班戈县生活垃圾填埋场渗滤液回喷处理设计

工程概况
班戈县位于青藏高原北部，那曲地区西部，西藏最大的咸水湖——那木错湖部分位于班戈县境内，该县气候属高原亚寒带半干旱季风气候区，具体特点为：无绝对无霜期，年平均冰雹日数在30d以上，日照时数为2944.3h，平均气温在0℃以下，最高气温23.2℃，最低气温-31.4℃；年降水量为191.7～396.6mm，主要集中在6-9月份，占全年降水量的80%左右，年蒸发量为149818～2642.7mm，是降水量的7.0～7.5倍，年相对湿度为41%，年平均风速为4.6m/s，最大风速为3810m/s，最大冻土深度为2m。通过场址比选方案，考虑到工程风险、成库条件、覆土来源等因素，填埋场场址定于西藏班戈县北方，距离县城约5km处的一处牧羊地。班戈县2008年常住人口为5720人，服务区产垃圾量为7.2t/d，根据《班戈县县城总体规划》（2005年），规划至2010年县城常住人口将达到6222人，预测服务区产垃圾量为816t/d，至2027年人口将达到13859人，预测服务区产垃圾量为20.9t/d，考虑到垃圾的收运率，班戈县生活垃圾卫生填埋场日平均处理规模为15t/d，服务年限为18a（2010-2027年），设计使用库容为14.6万m3，工程占地面积为2.65万m2，填埋区占地面积为2.57万m2，以场外截洪沟和中间截洪沟最高点轴线将填埋场分成一区和二区分两区填埋，坝顶高程4776.00m，最大坝高5m，处理工艺为卫生填埋，防渗方式为HDPE膜单层防渗结构。
2渗滤液污染控制技术的选择
GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中规定2011年7月1日起，现有的全部生活垃圾填埋场应自行处理生活垃圾渗滤液并执行规定的水污染排放浓度限值。因此渗滤液污染控制方案主要有就地处理达标排放及渗滤液循环回喷处理[1-3]。由于班戈县境内有西藏最大咸水湖——纳木错湖，单独处理需达一级排放标准，且填埋场规模较小，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，因而，本工程采用渗滤液循环回喷处理技术来处理渗滤液是可行的。
20世纪70年代初[4]，Pohlang F.G.等在实验室内研究，发现将渗滤液循环回喷或回灌到填埋场一段时间后，其污染物浓度与不经过循环处理的渗滤液浓度相比较大程度地降低。渗滤液的回喷（灌）就是将未经处理的渗滤液直接喷洒或回灌至填埋场内填埋区域，利用填埋场自身形成的稳定系统使渗滤液中的有机成分经过垃圾层和覆土层而降解，同时渗滤液还因蒸发而减少。Robinson和Maris提出回喷或回灌渗滤液可加速填埋场中有机物的分解稳定，使原需15～20a的稳定过程缩短至2～3a，这样不仅可使渗滤液浓度降低，还可以减少要处理的渗滤液量。此后的大量研究表明，渗滤液循环处理技术比传统的填埋场渗滤液处理方法具有优越性。其原因在于，栖息于土壤中的微生物对渗滤液进行了降解转化作用。根据国外循环运行经验，渗滤液处理量可减少50%～70%，渗滤液的污染浓度将减少40%～50%。Carson[5]报道了目前在美国生物反应器填埋场的技术体系已初具规模，已有200多座垃圾填埋场采用了此技术。
渗滤液循环回喷（灌）的方式主要分为表层回喷和地下内层回灌[6]。两种方式性能比较见表1。
表1回喷（灌）方式性能比较表

班戈县蒸发量远大于降雨量，根据班戈县气象资料，多年平均蒸发量为1976.9mm。班戈县1986-2005年20a的逐月降雨量及蒸发量如表2。采用渗滤液循环回喷处理可以实现渗滤液不外排。根据渗滤液两种回喷（灌）方式性能的比较，以及当地的实际情况确定本设计采用表层回喷。
表2班戈县月降雨量及蒸发量

3渗滤液回喷系统设计
3.1渗滤液产生量参数确定
渗滤液的产量及其变化规律很复杂，主要取决于6个因素：降雨量、蒸发量、地表径流、地下渗透量、垃圾含水率、填埋作业状况。班戈县填埋场由于采取了HDPE膜防渗和修建地表截洪沟等措施，则地表径流和地下渗透量可得到处理，另根据当地现场勘查可知，该地垃圾主要为居民用牛粪取暖所产生，因此垃圾含水率极低，故场内渗滤液的产生量主要取决于降雨量和蒸发情况，以及填埋作业分区状况，因此影响本工程渗滤液产量的因素主要有以下几个[7]：

