剑川县垃圾填埋场渗滤液处理站处理规模计算方法分析

张 俊，邵 翎，侯 娟

(1.云南省环境科学研究院，云南昆明650034;2.云南省住房和城乡建设厅工程造价审查办公室，云南昆明65000)

处理规模的确定是垃圾渗滤液处理站建设工程设计中需注意的关键问题之一。由于垃圾渗滤液进水指标和水质排放指标要求较高，处理难度较大，导致单位建设投资和单位处理费用较一般城市污水处理厂高。渗滤液处理站处理规模过小，会导致渗滤液外溢污染下游水环境，造成重大环境污染事故;处理规模过大，则导致建设投资较高，设备闲置，运行管理费用增加，进而成为当地政府的财政负担。因此，为了平衡建设投资和运行管理经济性与环境保护要求之间的关系，应选择正确的计算方法以确定合理的渗滤液处理站规模。

本研究主要以垃圾填埋场过程及外部影响因素的确定为研究对象，以入渗系数法为基础，通过对作业填埋区、临时封场区、最终封场区、调节池产生的渗滤液和其它污水分别建立预测公式并逐年计算生活垃圾填埋场渗滤液产生量，综合确定渗滤液处理规模。同时结合原有渗滤液调节设施，采用水量平衡方法校核处理规模的合理性。在这里选择剑川县垃圾填埋场渗滤液处理站建设工程作为案例，对垃圾渗滤液产生量的计算方法和处理规模确定的合理性进行分析和研究。

1 填埋场基本情况

1.1 处理场使用年限情况

根据《剑川县城市生活垃圾处理工程初步设计》，一期填埋库容为42.5万 m3，使用年限为2007～2021年，共15a。

根据现状调查和剑川县住建局提供的数据资料，剑川县垃圾填埋场的实际投入运行时间为2011年3月，因此渗滤液设计服务时间调整为2011～2021年，共11a。

1.2 垃圾处理量

运行年限内垃圾处理量见表1。

表1 运行年限内垃圾处理量表 (t/d)

1.3 填埋场分区情况

根据剑川县生活垃圾填埋场库区设计资料，填埋场分为1#、2#、3#、4#四个填埋区。填埋场分区基础数据见表2。

2 渗滤液来源分析

考虑到垃圾的特性和渗滤液产生的主要影响因素，剑川县生活垃圾填埋场渗滤液的来源归纳为以下六个方面:

表2 填埋场分区基础数据表

(1)正在作业填埋区垃圾压实过程中自身产生的渗滤液;

(2)正在作业填埋区雨水渗入产生的渗滤液;

(3)临时封场填埋区垃圾自身分解产生的渗滤液;

(4)临时封场填埋区雨水渗入产生的渗滤液;

(5)最终封场填埋区垃圾自身分解产生的渗滤液;

(6)调节池未加盖，接纳的雨水;

(7)其它污水。

3 渗滤液进水水量计算方法

3.1 渗滤液产生量预测计算公式

(1)正在作业填埋区渗滤液产生量

式中:Qj—正在作业时，垃圾堆体产生的渗滤液(m3/d);

Ij—日平均降水量 (mm/d);

C1—正在作业填埋场区的雨水入渗系数，取0.6;

A1—正在填埋作业的面积 (m2);

Qz1—正在作业的填埋区垃圾压实过程中自身产生的渗滤液 (m3/d)。

式中:Is—原生垃圾的含水率 (%);

It—垃圾堆体临时封场前垃圾最初的持水率(%);

G－垃圾的处理规模 (t/d)。

(2)临时封场填埋区渗滤液产生量

式中:Qk—临时封场填埋区垃圾堆体产生的渗滤液 (m3/d);

C2—临时封场填埋区的雨水入渗系数，取0.5;

A2—临时封场填埋区受纳降水的面积 (m2);

Qz2—临时封场的填埋区垃圾自身分解产生的渗滤液 (m3/d)。

△Mi—临时封场后，垃圾填埋堆体渗滤液逐年产生的百分数 (%)。

(3)最终封场填埋区渗滤液产生量

式中:Qm—最终封场填埋区垃圾自身分解产生的渗滤液 (m3/d);

C3—最终封场填埋区的雨水入渗系数，取0.1;

A3—最终封场填埋区受纳降水的面积 (m2);

Qz3—最终封场填埋区垃圾自身分解产生的渗滤液 (m3/d)。

(4)未加盖调节池接纳的降水量

式中:Qn—未加盖调节池接纳的降水量 (m3/d);

C4—雨水入渗系数，取1.0;

A4—调节池受纳降水的面积 (m2);

Ip—日平均蒸发量 (mm/d)。

(5)其它污水

式中:Qr—其它污水 (m3/d);

