生活垃圾填埋场污染物迁移规律研究：垂直阻隔墙效能的现场评估与数值模拟

针对生活垃圾填埋场中传统及新兴污染物（如抗生素、激素）迁移风险，研究人员通过现场采样与COMSOL Multiphysics多场耦合模拟，首次评估了GCL-B（土工合成黏土衬垫-膨润土）与CLB（黏土-膨润土）两种垂直阻隔墙对磺胺嘧啶的拦截效能。研究发现GCL-B可使污染物通量降低6.01倍，为阻隔墙优化设计提供了科学依据。

　　

随着全球城市化进程加速，生活垃圾填埋场已成为潜伏在人类身边的"环境定时炸弹"。据最新统计，全球每年产生约20.1亿吨城市固体废弃物（MSW），预计2050年将飙升至34亿吨。中国作为人口大国，过去30年累计填埋垃圾超过30亿吨，而美国每年也有1.65亿吨垃圾进入填埋场。这些看似被"埋葬"的废弃物，实际上通过渗滤液不断释放出重金属、有机污染物和令人担忧的新兴污染物——抗生素和激素。在西南地区某生活垃圾填埋场，土壤中铬(Cr)含量超标13.3倍，地下水中检出磺胺嘧啶(8.2 ng/L)、磺胺二甲嘧啶(43.5 ng/L)等抗生素，这些"隐形杀手"正在悄然威胁着周边生态系统和居民健康。

针对这一严峻问题，中国国家自然科学基金资助的研究团队开展了一项创新性研究。通过现场监测与数值模拟相结合的方式，首次系统评估了垂直阻隔墙对传统污染物和抗生素的拦截效果。研究发现，采用土工合成黏土衬垫-膨润土(GCL-B)组合的阻隔墙，其污染物拦截效能是传统黏土-膨润土(CLB)墙的6倍，能将污染羽稳定时间延长6倍。更关键的是，研究揭示了平流(advection)是污染物迁移的主导机制，这一发现为阻隔墙设计提供了重要理论依据。

研究采用了三项关键技术方法：1) 现场多点采样，采集地下水、地表水、渗滤液和土壤样本，检测NH₃-N、COD等常规指标及抗生素浓度；2) Pearson相关性分析，解析各类污染物的迁移关联性；3) COMSOL Multiphysics 5.6建立多场耦合模型，模拟NH₃-N和磺胺嘧啶在GCL-B与CLB两种阻隔墙中的迁移规律。

污染现状分析
现场监测数据显示，地下水中NH₃-N超标6.84倍，锰(Mn)超标7.2倍；地表水总氮超标28.67倍。土壤中铬(Cr)污染最为严重，最高超标13.3倍。更值得警惕的是，首次在该场地检出雌激素三醇和喹诺酮类抗生素，证实了传统监测方案的局限性。

阻隔墙效能比较
数值模拟结果表明，GCL-B阻隔墙对磺胺嘧啶的拦截效果显著优于CLB墙。在相同条件下，GCL-B能使污染物通量降低至CLB的1/6.01，并将污染羽达到稳定的时间从5年延长至30年。这一差异主要源于GCL材料极低的渗透系数(10^-11 m/s级)和膨润土的强吸附能力。

迁移机制解析
敏感性分析显示，污染物迁移中平流贡献率达62.3%，弥散占28.7%，证实水力控制是阻隔墙设计的核心考量。研究还发现，当阻隔墙厚度从0.5m增至1.0m时，拦截效率可提升37%，但继续增厚则效益递减，这为工程经济性优化提供了量化依据。

这项研究的科学价值在于首次建立了抗生素在垂直阻隔系统中迁移的数学模型，填补了该领域研究空白。实践意义上，研究提出的GCL-B组合方案为现有填埋场改造提供了经济可行的技术路径。特别是对于土地资源紧张的城市地区，这种高效阻隔系统可显著降低污染扩散风险。

研究团队在讨论部分特别强调，随着抗生素耐药性(AMR)问题日益严峻，填埋场作为"抗生素库"的角色必须引起重视。建议未来监测方案纳入至少20种典型抗生素指标，并开发针对新兴污染物的专用阻隔材料。该成果不仅为《"十四五"土壤污染防治行动计划》提供了技术支撑，也为全球填埋场污染防控贡献了中国方案。