班戈縣生活垃圾填埋場滲濾液回噴處理設計

工程概況
班戈縣位于青藏高原北部，那曲地區西部，西藏最大的咸水湖——那木錯湖部分位于班戈縣境內，該縣氣候屬高原亞寒帶半干旱季風氣候區，具體特點為：無絕對無霜期，年平均冰雹日數在30d以上，日照時數為2944.3h，平均氣溫在0℃以下，最高氣溫23.2℃，最低氣溫-31.4℃；年降水量為191.7～396.6mm，主要集中在6-9月份，占全年降水量的80%左右，年蒸發量為149818～2642.7mm，是降水量的7.0～7.5倍，年相對濕度為41%，年平均風速為4.6m/s，最大風速為3810m/s，最大凍土深度為2m。通過場址比選方案，考慮到工程風險、成庫條件、覆土來源等因素，填埋場場址定于西藏班戈縣北方，距離縣城約5km處的一處牧羊地。班戈縣2008年常住人口為5720人，服務區產垃圾量為7.2t/d，根據《班戈縣縣城總體規劃》（2005年），規劃至2010年縣城常住人口將達到6222人，預測服務區產垃圾量為816t/d，至2027年人口將達到13859人，預測服務區產垃圾量為20.9t/d，考慮到垃圾的收運率，班戈縣生活垃圾衛生填埋場日平均處理規模為15t/d，服務年限為18a（2010-2027年），設計使用庫容為14.6萬m3，工程占地面積為2.65萬m2，填埋區占地面積為2.57萬m2，以場外截洪溝和中間截洪溝最高點軸線將填埋場分成一區和二區分兩區填埋，壩頂高程4776.00m，最大壩高5m，處理工藝為衛生填埋，防滲方式為HDPE膜單層防滲結構。
2滲濾液污染控制技術的選擇
GB16889-2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》中規定2011年7月1日起，現有的全部生活垃圾填埋場應自行處理生活垃圾滲濾液并執行規定的水污染排放濃度限值。因此滲濾液污染控制方案主要有就地處理達標排放及滲濾液循環回噴處理[1-3]。由于班戈縣境內有西藏最大咸水湖——納木錯湖，單獨處理需達一級排放標準，且填埋場規模較小，滲濾液產量少，采用單獨處理不經濟，其建設和運行費用均較高，因而，本工程采用滲濾液循環回噴處理技術來處理滲濾液是可行的。
20世紀70年代初[4]，Pohlang F.G.等在實驗室內研究，發現將滲濾液循環回噴或回灌到填埋場一段時間后，其污染物濃度與不經過循環處理的滲濾液濃度相比較大程度地降低。滲濾液的回噴（灌）就是將未經處理的滲濾液直接噴灑或回灌至填埋場內填埋區域，利用填埋場自身形成的穩定系統使滲濾液中的有機成分經過垃圾層和覆土層而降解，同時滲濾液還因蒸發而減少。Robinson和Maris提出回噴或回灌滲濾液可加速填埋場中有機物的分解穩定，使原需15～20a的穩定過程縮短至2～3a，這樣不僅可使滲濾液濃度降低，還可以減少要處理的滲濾液量。此后的大量研究表明，滲濾液循環處理技術比傳統的填埋場滲濾液處理方法具有優越性。其原因在于，棲息于土壤中的微生物對滲濾液進行了降解轉化作用。根據國外循環運行經驗，滲濾液處理量可減少50%～70%，滲濾液的污染濃度將減少40%～50%。Carson[5]報道了目前在美國生物反應器填埋場的技術體系已初具規模，已有200多座垃圾填埋場采用了此技術。
滲濾液循環回噴（灌）的方式主要分為表層回噴和地下內層回灌[6]。兩種方式性能比較見表1。
表1回噴（灌）方式性能比較表

班戈縣蒸發量遠大于降雨量，根據班戈縣氣象資料，多年平均蒸發量為1976.9mm。班戈縣1986-2005年20a的逐月降雨量及蒸發量如表2。采用滲濾液循環回噴處理可以實現滲濾液不外排。根據滲濾液兩種回噴（灌）方式性能的比較，以及當地的實際情況確定本設計采用表層回噴。
表2班戈縣月降雨量及蒸發量

3滲濾液回噴系統設計
3.1滲濾液產生量參數確定
滲濾液的產量及其變化規律很復雜，主要取決于6個因素：降雨量、蒸發量、地表徑流、地下滲透量、垃圾含水率、填埋作業狀況。班戈縣填埋場由于采取了HDPE膜防滲和修建地表截洪溝等措施，則地表徑流和地下滲透量可得到處理，另根據當地現場勘查可知，該地垃圾主要為居民用牛糞取暖所產生，因此垃圾含水率極低，故場內滲濾液的產生量主要取決于降雨量和蒸發情況，以及填埋作業分區狀況，因此影響本工程滲濾液產量的因素主要有以下幾個[7]：