Q1—填埋区生活污水 (m3/d);

Q2—填埋区生产废水 (m3/d);

Q3—渗滤液处理工艺中产生的进入调节池的污水 (m3/d)。

3.2 渗滤液产生量预测计算基础数据

3.2.1 填埋场作业顺序、高程及不同高程面汇水面积 (表3)。

3.2.2 垃圾主要特性指标及影响渗滤液产生量计算方法

(1)剑川原生垃圾的含水率 (Is)

根据《剑川县城市生活垃圾处理工程初步设计》中“剑川县城垃圾成分表”，2010年检测原生垃圾的含水率在38.5左右，结合剑川经济发展和生活水平，综合确定剑川原生垃圾的含水率 Is=38.5%。

(2)剑川垃圾堆体临时封场前垃圾最初的持水率(It)

根据剑川垃圾填埋场进行过程覆土即临时封场的作业工序和时间，参考《中国城市统计年鉴》2008年及2009年中对云南省垃圾处理情况的相关资料，结合云南省在运行的其它垃圾填埋场中临时封场后垃圾的持水率的情况，综合确定剑川垃圾填埋场临时封场后最初的持水率It=23.6%。

(3)剑川垃圾填埋场临时封场至最终封场垃圾堆体内持水率变化规律及最终封场后垃圾堆体内垃圾持水率的变化规律

表3 填埋作业顺序、高程及不同高程汇水面积表

对国内卫生填埋场封场渗滤液的产生量的研究表明［2］，填埋场临时封场至最终封场垃圾堆体内持水率变化规律和最终封场后垃圾堆体内垃圾持水率的变化规律如下:

①垃圾堆体临时封场和最终封场后8a垃圾渗滤液的产生量趋于稳定;

②渗滤液的产生量按照持水率的一定比例逐年降低;

③垃圾渗滤液出水稳定后5a产生的渗滤液可不考虑。

因此，剑川填埋场临时封场至最终封场垃圾堆体内渗滤液产生量和最终封场后垃圾堆体内渗滤液的产生量按照持水率的15%、13%、11%、……1%逐年递减计算。

3.2.3 降雨量及蒸发量

(1)降雨量

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

(2)蒸发量

剑川1990～2010年平均蒸发量为2182.9mm，折算日蒸发量为Ip=5.981mm/d。

3.2.4 调节池的受水面积

调节池的受水面积为3600m2。

3.2.5 填埋场内其它污水

填埋场内其它污水包括生活污水、生产废水及渗滤液处理系统深度处理工段产生的浓缩液经适当的处理后回流至调节池的污水。

(1)生活用水量

综合生活用水量按0.25m3/人·班计算，定员按3人，生活日用水量为0.8m3/d。

(2)生产用水

生产用水主要为处理车间地面冲洗、生产冲洗水约2.0 m3/d。该部分水在渗滤液处理站投产运行后才产生。

(3)未预见水量

按每天用水量0.8m3/d计。

(4)渗滤液处理站回灌水

渗滤液处理站产生回灌水15 m3/d，含水率为80%，实际可产生渗滤液为12 m3/d。

(5)总用水量

根据以上计算，本工程总日用水量和年用水量设计分为两个时期:即渗滤液处理站建设前期、渗滤液处理站建设后期。计算总渗滤液产生量时，2011～2012年，按照13.6m3/d计算;2013～2022按照15.6m3/d计算。

3.3 垃圾渗滤液产生量预测

3.3.1 填埋分区内垃圾渗滤液产生量预测

(1)1#填埋区渗滤液产生量预测见表4。

(2)2#填埋区渗滤液产生量预测见表5。

(3)3#填埋区渗滤液产生量预测见表6。

(4)4#填埋区渗滤液产生量预测见表7。

(5)调节池接纳降水量预测见表8。

(6)渗滤液产生总量预测见表9。

3.3.2 垃圾渗滤液总产生量预测曲线 (图1)

3.3.3 渗滤液产量预测曲线分析

表4 1#填埋区渗滤液产生量预测表 (m3/d)

表5 2#填埋区渗滤液产生量预测表 (m3/d)

表6 3#填埋区渗滤液产生量预测表 (m3/d)

表7 4#填埋区渗滤液产生量预测表 (m3/d)

表8 调节池接纳降雨量预测表

(1)预测渗滤液产生量逐渐增加及运行期峰值出现的原因

根据图1，2011～2022年预测垃圾渗滤液整体呈增加趋势，2020年出现峰值，产生的原因:

