劍川縣垃圾填埋場滲濾液處理站處理規(guī)模計算方法分析

張 俊，邵 翎，侯 娟

(1.云南省環(huán)境科學研究院，云南昆明650034;2.云南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳工程造價審查辦公室，云南昆明65000)

處理規(guī)模的確定是垃圾滲濾液處理站建設(shè)工程設(shè)計中需注意的關(guān)鍵問題之一。由于垃圾滲濾液進水指標和水質(zhì)排放指標要求較高，處理難度較大，導(dǎo)致單位建設(shè)投資和單位處理費用較一般城市污水處理廠高。滲濾液處理站處理規(guī)模過小，會導(dǎo)致滲濾液外溢污染下游水環(huán)境，造成重大環(huán)境污染事故;處理規(guī)模過大，則導(dǎo)致建設(shè)投資較高，設(shè)備閑置，運行管理費用增加，進而成為當?shù)卣呢斦摀Ｒ虼?，為了平衡建設(shè)投資和運行管理經(jīng)濟性與環(huán)境保護要求之間的關(guān)系，應(yīng)選擇正確的計算方法以確定合理的滲濾液處理站規(guī)模。

本研究主要以垃圾填埋場過程及外部影響因素的確定為研究對象，以入滲系數(shù)法為基礎(chǔ)，通過對作業(yè)填埋區(qū)、臨時封場區(qū)、最終封場區(qū)、調(diào)節(jié)池產(chǎn)生的滲濾液和其它污水分別建立預(yù)測公式并逐年計算生活垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量，綜合確定滲濾液處理規(guī)模。同時結(jié)合原有滲濾液調(diào)節(jié)設(shè)施，采用水量平衡方法校核處理規(guī)模的合理性。在這里選擇劍川縣垃圾填埋場滲濾液處理站建設(shè)工程作為案例，對垃圾滲濾液產(chǎn)生量的計算方法和處理規(guī)模確定的合理性進行分析和研究。

1 填埋場基本情況

1.1 處理場使用年限情況

根據(jù)《劍川縣城市生活垃圾處理工程初步設(shè)計》，一期填埋庫容為42.5萬 m3，使用年限為2007～2021年，共15a。

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查和劍川縣住建局提供的數(shù)據(jù)資料，劍川縣垃圾填埋場的實際投入運行時間為2011年3月，因此滲濾液設(shè)計服務(wù)時間調(diào)整為2011～2021年，共11a。

1.2 垃圾處理量

運行年限內(nèi)垃圾處理量見表1。

表1 運行年限內(nèi)垃圾處理量表 (t/d)

1.3 填埋場分區(qū)情況

根據(jù)劍川縣生活垃圾填埋場庫區(qū)設(shè)計資料，填埋場分為1#、2#、3#、4#四個填埋區(qū)。填埋場分區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表2。

2 滲濾液來源分析

考慮到垃圾的特性和滲濾液產(chǎn)生的主要影響因素，劍川縣生活垃圾填埋場滲濾液的來源歸納為以下六個方面:

表2 填埋場分區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

(1)正在作業(yè)填埋區(qū)垃圾壓實過程中自身產(chǎn)生的滲濾液;

(2)正在作業(yè)填埋區(qū)雨水滲入產(chǎn)生的滲濾液;

(3)臨時封場填埋區(qū)垃圾自身分解產(chǎn)生的滲濾液;

(4)臨時封場填埋區(qū)雨水滲入產(chǎn)生的滲濾液;

(5)最終封場填埋區(qū)垃圾自身分解產(chǎn)生的滲濾液;

(6)調(diào)節(jié)池未加蓋，接納的雨水;

(7)其它污水。

3 滲濾液進水水量計算方法

3.1 滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測計算公式

(1)正在作業(yè)填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量

式中:Qj—正在作業(yè)時，垃圾堆體產(chǎn)生的滲濾液(m3/d);

Ij—日平均降水量 (mm/d);

C1—正在作業(yè)填埋場區(qū)的雨水入滲系數(shù)，取0.6;

A1—正在填埋作業(yè)的面積 (m2);

Qz1—正在作業(yè)的填埋區(qū)垃圾壓實過程中自身產(chǎn)生的滲濾液 (m3/d)。

式中:Is—原生垃圾的含水率 (%);

It—垃圾堆體臨時封場前垃圾最初的持水率(%);

