廣州大田山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液有害成分的檢測(cè)分析

1、廣州大田山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液有害成分的檢測(cè)分析第56卷第11期2005年11月化工Journa1ofChemica1IndustryandEngineering(China)Vo1.56No.11November2005廣州大田山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液有害成分的檢測(cè)分析楊志泉,周少奇(華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州510640)摘要:垃圾滲濾液是一種污染物種類繁多,水質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的高濃度毒性有機(jī)廢水.采用ICPMS質(zhì)譜儀和氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)廣州大田山垃圾填埋滲濾液中的重金屬,有機(jī)污染物等有害成分進(jìn)行分析,共測(cè)得46種金屬元素,87種有機(jī)污染物,其中,數(shù)十種重金屬元素和16種有

2、機(jī)污染物屬于毒性很大的優(yōu)先控制污染物.此外,對(duì)于重金屬類的優(yōu)先控制污染物中,鉻,鎳,鋅,銅,鉛的含量相對(duì)較高,其中鉻,鋅的含量甚至到達(dá)IOOtLg?L以上.關(guān)鍵詞:垃圾滲濾液;重金屬;有機(jī)污染物中圖分類號(hào):X132文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):04381157(2005)112183一O6InvestigationandanalysisofhazardousconstituentsinlandfillleachatefromDatianshanlandfillinGuangzhouYANGZhiquan,ZHOUShaoqi(SchoolofEnvironmentalScienceandEngine

3、ering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,Guangdong,China)Abstract:Today,asignificantenvironmentalprobleminChinaisthemunicipalandindustriallandfills,whichcanreleasetoxiccompounds,suchasallkindsoforganicpollutantstogetherwithheavymetals,intotheenvironment.Landfillleachateisasortoforganic

4、refractoryeffluentwithhighconcentrationandcomplexpollutantconstituents.Inordertotreatthiskindofwastewaterefficiently,itisindispensabletoanalyzethecomplexconstituentsinlandfillleachate.Theinductivelycoupledplasmamassspectrometrymethod(ICP-MS)andgaschromatograph?-massspectrometermethod(GC_MS)wereusedt

5、omeasuretheconcentrationofheavymetalsandorganicpollutantsinthelandfillleachategeneratedfromDatianshanlandfillsiteinGuangzhou.Inthiskindoflandfillleachate,87kindsoforganicpollutantswerediscovered,16kindsofwhichbelongtothelistofenvironmentalprioritypollutantsaccordingtoUSEPA.Furthermore,hydrocarboncom

6、poundsaccountedforabout52amongallthesekindsoforganicpollutants.Inaddition,46kindsofheavymetalsinthiskindofleachateweredetected.Amongthem,10kindsofheavymetalsbelongtothelistofenvironmentalprioritypollutants.Inthoseprioritypollutantsforheavymetals,theconcentrationofCr,Ni,Zn,CuandPbwerehigherthanothers

7、,especiallyCrandZn,whichweremorethan100g?L_.Keywords:landfillleachate;heavymetals;organicpollutants20041O一11收到初稿,20050321收到修改稿.聯(lián)系人及第一作者:楊志泉(1978一),男,碩士.基金工程:廣東省重點(diǎn)科技攻關(guān)工程(粵財(cái)工983278號(hào))廣州市重點(diǎn)科技攻關(guān)工程(98一k一005一O1);廣東省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2002C32108).Receiveddate:2004一1011.Correspondingauthor:YANGZhiquan.Email:zqyangscat.e

8、du ?2j84?化工第56卷引言垃圾填埋滲濾液是指垃圾在堆放和填埋過程中由于發(fā)酵和雨水的淋浴,沖刷以及地表水和地下水的浸泡而濾出來的污水,其形成的特殊性導(dǎo)致了水質(zhì)的復(fù)雜性l1,也成為地下水和地表水污染的重要來源_2.垃圾滲濾液是一種高氨氮,高有機(jī)物濃度,成分復(fù)雜多變,污染能力強(qiáng),水量波動(dòng)大的極難處理的廢水.目前,國(guó)內(nèi)外已開展了一系列垃圾滲濾液凈化的研究,但由于其成分復(fù)雜,至今也沒有非常成功的處理方法.其中,重金屬和有機(jī)污染物是垃圾填埋滲濾液中主要的污染成分之一.重金屬對(duì)水體和土壤的污染具有長(zhǎng)期的累積效應(yīng)和交互作用,據(jù)報(bào)道,我國(guó)受鎘,砷,鉻和鉛等重金屬污染的耕地面積近2×10m,約占

