馬爾康縣生活垃圾填埋場滲濾液回噴處理設計

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，境內最低海拔為2180m，最高海拔為5301m。馬爾康縣氣候屬高原大陸季風氣候，具有明顯的山地氣候特點，干濕季節分明，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人口為2.35萬人，日產垃圾約27t/d。規劃至2015年居民區人口約為2.92萬人，預測日產垃圾約33t/d。考慮到垃圾的收運率，馬爾康縣生活垃圾衛生填埋場設計平均處理量為24t/d，服務年限為11年，設計總庫容為10.6×104m3，工程總占地為2.73hm2（含進場道路），其中填埋區占地為1.1hm2，分4區填埋，面積分別為3400、2900、2700和2100m2。垃圾壩標高為2540m。
2滲濾液污染控制技術及選擇
目前國內外滲濾液污染控制方案主要有[1～3]：就地處理達標排放；直接或經預處理后排至城市污水處理廠與城市污水合并處理；滲濾液循環回噴處理。該工程滲濾液排放的受納水體為Ⅲ類水域，單獨處理需達一級排放標準，由于填埋場規模較小，滲濾液產量少，采用單獨處理不經濟，其建設和運行費用均較高，因此不宜采用此方案。
有研究表明[1]，當滲濾液產生量小于城市污水總量的0.5％、COD<10g/L、污水處理廠負荷增加控制在10％以下時，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約15km的排水管道，此外填埋場標高比污水處理廠標高約低400m，需采用多級提升泵，其建設和運行費用較高且滲濾液長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。
滲濾液循環回噴處理是一種既經濟又有效的方法，它是將未經任何處理的滲濾液直接回灌、噴灑到填埋場，利用垃圾層和覆蓋土壤層的凈化作用來處理填埋場的滲濾液。大量試驗表明[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，增強垃圾中微生物的活性，提高產甲烷速率和加速有機物的分解，從而促進垃圾填埋場的穩定；其次，滲濾液回灌可依靠表面蒸發和生物降解來降低滲濾液的污染濃度，減少滲濾液的產量，對水質、水量起穩定化作用，減少了處理設施的沖擊負荷。此外，滲濾液回灌投資省、運行費用低、操作簡單，并能克服重金屬等污染物的擴散。
馬爾康地處四川西北部高原山區，其蒸發量遠大于降雨量，采用濾液循環回噴處理可以實現滲濾液不外排。
3工程設計
3.1滲濾液產量
3.1.1計算方法
目前，滲濾液產量計算方法主要有水量平衡法、經驗公式法和水文模型（Hydrologic Evaluation of Landfill Performance）等。經驗公式法將影響滲濾液產生的諸多因素（如蒸發量）用經驗系數（即滲出系數）表示，它忽略了垃圾初始含水率和垃圾降解產生的水量，對降水量較大、蒸發量相對較小的地區適應性較好，而對于降水量較小、蒸發量大的地區，目前尚缺乏合理選擇填埋場滲出系數的依據。水文評價模型-HELP模型是美國填埋場普遍采用的用于研究滲濾液產量以及污染物遷移的模擬模型[6、7]，應用該模型時需要比較詳細的氣象資料和土壤數據，在國內難于應用。水量平衡法考慮了影響滲濾液產量的各種因素，從理論上能很好地預測滲濾液產量。該工程即采用該法計算滲濾液產量，目前這方面的工程應用還未見報道。
對于一個填埋區外圍設有截洪溝、底部設有防滲層的填埋場，填埋操作區和封場覆蓋區的滲濾液水量可分別通過以下公式計算[8]：
L=P+M+S-E-Fc（1）
L=P-E-R-ΔS-（Fc-M）（2）
式中L——滲濾液產量，m3/a
P——降水量，m3/a
M——垃圾初始含水量，m3/a
S——有機物分解產生的水分，m3/a
E——填埋區蒸騰散發作用而損失的水分，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蒸騰散發量：填埋區蒸發量、覆蓋土蒸騰量與環境溫度、濕度、風速、蒸發面積、大氣壓以及垃圾與覆蓋土性質有關，同時還受回噴方式、回噴負荷、回噴次數的影響。根據現場模擬試驗得出的結果，當回噴負荷為水面蒸發量的80％、回噴次數為2次/d時，場地表面蒸發量為水面蒸發量的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垃圾分解產生水分：有研究表明[8]，垃圾分解產生的滲濾液僅占垃圾體質量的4％；美國加州某填埋場因分解作用產生的滲濾液是4.17cm/m，約占垃圾體質量的4.6％～5.2％（垃圾壓實密度為0.8～0.9t/m3）。據此，該工程確定有機垃圾分解產生的水分占垃圾體質量的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物分解程度而變。有資料表明[8]，來自居民區和商業區未壓實混合垃圾持水率為50％～60％（體積比），在城市生活垃圾衛生填埋場，城市生活垃圾持水率約為29.2％，換算成質量比約為33.3％～37.5％。對馬爾康城市生活垃圾持水率的試驗研究表明，垃圾持水率為45％～60％（質量比），考慮到隨著有機物的分解，垃圾的持水率會有所降低，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、表面坡度、覆蓋材料的防滲性能等因素有關。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，其滲濾液產量僅為60L/（hm2?d），約為運行期的1.8％。由此確定在封場覆蓋區，地表水徑流量系數為0.98。
⑦覆蓋土存蓄水量：覆蓋土存蓄的水量與覆蓋土類型、壓實狀態和覆蓋土層厚度等因素有關。有資料表明[8]，土壤的存蓄水量約為土壤體積的3％～13％。該工程頂部封場覆蓋土為營養土，厚度為0.5m，取土壤存蓄的水量占土壤體積的8％。
3.1.3滲濾液產量
由于降雨時水面蒸發量很小，此外采用滲濾液循環回噴處理時蒸騰散發作用是滲濾液減量化處理的唯一途徑，因此在計算滲濾液產量時將不考慮蒸發量，而將全年的蒸發量當成滲濾液處理量，用以平衡全年滲濾液產生量來計算調節池容積。另外通常認為，封場覆蓋區填埋廢物以及覆蓋土的貯水能力不變。由此，計算滲濾液產量時可將式（1）、（2）分別簡化為：
L=P+M+S-Fc（3）
L=P-R（4）
根據填埋操作計劃，計算出不同操作情況下的滲濾液產量（見表1）。從計算結果來看，最大平均滲濾液產量和最大滲濾液產量出現在2550m標高以下已封場、2區開始作業的情況，此時最大平均滲濾液產量和最大滲濾液產量分別是9.0和24.4m3/d。
表1滲濾液產量計算結果

