固体垃圾填埋场污染物释放机制：基于pH依赖性浸出实验与地球化学模型的多组分调控研究

本研究针对垃圾填埋场中无机污染物、有机质组分和铵盐(NH4+)的释放机制，通过pH静态浸出实验结合多表面地球化学模型(ORCHESTRA框架)，揭示了有机质(OM)分馏对重金属吸附的关键影响，建立了污染物pH依赖性溶解释放规律，为制定差异化填埋场活化处理策略（渗滤液回灌/通风）提供理论依据。

　　

随着全球城市化进程加速，固体废物处理成为重大环境挑战。尽管各国推行"废物分级管理"政策，填埋场仍是不可处理废物的最终归宿。这些填埋场如同沉睡的"化学定时炸弹"，持续释放含重金属、有机污染物和高浓度铵盐(NH₄⁺)的渗滤液，威胁地下水和周边生态系统。更棘手的是，传统填埋场封场后需要"永久性后期维护"，包括持续监测和渗滤液处理，这既耗费资源又不可持续。荷兰2015年启动的"绿色协议"提出通过主动处理（渗滤液回灌和通风）加速填埋场稳定化，但不同污染物在复杂填埋环境中的释放机制尚不明晰，特别是pH变化下有机质(OM)与污染物的相互作用规律亟待揭示。

针对这一科学难题，研究人员对三个典型填埋场（Braambergen、Kragge和Wieringermeer）不同深度的固体废物展开系统性研究。通过创新的pH静态浸出实验(NEN-EN 14997)结合多表面地球化学建模，首次全面解析了无机污染物、OM分馏和NH₄⁺的释放机制，相关成果发表在《Applied Geochemistry》上。

研究采用三大关键技术：1) 分层采样与表征：使用声波钻探获取0-16米深度样品，通过ISO 12782系列方法测定固体/溶解态腐殖酸(HA)和富里酸(FA)；2) pH静态浸出实验：在pH 2-12范围内测定40余种元素的溶出规律；3) ORCHESTRA多表面模型：整合NICA-Donnan有机质吸附模型和广义双层金属氧化物吸附模型，量化污染物在固-液界面的分配行为。

研究结果揭示三大发现：

3.1. 废物均质性与垂直异质性
通过Cl^-等非反应性元素的稳定分布验证了样品均质化效果。发现表层污染物浓度普遍低于深层，表明自然降水已形成自上而下的"冲刷效应"。Kragge填埋场中下部表现出最强的有机质动态特征，其溶解有机碳(DOC)浓度高达66 mg C/L，显著影响重金属行为。

3.2. pH依赖性浸出行为与形态分布
创新性地将污染物分为三类：非反应型（Cl^-、K⁺）、阴离子型（MoO₄^2-、AsO₄^3-）和阳离子型（Cu²⁺、Cr³⁺）。模型成功预测PbMoO₄沉淀控制Mo在酸性条件下的溶解度，但低估As与FA的竞争吸附。特别发现Cr³⁺的实测最小溶解度在pH 6，而模型预测偏差达2个pH单位，揭示现有NICA-Donnan模型Cr-FA结合参数存在缺陷。

3.2.4. 有机质的关键作用
首次报道填埋场OM的pH依赖性分馏规律：随pH升高，DOC浓度增加5-10倍，且Kragge样品中HA占比从20%升至40%。突破性发现"50% DOM为HA"的传统假设会显著高估Pb²⁺吸附，而"50% DOM为FA"假设更接近实测数据。证实OM成熟度（固相OM/溶解OM比值）是预测重金属迁移的关键指标。

3.2.5. 铵盐的特殊行为
NH₄⁺显示独特"双峰"释放曲线，最小溶解度在pH 7-10。时间分辨实验排除了硝化作用的干扰，暗示存在未被模型识别的OM结合位点或黏土矿物边缘吸附机制。

这项研究建立了填埋场污染物释放的"三阶段"调控理论：非反应型污染物可通过渗滤液回灌加速冲刷；阴离子型需调控pH近5以减少溶解度；阳离子型则需通过通风促进OM稳定化。特别指出Kragge类高有机质填埋场对处理响应最敏感，因其DOM主导的污染物迁移机制更易受环境条件改变。研究为定制化填埋场修复策略提供了分子水平的科学依据，推动废弃物管理从"永久维护"向"加速稳定"的范式转变。