張 俊，邵 翎，侯 娟

(1.云南省環(huán)境科學(xué)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(jià)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(jì)中需注意的關(guān)鍵問題之一。由于垃圾滲濾液進(jìn)水指標(biāo)和水質(zhì)排放指標(biāo)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(fèi)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(huì)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(yùn)行管理費(fèi)用增加，進(jìn)而成為當(dāng)?shù)卣呢?cái)政負(fù)擔(dān)。因此，為了平衡建設(shè)投資和運(yùn)行管理經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境保護(hù)要求之間的關(guān)系，應(yīng)選擇正確的計(jì)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(chǎng)過程及外部影響因素的確定為研究對(duì)象，以入滲系數(shù)法為基礎(chǔ)，通過對(duì)作業(yè)填埋區(qū)、臨時(shí)封場(chǎng)區(qū)、最終封場(chǎng)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(cè)公式并逐年計(jì)算生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液產(chǎn)生量，綜合確定滲濾液處理規(guī)模。同時(shí)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(chǎng)滲濾液處理站建設(shè)工程作為案例，對(duì)垃圾滲濾液產(chǎn)生量的計(jì)算方法和處理規(guī)模確定的合理性進(jìn)行分析和研究。

1 填埋場(chǎng)基本情況

1.1 處理場(chǎng)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(jì)》，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(chǎng)的實(shí)際投入運(yùn)行時(shí)間為2011年3月，因此滲濾液設(shè)計(jì)服務(wù)時(shí)間調(diào)整為2011～2021年，共11a。

1.2 垃圾處理量

運(yùn)行年限內(nèi)垃圾處理量見表1。

表1 運(yùn)行年限內(nèi)垃圾處理量表 (t/d)

1.3 填埋場(chǎng)分區(qū)情況

根據(jù)劍川縣生活垃圾填埋場(chǎng)庫區(qū)設(shè)計(jì)資料，填埋場(chǎng)分為1#、2#、3#、4#四個(gè)填埋區(qū)。填埋場(chǎng)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(chǎng)滲濾液的來源歸納為以下六個(gè)方面:

表2 填埋場(chǎng)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(shí)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(shí)封場(chǎng)填埋區(qū)垃圾自身分解產(chǎn)生的滲濾液;

(4)臨時(shí)封場(chǎng)填埋區(qū)雨水滲入產(chǎn)生的滲濾液;

(5)最終封場(chǎng)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(jìn)水水量計(jì)算方法

3.1 滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)計(jì)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(shí)，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(chǎng)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(shí)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(shí)封場(chǎng)前垃圾最初的持水率(%);

G－垃圾的處理規(guī)模 (t/d)。

(2)臨時(shí)封場(chǎng)填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量

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

C2—臨時(shí)封場(chǎng)填埋區(qū)的雨水入滲系數(shù)，取0.5;

A2—臨時(shí)封場(chǎng)填埋區(qū)受納降水的面積 (m2);

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

△Mi—臨時(shí)封場(chǎng)后，垃圾填埋堆體滲濾液逐年產(chǎn)生的百分?jǐn)?shù) (%)。

(3)最終封場(chǎng)填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量

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

C3—最終封場(chǎng)填埋區(qū)的雨水入滲系數(shù)，取0.1;

A3—最終封場(chǎng)填埋區(qū)受納降水的面積 (m2);

Qz3—最終封場(chǎng)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(jìn)入調(diào)節(jié)池的污水 (m3/d)。

3.2 滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3.2.1 填埋場(chǎng)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(biāo)及影響滲濾液產(chǎn)生量計(jì)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(jì)》中“劍川縣城垃圾成分表”，2010年檢測(cè)原生垃圾的含水率在38.5左右，結(jié)合劍川經(jīng)濟(jì)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(shí)封場(chǎng)前垃圾最初的持水率(It)

根據(jù)劍川垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行過程覆土即臨時(shí)封場(chǎng)的作業(yè)工序和時(shí)間，參考《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》2008年及2009年中對(duì)云南省垃圾處理情況的相關(guān)資料，結(jié)合云南省在運(yùn)行的其它垃圾填埋場(chǎng)中臨時(shí)封場(chǎng)后垃圾的持水率的情況，綜合確定劍川垃圾填埋場(chǎng)臨時(shí)封場(chǎng)后最初的持水率It=23.6%。

(3)劍川垃圾填埋場(chǎng)臨時(shí)封場(chǎng)至最終封場(chǎng)垃圾堆體內(nèi)持水率變化規(guī)律及最終封場(chǎng)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(duì)國(guó)內(nèi)衛(wèi)生填埋場(chǎng)封場(chǎng)滲濾液的產(chǎn)生量的研究表明［2］，填埋場(chǎng)臨時(shí)封場(chǎng)至最終封場(chǎng)垃圾堆體內(nèi)持水率變化規(guī)律和最終封場(chǎng)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(shí)封場(chǎng)和最終封場(chǎng)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(chǎng)臨時(shí)封場(chǎng)至最終封場(chǎng)垃圾堆體內(nèi)滲濾液產(chǎn)生量和最終封場(chǎng)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(jì)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(chǎng)內(nèi)其它污水

