马尔康县生活垃圾填埋场渗滤液回喷处理设计

1工程概况
马尔康县位于四川西北高原、阿坝藏族羌族自治州中部，境内最低海拔为2180m，最高海拔为5301m。马尔康县气候属高原大陆季风气候，具有明显的山地气候特点，干湿季节分明，四季不分明，终年日照充沛，昼夜温差大，气候干燥，多年平均降雨量为786.4mm，最大降雨量为1057mm，最小降雨量为636mm，最大24h降雨量为53.5mm，多年平均蒸发量为1536.4mm，常年5月—9月为雨季，年平均气温为8.6℃，最高气温为34.8℃，最低气温为-17.5℃，平均相对湿度为61％，无霜期为125d。马尔康县城是阿坝藏族羌族自治州政府所在地，地处景色秀丽的梭磨河峡谷。2004年马尔康县城居民区人口为2.35万人，日产垃圾约27t/d。规划至2015年居民区人口约为2.92万人，预测日产垃圾约33t/d。考虑到垃圾的收运率，马尔康县生活垃圾卫生填埋场设计平均处理量为24t/d，服务年限为11年，设计总库容为10.6×104m3，工程总占地为2.73hm2（含进场道路），其中填埋区占地为1.1hm2，分4区填埋，面积分别为3400、2900、2700和2100m2。垃圾坝标高为2540m。
2渗滤液污染控制技术及选择
目前国内外渗滤液污染控制方案主要有[1～3]：就地处理达标排放；直接或经预处理后排至城市污水处理厂与城市污水合并处理；渗滤液循环回喷处理。该工程渗滤液排放的受纳水体为Ⅲ类水域，单独处理需达一级排放标准，由于填埋场规模较小，渗滤液产量少，采用单独处理不经济，其建设和运行费用均较高，因此不宜采用此方案。
有研究表明[1]，当渗滤液产生量小于城市污水总量的0.5％、COD<10g/L、污水处理厂负荷增加控制在10％以下时，垃圾渗滤液可以直接与城市污水合并处理。马尔康城市污水处理厂近期规模为5000m3/d，而垃圾渗滤液量约为10～20m3/d，满足直接排入污水处理厂合并处理的条件，但渗滤液排至城市污水处理厂需敷设约15km的排水管道，此外填埋场标高比污水处理厂标高约低400m，需采用多级提升泵，其建设和运行费用较高且渗滤液长距离压力输送也存在一定的安全隐患，因此不宜采用此方案。
渗滤液循环回喷处理是一种既经济又有效的方法，它是将未经任何处理的渗滤液直接回灌、喷洒到填埋场，利用垃圾层和覆盖土壤层的净化作用来处理填埋场的渗滤液。大量试验表明[4、5]，渗滤液回灌处理是一种较为有效的处理方法。首先，渗滤液的回灌处理可提高垃圾的湿度，增强垃圾中微生物的活性，提高产甲烷速率和加速有机物的分解，从而促进垃圾填埋场的稳定；其次，渗滤液回灌可依靠表面蒸发和生物降解来降低渗滤液的污染浓度，减少渗滤液的产量，对水质、水量起稳定化作用，减少了处理设施的冲击负荷。此外，渗滤液回灌投资省、运行费用低、操作简单，并能克服重金属等污染物的扩散。
马尔康地处四川西北部高原山区，其蒸发量远大于降雨量，采用滤液循环回喷处理可以实现渗滤液不外排。
3工程设计
3.1渗滤液产量
3.1.1计算方法
目前，渗滤液产量计算方法主要有水量平衡法、经验公式法和水文模型（Hydrologic Evaluation of Landfill Performance）等。经验公式法将影响渗滤液产生的诸多因素（如蒸发量）用经验系数（即渗出系数）表示，它忽略了垃圾初始含水率和垃圾降解产生的水量，对降水量较大、蒸发量相对较小的地区适应性较好，而对于降水量较小、蒸发量大的地区，目前尚缺乏合理选择填埋场渗出系数的依据。水文评价模型-HELP模型是美国填埋场普遍采用的用于研究渗滤液产量以及污染物迁移的模拟模型[6、7]，应用该模型时需要比较详细的气象资料和土壤数据，在国内难于应用。水量平衡法考虑了影响渗滤液产量的各种因素，从理论上能很好地预测渗滤液产量。该工程即采用该法计算渗滤液产量，目前这方面的工程应用还未见报道。
对于一个填埋区外围设有截洪沟、底部设有防渗层的填埋场，填埋操作区和封场覆盖区的渗滤液水量可分别通过以下公式计算[8]：
L=P+M+S-E-Fc（1）
L=P-E-R-ΔS-（Fc-M）（2）
式中L——渗滤液产量，m3/a
P——降水量，m3/a
M——垃圾初始含水量，m3/a
S——有机物分解产生的水分，m3/a
E——填埋区蒸腾散发作用而损失的水分，m3/a

