垃圾处置场及其渗滤液是地质环境的重要影响因子，而青岛小涧西生活垃圾综合处置场位于环胶州湾研究区内，因此需要研究小涧西垃圾从开始堆积到最后分解完毕全过程的变化及其对区域地质环境的影响。

8.2.1 城市垃圾污染

城市垃圾主要来源于居民、商业、饭店、学校、企业、建筑业等，这些垃圾基本上可分为生活垃圾、街道垃圾、工业垃圾、建筑垃圾等4类。其中的工业、医院垃圾可能含有有毒物、重金属污染物及病菌传染物，由工矿企业和医院自行特别处理，但需由当地环卫、环保部门统一管理，暂不列入城市垃圾讨论范围。生活垃圾来源最广泛、成分最复杂，并且其产生不可避免。从环境要素来看，生活垃圾与人的关系最为密切，尤其是在人口密集的城市，每天都有大量的垃圾产生。

城市垃圾的成分主要与居民的生活水平、消费习惯、城市气候特征、城市燃气率等因素有关。对生活垃圾成分的分析(表8.1)发现，目前现状垃圾成分中无机物和有机物比例基本持平。今后随着居民气化率的普及和生活水平的不断提高以及城市基础设施的不断完善，城市生活垃圾成分中无机物所占比例会逐渐下降，而有机物所占比例会逐渐上升。

表8.1 城市生活垃圾成分

8.2.2 小涧西综合垃圾处置场

(1)地理位置

青岛市小涧西生活垃圾综合处置场地处北纬3616'53″～3617'10″、东经12009'01″～12009'24″，位于城阳区河套镇小涧村以北1.1km，青岛市中心城区西北约30km，城阳中心城区西约20km，场区外有专用道路，场南有胶州湾高速公路直通青岛市区，交通运输方便。

(2)气象水文

场区所在地区为受海洋影响的季风型大陆性气候，多年平均气温为12.5℃;全年以南和南南东风频率最大，年平均风速为3.6m/s;多年平均降雨量为702mm。

桃源河从场区南侧流过，桃源河是大沽河的一条支流。“引黄济青”后，棘洪滩水库将桃源河分为两段，本处为下游段，从棘洪滩水库起始，在下疃村西北部汇入大沽河。该河是季节性河流，汛期有径流通过，汛期过后基本断流。

(3)地形地貌

场区属大沽河下游冲洪积－海积平原的一部分，区域地势平坦，地面标高一般在3m左右，高差起伏很小。

(4)地质及环境水文地质

场区地层为白垩系王氏群二段，上覆第四系残坡积的黏土层和冲洪积－海积的黏土层、淤泥层，岩性自上而下为黏土层、淤泥层、粉砂质黏土层、黏土含姜石层、粉砂层、黏土岩。表层黏土层含水性差，但由于植物根系发育，有一定的透水性;淤泥层为弱透水;姜石层含水性略强。场区内无断裂构造通过;场区南1.5km处有一EW向的压性断裂———胶州断裂，断裂以南分布有白垩系青山群八亩地组的火山岩，含水较丰。区域地下水流向自北向南，断裂以南地形较高，水位较高。

由于土层颗粒较细，地下水位埋深为1.5～2.0m，地下水属盐碱水，硬度为2243.60mg/L，矿化度为9.10g/L，水化学类型为Cl－Na型水，水质差。大沽河含水层为中粗砂，砂层厚10～20m，水质为咸水，矿化度一般大于5g/L，地下水运动不畅，水流滞缓，地下水向下游排泄入胶州湾。

(5)工程地质条件

根据前人的研究成果，小涧西垃圾场区土层承载力及渗透系数的试验成果见表8.2。按垃圾堆高5m、垃圾容重0.513t/m3、底部覆盖防渗土层厚0.5m、容重2.2t/m3计，垃圾体对地基的压力为:P=50.51310+2.20.510=36.6(kPa)，黏土层渗透系数为6.610－9cm/s。

表8.2 各层承载力及渗透系数

8.2.3 垃圾场淋滤液成分变化规律

垃圾渗滤液中所产生的污染物浓度受垃圾成分、堆放方式、气候条件和堆存年限等因素的制约，使得垃圾渗滤液成分变化过程非常复杂。通过模拟雨水淋滤垃圾的试验，来掌握这一复杂的变化过程，以了解垃圾淋滤产生的渗滤液成分的变化规律。采集垃圾样品，分4组试验分析研究不同降雨量、不同降雨强度及在一定降雨强度下一定时间内垃圾淋滤液污染组分的自然衰减规律、垃圾淋滤液的水质及污染组分的变化特征及污染趋势。

