验室分析，在整个过程中采取适当的处理和保养，以避免样品污染并获得可靠的数据。使用分析级试剂和校正的玻璃器皿。使用原子吸收光谱仪测定了毒性金属和准金属（As，Fe，Hg，Ni，Pb和Zn）的浓度。为了质量保证和质量控制（QA / QC），从实地采集样品到实验室分析，在整个过程中采取适当的处理和保养，以避免样品污染并获得可靠的数据。为了确保标准质量控制/质量保证程序，分析了三个重复，并提出了每个参数的一式三份样品的平均值。单独的化学分析不足以评估毒性潜力。或者，微生物测定可有效评估复杂浸出液的毒性。

2.2 空间统计分析

将数据库与从样本收集的样本位置的空间坐标一起输入到ArcGIS环境中，到具有参数的所有分析值的点向量数据。使用通用克里格插值技术对所有数据进行插值，以预测该区域的空间变化以及倾倒点的深度分布的变化。

成对的相关性以图形形式用Pearson相关系数表示，以找出本研究中使用的变量之间的相似性或共线性。如果任何一对参数被认为适合几乎完全的行为，则从分析中取出一个参数，以消除一些变量的冗余。主成分分析（PCA）进行了参数和空间位置之间的关系。为了有效地解释PCA的结果，用采样位置和可变空间准备了一个biplot。

5结论

封闭后（管理）管理是大多数垃圾填埋场的主要问题。其对周围环境可能产生的影响的监测基本上是填埋场附近居

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