9、總耕地面積的1/5l4.目前,滲濾液中有機(jī)污染物對(duì)水體的污染也日趨嚴(yán)重,關(guān)于有機(jī)污染物的報(bào)道已引起公眾的關(guān)注.Hallbourgl3在1992年對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)州中北部的垃圾填埋場(chǎng)的地下水和地表水的研究結(jié)果說明,水體中存在著大量芳香族有機(jī)組分及固體廢物中未被分解的優(yōu)先控制有機(jī)污染物.目前,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者_(dá)5對(duì)滲濾液中有機(jī)物成分進(jìn)行了分析,結(jié)果都說明,滲濾液中有機(jī)污染物是復(fù)雜繁多的,其中以烷烴,芳烴類較多,此外也可能存在著一些酸類,酯類,醇類,酚類,酮類,醛類,酰胺類等有機(jī)污染物,許多成分是過去在自然界從未出現(xiàn)過的人工合成有機(jī)化合物,相當(dāng)數(shù)量的化合物為致癌物和有毒有機(jī)污染物.因此,研究分析垃圾滲濾

10、液的復(fù)雜成分是非常有必要的.本文以廣州大田山垃圾填埋場(chǎng)所產(chǎn)生的滲出液為例,研究垃圾滲濾液中的主要成分及有害成分的組成,并進(jìn)行了一定的量化分析.1實(shí)驗(yàn)局部1.1大田山填埋場(chǎng)的垃圾特征大田山垃圾場(chǎng)所填埋的垃圾主要是生活垃圾(包括居民垃圾,街道清掃垃圾,飲食業(yè),商場(chǎng),菜市場(chǎng)和集團(tuán)單位等的垃圾).這些垃圾中易腐蝕有機(jī)物(主要指廚房動(dòng)植物垃圾,枝,葉,花,草,木,竹等)約占6O.7263.57,無機(jī)類物質(zhì)(主要指磚瓦,沙,石,煤灰,臟土等)約占12.4115.26,廢品類物質(zhì)(主要指廢紙,布,塑料,橡膠,金屬,玻璃等)約占21.1724.O2.1.2滲濾液水樣的收集本實(shí)驗(yàn)中,滲濾液水樣取樣方法為:廣州大

11、田山垃圾填埋場(chǎng)的下游有個(gè)滲濾液導(dǎo)流管匯總溝,填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液在此聚集經(jīng)引流管進(jìn)入填埋場(chǎng)的污水處理廠.采集污水處理廠進(jìn)水口水樣,為確保取樣的代表性,重復(fù)收集5次,每次收集間隔2h,并將其混合作為實(shí)驗(yàn)所用水樣.1.3金屬元素分析1.3.1水樣的預(yù)處理滲濾液中的膠體物質(zhì)對(duì)重金屬有很強(qiáng)的吸附性lg,因而重金屬濃度的測(cè)量很大程度上依靠于樣品中膠態(tài)物質(zhì)的含量,樣品的處理至關(guān)重要.取500ml垃圾滲濾液自然沉淀,將上清液過濾,使其渾濁度<1NTU.再取100ml過濾后的滲濾液緩慢參加濃硝酸10ml,加熱煮沸,蒸發(fā)至小體積.因顏色略深,再投加1Oml濃硝酸繼續(xù)消解至試液呈淺色,蒸至近干.試樣冷