8.2.3.1 A、B组试验研究

(1)试验设想及目的

A组试验的目的是探讨固定降雨量(300mm)条件下，不同降雨强度的垃圾淋滤液污染程度;B组试验的目的是探讨固定降雨量(400mm)条件下，不同降雨强度的垃圾淋滤液污染程度。同时，对B组试验与A组试验进行对比分析，了解降雨量的增减和降雨强度的大小对垃圾淋滤液污染程度的影响。

(2)试验模拟装置

试验装置由固定支架、内径为15cm和高为180cm的PVC管、供水瓶、石英沙、接水容器等组成，试验装置如图8.2所示。

(3)试验步骤

为了模拟降雨强度强、中、弱的实际情况，分别在供水瓶口安装3个钻有不同孔径的瓶塞进行淋滤试验。

图8.2 垃圾淋滤试验装置示意

首先，取粒径为0.1～0.5mm的细沙，浸泡并用蒸馏水清洗，均匀置于垃圾柱底部，用小锤均匀捣实，形成高10cm的隔滤层。

然后，分取自然风干并筛选后的小涧西垃圾场生活垃圾19kg，均匀装柱，并均匀捣实，以使垃圾柱内垃圾的孔隙度和容重尽量接近天然状态。

最后，分别在3个不同降雨强度状态下，使试验用水(用自来水模拟大气降雨)均匀向下淋滤，试验情况见表8.3，当降雨量达到300mm(400mm)时进行取样。A、B两组试验共取水样6件，对垃圾淋滤液进行全分析及污染分析共31项，试验数据见表8.4。

表8.3 A、B组淋滤试验情况

表8.4 A、B组淋滤试验全分析水质监测

(4)试验结果分析

对试验结果进行分析，发现淋出的各污染物浓度较高，远远超过自来水浓度;pH值变化不明显;在相同降雨量情况下，随着降雨强度增大污染物浓度有减小的趋势，这是因为降雨强度减小，对垃圾淋滤的时间增加，污染物组分浓度也随之增加;在相同降雨强度情况下，//www.souquanme.com降雨量增大，污染组分浓度降低，这是因为降雨量增大使得水中污染物稀释作用增大，污染物浓度降低。

8.2.3.2 C、D组试验研究

(1)试验设想及目的

C、D组试验均以青岛市多年平均降雨量700mm为基数，模拟6年降雨量对垃圾淋滤的影响。C组试验模拟在多年连续强降雨条件下(连续不间断降雨)，垃圾淋滤液的污染组分变化程度;D组试验模拟多年持续强降雨条件下(模拟丰、枯水期有规律地重复降雨)，垃圾淋滤液的污染组分变化程度。本试验是模拟试验，试验过程中忽略了温度变化对垃圾淋滤液污染组分浓度变化的影响。

(2)试验步骤

C、D组试验研究模拟装置与A、B组试验相同，试验步骤如下:

首先，取粒径为0.1～0.5mm的细沙，浸泡并用蒸馏水清洗，均匀置于垃圾柱底部，用小锤均匀捣实，形成高10cm的隔滤层。

然后，分取自然风干并筛选后的小涧西垃圾场生活垃圾19kg，均匀装柱，并均匀捣实，以使垃圾柱内垃圾的孔隙度和容重尽量接近天然状态。

试验所用垃圾量相对实际填埋单元很小;该试验在模拟降雨时忽略了地表径流渗透到垃圾层的影响。试验情况见表8.5。

表8.5 C、D组淋滤试验情况

C组试验在淋滤开始计时，淋滤时间共计12h，每2h代表1个时间段，分别代表6年的时间段。第一个时间段分别在模拟降雨量达到400mm、500mm、600mm和700mm时取样;第二个时间段在350mm和700mm时取样;第三、四、五、六时间段内分别在淋滤结束即模拟降雨量达到700mm时取样。样品共取10个。

