广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测分析

1、广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测分析第56卷第11期2005年11月化工Journa1ofChemica1IndustryandEngineering(China)Vo1.56No.11November2005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ICPMS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

2、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,锌的含量甚至到达IOOtLg?L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: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.联系人及第一作者:杨志泉(1978一),男,硕士.基金工程:广东省重点科技攻关工程(粤财工983278号)广州市重点科技攻关工程(98一k一005一O1);广东省科技攻关项目(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l1,也成为地下水和地表水污染的重要来源_2.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2×10m,约占

9、总耕地面积的1/5l4.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.Hallbourgl3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说明,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对渗滤液中有机物成分进行了分析,结果都说明,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

10、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实验局部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6O.7263.57,无机类物质(主要指砖瓦,沙,石,煤灰,脏土等)约占12.4115.26,废品类物质(主要指废纸,布,塑料,橡胶,金属,玻璃等)约占21.1724.O2.1.2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

11、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聚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lg,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参加浓硝酸10ml,加热煮沸,蒸发至小体积.因颜色略深,再投加1Oml浓硝酸继续消解至试液呈浅色,蒸至近干.试样冷

12、却后,加2HNO.20ml,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ICPMS质谱仪,在测量过程中,仪器的工作参数如表1所示.Table1OperatingparametersforPEElan6000ICP-MSRFpowervelocityofflowaboutargoninatomizervelocityofflowaboutplasmaargonvelocityofflowaboutsubsidiaryargonlenticularvoltagescanningformofmassspectrumintegraltime

13、ofeachmass1.4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,集合有机相,并浓缩至23m1.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.n一1T)w_.m.【k01【L0O虬L惝船p第11期杨志泉等:广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成

14、分的检测分析organicphaselandfillleachate(1L)adjustmentforpH12byaddingNaOHextractionfortwotimesbyaddingCH2CI2aqueousphaseadjustmentforpH2byaddingH2SO4extractionfortwotimesbyaddingCH2CI2covergenceoforganicphaseconcentratedbyrotaryevaporatorconcentratedliquidaqueousphase(desertion)separatedbyintervalpillar(s

15、ilicagel:alumina=2:1)leachedbyn?hexaneIleachedbybenzenelleachedbyethanolalkane1Iaromatichydrocarbonllnonh),drocarbonFig.1Analysisprocessoforganicpollutantinleachate1.4.2分析测试条件实验采用气相色谱/质谱联用仪(GCMS)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.气相色谱一质谱联用仪:HP5890IIGC/5972MSD.色谱柱:DB一5石英毛细管色谱柱(30In×0.25mm×0.25川n)

16、.载气:氦气,流速2.0ml?min一,线速度39.3cm?s一,柱头压68.95kPa.进样口温度:280.连接杆温度:280.色谱升温程序:8030min).290(保存质谱离子源:电子轰击源(E1).电子倍增器电压:1600eV.发射电子能量:50eV.扫描质量范围(m/):50500.2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ICPMS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)曾公布了优先污染物表

17、m,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,一旦进人人体,将产生很大的毒害性.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,大田山垃圾填埋渗滤液中主要的重金属成分为:镁,铝

19、,铬,铁,锰,镍,锌,铜,铷,钡,铅等,其他的重金属含量较低.在所?2j86?化工第56卷检测出来的数据中,有1O种重金属是属于优先污染物,分别为:铬,镍,锌,铜,砷,硒,镉,锑,铊,铅.由此可见,大田山垃圾填埋渗滤液的水质中存在着大量复杂的有毒重金属,如果不妥善地加以处理,将对土壤,水体等造成很大的潜在危害性.大田山垃圾渗滤液中钾,钙的含量相对较高,远远超出ICPMS质谱仪的测量上限,故在本实验结果中没有说明.在1O种优先污染物中,铬,镍,锌,铜,铅的含量相对较高,而铬,锌的含量甚至到达100g?L以上.工业垃圾进入填埋场是导致渗滤液中某些重金属,甚至某种污染物浓度在某一阶段内骤升的主要因素

20、.此外,生活垃圾中大量的废弃电池及某些废弃电器的堆放,在经较长时间的堆积,腐化分解后,使得渗滤液中锌,镍,铅等含量偏高,垃圾的不分类收集是导致渗滤液毒性增强的重要原因.2.2有机污染物的分析通过气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)来测定渗滤液中有机污染物的成分,表中所列有机物含量均为相对含量(各有机物成分占整个测量结果的百分比),这是由于缺少大量的标准参照物,测量数据是通过计算机系统WILEY谱库进行谱图检索,并结合人工解析出组分的相对含量.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期杨志泉等:广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的检测分析?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.整个GCMS分析检测结果中,总共检测出的主要有机污染物87种(可信度超过60的有73种),其中烷烃,烯烃类17种,芳烃类28种,酸类6种,酯类4种,醇,酚类17种,醛,酮类7种,酰胺类4种,其他4种.表3总结出垃圾渗滤液中的烷烃类有机污染物多为高级饱和烷烃,其中9种为美国EPA优先污染物控制协议法令附件C规定的污染物n¨,它们分别是: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.表中也总结出垃圾渗滤液中芳烃类有机污染物的情况,由表可知,其芳烃类有机污染物成分是非常复杂的,各芳烃化合物结构复

31、杂,取代基团也比较繁多,多数为多环芳烃类.从苯环的取代基团来看,间位取代的化合物种类较多,取代基团数量也较多,从而增大了对生物降解的阻抗作用.在芳烃类化合物中,萘,芘,菲,荧蒽,芴,甲苯,苯酚被列入了我国和美国EPA优先污染物黑名单中.渗滤液中有机污染物种类繁多,我国长春,广州等的垃圾填埋渗滤液分析都说明,渗滤液中有机污染物多达6O100种,且以芳烃,烷烃,烯烃3大类种类最多.而广州市大田山垃圾渗滤液中醇,酚类数量相对要偏多,这主要是由于垃圾填埋场紧靠化工厂,一些化工废弃物的侵入所导致的.3结论(1)垃圾渗滤液中无机金属是非常多样化的,在大田山垃圾填埋场中,由于工业垃圾,电池等未分类垃圾的侵入

32、,导致渗滤液中存在着数十种重金属元素属于毒性很大的优先污染物,且铬,镍,锌,铜,铅的含量相对较高,尤其是铬,锌的含量较为突出.(2)利用GCMS联用仪测出渗滤液中87种有机污染物,其中烷烃,烯烃类17种,芳烃类28种,酸类6种,酯类4种,醇,酚类17种,醛,酮类7种,酰胺类4种,其他4种.(3)在所监测出的87种有机污染物中有16种所检测出来的有机物被列入优先污染物控制的黑名单.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

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