馬爾康縣生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液回噴處理設(shè)計(jì)

1工程概況
馬爾康縣位于四川西北高原、阿壩藏族羌族自治州中部，境內(nèi)最低海拔為2180m，最高海拔為5301m。馬爾康縣氣候?qū)俑咴箨懠撅L(fēng)氣候，具有明顯的山地氣候特點(diǎn)，干濕季節(jié)分明，四季不分明，終年日照充沛，晝夜溫差大，氣候干燥，多年平均降雨量為786.4mm，最大降雨量為1057mm，最小降雨量為636mm，最大24h降雨量為53.5mm，多年平均蒸發(fā)量為1536.4mm，常年5月—9月為雨季，年平均氣溫為8.6℃，最高氣溫為34.8℃，最低氣溫為-17.5℃，平均相對(duì)濕度為61％，無霜期為125d。馬爾康縣城是阿壩藏族羌族自治州政府所在地，地處景色秀麗的梭磨河峽谷。2004年馬爾康縣城居民區(qū)人口為2.35萬人，日產(chǎn)垃圾約27t/d。規(guī)劃至2015年居民區(qū)人口約為2.92萬人，預(yù)測(cè)日產(chǎn)垃圾約33t/d。考慮到垃圾的收運(yùn)率，馬爾康縣生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)平均處理量為24t/d，服務(wù)年限為11年，設(shè)計(jì)總庫容為10.6×104m3，工程總占地為2.73hm2（含進(jìn)場(chǎng)道路），其中填埋區(qū)占地為1.1hm2，分4區(qū)填埋，面積分別為3400、2900、2700和2100m2。垃圾壩標(biāo)高為2540m。
2滲濾液污染控制技術(shù)及選擇
目前國內(nèi)外滲濾液污染控制方案主要有[1～3]：就地處理達(dá)標(biāo)排放；直接或經(jīng)預(yù)處理后排至城市污水處理廠與城市污水合并處理；滲濾液循環(huán)回噴處理。該工程滲濾液排放的受納水體為Ⅲ類水域，單獨(dú)處理需達(dá)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，由于填埋場(chǎng)規(guī)模較小，滲濾液產(chǎn)量少，采用單獨(dú)處理不經(jīng)濟(jì)，其建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用均較高，因此不宜采用此方案。
有研究表明[1]，當(dāng)滲濾液產(chǎn)生量小于城市污水總量的0.5％、COD<10g/L、污水處理廠負(fù)荷增加控制在10％以下時(shí)，垃圾滲濾液可以直接與城市污水合并處理。馬爾康城市污水處理廠近期規(guī)模為5000m3/d，而垃圾滲濾液量約為10～20m3/d，滿足直接排入污水處理廠合并處理的條件，但滲濾液排至城市污水處理廠需敷設(shè)約15km的排水管道，此外填埋場(chǎng)標(biāo)高比污水處理廠標(biāo)高約低400m，需采用多級(jí)提升泵，其建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用較高且滲濾液長(zhǎng)距離壓力輸送也存在一定的安全隱患，因此不宜采用此方案。
滲濾液循環(huán)回噴處理是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的方法，它是將未經(jīng)任何處理的滲濾液直接回灌、噴灑到填埋場(chǎng)，利用垃圾層和覆蓋土壤層的凈化作用來處理填埋場(chǎng)的滲濾液。大量試驗(yàn)表明[4、5]，滲濾液回灌處理是一種較為有效的處理方法。首先，滲濾液的回灌處理可提高垃圾的濕度，增強(qiáng)垃圾中微生物的活性，提高產(chǎn)甲烷速率和加速有機(jī)物的分解，從而促進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定；其次，滲濾液回灌可依靠表面蒸發(fā)和生物降解來降低滲濾液的污染濃度，減少滲濾液的產(chǎn)量，對(duì)水質(zhì)、水量起穩(wěn)定化作用，減少了處理設(shè)施的沖擊負(fù)荷。此外，滲濾液回灌投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)單，并能克服重金屬等污染物的擴(kuò)散。
馬爾康地處四川西北部高原山區(qū)，其蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，采用濾液循環(huán)回噴處理可以實(shí)現(xiàn)滲濾液不外排。
3工程設(shè)計(jì)
3.1滲濾液產(chǎn)量
3.1.1計(jì)算方法
目前，滲濾液產(chǎn)量計(jì)算方法主要有水量平衡法、經(jīng)驗(yàn)公式法和水文模型（Hydrologic Evaluation of Landfill Performance）等。經(jīng)驗(yàn)公式法將影響滲濾液產(chǎn)生的諸多因素（如蒸發(fā)量）用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（即滲出系數(shù)）表示，它忽略了垃圾初始含水率和垃圾降解產(chǎn)生的水量，對(duì)降水量較大、蒸發(fā)量相對(duì)較小的地區(qū)適應(yīng)性較好，而對(duì)于降水量較小、蒸發(fā)量大的地區(qū)，目前尚缺乏合理選擇填埋場(chǎng)滲出系數(shù)的依據(jù)。水文評(píng)價(jià)模型-HELP模型是美國填埋場(chǎng)普遍采用的用于研究滲濾液產(chǎn)量以及污染物遷移的模擬模型[6、7]，應(yīng)用該模型時(shí)需要比較詳細(xì)的氣象資料和土壤數(shù)據(jù)，在國內(nèi)難于應(yīng)用。水量平衡法考慮了影響滲濾液產(chǎn)量的各種因素，從理論上能很好地預(yù)測(cè)滲濾液產(chǎn)量。該工程即采用該法計(jì)算滲濾液產(chǎn)量，目前這方面的工程應(yīng)用還未見報(bào)道。
對(duì)于一個(gè)填埋區(qū)外圍設(shè)有截洪溝、底部設(shè)有防滲層的填埋場(chǎng)，填埋操作區(qū)和封場(chǎng)覆蓋區(qū)的滲濾液水量可分別通過以下公式計(jì)算[8]：
L=P+M+S-E-Fc（1）
L=P-E-R-ΔS-（Fc-M）（2）
式中L——滲濾液產(chǎn)量，m3/a
P——降水量，m3/a
M——垃圾初始含水量，m3/a
S——有機(jī)物分解產(chǎn)生的水分，m3/a
E——填埋區(qū)蒸騰散發(fā)作用而損失的水分，m3/a