D组试验在淋滤开始时计时，试验时间约42h，每8h代表一年时间段，每8h内淋滤2h，代表青岛市集中降雨期3个月，停止6h，代表青岛市非降雨期9个月。取样方式同C组。

(3)试验结果分析

生活垃圾淋滤液的产生受淋滤作用控制，而淋滤作用是一个动态过程，故垃圾场淋滤液化学成分的浓度及产出量也具有动态变化特征。对试验所取淋滤液样品进行水质全分析及污染组分分析，并用试验结果作图，采用无量纲的W/S作为横坐标，W/S为淋滤液的累计量(W)与模拟垃圾柱中垃圾的质量(S)之比。分析发现D组试验效果较为理想。

淋滤液中各污染组分的衰减过程与淋滤作用的模拟条件密切相关。垃圾土的密度、垃圾样品的扰动程度以及淋滤强度，是连续淋滤还是间歇淋滤，都对试验结果有一定的影响。在野外填埋状态下，垃圾堆放实际淋出物质量的动态衰减过程要比室内模拟试验条件下的淋滤过程长得多。

从各组分含量的变化可以看出，各测试组分呈现急剧下降、缓慢下降和基本稳定3个阶段。

淋滤开始，以水力冲刷及有机物降解为主要作用过程，在水力作用及微生物作用下复杂的有机物迅速分解为简单的有机物，如蛋白质、氨基酸等。开始时淋滤液中COD值非常高，以后有机物逐渐减少，在W/S=0.6～0.9时淋滤液中CODCr值呈增加趋势，这是由于垃圾淋滤初期进行好氧分解，随着时间的推移和垃圾的不断降解，垃圾中有机物在水解作用下生成的有机酸和其他小分子有机化合物通过水力冲刷作用变成悬浮物质而转移到水中，引起淋滤液中CODCr值的升高，说明有机物质能够在较长一段时间内逐渐降解溶于水，造成持久的污染环境。

淋滤液中无机组分含量很高并随淋滤过程的增长而明显减少，最后趋于基本稳定，这可以从SO2－4、Cl－及Cu2+含量的变化中看出。淋滤初期阶段，污染物组分浓度分别为1555.55mg/L、3756.55mg/L和57.71mg/L，其含量严重超标。以后随着垃圾中易溶盐的溶解，其含量逐渐减少，待水、土的各种化学作用基本上达到平衡时，淋滤液的污染组分便趋于稳定。

淋滤液的水化学类型从氯化物硫酸盐型转化为硫酸盐氯化物型。Cl－浓度从3756.55mg/L降到144.78mg/L，SO2－4浓度从1555.55mg/L降到151.29mg/L，这是因为淋滤水首先溶解垃圾中最易溶解的氯化物，对易溶的硫酸盐和难溶的碳酸盐溶解得较缓慢。

生活垃圾中含有一定量的重金属物质，经淋滤及各种酸化作用后进入淋滤液中。淋滤液中Cu、Pb、Zn、Mn、Hg含量较高，淋滤初期Cu和Zn的最高浓度分别达到680.08mg/L和610.92mg/L。

淋滤液组分的动态衰减过程实际上是一个复杂的波动衰减过程，每一次降雨都有一次衰减波动，每一年度至少有一个波动周期。垃圾体从开始堆积分解到最后分解完毕的全过程则是由若干年度波动周期组成的，其变化过程呈现出不断波动的特征，但其总体趋势与模拟淋滤试验基本一致。

因此，在垃圾填埋场的实际填埋过程中，不可避免地带来雨水渗入，虽导致淋滤液产生量增加，但另一方面可以降低污染物浓度，减轻处理难度;同时，由于淋滤液自身污染物的衰减，也使进入淋滤液处理场的污染物浓度值有所降低。

(4)污染物浓度预测

根据垃圾模拟淋滤试验结果，利用非确定模型中的非线性回归分析方法，对淋滤液中的COD、NH+4、SO2－4、Cl－等组分浓度及总硬度进行趋势预测(趋势线见图8.3至图8.7)，建立污染趋势预测模型(表8.6)。表8.6中，R代表校验系数，R越接近1，表明方程曲线拟合性越好，越接近实际情况。