12、卻后,加2HNO.20ml,溫?zé)崛芙饪扇苄喳}類,并配制成200ml的溶液備用.1.3.2測(cè)試儀器分析條件實(shí)驗(yàn)使用PEElan6000型ICPMS質(zhì)譜儀,在測(cè)量過程中,儀器的工作參數(shù)如表1所示.Table1OperatingparametersforPEElan6000ICP-MSRFpowervelocityofflowaboutargoninatomizervelocityofflowaboutplasmaargonvelocityofflowaboutsubsidiaryargonlenticularvoltagescanningformofmassspectrumintegraltime

13、ofeachmass1.4有機(jī)污染物成分分析1.4.1水樣的預(yù)處理取垃圾滲濾液1L,在堿性條件下用二氯甲烷萃取2次,然后在酸性條件下萃取2次,在萃取中用無水硫酸鈉吸收萃取液中的水分,集合有機(jī)相,并濃縮至23m1.將樣品濃縮液轉(zhuǎn)入色譜柱,以每次5ml正己烷淋洗烷烴6次,當(dāng)最后一次5ml正己烷液面接近氧化鋁層頂部界面時(shí),再以每次5ml苯淋洗芳香烴4次.當(dāng)最后一次5ml苯液面接近氧化鋁層頂部界面時(shí),再以每次5ml乙醇淋洗非烴類4次.最終將烷烴,芳烴,非烴類分別進(jìn)行濃縮至1ml左右備用.具體步驟如圖1所示.n一1T)w_.m.【k01【L0O虬L惝船p第11期楊志泉等:廣州大田山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液有害成

14、分的檢測(cè)分析organicphaselandfillleachate(1L)adjustmentforpH12byaddingNaOHextractionfortwotimesbyaddingCH2CI2aqueousphaseadjustmentforpH2byaddingH2SO4extractionfortwotimesbyaddingCH2CI2covergenceoforganicphaseconcentratedbyrotaryevaporatorconcentratedliquidaqueousphase(desertion)separatedbyintervalpillar(s

15、ilicagel:alumina=2:1)leachedbyn?hexaneIleachedbybenzenelleachedbyethanolalkane1Iaromatichydrocarbonllnonh),drocarbonFig.1Analysisprocessoforganicpollutantinleachate1.4.2分析測(cè)試條件實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(GCMS)分析垃圾滲濾液中的復(fù)雜有機(jī)污染物成分.其分析測(cè)試條件如下.氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀:HP5890IIGC/5972MSD.色譜柱:DB一5石英毛細(xì)管色譜柱(30In×0.25mm×0.25川n)

16、.載氣:氦氣,流速2.0ml?min一,線速度39.3cm?s一,柱頭壓68.95kPa.進(jìn)樣口溫度:280.連接桿溫度:280.色譜升溫程序:8030min).290(保存質(zhì)譜離子源:電子轟擊源(E1).電子倍增器電壓:1600eV.發(fā)射電子能量:50eV.掃描質(zhì)量范圍(m/):50500.2結(jié)果與討論大田山垃圾填埋場(chǎng)位于廣州市黃埔區(qū)北部一環(huán)山盆地中,原是黃埔區(qū)的小型垃圾堆放場(chǎng),1989年擴(kuò)建成為廣州市規(guī)模較大,較正規(guī)的生活垃圾填埋場(chǎng)之一,已于2003年封場(chǎng),不再有垃圾進(jìn)入.2.1金屬元素的分析通過ICPMS質(zhì)譜儀分析測(cè)定的金屬元素結(jié)果如表2所示.美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)曾公布了優(yōu)先污染物表

17、m,其中列出了13種優(yōu)先考慮的重金屬,分別為:銻,砷,鈹,鎘,銅,鉛,汞,鎳,硒,銀,鉈,鋅,鉻.它們可以積累在底泥和生物群中,一旦進(jìn)人人體,將產(chǎn)生很大的毒害性.Table2AnalyticalresultsformetalelementsinlandfiIIleachateSeria11ContentSer?LElement,Cgon.teLntnum13er/bt1numberE./g.Ll1Mg28634.7524Cs2.912Al55O.9O25Ba28.763Sc5.5126La1.074Ti14.1627Ce0.495V7.6428Pr0.126Cr122.OO29Nd0.517F