G－垃圾的處理規(guī)模 (t/d)。

(2)臨時封場填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量

式中:Qk—臨時封場填埋區(qū)垃圾堆體產(chǎn)生的滲濾液 (m3/d);

C2—臨時封場填埋區(qū)的雨水入滲系數(shù)，取0.5;

A2—臨時封場填埋區(qū)受納降水的面積 (m2);

Qz2—臨時封場的填埋區(qū)垃圾自身分解產(chǎn)生的滲濾液 (m3/d)。

△Mi—臨時封場后，垃圾填埋堆體滲濾液逐年產(chǎn)生的百分數(shù) (%)。

(3)最終封場填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量

式中:Qm—最終封場填埋區(qū)垃圾自身分解產(chǎn)生的滲濾液 (m3/d);

C3—最終封場填埋區(qū)的雨水入滲系數(shù)，取0.1;

A3—最終封場填埋區(qū)受納降水的面積 (m2);

Qz3—最終封場填埋區(qū)垃圾自身分解產(chǎn)生的滲濾液 (m3/d)。

(4)未加蓋調(diào)節(jié)池接納的降水量

式中:Qn—未加蓋調(diào)節(jié)池接納的降水量 (m3/d);

C4—雨水入滲系數(shù)，取1.0;

A4—調(diào)節(jié)池受納降水的面積 (m2);

Ip—日平均蒸發(fā)量 (mm/d)。

(5)其它污水

式中:Qr—其它污水 (m3/d);

Q1—填埋區(qū)生活污水 (m3/d);

Q2—填埋區(qū)生產(chǎn)廢水 (m3/d);

Q3—滲濾液處理工藝中產(chǎn)生的進入調(diào)節(jié)池的污水 (m3/d)。

3.2 滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3.2.1 填埋場作業(yè)順序、高程及不同高程面匯水面積 (表3)。

3.2.2 垃圾主要特性指標及影響滲濾液產(chǎn)生量計算方法

(1)劍川原生垃圾的含水率 (Is)

根據(jù)《劍川縣城市生活垃圾處理工程初步設(shè)計》中“劍川縣城垃圾成分表”，2010年檢測原生垃圾的含水率在38.5左右，結(jié)合劍川經(jīng)濟發(fā)展和生活水平，綜合確定劍川原生垃圾的含水率 Is=38.5%。

(2)劍川垃圾堆體臨時封場前垃圾最初的持水率(It)

根據(jù)劍川垃圾填埋場進行過程覆土即臨時封場的作業(yè)工序和時間，參考《中國城市統(tǒng)計年鑒》2008年及2009年中對云南省垃圾處理情況的相關(guān)資料，結(jié)合云南省在運行的其它垃圾填埋場中臨時封場后垃圾的持水率的情況，綜合確定劍川垃圾填埋場臨時封場后最初的持水率It=23.6%。

(3)劍川垃圾填埋場臨時封場至最終封場垃圾堆體內(nèi)持水率變化規(guī)律及最終封場后垃圾堆體內(nèi)垃圾持水率的變化規(guī)律

表3 填埋作業(yè)順序、高程及不同高程匯水面積表

對國內(nèi)衛(wèi)生填埋場封場滲濾液的產(chǎn)生量的研究表明［2］，填埋場臨時封場至最終封場垃圾堆體內(nèi)持水率變化規(guī)律和最終封場后垃圾堆體內(nèi)垃圾持水率的變化規(guī)律如下:

①垃圾堆體臨時封場和最終封場后8a垃圾滲濾液的產(chǎn)生量趨于穩(wěn)定;

②滲濾液的產(chǎn)生量按照持水率的一定比例逐年降低;

③垃圾滲濾液出水穩(wěn)定后5a產(chǎn)生的滲濾液可不考慮。

因此，劍川填埋場臨時封場至最終封場垃圾堆體內(nèi)滲濾液產(chǎn)生量和最終封場后垃圾堆體內(nèi)滲濾液的產(chǎn)生量按照持水率的15%、13%、11%、……1%逐年遞減計算。

3.2.3 降雨量及蒸發(fā)量

(1)降雨量

劍川1990～2010年平均降雨量749.2mm，折算日降雨量為Ij=2.053mm/d。

(2)蒸發(fā)量

劍川1990～2010年平均蒸發(fā)量為2182.9mm，折算日蒸發(fā)量為Ip=5.981mm/d。

3.2.4 調(diào)節(jié)池的受水面積

調(diào)節(jié)池的受水面積為3600m2。

3.2.5 填埋場內(nèi)其它污水

填埋場內(nèi)其它污水包括生活污水、生產(chǎn)廢水及滲濾液處理系統(tǒng)深度處理工段產(chǎn)生的濃縮液經(jīng)適當?shù)奶幚砗蠡亓髦琳{(diào)節(jié)池的污水。