1）降水：降落在填埋場的雨雪量顯著地影響滲濾液的量，降水量由當地氣候條件決定。
2）蒸發量：保持在填埋場覆蓋層或廢物層上部的水分，會因蒸發和植物蒸騰作用不斷進入大氣，使滲濾液量減少。
3）填埋作業狀況：本工程填埋采取分區作業方式。
3.2計算方法
目前，滲濾液產量計算方法主要有水量平衡法、經驗公式法和水文模型（hydrologic evaluation of landfill performance）等。水文評價模型中HELP模型是美國填埋場普遍采用的用于研究滲濾液產量以及污染物遷移的模擬模型[8-9]，應用該模型時需要比較詳細的氣象資料和土壤數據，在國內難以應用。水量平衡法需考慮影響滲濾液產量的各種因素，但本項目在計算滲濾液產生量時只需考慮降雨量和蒸發量，故水量平衡法在此不可行。經驗公式法的計算只需考慮降雨量和蒸發量以及合理選擇填埋場滲出系數。
故本工程采用國內垃圾填埋場工程滲濾液的產生量計算常用公式對滲濾液產生量進行計算[7]：
Q=I×（A1×C1+A2×C2）/1000（1）
式中Q——滲濾液產出量，m3；
A1——填埋作業區集水面積，m2；
A2——中間封場區集水面積，m2；
C1——填埋作業區滲濾液滲出系數，（本工程取0.2）；
C2——中間封場區滲濾液滲出系數，（本工程取0.1）；
I——降雨量，mm。
3.3滲濾液產量
由于填埋庫區面積較大，填埋作業時考慮分區填埋，盡可能的做到雨污分流，減少滲濾液產生量。本工程填埋作業高程超過中間截洪溝后，以場外截洪溝和中間截洪溝最高點為軸線將填埋庫區分成兩個填埋作業區，滲濾液產量按照分區后最不利的狀況確定，本工程最不利狀況為一區填埋結束進行中間封場后，二區填埋開始時，此時最大填埋區面積為9671.91m2，中間封場區面積為9440.35m2。
根據班戈縣氣象局提供的上述數據見表2，計算出每月滲濾液產量，見表3。
表3班戈縣垃圾填埋場滲濾液產生量計算表

由表3可知，由于班戈縣降雨量月分布極不均勻，滲濾液主要集中在6-9月產生。滲濾液產生總量為935.2m3。
3.4回噴處理量確定
滲濾液回噴有利于填埋垃圾和滲濾液本身的降解，而關于滲濾液回灌噴灑流量如何，目前尚無具體規定。從實施回噴的目的來看，滲濾液的回噴流量至少應滿足以下要求：滲濾液回噴至垃圾堆體表面以后，在從回噴點流向垃圾堆體坡腳的這一段時間中，所回噴的滲濾液量不應大于在回噴覆蓋面上滲濾液的下滲量和該面積上的蒸發量的總和，否則，多余的滲濾液將停留在垃圾堆體表面形成水洼。垃圾的滲透系數一般為（10.2～10.4）×10-4cm/s，在其他條件相同時，其下滲量變化幅度太大，無法采用。參照其它類似工程經驗，滲濾液回噴蒸發處理規模定為3m3/d，即每月處理量為90m3。
3.5回噴系統設計
回噴（回灌）方式采用主管繞填埋區鋪設，支管水平布置，旋轉噴頭噴灑方式。滲濾液噴灑支管上安裝截止閥，采用就地控制方式。
回噴（回灌）的主要設備為：單級單吸離心泵：Q=7m3/s，H=34m，P=2.2kW，2臺（1用1備）。調節池中的滲濾液經提升泵，通過一根DN150的UPVC管被送至填埋場內。對應于不同標高在循環鋼管設置排水閥，以便于在填埋到不同高度和填埋到填埋場不同位置時，接上軟管，將滲濾液回流至在已壓實覆土的垃圾表面，再及時覆土、壓實。在風速較小的條件下，可接上噴管進行噴灑，則更有利于滲濾液的減量。一部分滲濾液因循環蒸發而減量，而未蒸發部分則滲入垃圾層，經垃圾中豐富的微生物作用而得到降解，同時滲濾液中的菌群也促進了垃圾的降解。
3.6調節池容積
按照滲濾液處理考慮將雨季處理不完的滲濾液利用調節池儲存至旱季處理的原則。利用表3計算出的滲濾液產生量和上節所確定的回噴量來計算調節池容量見表4。
表4班戈縣垃圾填埋場調節余量計算表

按照《城市生活垃圾衛生填埋處理工程項目建設標準》，滲濾液調節池容積應不小于每個月滲濾液產量扣除當月的處理量后剩下的最大累積余量。由表4可知，6，7，8，9四個月產生量都超過當月的處理量，累計需要調節量為432.1m3，亦即滲濾液調節量為432.1m3，這一部分滲濾液必須進行儲存、處理，可以采取建調節池儲水的方式來容納，考慮一定的富余量，則最終確定需要調節容量為450m3。對于這一部分滲濾液，具體操作為把雨季不能處理的滲濾液量用調節池儲存調節后分配到可回噴期（6-9月的非降雨期）進行處理，根據當地氣象資料考慮可回噴期為100d，則分配到可回噴期（非降雨期）進行處理的量為4.32m3/d。根據班戈縣氣象資料顯示，本工程全年的計算蒸發量為1976.9m3，為降雨量的6.08倍，故在有足夠的調節量及完善的回噴系統基礎上可實現滲濾液零排放，不必另設專門的滲濾液處理設施。

3.7滲濾液處置構筑物設計
滲濾液總調節量為432.1m3，修建一座450m3的調節池。調節池尺寸為W×L×H=100m×15m×3.5m。
4結語
滲濾液循環回噴作為一種投資省、操作簡單并能加速填埋場穩定化過程以及減少滲濾液產量的污染控制技術。近年來在國外許多填埋場進行了工程應用，目前我國這方面的工程應用才剛剛起步，有關滲濾液循環回噴處理的設計經驗還不多。在班戈縣生活垃圾衛生填埋場的設計中應用經驗公式進行了滲濾液產量計算。根據班戈縣蒸發量大雨降雨量的特點，結合填埋場防滲和封場設計采用滲濾液循環回噴技術控制滲濾液的污染，在填埋操作區進行表面回噴，可實現填埋場運營期滲濾液零排放。該工程可為我國生活垃圾填埋場滲濾液循環回噴處理設計提供借鑒。
參考文獻略