R——地表流失的水量，m3/a
Fc——垃圾持水量，m3/a
ΔS——覆蓋土存蓄的水量，ΔS=持水率-凋蔫濕度，m3/a
3.1.2參數(shù)確定
①降水量：馬爾康縣多年平均降雨量為786.4mm，最大月降雨量為155mm。
②蒸騰散發(fā)量：填埋區(qū)蒸發(fā)量、覆蓋土蒸騰量與環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、蒸發(fā)面積、大氣壓以及垃圾與覆蓋土性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)還受回噴方式、回噴負(fù)荷、回噴次數(shù)的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)得出的結(jié)果，當(dāng)回噴負(fù)荷為水面蒸發(fā)量的80％、回噴次數(shù)為2次/d時(shí)，場(chǎng)地表面蒸發(fā)量為水面蒸發(fā)量的73％。
③垃圾初始含水量：馬爾康城市生活垃圾初始含水率為30％。
④垃圾分解產(chǎn)生水分：有研究表明[8]，垃圾分解產(chǎn)生的滲濾液僅占垃圾體質(zhì)量的4％；美國加州某填埋場(chǎng)因分解作用產(chǎn)生的滲濾液是4.17cm/m，約占垃圾體質(zhì)量的4.6％～5.2％（垃圾壓實(shí)密度為0.8～0.9t/m3）。據(jù)此，該工程確定有機(jī)垃圾分解產(chǎn)生的水分占垃圾體質(zhì)量的5％。
⑤垃圾持水率：城市生活垃圾的持水率隨外加壓力的大小和有機(jī)物分解程度而變。有資料表明[8]，來自居民區(qū)和商業(yè)區(qū)未壓實(shí)混合垃圾持水率為50％～60％（體積比），在城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)，城市生活垃圾持水率約為29.2％，換算成質(zhì)量比約為33.3％～37.5％。對(duì)馬爾康城市生活垃圾持水率的試驗(yàn)研究表明，垃圾持水率為45％～60％（質(zhì)量比），考慮到隨著有機(jī)物的分解，垃圾的持水率會(huì)有所降低，故確定垃圾持水率約為40％。
⑥地表流失量：地表水流失量與覆蓋土性質(zhì)、表面坡度、覆蓋材料的防滲性能等因素有關(guān)。該工程頂部覆蓋低透水性材料GCL膜。有資料表明[8]，采用此種材料覆蓋的填埋場(chǎng)，其滲濾液產(chǎn)量?jī)H為60L/（hm2?d），約為運(yùn)行期的1.8％。由此確定在封場(chǎng)覆蓋區(qū)，地表水徑流量系數(shù)為0.98。
⑦覆蓋土存蓄水量：覆蓋土存蓄的水量與覆蓋土類型、壓實(shí)狀態(tài)和覆蓋土層厚度等因素有關(guān)。有資料表明[8]，土壤的存蓄水量約為土壤體積的3％～13％。該工程頂部封場(chǎng)覆蓋土為營養(yǎng)土，厚度為0.5m，取土壤存蓄的水量占土壤體積的8％。
3.1.3滲濾液產(chǎn)量
由于降雨時(shí)水面蒸發(fā)量很小，此外采用滲濾液循環(huán)回噴處理時(shí)蒸騰散發(fā)作用是滲濾液減量化處理的唯一途徑，因此在計(jì)算滲濾液產(chǎn)量時(shí)將不考慮蒸發(fā)量，而將全年的蒸發(fā)量當(dāng)成滲濾液處理量，用以平衡全年滲濾液產(chǎn)生量來計(jì)算調(diào)節(jié)池容積。另外通常認(rèn)為，封場(chǎng)覆蓋區(qū)填埋廢物以及覆蓋土的貯水能力不變。由此，計(jì)算滲濾液產(chǎn)量時(shí)可將式（1）、（2）分別簡(jiǎn)化為：
L=P+M+S-Fc（3）
L=P-R（4）
根據(jù)填埋操作計(jì)劃，計(jì)算出不同操作情況下的滲濾液產(chǎn)量（見表1）。從計(jì)算結(jié)果來看，最大平均滲濾液產(chǎn)量和最大滲濾液產(chǎn)量出現(xiàn)在2550m標(biāo)高以下已封場(chǎng)、2區(qū)開始作業(yè)的情況，此時(shí)最大平均滲濾液產(chǎn)量和最大滲濾液產(chǎn)量分別是9.0和24.4m3/d。
表1滲濾液產(chǎn)量計(jì)算結(jié)果

