随着全球经济及城市化进程的发展，城市生活垃圾问题正变得日益突出。世界各国许多城市的垃圾填埋场导致城区的地下水、大气环境遭受严重破坏。目前，在经济发达国家，城市生活垃圾处理通常通过卫生填埋、高温堆肥、焚烧及综合处理等方法处理。而在发展中国家，生活垃圾大多是通过简单的填埋、堆放来保存。垃圾堆放后，由于垃圾自身所含水分，或由于降水、地表水或地下水的入侵将产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液中包含许多对人体有害的无机离子(如重金属离子)及有机毒物，一旦垃圾渗滤液渗入含水层，将对区域地下水水质产生严重的污染。垃圾渗滤液对地下水的污染不仅是由于其本身所含有的有毒有害物质，也可能由于渗滤液与岩层的水岩相互作用导致岩层中的有害物质进入地下水中。一个垃圾填埋场及其影响区域就构成了一个生态系统，在这个系统里起作用的因子有污染源的强度、地下水流场特征、含水层介质属性、微生物群落等。研究垃圾渗滤液对地下水的污染，涉及到地下水系统理论、地下水动力学、地下水溶质迁移、地球化学、微生物学等知识。　　 本文以嘉兴垃圾填埋场为例，通过野外调查、室内实验及数值模拟方法分析了垃圾渗滤液在地下水中的迁移转化规律。　　 嘉兴垃圾填埋场位于嘉兴市东郊的雀木桥村，紧靠北郊河和平湖塘。它是杭嘉湖地区最为典型的简易垃圾填埋场，没有经过科学选址，没有任何污染防治措施，垃圾直接堆放于地表。随着垃圾的不断堆放，久而久之该场地已经成为一座垃圾山，其垃圾主要来源于嘉兴市的城市生活垃圾。嘉兴垃圾填埋场从1996年3月开始堆放垃圾(日堆放300吨左右)，到2007年11月封场时已堆放垃圾面积3.8万m2，平均堆放高度为25m。该垃圾场在封场前，没有经过任何的卫生防护处理，夏天蚊蝇丛生，雨季污水横流对周围环境造成了严重的危害。既使封场，也只不过是简单的四周围堰，顶部加土工膜覆土，对环境的污染-特别是对地下水体的污染还要持续很长的时间。由于该垃圾场对环境的影响，场区北面的河西浜，西北面的人中浜被迫拆迁。　　 通过对嘉兴垃圾填埋场的水文地质调查及取样分析发现，该垃圾填埋场及其外围区域地下水水质受到垃圾渗滤液的严重影响。　　 (1)垃圾填埋场本身是一个巨大的反应器，大量的有机物、无机物、微生物在填埋场内发生着氧化还原及生物化学反应。按地球化学分带，垃圾填埋场区属于产甲烷区，主要是在产甲烷菌的作用下，分解有机物。大部分容易降解的有机污染物在该区就消耗殆尽。　　 嘉兴垃圾填埋场垃圾渗滤液中含有较高浓度的铵根离子(700-1400mg/l)，但在遭受垃圾渗滤液污染的地下水中浓度普遍很低(小于2mg/l)。基于氮循环理论，可以判断，在垃圾填埋场内部大部分氨根离子已经被吸附或经过硝化和反硝化作用转化为硝酸根和氮气。　　 (2)未被降解掉的有机物和无机物在地下水流场的控制下，向下游扩散，在渗滤液-水-岩相互作用下，不断改变着地下水的化学属性。　　 2006-2008年的现场调查显示，受垃圾渗滤液影响的地下水pH值及溶解氧浓度总体呈下降趋势，电导率及氧化还原电位随季节变化明显。地下水中溶解氧浓度的降低，说明该区地下水中有机物对溶解氧的消耗，大于大气中氧气对地下水的补给。pH值的降低，将更有利于重金属类污染物在地下水中的迁移，导致垃圾渗滤液污染范围的不断扩大。　　 (3)渗滤液-水-岩相互作用，可以使一部分污染物吸附到含水层介质上，减少了地下水中该污染物的含量，也可以使含水介质中的部分污染物进入地下水中，导致地下水的污染。　　 该区地下水中锰离子背景值为0.05mg/l左右，近几年嘉兴垃圾填埋场垃圾渗滤液中的锰离子浓度均低于0.2mg/l，而受垃圾渗滤液影响的地下水中锰离子浓度均高于0.5mg/l，距离垃圾填埋场较近的观测孔DG2更是高达4mg/l。本区垃圾渗滤液影响区的地下水中的高浓度锰离子不是渗滤液本身所含有的，而主要是来源于岩层的释出。　　 (4)受垃圾渗滤液污染严重的地下水中，正发生着强烈的生物化学作用，包括反硝化、脱硫等。　　 该填埋场渗滤液中硫酸根浓度在500mg/以上，受垃圾渗滤液影响最严重的观测井中(DG2)浓度反而最低(少于40mg/l)，说明垃圾场外围受渗滤液污染严重的区域已经进入厌氧作用阶段，厌氧菌成为有机物降解的主要菌团，硝酸根、硫酸根已经成为有机物降解的主要电子接受体。　　 (5)受垃圾渗滤液影响区域的地下水中，有机污染物单项浓度指标很低，有机物迁移范围较少。　　 有机污染物在整个研究区，检出率较高的共有六种污染物，包括二氯甲烷、氯仿、1.2-二氯乙烷、苯、1.2-二氯丙烷及甲苯，但浓度均很低。