广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测分析

书书书　第５６卷　第１１期　　化　　　工　　　学　　　报　　　　　　　Ｖｏｌ．５６　Ｎｏ．１１　２００５年１１月　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　（Ｃｈｉｎａ）　　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２００５檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐研究论文广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测分析杨志泉，周少奇（华南理工大学环境科学与工程学院，广东广州５１０６４０）摘要：垃圾渗滤液是一种污染物种类繁多、水质构成复杂的高浓度毒性有机废水．采用ＩＣＰＭＳ质谱仪和气相色谱／质谱联用仪（ＧＣＭＳ）对广州大田山垃圾填埋渗滤液中的重金属、有机污染物等有害成分进行分析，共测得４６种金属元素，８７种有机污染物，其中，数十种重金属元素和１６种有机污染物属于毒性很大的优先控制污染物．此外，对于重金属类的优先控制污染物中，铬、镍、锌、铜、铅的含量相对较高，其中铬、锌的含量甚至达到１００μｇ·Ｌ－１以上．关键词：垃圾渗滤液；重金属；有机污染物中图分类号：Ｘ１３２　　　　　　　文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２００５）１１－２１８３－０６犐狀狏犲狊狋犻犵犪狋犻狅狀犪狀犱犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳犺犪狕犪狉犱狅狌狊犮狅狀狊狋犻狋狌犲狀狋狊犻狀犾犪狀犱犳犻犾犾犾犲犪犮犺犪狋犲犳狉狅犿犇犪狋犻犪狀狊犺犪狀犾犪狀犱犳犻犾犾犻狀犌狌犪狀犵狕犺狅狌犢犃犖犌犣犺犻狇狌犪狀，犣犎犗犝犛犺犪狅狇犻（犛犮犺狅狅犾狅犳犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犛狅狌狋犺犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犌狌犪狀犵狕犺狅狌５１０６４０，犌狌犪狀犵犱狅狀犵，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｏｄａｙ，ａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｉｎＣｈｉｎａｉｓｔｈｅｍｕｎｉｃｉｐａｌａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｌａｎｄｆｉｌｌｓ，ｗｈｉｃｈｃａｎｒｅｌｅａｓｅｔｏｘｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ｓｕｃｈａｓａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｔｏｇｅｔｈｅｒｗｉｔｈｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ，ｉｎｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｉｓａｓｏｒｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｅｆｆｌｕｅｎｔｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｐｏｌｌｕｔａｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｔｒｅａｔｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ，ｉｔｉｓｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｉｎｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ．Ｔｈｅｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙｃｏｕｐｌｅｄｐｌａｓｍａｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙｍｅｔｈｏｄ（ＩＣＰＭＳ）ａｎｄｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｍｅｔｈｏｄ（ＧＣＭＳ）ｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎｔｈｅｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｒｏｍＤａｔｉａｎｓｈａｎｌａｎｄｆｉｌｌｓｉｔｅｉｎＧｕａｎｇｚｈｏｕ．Ｉｎｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ，８７ｋｉｎｄｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｗｅｒｅｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ，１６ｋｉｎｄｓｏｆｗｈｉｃｈｂｅｌｏｎｇｔｏｔｈｅｌｉｓｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｉｏｒｉｔｙｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＵＳＥＰＡ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｃｃｏｕｎｔｅｄｆｏｒａｂｏｕｔ５２％ａｍｏｎｇａｌｌｔｈｅｓｅｋｉｎｄｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，４６ｋｉｎｄｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｉｎｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｌｅａｃｈａｔｅｗｅｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｍ，１０ｋｉｎｄｓｏｆｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓｂｅｌｏｎｇｔｏｔｈｅｌｉｓｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｉｏｒｉｔｙｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｉｎｔｈｏｓｅｐｒｉｏｒｉｔｙｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｆｏｒｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＣｒ，Ｎｉ，Ｚｎ，ＣｕａｎｄＰｂｗｅｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｏｔｈｅｒｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙＣｒａｎｄＺｎ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｍｏｒｅｔｈａｎ１００μｇ·Ｌ－１．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ；ｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ；ｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　　２００４－１０－１１收到初稿，２００５－０３－２１收到修改稿．联系人及第一作者：杨志泉（１９７８—），男，硕士．基金项目：广东省重点科技攻关项目（粤财工［９８］２７８号）；广州市重点科技攻关项目（９８－ｋ－００５－０１）；广东省科技攻关项目（２００２Ｃ３２１０８）．　　　犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００４－１０－１１．犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：ＹＡＮＧＺｈｉｑｕａｎ．犈－犿犪犻犾：[e-mail]　引　言垃圾填埋渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋浴、冲刷以及地表水和地下水的浸泡而滤出来的污水，其形成的特殊性导致了水质的复杂性［１］，也成为地下水和地表水污染的重要来源［２，３］．垃圾渗滤液是一种高氨氮、高有机物浓度、成分复杂多变、污染能力强、水量波动大的极难处理的废水．目前，国内外已开展了一系列垃圾渗滤液净化的研究，但由于其成分复杂，至今也没有非常成功的处理方法．其中，重金属和有机污染物是垃圾填埋渗滤液中主要的污染成分之一．重金属对水体和土壤的污染具有长期的累积效应和交互作用，据报道，我国受镉、砷、铬和铅等重金属污染的耕地面积近２×１０７ｍ２，约占总耕地面积的１／５［４］．目前，渗滤液中有机污染物对水体的污染也日趋严重，关于有机污染物的报道已引起公众的关注．Ｈａｌｌｂｏｕｒｇ［３］在１９９２年对美国佛罗里达州中北部的垃圾填埋场的地下水和地表水的研究结果表明，水体中存在着大量芳香族有机组分及固体废物中未被分解的优先控制有机污染物．目前，国内外许多学者［５～７］对渗滤液中有机物成分进行了分析，结果都表明，渗滤液中有机污染物是复杂繁多的，其中以烷烃、芳烃类较多，此外也可能存在着一些酸类、酯类、醇类、酚类、酮类、醛类、酰胺类等有机污染物，许多成分是过去在自然界从未出现过的人工合成有机化合物，相当数量的化合物为致癌物和有毒有机污染物．因此，研究分析垃圾渗滤液的复杂成分是非常有必要的．本文以广州大田山垃圾填埋场所产生的渗出液为例，研究垃圾渗滤液中的主要成分及有害成分的组成，并进行了一定的量化分析．１　实验部分１１　大田山填埋场的垃圾特征大田山垃圾场所填埋的垃圾主要是生活垃圾（包括居民垃圾、街道清扫垃圾、饮食业、商场、菜市场和集团单位等的垃圾）．这些垃圾中易腐蚀有机物（主要指厨房动植物垃圾、枝、叶、花、草、木、竹等）约占６０．７２％～６３．