图8.3 asLcmLCODcr浓度衰减趋势预测

图8.4 NH+4浓度衰减趋势预测

图8.5 SO2－4浓度衰减趋势预测

图8.6 总硬度衰减趋势预测

图8.7 Cl浓度衰减趋势预测

表8.6 淋滤液组分浓度预测模型

根据预测模型，假设垃圾场上部未设防渗盖层，垃圾在完全暴露的情况下，可推算垃圾淋滤液污染物浓度随时间变化的自然衰减规律。

其中水、土比(W/S)与时间的关系式为:

环胶州湾地区城市建设地质环境调查评价

式中:雨水———雨水密度，kg/m3;

h雨水———降雨量，m;

s———垃圾场面积，m2;

垃圾———垃圾密度，kg/m3;

h垃圾———垃圾高度，m;

n———时间，a。

以青岛市多年平均降水量h雨水=0.7m，垃圾高度h垃圾=10m，雨水=1000kg/m3，垃圾经实测为586kg/m3，进行推测，首先确定初始年份W/S=0.119n，然后假设2006年垃圾场新进一批垃圾，在填埋5年、10年、15年、20年和30年后的淋滤液污染预测见表8.7。

表8.7 淋滤液组分浓度预测

根据预测结果可以看出，污染物对环境的污染是持续的。COD和NH+4浓度在预测30年后仍然很高，SO2－4浓度在19年后、总硬度在16年后可达到Ⅲ类地下水水质标准，Cl－浓度在23年左右达到地下水Ⅲ类标准，见表8.8。

表8.8 地下水水质Ⅲ类标准部分项目指标

8.2.3.3 结论

1)淋滤液中的多项污染物严重超标，即使在填埋多年后，其污染物浓度依然超过国家Ⅲ类地下水水质标准。

2)易溶污染物淋失较快，因而淋滤初期淋滤液中易溶污染物浓度较高;无机物较有机物更易于淋失。

3)以W/S为变量绘制出各污染组分的浓度变化，这样不仅克服了众多随机因素的影响，而且可以预测出污染组分趋于稳定时的W/S值，从而为相关部门采取相应的对策提供了依据。

4)针对小涧西垃圾场淋滤液作出的水质变化预测曲线与试验数据具有很强的相关性。预测模型包含了试验所得的绝大部分信息，揭示了污染组分变化的规律。

8.2.4 小涧西垃圾场环境影响分析

小涧西生活垃圾综合处置场的工程建设以及运行管理标准和质量都较高，但垃圾场还是对地表水、地下水和土壤产生了不良的影响，分别进行如下分析。

(1)地表水环境影响分析

桃源河是小涧西垃圾场的一条排污河流。对垃圾场排污口及桃源河进行了取样监测，排污口监测点1处(取样编号DB－6)、桃源河监测点5处分布于排污口的上、中、下游(取样编号DB－1至DB－5)，监测项目有pH值、NH+4浓度、CODcr浓度、重金属元素浓度等31项(表8.9)。

表8.9 桃源河及垃圾场排污口水质分析

监测结果表明，垃圾场排污口污水排放量不大，但污水中各污染物浓度较高，均超过生活垃圾场污染物排放标准数倍。这是因为，垃圾场污水处理厂处理能力为200m3/d，垃圾场渗滤液的最大产生量是500m3/d，大大超过了污水处理厂的处理能力。从桃源河背景值(DB－1)可以看出，Cl－浓度、总硬度、部分重金属浓度较高，废水排入河流后对河流水质基本上没有什么贡献。也就是说，在现有排放量和排放浓度的情况下，污染物是可以被河流容纳的，但河流的纳污能力跟污水排放量、浓度以及河流水量、流速有很大的关系。为了解垃圾场污水对河流的影响，应该做长期的监测。

(2)地下水环境影响分析

小涧西垃圾场区周围地下水为咸水，不适用于生活、农业和工业用水。通过监测比较发现，地下水质没有受到明显污染，原因是垃圾场基础土层的渗透系数小，另外场区基础、地沟及污水调节池均进行了防渗处理。

(3)土壤环境影响分析

通过对垃圾中转站以及垃圾场附近、排污口附近土壤取样的监测(表8.10)，发现土壤中Pb、Zn、Cr、Cu等重金属污染物浓度较高，说明土壤受垃圾场废水的影响。

表8.10 土壤污染监测数据

一、垃圾填埋堆放场的地质环境微生物生态分析

生态环境是指特定地段中的全部生物和物理环境相互作用的任何统一体。也就是一个相互进行物质和能量交换的生物和非生物部分构成的相对稳定的系统，它是生物与环境之间构成的一个功能整体，是整个地球生物圈能量和物质循环的一个功能单位。微生态系统即为在微观地质环境中微生物细菌与微域地质环境构成的生态系统，研究它可以反映整个宏观的地质环境的变化及其生态效应。