18、e1265.OO30Sm0.0908Mn256.OO31EU0.0149Co4.9332Gd0.0661ONi27.1733Tb0.01111Zn313.O634Dy0.06812Cur0.06314Ge0.1337Tm0.007515As0.06120Mo7.2343Bi0.1121CdO.2644Pb22.5422Sn1.8445Th0.1623Sb2.1646U1.10HeavymetalsbelongtolistofenvironmentalprioritypoilutantswhichisconsideredbyUSEPA.由表2可知,大田山垃圾填埋滲濾液中主要的重金屬成分為:鎂,鋁

19、,鉻,鐵,錳,鎳,鋅,銅,銣,鋇,鉛等,其他的重金屬含量較低.在所?2j86?化工第56卷檢測(cè)出來的數(shù)據(jù)中,有1O種重金屬是屬于優(yōu)先污染物,分別為:鉻,鎳,鋅,銅,砷,硒,鎘,銻,鉈,鉛.由此可見,大田山垃圾填埋滲濾液的水質(zhì)中存在著大量復(fù)雜的有毒重金屬,如果不妥善地加以處理,將對(duì)土壤,水體等造成很大的潛在危害性.大田山垃圾滲濾液中鉀,鈣的含量相對(duì)較高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出ICPMS質(zhì)譜儀的測(cè)量上限,故在本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中沒有說明.在1O種優(yōu)先污染物中,鉻,鎳,鋅,銅,鉛的含量相對(duì)較高,而鉻,鋅的含量甚至到達(dá)100g?L以上.工業(yè)垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng)是導(dǎo)致滲濾液中某些重金屬,甚至某種污染物濃度在某一階段內(nèi)驟升的主要因素

20、.此外,生活垃圾中大量的廢棄電池及某些廢棄電器的堆放,在經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的堆積,腐化分解后,使得滲濾液中鋅,鎳,鉛等含量偏高,垃圾的不分類收集是導(dǎo)致滲濾液毒性增強(qiáng)的重要原因.2.2有機(jī)污染物的分析通過氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)來測(cè)定滲濾液中有機(jī)污染物的成分,表中所列有機(jī)物含量均為相對(duì)含量(各有機(jī)物成分占整個(gè)測(cè)量結(jié)果的百分比),這是由于缺少大量的標(biāo)準(zhǔn)參照物,測(cè)量數(shù)據(jù)是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)WILEY譜庫進(jìn)行譜圖檢索,并結(jié)合人工解析出組分的相對(duì)含量.Table3GC-MSanalysisresultaboutorganicpollutantinlandfillleachateOrganIcpolluta

21、ntc.Rnetleanttiv/eRi/abiliyOrganicp.llutantc.Rnetleanttiv/eRe1/iabiliytetradecane0.6887pentanoicacid,2-methyl一,anhydride1.6582pentedacane1.49831Hindene一4aceticacid,6(1,1一dimethylethy1)一1.78362,3-dihydro一1,l_dimethylhexadecane1.4595hexadecan0ic0.1387heptadecane1.18750ctadecan0icl_2689octadecane2.3680

22、naphthalene,1,2-dihydro一1,1,6-trimethyl一1.6572n0nadecane1.4427naphthalene,1,3-bimethyl一0.2697eicosane1.9586naphthalene,2-bimethyl0.3291heneicosane1.9566naphthalene,2-vinyl一0.1590docOsane2.7893benezofluorene.5-hydroxyl一1l_carbonyl一1.3148tricosane3.O772urea1.8977fluOrene1.O5742,5一cycl0hexadiene一1,4一di

23、one,2,6-bis(1,1dim一0.5446ethylethy1)一tetracosane2.8696urea,N,2-propylN一1H一6一purine-2.1081pentacosane3.29521一.alpha.terpineol3.3190hexacosane4.7373benzenemethanol3.3183heptacosane3.3180cedrol1.498OoctacOsane)3.8878cyclohexanol,3,3,5-trimethyl一17.1392nonacosane5.0483glycol1.2687triacontane4.14918-quin