(1)生活用水量

綜合生活用水量按0.25m3/人·班計算，定員按3人，生活日用水量為0.8m3/d。

(2)生產(chǎn)用水

生產(chǎn)用水主要為處理車間地面沖洗、生產(chǎn)沖洗水約2.0 m3/d。該部分水在滲濾液處理站投產(chǎn)運行后才產(chǎn)生。

(3)未預(yù)見水量

按每天用水量0.8m3/d計。

(4)滲濾液處理站回灌水

滲濾液處理站產(chǎn)生回灌水15 m3/d，含水率為80%，實際可產(chǎn)生滲濾液為12 m3/d。

(5)總用水量

根據(jù)以上計算，本工程總?cè)沼盟亢湍暧盟吭O(shè)計分為兩個時期:即滲濾液處理站建設(shè)前期、滲濾液處理站建設(shè)后期。計算總滲濾液產(chǎn)生量時，2011～2012年，按照13.6m3/d計算;2013～2022按照15.6m3/d計算。

3.3 垃圾滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測

3.3.1 填埋分區(qū)內(nèi)垃圾滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測

(1)1#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測見表4。

(2)2#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測見表5。

(3)3#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測見表6。

(4)4#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測見表7。

(5)調(diào)節(jié)池接納降水量預(yù)測見表8。

(6)滲濾液產(chǎn)生總量預(yù)測見表9。

3.3.2 垃圾滲濾液總產(chǎn)生量預(yù)測曲線 (圖1)

3.3.3 滲濾液產(chǎn)量預(yù)測曲線分析

表4 1#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測表 (m3/d)

表5 2#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測表 (m3/d)

表6 3#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測表 (m3/d)

表7 4#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測表 (m3/d)

表8 調(diào)節(jié)池接納降雨量預(yù)測表

(1)預(yù)測滲濾液產(chǎn)生量逐漸增加及運行期峰值出現(xiàn)的原因

根據(jù)圖1，2011～2022年預(yù)測垃圾滲濾液整體呈增加趨勢，2020年出現(xiàn)峰值，產(chǎn)生的原因:

①垃圾滲濾液的主要來源為降水。隨垃圾填埋場填埋高度的不斷增加，其匯水面積逐漸增加，導(dǎo)致垃圾滲濾液的產(chǎn)生量整體呈增加趨勢。

②2020年滲濾液預(yù)測產(chǎn)生量出現(xiàn)高峰值，是因為3#填埋區(qū)臨時封場，4#填埋區(qū)開始填筑，增大了匯水面積，引起滲濾液的產(chǎn)生量增大，引起預(yù)測的滲濾液產(chǎn)生量2018～2020年快速上升。

(2)減小滲濾液產(chǎn)生較大波動頻率及減弱峰值的措施

①在作業(yè)過程中，垃圾作業(yè)面應(yīng)及時覆土，避免大量的雨水進入垃圾堆體;

②加強庫區(qū)的清污分流，讓未與垃圾接觸的降水不進入調(diào)節(jié)池;

③在作業(yè)的過程中，對已填筑的填埋區(qū)垃圾采用薄膜覆蓋等措施，減少垃圾堆體面接納降水的面積;

④在填埋區(qū)作業(yè)的銜接年份，做好作業(yè)面流程的銜接工作，保證填埋作業(yè)通暢、順利及正常運行，采取積極的措施，減小降水進入垃圾堆體和填埋作業(yè)區(qū)的影響;

⑤在作業(yè)過程中，注意維護不同高程臨時截洪溝和填埋場永久截洪溝，使其及時、通暢導(dǎo)流降水。

表9 垃圾滲濾液總量預(yù)測表(m3/d)

表10 多年平均降雨量情況下水量平衡表 (m3)

表11 20年一遇最大降雨量情況下60 m3/d的水量平衡表 (m3)