由于垃圾填埋与堆放改变了原有地质环境中的生态系统，造成了非天然条件下生态系统中的生物演化与演替的较大波动。这些微生物的演替过程，即是垃圾产生各种微生物作用与地球化学作用的过程。特别是在水的参与下，微生物一方面可以对某些有毒有害的物质进行分解和降解，但另一方面由于其分解的不彻底，易解析出或化合成对人类有害的甚至是有毒的物质，它们一旦逸出或随水渗入地下或流入地表水体，均会对环境造成污染，对人类产生危害。

在垃圾的分解过程中，某些元素呈离子状态被分离出来，或又产生了新的化合物，特别是在微生物及地球化学作用下，使垃圾填埋体涉及的介质环境和地质环境发生变化，如pH值和Eh值随生成物质的变化而改变，温度也随分解和化合中能量形式的转换而上升，这些地质环境的变化，反过来又影响着各种作用的方向和进程，尤其是微生物的演替。因此，在垃圾填埋场及其周围地质环境中，物质成分和微生物地球化学作用是非常复杂而又不断地变化着，直至在该环境所限定的条件下，经过长期作用，而达到新的平衡。水是垃圾分解演化中不可缺少的物质，也是一切生命物质的主要组成部分。影响北京市垃圾填埋场的主要水体是大气降水和浅层地下水，加之有机垃圾在降解过程中产生的水，它们一同作为垃圾场环境中的物质循环载体，一方面对垃圾污染物在生物作用下进行降解，另一方面又对地质环境造成污染并使其迁移扩散。由于微生物细菌的微小并可随水的运移而迁移，在其迁移过程中通过其生命的代谢活动参与各种生物化学反应，在一定条件下，微生物代谢活动可以催化有机酸的形成，从而能促进重金属污染质与有机酸形成络合物而迁移进入地下水。另一方面在微生物作用下，可使许多有机物和某些元素得到转化和降解。

土壤包气带土体是微生物细菌生活的大本营，也是污染物质进入环境的一个重要媒介和载体。许多污染物质在进入土壤包气带土体后被其以物理机械吸附、胶体物理化学吸附、化学沉淀等方式作用截留，使其在土体中含量不断积累。虽然土体中的大量微生物可以转化和降解许多的污染物质，但受自然地理条件和营养物质等环境因素的影响，以及垃圾仍在不断的累积和分解释放污染物质，进入土体和地下水中的量在不断增加，这就造成污染范围的不断扩大，因此，垃圾对环境的污染将成为主导过程。对北京市周边地区的垃圾填埋堆放场的地质环境和水环境要素的调查与分析表明（表5-1），垃圾淋滤液一般为浅黄到褐黑色，大多为黑色、恶臭，pH为7.5～8.5左右，Eh值在－118～200mV左右，总溶解固体含量TDS一般大于1000mg/L，溶解氧DO大多含量较低，为0.7～6.2mg/L。地表水及与淋滤液混合水，主要受淋滤液的影响而定，如淋滤液含量大则与淋滤液的水质相似，否则水质稍好一些。地下水的情况较为复杂，受其各种条件的控制，有些地段污染较重，水质变化较大，有些地段较好尚未受到污染，但从pH值、Eh值和溶解氧来看，均是微生物细菌生长的良好环境，适宜多种微生物细菌的生长和繁衍。

二、垃圾场地质环境微生物细菌的分布状况分析

我们对北京市周边的不同类型垃圾填埋堆放场的不同位置不同地点采集了56组各类水样和13组土样进行了微生物细菌的鉴定测试，具体选择了几种能够反映垃圾填埋堆放场环境与物质变化的微生物细菌群，如细菌总数、大肠菌群、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原菌、铁细菌等。培养测试结果见表5-1、5-2。