填埋場(chǎng)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(dāng)?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(jì)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(yùn)行后才產(chǎn)生。

(3)未預(yù)見水量

按每天用水量0.8m3/d計(jì)。

(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(shí)際可產(chǎn)生滲濾液為12 m3/d。

(5)總用水量

根據(jù)以上計(jì)算，本工程總?cè)沼盟亢湍暧盟吭O(shè)計(jì)分為兩個(gè)時(shí)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(jì)算總滲濾液產(chǎn)生量時(shí)，2011～2012年，按照13.6m3/d計(jì)算;2013～2022按照15.6m3/d計(jì)算。

3.3 垃圾滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)

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

(1)1#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)見表4。

(2)2#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)見表5。

(3)3#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)見表6。

(4)4#填埋區(qū)滲濾液產(chǎn)生量預(yù)測(cè)見表7。

(5)調(diào)節(jié)池接納降水量預(yù)測(cè)見表8。

(6)滲濾液產(chǎn)生總量預(yù)測(cè)見表9。

3.3.2 垃圾滲濾液總產(chǎn)生量預(yù)測(cè)曲線 (圖1)

3.3.3 滲濾液產(chǎn)量預(yù)測(cè)曲線分析

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

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

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

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

表8 調(diào)節(jié)池接納降雨量預(yù)測(cè)表

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

根據(jù)圖1，2011～2022年預(yù)測(cè)垃圾滲濾液整體呈增加趨勢(shì)，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(chǎng)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(shì)。

②2020年滲濾液預(yù)測(cè)產(chǎn)生量出現(xiàn)高峰值，是因?yàn)?#填埋區(qū)臨時(shí)封場(chǎng)，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(cè)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(dòng)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(shí)覆土，避免大量的雨水進(jìn)入垃圾堆體;

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

③在作業(yè)的過程中，對(duì)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(yùn)行，采取積極的措施，減小降水進(jìn)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(hù)不同高程臨時(shí)截洪溝和填埋場(chǎng)永久截洪溝，使其及時(shí)、通暢導(dǎo)流降水。

表9 垃圾滲濾液總量預(yù)測(cè)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(duì)峰值年份的滲濾液進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證滲濾液處理設(shè)施的正常運(yùn)行。

3.4 滲濾液處理規(guī)模確定

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

4 滲濾液調(diào)節(jié)池對(duì)規(guī)模的校核

現(xiàn)狀垃圾填埋場(chǎng)已建有1座5400m3滲濾液調(diào)節(jié)池，在計(jì)算滲濾液處理站處理規(guī)模時(shí)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(jìn)行水量平衡校核計(jì)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(jì)算年，計(jì)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(jì)，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(diǎn)，在這里進(jìn)一步選擇20年一遇最大降雨量產(chǎn)生的滲濾液，對(duì)劍川滲濾液處理規(guī)模進(jìn)行校核。校核結(jié)果見表11。

通過20年一遇最大降雨量對(duì)劍川滲濾液產(chǎn)生量進(jìn)行校核，校結(jié)果表明在9月份時(shí)，仍會(huì)有1191 m3的滲濾液外溢風(fēng)險(xiǎn)，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(shí)，容積為5400 m3，當(dāng)調(diào)節(jié)池滿水臨界水深為4m時(shí)，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(huì)發(fā)生滲濾液外溢。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，垃圾填埋場(chǎng)現(xiàn)已建成一座回噴泵站，環(huán)場(chǎng)鋪設(shè)有回噴管道，泵站內(nèi)配備有2臺(tái)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(shí)，利用回噴泵站對(duì)多余滲濾液進(jìn)行輔助回噴減量，充分利用庫區(qū)進(jìn)行中轉(zhuǎn)調(diào)蓄和蒸發(fā)減量，不會(huì)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(chǎng)滲濾液產(chǎn)生量的因素較多，需對(duì)不同的影響因素進(jìn)行綜合分析，確定最佳的計(jì)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(duì)多種降雨情況進(jìn)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(fù)值的情況，調(diào)節(jié)池不需要進(jìn)行加蓋處理;

(4)在對(duì)已建生活垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行滲濾液處理規(guī)模計(jì)算時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)有滲濾液調(diào)節(jié)設(shè)施進(jìn)行水量平衡計(jì)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(chǎng)滲濾液性質(zhì)隨時(shí)間變化關(guān)系研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，(6).