3.2滲濾液水質(zhì)
參考國內(nèi)現(xiàn)有城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)，確定了該工程的滲濾液水質(zhì)（見表2）。
表2滲濾液水質(zhì)

3.3工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)
滲濾液循環(huán)回噴處理工藝流程如圖1所示。

圖1滲濾液循環(huán)回噴處理工藝流程
滲濾液循環(huán)回噴處理工藝設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行操作方式見表3。
表3工藝參數(shù)及操作運(yùn)行方式

3.4調(diào)節(jié)池容積
按照《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，滲濾液調(diào)節(jié)池容積應(yīng)不小于每個(gè)月滲濾液產(chǎn)量扣除當(dāng)月的處理量后剩下的最大累積余量。根據(jù)填埋操作計(jì)劃，最不利容積出現(xiàn)在2580m標(biāo)高以下已封場(chǎng)、4區(qū)開始作業(yè)時(shí)的情況，此時(shí)操作區(qū)匯水面積為3700m2，封場(chǎng)區(qū)匯水面積為7400m2，滲濾液回噴區(qū)面積為2850m2，計(jì)算得到調(diào)節(jié)池的最小容積為628m3（見表4）。考慮預(yù)留一定的富余容積，確定調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)容積為700m3。
表4調(diào)節(jié)池容積計(jì)算結(jié)果

①集水井
集水井位于垃圾壩下游，為鋼筋混凝土圓形池，有效容積為10.6m3，可滿足1臺(tái)提升泵的30min出水量。集水井直徑為3.0m，有效高度為2.0m，超高為0.5m。
②調(diào)節(jié)池
調(diào)節(jié)池有效容積為700m3，位于填埋場(chǎng)的東側(cè)，采用全開挖形式，為鋼筋混凝土矩形池。池內(nèi)設(shè)導(dǎo)流墻，底部有1％的坡度坡向集泥井，滲濾液循環(huán)泵設(shè)于調(diào)節(jié)池的出水端。調(diào)節(jié)池平面尺寸為22m×11m，有效高度為2.9m，超高為0.6m。
4結(jié)語
滲濾液循環(huán)回噴作為一種投資省、操作簡(jiǎn)單并能加速填埋場(chǎng)穩(wěn)定化過程以及減少滲濾液產(chǎn)量的污染控制技術(shù)，近年來在國外許多填埋場(chǎng)進(jìn)行了工程應(yīng)用。目前，我國這方面的工程應(yīng)用才剛剛起步，有關(guān)滲濾液循環(huán)回噴處理的回噴方式、水力負(fù)荷、回噴次數(shù)、減量化效果等相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還不多。
筆者在馬爾康縣生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用水量平衡進(jìn)行了滲濾液產(chǎn)量計(jì)算，結(jié)合填埋場(chǎng)防滲和封場(chǎng)設(shè)計(jì)，采用滲濾液循環(huán)回噴技術(shù)控制滲濾液的污染，在填埋操作區(qū)進(jìn)行表面回噴，當(dāng)回噴負(fù)荷為水面蒸發(fā)量的80％、回噴次數(shù)為2次/d時(shí)，場(chǎng)地表面蒸發(fā)量為水面蒸發(fā)量的73％，可實(shí)現(xiàn)填埋場(chǎng)運(yùn)營期滲濾液不外排。工程最終封場(chǎng)后，可采用罐車（5t罐車約10d拉1次）將多余滲濾液運(yùn)至城市污水處理廠處理。該工程可為我國生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液循環(huán)回噴處理設(shè)計(jì)提供借鑒。
參考文獻(xiàn)：略