（一）垃圾场影响水体中的微生物细菌分布状况

从表5-1中可看出，垃圾淋滤液中，细菌总数，大肠菌群数是最高的，一般细菌总数在n105～6个/mL，大肠菌群在n103～4个/L。垃圾淋滤液与地表混合水一般视其混合的比例不同含量有所变化，大部分采样是在地表水的稀释作用下细菌的含量比淋滤液略低一些，但总的来说也是较高的，细菌总数一般在n104～7个/mL，大肠菌群在n102～4个/L。从垃圾场周边的地表水采集样品来看，随着距垃圾场距离的不同而污染程度不同，细菌总数一般在n102～3个/mL，大肠菌群在n101～2个/L。地下水也同样随距垃圾场距离及包气带厚度和岩性的不同，微生物细菌的含量也不同，一般距离越近包气带岩性较粗渗透性好，则受污染较重，细菌总数在n101～2个/mL。大肠菌群在0～n102个/L。

从我们选择的采样点看大部分地下水已经受到垃圾填埋场的污染，如果按饮用水标准看，垃圾填埋场周围许多浅层地下水中的细菌总数和大肠菌群数均已超标不能饮用，此仅从细菌指标来分析，结合其他水质分析，可能污染的程度会更大一些，应引起人们的高度关注。另外，不同垃圾类型其污染情况也不相同，如房山温庄子西的钢渣垃圾填埋场淋滤液采集的样品细菌总数很低，为3.6个/mL，大肠菌群为0个/L，如从细菌指标看则对环境造成污染不大，但在其他方面则污染也很严重，金属元素对某些生物起到了抑制和杀灭作用，对许多农作物也能造成危害。从表5-1中其他培养细菌来看，也基本反映了垃圾填埋场对环境的影响，有机污染高，一些异养菌菌量就大，其作用就强。如反硝化菌，硫酸盐还搜趣网原菌等。某些金属离子污染严重或含有硫化物污染则铁细菌和排硫杆菌活动就强。硝酸盐含量高则硝化、反硝化作用就强，菌数就大。

（二）垃圾场影响土体中的微生物细菌分布状况

从表5-2不同垃圾填埋场的不同位置深度采集土壤样的微生物细菌培养测定结果看出，表层土的细菌总数和大肠菌群数量较大，随深度的加大则减少，其他细菌也有相同的反映，但由于总的取样深度不大，有些细菌变化不大，如硝化菌、脱氮菌等。但异养菌还是有所变化的，它是随着土体中有机物含量及颗粒大小、环境条件的变化而变，当然也与其他因素有关，如氧化还原环境，pH值，温度等等。但总体是与环境中某些物质变化有密切关系，如有机污染等均可引起微生物细菌数量上的变化。另外从图5-1中也可明显看出，垃圾堆放场边缘地带包气带土壤搜趣网中，几种细菌数量随深度变化的情况。如细菌总数，在表层由于受垃圾堆放场的有机污染，在0.25m处细菌数量较大，随后从0.75～2.25m较为稳定。但在2.75m处又有增大的趋势。大肠菌群的变化则受垃圾堆放场影响较为明显，表层数量最大，到2.75m处则减少为零。这也反映了土壤包气带土体对大肠菌群的过滤净化作用还是较明显的。其他几种细菌的变化趋势也有许多相同之处，基本上和细菌总数的变化情况类似。只是不同的细菌在某个部位略有变化，受局部微域变化而变化。从这些细菌在土壤包气带中的菌数变化，也可得出环境条件对微生物分布及活动的影响，并且不仅是随深度的变化而减小，而是随某些特定的地层环境而变化，这些变化也有助于包气带土体对污染物质的阻控与净化。我们也可以利用包气带土体的某些特征层位对污染物质加以阻控。总之，从北京市周边地区垃圾填埋场环境中的微生物细菌的调查研究，可以得出，垃圾填埋场地已经对其周边的环境造成了不同程度的污染。但污染程度和范围尚还不是很大，究其原因，一是大部分垃圾填埋场地都是近几年开始堆放的，时间不算很长；二是包气带和含水层均有一定的环境容量，对污染物质有一定物理和地球化学的吸附、过滤、氧化分解及化合、鳌合等作用；三是在微生物细菌的作用下，使许多污染物质降解转化等等。