24、olinol,2-methyl一2.3190naphthaleneq1.36921,4-benzenediol,2-(1,1-dimethylethy1)一0.1493pyrene0.2086coprosteno12.9753phenanthrene0.5091dIhydr0ch01ester0l1.9195fluoranthene0.3256ethanol,2-cholro-,phosphate(3;1)1.2183carboline0.5693menthone0.60961Hindole,3-methyl一0.3876cycl0thexan0ne,3,3,5-trimethuyl一3.73

25、59camphor2.7398benz0Dhen0ne0.3781eucalyptene2.73902(1H)一naphthalenone,octahydro-4a,7,7-trime一1.2673thyl一,cis.beta.一bisabolene0.O6746decalone0.8185indene1.38842-oxazolidinone,5-metyl一4一phenyl一,cis-0.7187acetamide,Ncyclohexyl一2.17753Hpyrazol一3一one,1,2-dihydro-1,2,5-trimethyl一2.3378benzoylamide,N,Nbime

26、thyl一3一methyl一0.3088phenol*0.51879-OCtadecenamide,(2)一0.06538phenol,4-methyl一1.9590methv1benzene0.2069phenol,2,6-bis(1,1-dimethylethy1)一4-methyl一0.35691,2.4-trimethylbenzene0.2891phenol,4-(1,1,3,3-tetramethylethy1)一O.6376第11期楊志泉等:廣州大田山垃圾填埋場(chǎng)滲濾液有害成分的檢測(cè)分析?2187?Table1(continued)OrganicpollutantRelati/ve

27、iabi.iOrganicp.Ilutantc.Rnetleantti/veRl/iabil|tybenz0thiaz0le0.04291phenol,4,4一(1-methylethylidene)bis-1.57944-methylbenzene,1一(1,5-bimethyl一41.3187phenol,4-proply-2.9682hexene)benzene,3,4-bifluorine-4一methoxyl一1.7960phosphoricacid,triethylester0.5497benzenesulfonamide,N-ethyl一4一methyl一2.5865carbox

28、ylicacid,2-ethyl一3一phenyl,ethyl一,0.5143oxiraneester2(3H)-benz0thiaz0l0ne0.4470ethanone,2,2-dimethoxy-1,2-diphenyl-0.6191thiophene,2-ethyl一5一heptyl-0.68701,2-benzenedicarb0xyljcacid,dibutylester1.3590phenanthridine,5-oxide1.65462,4,8,10一tetraoxaspiro5,53undecane0.416410一demethylsqualene0.1336bicyclo2

29、.2.1heptane,2-ethylidene一1,7,72.1150trimethyl-,(E)一cholest一4一en-3一one0.2899succinicacid,2,3-diethyl一1.16762,6,10,14.18,22一tetrac0sahexaene,3.0698valericacid.4-phenyl一1.33722,6,10,15,19,23一hexamethylcholestane,3-ethoxy一,(3.beta.,1.04835.alpha)一Organicpollutantsbelongtolistofenvironmentalprioritypollu

30、tantswhichisconsideredbyUSEPA.整個(gè)GCMS分析檢測(cè)結(jié)果中,總共檢測(cè)出的主要有機(jī)污染物87種(可信度超過60的有73種),其中烷烴,烯烴類17種,芳烴類28種,酸類6種,酯類4種,醇,酚類17種,醛,酮類7種,酰胺類4種,其他4種.表3總結(jié)出垃圾滲濾液中的烷烴類有機(jī)污染物多為高級(jí)飽和烷烴,其中9種為美國(guó)EPA優(yōu)先污染物控制協(xié)議法令附件C規(guī)定的污染物n¨,它們分別是:十四烷,十六烷,十八烷,二十烷,二十二烷,二十四烷,二十六烷,二十八烷,三十烷等.表中也總結(jié)出垃圾滲濾液中芳烴類有機(jī)污染物的情況,由表可知,其芳烴類有機(jī)污染物成分是非常復(fù)雜的,各芳烴化合物結(jié)構(gòu)復(fù)