3.2滲濾液水質
參考國內現有城市生活垃圾衛生填埋場滲濾液水質，確定了該工程的滲濾液水質（見表2）。
表2滲濾液水質

3.3工藝流程及設計參數
滲濾液循環回噴處理工藝流程如圖1所示。

圖1滲濾液循環回噴處理工藝流程
滲濾液循環回噴處理工藝設計參數及運行操作方式見表3。
表3工藝參數及操作運行方式

3.4調節池容積
按照《城市生活垃圾衛生填埋處理工程項目建設標準》，滲濾液調節池容積應不小于每個月滲濾液產量扣除當月的處理量后剩下的最大累積余量。根據填埋操作計劃，最不利容積出現在2580m標高以下已封場、4區開始作業時的情況，此時操作區匯水面積為3700m2，封場區匯水面積為7400m2，滲濾液回噴區面積為2850m2，計算得到調節池的最小容積為628m3（見表4）。考慮預留一定的富余容積，確定調節池的設計容積為700m3。
表4調節池容積計算結果

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調節池
調節池有效容積為700m3，位于填埋場的東側，采用全開挖形式，為鋼筋混凝土矩形池。池內設導流墻，底部有1％的坡度坡向集泥井，滲濾液循環泵設于調節池的出水端。調節池平面尺寸為22m×11m，有效高度為2.9m，超高為0.6m。
4結語
滲濾液循環回噴作為一種投資省、操作簡單并能加速填埋場穩定化過程以及減少滲濾液產量的污染控制技術，近年來在國外許多填埋場進行了工程應用。目前，我國這方面的工程應用才剛剛起步，有關滲濾液循環回噴處理的回噴方式、水力負荷、回噴次數、減量化效果等相關參數的設計經驗還不多。
筆者在馬爾康縣生活垃圾衛生填埋場的設計中，應用水量平衡進行了滲濾液產量計算，結合填埋場防滲和封場設計，采用滲濾液循環回噴技術控制滲濾液的污染，在填埋操作區進行表面回噴，當回噴負荷為水面蒸發量的80％、回噴次數為2次/d時，場地表面蒸發量為水面蒸發量的73％，可實現填埋場運營期滲濾液不外排。工程最終封場后，可采用罐車（5t罐車約10d拉1次）將多余滲濾液運至城市污水處理廠處理。該工程可為我國生活垃圾填埋場滲濾液循環回噴處理設計提供借鑒。
參考文獻：略