表5-1 水样微生物细菌培养测试结果表

表5-2 土样微生物细菌培养测试结果表

三、垃圾场地环境中的地质微生物细菌地球化学作用分析

在垃圾填埋堆放场中，虽然发生着极其复杂的化学作用，但纯化学作用是比较缓慢的。可是在其环境条件下极适合多种微生物的孳生，由于其自身代谢的需要，大大加速了垃圾的分解和新物质的生成过程，特别是对有机物的降解作用。垃圾一旦进入填埋场，微生物的分解过程就开始了，第一步是好氧分解，消耗其中的氧气，产生大量的热。第二步进行厌氧分解，产生甲烷和二氧化碳等气体。

现将我们分析研究的几种微生物细菌的地球化学作用简述如下：

（一）硝化细菌（bact.nitro bacter）

硝化细菌是好气性自养细菌，适宜于中或弱碱性环境生长，不能在强酸性条件下生长。在其代谢活动过程中能氧化亚硝酸盐为硝酸盐，一般氨在硝化菌的氧化过程中先被氧化为亚硝酸，再氧化为硝酸。在此过程中，硝化细菌获得了其生命所需要的能量，反应式如下：

城市垃圾地质环境影响调查评价方法

从上式中可以看出氨氧化成硝酸的过程是由两类不同的硝化菌进行的，先是由亚硝化菌（Nitrosomonas）将氨氧化成亚硝酸，而后由硝化细菌再将亚硝酸氧化为硝酸。硝化细菌在自然界氮循环中起着十分重要的作用，也是垃圾填埋场中氮化物转化的主要环节之一。

图5-1 垃圾场表层土中微生物随深度的分布曲线

（二）反硝化细菌（denitrifying bacteria）

利用硝酸盐中的氧氧化有机物，还原硝酸盐为亚硝酸盐并最终为N2，有机物氧化为CO2。反硝化过程可用下式表示：

4KNO3+5C有机（反硝化菌）→ 2K2CO3+3CO2+N2

反硝化细菌是在硝酸盐与有机物同时存在而氧气不足，溶解氧含量低于0.5mg/L的情况下进行繁殖代谢作用的。氮化物可在硝化菌、亚硝化菌、反硝化菌作用下不断地进行转化。如垃圾中的有机物在氨化微生物作用下形成大量氨，氨被硝化菌氧化成亚硝酸盐和硝酸，由反硝化菌还原成氮气。

（三）硫酸盐还原菌（desulfovibrio）

硫酸盐还原菌为厌氧性细菌，其最适宜pH值为7～8.5,Eh值为－100mV以下。它能将硫酸盐还原为H2S。这种菌含有氢化酶，这种酶是一种以用氢元素还原硫酸盐的生物催化剂，在环境中含有机物质时，可以加速硫酸盐的还原作用，生成大量的H2S，其反应式如下：

Ca SO4+CH3COOH→ Ca CO3+H2S+CO2+H2O

在垃圾填埋过程中含有大量的有机物及硫酸盐类，在该菌的作用下，产生大量H2S，使垃圾场产生恶臭，污染环境。

（四）排硫杆菌（th.thioparus）

排硫杆菌是好气性细菌，可以在中性环境中pH为7～7.4条件下繁殖，在其生命过程中同化空气中的CO2和碳酸盐中的碳，能氧化硫化物及硫，生成硫酸盐及硫酸，也能氧化硫代硫酸盐成硫酸盐，并从中取得能量。并可以氧化其他硫化物。其反应式如下：

2Na2S2O3+O2（排硫杆菌）→ 2Na2SO4＋能量

或2S+2H2O+3O2（排硫杆菌）→ 2H2SO4＋能量

当环境中有硫化氢存在时，也可以发生氧化作用，反应式如下：

2H2S+202（排硫杆菌）→ 2H2S2O3+H20

该菌在垃圾堆埋场中含有硫化物时，使硫化物转化为硫酸盐或硫酸，导致生成酸性环境，参与金属元素的迁移作用，造成地下水的污染等等。

（五）脱氮硫杆菌（th.denitrificans）

脱氮硫杆菌是兼性厌氧菌，能在中性或弱碱性条件下发育，最适宜pH为7～7.3，它能同化在水中CO2和碳酸盐中的碳，利用硝酸盐氧化硫及氮化物，并能还原硝酸盐为亚硝酸盐，对硫化物及氮化物的转化起着重要作用，其反应式如下：