⑥充分利用調(diào)節(jié)池的調(diào)蓄容積，對峰值年份的滲濾液進行調(diào)節(jié)，保證滲濾液處理設(shè)施的正常運行。

3.4 滲濾液處理規(guī)模確定

根據(jù)對圖1的分析，并充分考慮到影響滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測不利因素的影響，對逐年垃圾滲濾液產(chǎn)生量進行加權(quán)平均后，綜合確定劍川縣生活垃圾填埋場垃圾滲濾液處理站設(shè)計規(guī)模為60m3/d(2012～2021年)。

4 滲濾液調(diào)節(jié)池對規(guī)模的校核

現(xiàn)狀垃圾填埋場已建有1座5400m3滲濾液調(diào)節(jié)池，在計算滲濾液處理站處理規(guī)模時應(yīng)充分考慮調(diào)節(jié)池的調(diào)蓄作用。在這里結(jié)合現(xiàn)有滲濾液調(diào)節(jié)設(shè)施進行水量平衡校核計算。

根據(jù)以上各填埋區(qū)域的劃分，選擇滲濾液產(chǎn)生量和垃圾填埋匯水面積最大的2019年作為計算年，計算多年月均滲濾液產(chǎn)生量、滲濾液處理規(guī)模和調(diào)節(jié)池的水量關(guān)系，校核處理規(guī)模，詳見表10。

由表10可知，在多年平均降雨量情況下按日均處理規(guī)模60m3/d計，6～11月有滲濾液剩余，最大剩余量為4396.14m3。其余月份無剩余量。滲濾液處理站處理規(guī)模與調(diào)節(jié)池的容積是匹配的。

考慮到云南省多年平均與20年一遇降雨區(qū)別較大的特點，在這里進一步選擇20年一遇最大降雨量產(chǎn)生的滲濾液，對劍川滲濾液處理規(guī)模進行校核。校核結(jié)果見表11。

通過20年一遇最大降雨量對劍川滲濾液產(chǎn)生量進行校核，校結(jié)果表明在9月份時，仍會有1191 m3的滲濾液外溢風險，但總體余量不大，可通過以下兩種方式加以解決:

(1)調(diào)節(jié)池安全水深為3m時，容積為5400 m3，當調(diào)節(jié)池滿水臨界水深為4m時，容積可增加至6400m3，容積可滿足20年一遇降雨年最大月的滲濾液調(diào)蓄，不會發(fā)生滲濾液外溢。

(2)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，垃圾填埋場現(xiàn)已建成一座回噴泵站，環(huán)場鋪設(shè)有回噴管道，泵站內(nèi)配備有2臺IHG65－40－200型單吸離心泵 (1用1備)，流量Q=25m3/h，考慮在超過20年一遇降雨年的極端降雨時，利用回噴泵站對多余滲濾液進行輔助回噴減量，充分利用庫區(qū)進行中轉(zhuǎn)調(diào)蓄和蒸發(fā)減量，不會發(fā)生滲濾液外溢。

綜上，在結(jié)合回噴輔助設(shè)施減量控制的情況下，滲濾液處理站規(guī)模和現(xiàn)有滲濾液調(diào)節(jié)設(shè)施是匹配的，即60m3/d滲濾液處理站規(guī)?？梢詽M足大多數(shù)降雨條件下產(chǎn)生的滲濾液量，處理規(guī)模合理。

5 結(jié)論

(1)影響生活垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量的因素較多，需對不同的影響因素進行綜合分析，確定最佳的計算參數(shù)和方法;

(2)考慮劍川縣多年平均與極端降雨年的降雨差別，應(yīng)對多種降雨情況進行水量平衡分析，確保滲濾液處理規(guī)模滿足大多數(shù)降雨條件下產(chǎn)生的滲濾液量;

(3)考慮劍川縣多年平均和極端降雨年的蒸發(fā)量都大于降雨量，調(diào)節(jié)池的受水量與蒸發(fā)量的差值為負值的情況，調(diào)節(jié)池不需要進行加蓋處理;

(4)在對已建生活垃圾填埋場進行滲濾液處理規(guī)模計算時，應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)有滲濾液調(diào)節(jié)設(shè)施進行水量平衡計算，校核處理規(guī)模，避免規(guī)模過大導(dǎo)致原有調(diào)節(jié)池空置或規(guī)模過小導(dǎo)致調(diào)節(jié)池滲濾液外溢的現(xiàn)象發(fā)生。

［1］樓紫陽，柴曉利，趙由才，等.生活垃圾填埋場滲濾液性質(zhì)隨時間變化關(guān)系研究［J］.環(huán)境科學學報，2007，(6).