R——地表流失的水量，m3/a
Fc——垃圾持水量，m3/a
ΔS——覆盖土存蓄的水量，ΔS=持水率-凋蔫湿度，m3/a
3.1.2参数确定
①降水量：马尔康县多年平均降雨量为786.4mm，最大月降雨量为155mm。
②蒸腾散发量：填埋区蒸发量、覆盖土蒸腾量与环境温度、湿度、风速、蒸发面积、大气压以及垃圾与覆盖土性质有关，同时还受回喷方式、回喷负荷、回喷次数的影响。根据现场模拟试验得出的结果，当回喷负荷为水面蒸发量的80％、回喷次数为2次/d时，场地表面蒸发量为水面蒸发量的73％。
③垃圾初始含水量：马尔康城市生活垃圾初始含水率为30％。
④垃圾分解产生水分：有研究表明[8]，垃圾分解产生的渗滤液仅占垃圾体质量的4％；美国加州某填埋场因分解作用产生的渗滤液是4.17cm/m，约占垃圾体质量的4.6％～5.2％（垃圾压实密度为0.8～0.9t/m3）。据此，该工程确定有机垃圾分解产生的水分占垃圾体质量的5％。
⑤垃圾持水率：城市生活垃圾的持水率随外加压力的大小和有机物分解程度而变。有资料表明[8]，来自居民区和商业区未压实混合垃圾持水率为50％～60％（体积比），在城市生活垃圾卫生填埋场，城市生活垃圾持水率约为29.2％，换算成质量比约为33.3％～37.5％。对马尔康城市生活垃圾持水率的试验研究表明，垃圾持水率为45％～60％（质量比），考虑到随着有机物的分解，垃圾的持水率会有所降低，故确定垃圾持水率约为40％。
⑥地表流失量：地表水流失量与覆盖土性质、表面坡度、覆盖材料的防渗性能等因素有关。该工程顶部覆盖低透水性材料GCL膜。有资料表明[8]，采用此种材料覆盖的填埋场，其渗滤液产量仅为60L/（hm2•d），约为运行期的1.8％。由此确定在封场覆盖区，地表水径流量系数为0.98。
⑦覆盖土存蓄水量：覆盖土存蓄的水量与覆盖土类型、压实状态和覆盖土层厚度等因素有关。有资料表明[8]，土壤的存蓄水量约为土壤体积的3％～13％。该工程顶部封场覆盖土为营养土，厚度为0.5m，取土壤存蓄的水量占土壤体积的8％。
3.1.3渗滤液产量
由于降雨时水面蒸发量很小，此外采用渗滤液循环回喷处理时蒸腾散发作用是渗滤液减量化处理的唯一途径，因此在计算渗滤液产量时将不考虑蒸发量，而将全年的蒸发量当成渗滤液处理量，用以平衡全年渗滤液产生量来计算调节池容积。另外通常认为，封场覆盖区填埋废物以及覆盖土的贮水能力不变。由此，计算渗滤液产量时可将式（1）、（2）分别简化为：
L=P+M+S-Fc（3）
L=P-R（4）
根据填埋操作计划，计算出不同操作情况下的渗滤液产量（见表1）。从计算结果来看，最大平均渗滤液产量和最大渗滤液产量出现在2550m标高以下已封场、2区开始作业的情况，此时最大平均渗滤液产量和最大渗滤液产量分别是9.0和24.4m3/d。
表1渗滤液产量计算结果

3.2渗滤液水质
参考国内现有城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液水质，确定了该工程的渗滤液水质（见表2）。
表2渗滤液水质

3.3工艺流程及设计参数
渗滤液循环回喷处理工艺流程如图1所示。

图1渗滤液循环回喷处理工艺流程
渗滤液循环回喷处理工艺设计参数及运行操作方式见表3。
表3工艺参数及操作运行方式

3.4调节池容积
按照《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》，渗滤液调节池容积应不小于每个月渗滤液产量扣除当月的处理量后剩下的最大累积余量。根据填埋操作计划，最不利容积出现在2580m标高以下已封场、4区开始作业时的情况，此时操作区汇水面积为3700m2，封场区汇水面积为7400m2，渗滤液回喷区面积为2850m2，计算得到调节池的最小容积为628m3（见表4）。考虑预留一定的富余容积，确定调节池的设计容积为700m3。
表4调节池容积计算结果

①集水井
集水井位于垃圾坝下游，为钢筋混凝土圆形池，有效容积为10.6m3，可满足1台提升泵的30min出水量。集水井直径为3.0m，有效高度为2.0m，超高为0.5m。
②调节池
调节池有效容积为700m3，位于填埋场的东侧，采用全开挖形式，为钢筋混凝土矩形池。池内设导流墙，底部有1％的坡度坡向集泥井，渗滤液循环泵设于调节池的出水端。调节池平面尺寸为22m×11m，有效高度为2.9m，超高为0.6m。
4结语
渗滤液循环回喷作为一种投资省、操作简单并能加速填埋场稳定化过程以及减少渗滤液产量的污染控制技术，近年来在国外许多填埋场进行了工程应用。目前，我国这方面的工程应用才刚刚起步，有关渗滤液循环回喷处理的回喷方式、水力负荷、回喷次数、减量化效果等相关参数的设计经验还不多。
笔者在马尔康县生活垃圾卫生填埋场的设计中，应用水量平衡进行了渗滤液产量计算，结合填埋场防渗和封场设计，采用渗滤液循环回喷技术控制渗滤液的污染，在填埋操作区进行表面回喷，当回喷负荷为水面蒸发量的80％、回喷次数为2次/d时，场地表面蒸发量为水面蒸发量的73％，可实现填埋场运营期渗滤液不外排。工程最终封场后，可采用罐车（5t罐车约10d拉1次）将多余渗滤液运至城市污水处理厂处理。该工程可为我国生活垃圾填埋场渗滤液循环回喷处理设计提供借鉴。
参考文献：略