6KNO3+5S+2Ca CO3（脱氮硫杆菌）→ 3K2SO4+2Ca S04+3O2+3N2+2CO2＋能量

该菌在垃圾堆放场中对硝酸盐的还原起着重要的作用。

（六）铁细菌（iron bacteria）

铁细菌是好气性细菌，是参与金属元素氧化作用的重要微生物，它能使亚铁化合物氧化成氢氧化铁而沉淀，其反应式如下：

2Fe2++n H2O+1/2O2→ Fe2O3n H2O+4H＋

铁细菌不仅氧化Fe（OH）2，而且可以直接氧化Fe3。因为它们具有加速Fe2＋转化为Fe3＋的酶。因此大大加速了天然水中铁等金属的沉淀速度，在垃圾场的环境中可使铁、锰等许多金属元素受到微生物氧化作用。

（七）细菌总数

细菌总数是反映异养菌的一大类细菌的总数，他们包括了好氧和厌氧的许多细菌，是降解转化有机化合物的主要细菌菌群。并且细菌总数往往与环境受有机物污染的程度呈正相关关系，它是评价环境污染程度的一个重要指标之一。该类菌群的地球化学作用主要是能将环境中的各类大分子有机物进行降解，转化为简单有机化合物或无机物，为其他个性细菌提供易利用的营养物质。由于重金属及某些其他有毒物质对细菌有抑制和杀灭作用，因此可造成该类污染环境中的细菌总数减少，并不能排除已被这些物质所污染。我国饮用水标准规定，每毫升水中，细菌总数不得超过100个。

（八）大肠菌群（coliform,group，简称colifrom）

大肠菌群为饮用水、食品等细菌学常规检验的指标之一，也是评价环境污染程度的重要指标之一，世界各国的水质、食品等卫生标准对此都有明确规定，我国饮用水水质标准中规定大肠菌群每升水中不得大于3个。大肠菌群是指一类好氧或兼性厌氧、能发酵乳糖，在乳糖培养基中经37℃，24小时培养，能产酸产气的细菌，该菌是肠道中最普遍和数量最多的一类细菌，所以将其作为粪便污染的指示菌。即根据水中大肠菌群细菌的数目来判断环境中是否受粪便所污染，并间接推测受肠道病原菌污染的可能性。环境中它的多少可反映污染物的主要来源，垃圾堆放场含有大量的粪便，因此，含有大量的该类细菌。

通过对上述几种菌群的分析，表明微生物细菌不仅是对垃圾堆放场的污染物质进行降解净化的主要物质，而且也是地质环境好坏的重要标识性指标之一，它的多寡反映了污染的程度及污染的类型等。因此可以认为微生物细菌是地球表层物质转化循环的转换器，是地质环境质量好坏的指示器，也是提供环境信息的传感器。

四、结论

通过对北京市周边地区垃圾填埋场的微生物细菌的调查与分析，我们可得出以下几点认识：

（1）微生物细菌是反映地质环境质量好坏的重要指示性生物，也是评价地质环境受到污染程度的指标之一，也可用来分析污染物质的来源与种类。

（2）微生物细菌的地球化学作用是垃圾填埋场污染物质降解、转化、净化的主要生物作用之一，它对污染物质的降解和净化是其他物理、化学作用不可比拟的，也是其他生物作用不可替代的重要作用。

（3）从垃圾填埋场及周边地区微生物细菌的区系调查结果来看，在其垃圾场周围的地质环境均有不同程度的污染。有些地段还很严重，已经污染了浅层地下水，如沈家坟、单店、北天堂等许多垃圾场周边的地下水及混合水中均有大肠杆菌的检出，有的数量还较大。反映了受生活垃圾的严重污染。

（4）通过对浅部土壤包气带的微生物细菌的区系调查分析，土壤包气带是阻控污染物质的天然屏障，也是微生物细菌生活繁衍的大本营。尤其是包气带土体中的某些特定层位，可作为阻控污染物质的人为利用层位，对污染物质加以阻控。

（5）该次研究属多学科跨学科的研究领域，其工作难度和工作量都较大，在时间短、任务重的情况下完成颇为不易。当然也还存在许多不足之处，还有许多的科学问题和难题需要我们去探索和解决，建议今后在开展此类调查工作中继续增强对微生物地球化学作用方面的调查与研究工作，特别是对垃圾污染物的净化与修复方面的研究工作。