①垃圾渗滤液的主要来源为降水。随垃圾填埋场填埋高度的不断增加，其汇水面积逐渐增加，导致垃圾渗滤液的产生量整体呈增加趋势。

②2020年渗滤液预测产生量出现高峰值，是因为3#填埋区临时封场，4#填埋区开始填筑，增大了汇水面积，引起渗滤液的产生量增大，引起预测的渗滤液产生量2018～2020年快速上升。

(2)减小渗滤液产生较大波动频率及减弱峰值的措施

①在作业过程中，垃圾作业面应及时覆土，避免大量的雨水进入垃圾堆体;

②加强库区的清污分流，让未与垃圾接触的降水不进入调节池;

③在作业的过程中，对已填筑的填埋区垃圾采用薄膜覆盖等措施，减少垃圾堆体面接纳降水的面积;

④在填埋区作业的衔接年份，做好作业面流程的衔接工作，保证填埋作业通畅、顺利及正常运行，采取积极的措施，减小降水进入垃圾堆体和填埋作业区的影响;

⑤在作业过程中，注意维护不同高程临时截洪沟和填埋场永久截洪沟，使其及时、通畅导流降水。

表9 垃圾渗滤液总量预测表(m3/d)

表10 多年平均降雨量情况下水量平衡表 (m3)

表11 20年一遇最大降雨量情况下60 m3/d的水量平衡表 (m3)

⑥充分利用调节池的调蓄容积，对峰值年份的渗滤液进行调节，保证渗滤液处理设施的正常运行。

3.4 渗滤液处理规模确定

根据对图1的分析，并充分考虑到影响渗滤液产生量预测不利因素的影响，对逐年垃圾渗滤液产生量进行加权平均后，综合确定剑川县生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理站设计规模为60m3/d(2012～2021年)。

4 渗滤液调节池对规模的校核

现状垃圾填埋场已建有1座5400m3渗滤液调节池，在计算渗滤液处理站处理规模时应充分考虑调节池的调蓄作用。在这里结合现有渗滤液调节设施进行水量平衡校核计算。

根据以上各填埋区域的划分，选择渗滤液产生量和垃圾填埋汇水面积最大的2019年作为计算年，计算多年月均渗滤液产生量、渗滤液处理规模和调节池的水量关系，校核处理规模，详见表10。

由表10可知，在多年平均降雨量情况下按日均处理规模60m3/d计，6～11月有渗滤液剩余，最大剩余量为4396.14m3。其余月份无剩余量。渗滤液处理站处理规模与调节池的容积是匹配的。

考虑到云南省多年平均与20年一遇降雨区别较大的特点，在这里进一步选择20年一遇最大降雨量产生的渗滤液，对剑川渗滤液处理规模进行校核。校核结果见表11。

通过20年一遇最大降雨量对剑川渗滤液产生量进行校核，校结果表明在9月份时，仍会有1191 m3的渗滤液外溢风险，但总体余量不大，可通过以下两种方式加以解决:

(1)调节池安全水深为3m时，容积为5400 m3，当调节池满水临界水深为4m时，容积可增加至6400m3，容积可满足20年一遇降雨年最大月的渗滤液调蓄，不会发生渗滤液外溢。

(2)根据现场调查，垃圾填埋场现已建成一座回喷泵站，环场铺设有回喷管道，泵站内配备有2台IHG65－40－200型单吸离心泵 (1用1备)，流量Q=25m3/h，考虑在超过20年一遇降雨年的极端降雨时，利用回喷泵站对多余渗滤液进行辅助回喷减量，充分利用库区进行中转调蓄和蒸发减量，不会发生渗滤液外溢。

综上，在结合回喷辅助设施减量控制的情况下，渗滤液处理站规模和现有渗滤液调节设施是匹配的，即60m3/d渗滤液处理站规模可以满足大多数降雨条件下产生的渗滤液量，处理规模合理。

5 结论

(1)影响生活垃圾填埋场渗滤液产生量的因素较多，需对不同的影响因素进行综合分析，确定最佳的计算参数和方法;

(2)考虑剑川县多年平均与极端降雨年的降雨差别，应对多种降雨情况进行水量平衡分析，确保渗滤液处理规模满足大多数降雨条件下产生的渗滤液量;

(3)考虑剑川县多年平均和极端降雨年的蒸发量都大于降雨量，调节池的受水量与蒸发量的差值为负值的情况，调节池不需要进行加盖处理;

(4)在对已建生活垃圾填埋场进行渗滤液处理规模计算时，应充分结合现有渗滤液调节设施进行水量平衡计算，校核处理规模，避免规模过大导致原有调节池空置或规模过小导致调节池渗滤液外溢的现象发生。

［1］楼紫阳，柴晓利，赵由才，等.生活垃圾填埋场渗滤液性质随时间变化关系研究［J］.环境科学学报，2007，(6).