５７％，无机类物质（主要指砖瓦、沙、石、煤灰、脏土等）约占１２．４１％～１５．２６％，废品类物质（主要指废纸、布、塑料、橡胶、金属、玻璃等）约占２１．１７％～２４．０２％［８］．１２　渗滤液水样的收集本实验中，渗滤液水样取样方法为：广州大田山垃圾填埋场的下游有个渗滤液导流管汇总沟，填埋场的垃圾渗滤液在此汇集经引流管进入填埋场的污水处理厂．采集污水处理厂进水口水样，为确保取样的代表性，重复收集５次，每次收集间隔２ｈ，并将其混合作为实验所用水样．１３　金属元素分析１．３．１　水样的预处理　渗滤液中的胶体物质对重金属有很强的吸附性［９］，因而重金属浓度的测量很大程度上依靠于样品中胶态物质的含量，样品的处理至关重要．取５００ｍｌ垃圾渗滤液自然沉淀，将上清液过滤，使其浑浊度＜１ＮＴＵ．再取１００ｍｌ过滤后的渗滤液缓慢加入浓硝酸１０ｍｌ，加热煮沸，蒸发至小体积．因颜色略深，再投加１０ｍｌ浓硝酸继续消解至试液呈浅色，蒸至近干．试样冷却后，加２％ＨＮＯ３２０ｍｌ，温热溶解可溶性盐类，并配制成２００ｍｌ的溶液备用．１．３．２　测试仪器分析条件　实验使用ＰＥＥｌａｎ６０００型ＩＣＰＭＳ质谱仪，在测量过程中，仪器的工作参数如表１所示．犜犪犫犾犲１　犗狆犲狉犪狋犻狀犵狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊犳狅狉犘犈犈犾犪狀６０００犐犆犘犕犛ＰａｒａｍｅｔｅｒｓＶａｌｕｅｓＲＦｐｏｗｅｒ１１７５Ｗｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｌｏｗａｂｏｕｔａｒｇｏｎｉｎａｔｏｍｉｚｅｒ０．８３Ｌ·ｍｉｎ－１ｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｌｏｗａｂｏｕｔｐｌａｓｍａａｒｇｏｎ１５Ｌ·ｍｉｎ－１ｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｌｏｗａｂｏｕｔｓｕｂｓｉｄｉａｒｙａｒｇｏｎ１．２Ｌ·ｍｉｎ－１ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｖｏｌｔａｇｅＡｕｔｏＬｅｎｓＴＭｓｃａｎｎｉｎｇｆｏｒｍｏｆｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｕｍｐｅａｋｌｅａｐｉｎｔｅｇｒａｌｔｉｍｅｏｆｅａｃｈｍａｓｓ１００ｍｓ１４　有机污染物成分分析１．４．１　水样的预处理　取垃圾渗滤液１Ｌ，在碱性条件下用二氯甲烷萃取２次，然后在酸性条件下萃取２次，在萃取中用无水硫酸钠吸收萃取液中的水分，汇合有机相，并浓缩至２～３ｍｌ．将样品浓缩液转入色谱柱，以每次５ｍｌ正己烷淋洗烷烃６次，当最后一次５ｍｌ正己烷液面接近氧化铝层顶部界面时，再以每次５ｍｌ苯淋洗芳香烃４次．当最后一次５ｍｌ苯液面接近氧化铝层顶部界面时，再以每次５ｍｌ乙醇淋洗非烃类４次．最终将烷烃、芳烃、非烃类分别进行浓缩至１ｍｌ左右备用．具体步骤如图１所示．·４８１２·化　　　工　　　学　　　报　　第５６卷　Ｆｉｇ．１　Ａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｉｎｌｅａｃｈａｔｅ　１．４．２　分析测试条件　实验采用气相色谱／质谱联用仪（ＧＣＭＳ）分析垃圾渗滤液中的复杂有机污染物成分．其分析测试条件如下．气相色谱质谱联用仪：ＨＰ５８９０ＩＩＧＣ／５９７２ＭＳＤ．色谱柱：ＤＢ５石英毛细管色谱柱（３０ｍ×０．２５ｍｍ×０．２５μｍ）．载气：氦气，流速２．０ｍｌ·ｍｉｎ－１，线速度３９．３ｃｍ·ｓ－１，柱头压６８．９５ｋＰａ．进样口温度：２８０℃．连接杆温度：２８０℃．色谱升温程序：８０℃４℃·ｍｉｎ→－１２９０℃（保留３０ｍｉｎ）．质谱离子源：电子轰击源（ＥＩ）．电子倍增器电压：１６００ｅＶ．发射电子能量：５０ｅＶ．扫描质量范围（犿／狕）：５０～５００．２　结果与讨论大田山垃圾填埋场位于广州市黄埔区北部一环山盆地中，原是黄埔区的小型垃圾堆放场，１９８９年扩建成为广州市规模较大、较正规的生活垃圾填埋场之一，已于２００３年封场，不再有垃圾进入．２１　金属元素的分析通过ＩＣＰＭＳ质谱仪分析测定的金属元素结果如表２所示．美国环境保护局（ＥＰＡ）曾颁布了优先污染物表［１０］，其中列出了１３种优先考虑的重金属，分别为：锑、砷、铍、镉、铜、铅、汞、镍、硒、银、铊、锌、铬．它们可以积累在底泥和生物群中，一旦进入人体，将产生很大的毒害性．犜犪犫犾犲２　犃狀犪犾狔狋犻犮犪犾狉犲狊狌犾狋狊犳狅狉犿犲狋犪犾犲犾犲犿犲狀狋狊犻狀犾犪狀犱犳犻犾犾犾犲犪犮犺犪狋犲ＳｅｒｉａｌｎｕｍｂｅｒＥｌｅｍｅｎｔＣｏｎｔｅｎｔ／μｇ·Ｌ－１ＳｅｒｉａｌｎｕｍｂｅｒＥｌｅｍｅｎｔＣｏｎｔｅｎｔ／μｇ·Ｌ－１１Ｍｇ２８６３４．７５２４Ｃｓ２．９１２Ａｌ５５０．９０２５Ｂａ２８．７６３Ｓｃ５．５１２６Ｌａ１．０７４Ｔｉ１４．１６２７Ｃｅ０．４９５Ｖ７．６４２８Ｐｒ０．１２６Ｃｒ①１２２．００２９Ｎｄ０．５１７Ｆｅ１２６５．００３０Ｓｍ０．０９０８Ｍｎ２５６．００３１Ｅｕ０．０１４９Ｃｏ４．９３３２Ｇｄ０．０６６１０Ｎｉ①２７．１７３３Ｔｂ０．０１１１１Ｚｎ①３１３．０６３４Ｄｙ０．０６８１２Ｃｕ①３１．６７３５Ｈｏ０．０２０１３Ｇａ０．８１３６Ｅｒ０．０６３１４Ｇｅ０．１３３７Ｔｍ０．００７５１５Ａｓ①５．