31、雜,取代基團(tuán)也比較繁多,多數(shù)為多環(huán)芳烴類.從苯環(huán)的取代基團(tuán)來看,間位取代的化合物種類較多,取代基團(tuán)數(shù)量也較多,從而增大了對(duì)生物降解的阻抗作用.在芳烴類化合物中,萘,芘,菲,熒蒽,芴,甲苯,苯酚被列入了我國(guó)和美國(guó)EPA優(yōu)先污染物黑名單中.滲濾液中有機(jī)污染物種類繁多,我國(guó)長(zhǎng)春,廣州等的垃圾填埋滲濾液分析都說明,滲濾液中有機(jī)污染物多達(dá)6O100種,且以芳烴,烷烴,烯烴3大類種類最多.而廣州市大田山垃圾滲濾液中醇,酚類數(shù)量相對(duì)要偏多,這主要是由于垃圾填埋場(chǎng)緊靠化工廠,一些化工廢棄物的侵入所導(dǎo)致的.3結(jié)論(1)垃圾滲濾液中無機(jī)金屬是非常多樣化的,在大田山垃圾填埋場(chǎng)中,由于工業(yè)垃圾,電池等未分類垃圾的侵入

32、,導(dǎo)致滲濾液中存在著數(shù)十種重金屬元素屬于毒性很大的優(yōu)先污染物,且鉻,鎳,鋅,銅,鉛的含量相對(duì)較高,尤其是鉻,鋅的含量較為突出.(2)利用GCMS聯(lián)用儀測(cè)出滲濾液中87種有機(jī)污染物,其中烷烴,烯烴類17種,芳烴類28種,酸類6種,酯類4種,醇,酚類17種,醛,酮類7種,酰胺類4種,其他4種.(3)在所監(jiān)測(cè)出的87種有機(jī)污染物中有16種所檢測(cè)出來的有機(jī)物被列入優(yōu)先污染物控制的黑名單.References13ChristensenTH,KjeldsenP,BjergPL,JensenDL,ChristensenJB,BaunA,AlbrechtsenHJ,HeronG.Biogdochemistry

33、oflandfillleachateplumes.AppliedGeicgenustry,2001,16:659718E2MikacN,DjikiyaAN.Assessmentofgroundwatercontaminationinthevicinityofamunicipalwastelandfil1.Wat.Sci.Tech.,1998,37(8):3744E33HallbourgRR,DelfinoJJ,LarnarMw.Organicprioritypollutantsingroundwaterandsurfacewateratthreelandfillinnorthcentralfl

34、orida.WaterAirSoilPollut.,1992,65(3/4):3O7322E4ChineseEnvironmentalAlmanacEditingCommittee(中國(guó)環(huán)境年鑒編輯委員會(huì)).ChineseEnvironmentalAlmanac?2j88?化工第56卷(中國(guó)環(huán)境年鑒).Beijing:ChineseEnvironmentalAlmanacPress,2000E5ZhengManying(鄭曼英),LiLitao(李麗桃).Approachonorganicpollutantsinleachateofwastelandfillsite.ZhongqingEnvi

35、ronmentalScience(重慶環(huán)境科學(xué)),1996,18(4):41436ZhangLanying(張?zhí)m英),HanJinglei(韓靜磊),AnShengii(安勝姬),FengYuhui(馮育暉),ZhangDean(張德安),ZhaoChangfu(趙常富).Detectionandremovaloforganicpollutantsinrefuseleaching.ChinaEnvironmentalScience(中國(guó)環(huán)境科學(xué)),1998,18(2):184188E73BenfenatiE,PorazziE,BagnatiR,FornerF,MartinexMP,Marian

36、iG,FanelliR.Organcitracersidentificationasaconvenientstrategyinindustriallandfillsmonitoring.Chemosphere,2003,51:667683E83FanJiaming(范家明),ZhouShaoqi(周少奇).InvestigationonthepollutionoflandfillleachateinGuangzhouDatianshan.EnvironmentalSanitationEngineering(環(huán)境衛(wèi)生工程),2001,9(4):16O一162GounarisV.AndersonPR.HolsenTM.Character