1）降水：降落在填埋场的雨雪量显著地影响渗滤液的量，降水量由当地气候条件决定。
2）蒸发量：保持在填埋场覆盖层或废物层上部的水分，会因蒸发和植物蒸腾作用不断进入大气，使渗滤液量减少。
3）填埋作业状况：本工程填埋采取分区作业方式。
3.2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。水文评价模型中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[8-9]，应用该模型时需要比较详细的气象资料和土壤数据，在国内难以应用。水量平衡法需考虑影响渗滤液产量的各种因素，但本项目在计算渗滤液产生量时只需考虑降雨量和蒸发量，故水量平衡法在此不可行。经验公式法的计算只需考虑降雨量和蒸发量以及合理选择填埋场渗出系数。
故本工程采用国内垃圾填埋场工程渗滤液的产生量计算常用公式对渗滤液产生量进行计算[7]：
Q=I×（A1×C1+A2×C2）/1000（1）
式中Q——渗滤液产出量，m3；
A1——填埋作业区集水面积，m2；
A2——中间封场区集水面积，m2；
C1——填埋作业区渗滤液渗出系数，（本工程取0.2）；
C2——中间封场区渗滤液渗出系数，（本工程取0.1）；
I——降雨量，mm。
3.3渗滤液产量
由于填埋库区面积较大，填埋作业时考虑分区填埋，尽可能的做到雨污分流，减少渗滤液产生量。本工程填埋作业高程超过中间截洪沟后，以场外截洪沟和中间截洪沟最高点为轴线将填埋库区分成两个填埋作业区，渗滤液产量按照分区后最不利的状况确定，本工程最不利状况为一区填埋结束进行中间封场后，二区填埋开始时，此时最大填埋区面积为9671.91m2，中间封场区面积为9440.35m2。
根据班戈县气象局提供的上述数据见表2，计算出每月渗滤液产量，见表3。
表3班戈县垃圾填埋场渗滤液产生量计算表

由表3可知，由于班戈县降雨量月分布极不均匀，渗滤液主要集中在6-9月产生。渗滤液产生总量为935.2m3。
3.4回喷处理量确定
渗滤液回喷有利于填埋垃圾和渗滤液本身的降解，而关于渗滤液回灌喷洒流量如何，目前尚无具体规定。从实施回喷的目的来看，渗滤液的回喷流量至少应满足以下要求：渗滤液回喷至垃圾堆体表面以后，在从回喷点流向垃圾堆体坡脚的这一段时间中，所回喷的渗滤液量不应大于在回喷覆盖面上渗滤液的下渗量和该面积上的蒸发量的总和，否则，多余的渗滤液将停留在垃圾堆体表面形成水洼。垃圾的渗透系数一般为（10.2～10.4）×10-4cm/s，在其他条件相同时，其下渗量变化幅度太大，无法采用。参照其它类似工程经验，渗滤液回喷蒸发处理规模定为3m3/d，即每月处理量为90m3。
3.5回喷系统设计
回喷（回灌）方式采用主管绕填埋区铺设，支管水平布置，旋转喷头喷洒方式。渗滤液喷洒支管上安装截止阀，采用就地控制方式。
回喷（回灌）的主要设备为：单级单吸离心泵：Q=7m3/s，H=34m，P=2.2kW，2台（1用1备）。调节池中的渗滤液经提升泵，通过一根DN150的UPVC管被送至填埋场内。对应于不同标高在循环钢管设置排水阀，以便于在填埋到不同高度和填埋到填埋场不同位置时，接上软管，将渗滤液回流至在已压实覆土的垃圾表面，再及时覆土、压实。在风速较小的条件下，可接上喷管进行喷洒，则更有利于渗滤液的减量。一部分渗滤液因循环蒸发而减量，而未蒸发部分则渗入垃圾层，经垃圾中丰富的微生物作用而得到降解，同时渗滤液中的菌群也促进了垃圾的降解。
3.6调节池容积
按照渗滤液处理考虑将雨季处理不完的渗滤液利用调节池储存至旱季处理的原则。利用表3计算出的渗滤液产生量和上节所确定的回喷量来计算调节池容量见表4。
表4班戈县垃圾填埋场调节余量计算表

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。由表4可知，6，7，8，9四个月产生量都超过当月的处理量，累计需要调节量为432.1m3，亦即渗滤液调节量为432.1m3，这一部分渗滤液必须进行储存、处理，可以采取建调节池储水的方式来容纳，考虑一定的富余量，则最终确定需要调节容量为450m3。对于这一部分渗滤液，具体操作为把雨季不能处理的渗滤液量用调节池储存调节后分配到可回喷期（6-9月的非降雨期）进行处理，根据当地气象资料考虑可回喷期为100d，则分配到可回喷期（非降雨期）进行处理的量为4.32m3/d。根据班戈县气象资料显示，本工程全年的计算蒸发量为1976.9m3，为降雨量的6.08倍，故在有足够的调节量及完善的回喷系统基础上可实现渗滤液零排放，不必另设专门的渗滤液处理设施。

3.7渗滤液处置构筑物设计
渗滤液总调节量为432.1m3，修建一座450m3的调节池。调节池尺寸为W×L×H=100m×15m×3.5m。
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设计经验还不多。在班戈县生活垃圾卫生填埋场的设计中应用经验公式进行了渗滤液产量计算。根据班戈县蒸发量大雨降雨量的特点，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，可实现填埋场运营期渗滤液零排放。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