对COD的监测发现，渗滤液中的有机污染物在地下水中的迁移速度较慢，降解效率较高。从嘉兴垃圾填埋场开始堆放垃圾(1996年3月)至2008年3月份的12年间，在地下水流动方向上垃圾渗滤液中的有机污染物对地下水的水质影响范围不足100m。有机污染物主要分布于垃圾填埋场及其外围区域，影响范围较少。　　 在该研究区垃圾渗滤液中有机污染物影响范围较少的原因可能是：　　 ①该区地下水埋深浅(0.3-3m)，特别是垃圾填埋场附近地下水位埋深不足0.5m，地下水中的有机物容易挥发。地下水位埋深浅，大气中的氧气较容易补给到地下水中，为好氧微生物降解有机物提供了能量保障；　　 ②土壤对有机物的吸附作用，迟滞了有机污染物的迁移，降低了地下水中有机物的浓度；　　 ③该区地下水流动速度较慢，有利于微生物的生长，同时也为微生物降解有机物提供了时间保障。　　 ④垃圾渗滤液中含有较高浓度的电子接受体，被渗滤液污染的地下水中SO2-4、NO3-、Fe3+浓度较高，为在厌氧的条件下微生物降解有机物提供了能量保障。　　 通过室内试验研究发现，嘉兴垃圾填埋场渗滤液中多种离子积极参与水岩相互作用，不断改变着地下水中的化学成分。　　 主要表现为：　　 (1)嘉兴垃圾填埋场附近大面积分布的粉沙土，对垃圾渗滤液中的硫酸根、氟离子、铁离子等污染物具有强烈的吸附作用，可以大大迟滞这些离子在地下水中的迁移速度。　　 (2)在自然条件下，通常被认为能够保持惰性的氯离子，随垃圾渗滤液迁移时，其保守性也是变化的。实验发现，嘉兴垃圾填埋场渗滤液中的氯离子能够被该区广泛分布的粉沙土吸附，平衡浓度为4446mg/l时，分配系数为0.181/kg。一般说来，垃圾填埋场及其周边区域的地下水中往往含有高浓度的盐离子，在这个区域氯离子参与了水岩相互作用。随着渗滤液迁移距离的增大，在地下水的稀释作用下，盐分浓度降低，氯离子呈现出保守性。　　 (3)垃圾渗滤液能够把农业生产的残留硝酸根和岩层本身含有的硝酸根离子，从岩层中大量的解吸出来，导致地下水中的硝酸根离子浓度升高，造成区域性的地下水NO3-N污染。　　 (4)BTEX的动态厌氧降解实验发现，硝酸根和硫酸根在厌氧条件下，能够作为电子受体，为微生物降解有机物提供能量，有利于有机物物的降解。一般硝酸根优先于硫酸根参与有机物的厌氧降解作用，硝酸根消耗殆尽或浓度较低时，硫酸根成为生化反应的主要电子接受体。　　 地下水流动及垃圾渗滤液迁移数值模拟研究表明：　　 (1)嘉兴垃圾填埋场区域形成明显的水丘，地下水位最高达7-8m。垃圾填埋场附近地下水位受垃圾填埋场区水位影响较大，河西浜的地下水开采对该垃圾填埋场附近地下水位的变化没有明显的影响。　　 (2)由于本区含水层渗透性较差，地下水流动速度慢，虽然地下水开采量不大，但研究区中部开采区地下水位整体上要低于周边地区。2007年7月份河西浜、人中浜拆迁，停止了对该区地下水的开采，模拟显示，到2009年7月份河西浜和人中浜的地下水降落漏斗消失，地下水位平均上升1.5m左右。　　 (3)垃圾填埋场内渗滤液中污染物的浓度明显随季节变化。垃圾填埋场区地下水向北、向西北流动，对河西浜及人中浜地下水水质产生不良影响，向南、向东直接排入平湖塘和北郊河对地表水水质产生一定危害，到2011年整个河西浜完全处于垃圾渗滤液的影响范围内。　　 (4)当渗滤液中BTEX的浓度为10mg/l时，通过模拟分析发现：　　 ①BTEX0.01mg/l等值线在垃圾场运行10年左右向北扩展50m、20年扩展84m。垃圾填埋场区BTEX浓度最高，整个垃圾场区浓度均在1.5mg/l以上。　　 ②垃圾填埋场运行两年左右，在垃圾填埋区就出现了无氧区。随着生化反应的进行，地下水中亚铁离子含量升高，硝酸根由于参与化学反应消耗较大，在填埋场区浓度不是很高。　　 通过调查研究发现，杭嘉湖区地下水位埋深浅、地下水流动速度缓慢，非常利于微生物的生长。垃圾渗滤液侵入到含水层中后，渗滤液中的有机物及无机物积极参与生物化学作用及水岩相互作用。生物化学作用包括微生物的好氧作用和厌氧作用，这两种作用均能降解地下水中的有机物，减少有毒有害有机物对的下水的污染。垃圾渗滤液-水-岩相互作用，不断改变着地下水中的化学成分，这种作用对地下水的水质改变可能是有利的也可能是有害的。岩土与水的离子交换可能把一部分有毒有害物质吸附到岩层上，使其不能随地下水流动，净化了水质，也可能把原本成岩作用或已经吸附到土壤中的有害物质解吸到地下水中，从而加重了地下水的污染。也就是说垃圾渗滤液对地下水的污染，不仅仅是来自于垃圾渗滤液中的有毒有害物质，也可能是在垃圾渗滤液-水-岩相互作用下，把岩土中的的一些有害物质解吸到地下水中，从而造成地下水的污染。