衛生填埋場滲濾液產量計算方法
摘要：簡要分析了衛生填埋場滲濾液的來源和特性，并詳細討論了填埋場工作條件下滲濾液產量的計算公式及參數確定方法。
關鍵詞：城市垃圾 衛生填埋場 滲濾液產量
隨著中國城市化進程的不斷向前推進，中國眾多中小城市的建成區規模將逐漸增大，隨之，城鎮化人口數量和城市生活垃圾的數量也都會增加。盡管世界各國的生活垃圾衛生填埋場運行中暴露出了很多問題，特別是填埋場滲濾液對于土壤、水體和大氣的二次污染危害，但垃圾衛生填埋仍然是垃圾處理的主要方式之一。因此，在填埋場規劃初期，就準確預測填埋場滲濾液產量，合理設計衛生填埋場垃圾滲濾液收集系統，對于預防滲濾液二次污染問題的出現、保護填埋場周圍環境具有非常重要的意義。
1 滲濾液來源
大氣降水、地表徑流、垃圾中的水分、垃圾中的有機物降解液等是衛生填埋場滲濾液的主要來源。按照規范要求，衛生填埋場底部應做良好防滲處理，因此本文未考慮地下水滲入的影響。
1.1 大氣降水
大氣降水，一部分在填埋體表面形成地表徑流，另一部分則向下滲透形成滲濾液。降雨量、降雨強度、降雨歷時、填埋場覆蓋狀況等是決定降水到達填埋體表面后是形成地表徑流流失還是向下滲透形成滲濾液的主要因素[1]。一般來說，降雨強度大，地表徑流就大；降雨歷時長，下滲就大；填埋場覆蓋層植被好，地表徑流小，下滲量則大。
1.2 地表徑流
地表徑流包括穩定的地表水體和降水徑流。當填埋場基礎建在地表水以下，地表徑流將有可能浸入填埋場，增加了滲濾液的數量。場地排水設施的完善程度對滲濾液產量有影響。
1.3 垃圾含水
隨垃圾攜帶進入填埋場的水分，是滲濾液得主要來源之一。垃圾入場后，通過一定程度的壓實作業，總有一部分得垃圾水分變成滲濾液從填埋場流出。
1.4 有機物分解液
垃圾中的有機物在填埋場內發生厭氧降解，產生污染水。垃圾分解出水量主要取決于垃圾的成分、溫度、覆蓋層性質等。
2 滲濾液特性
垃圾填埋場滲濾液中的主要污染物有有機物、氨氮和重金屬。其中COD和BOD5最高可達45 000、90 000 mg/L，至最后封場氨氮高達10 000 mg/L以上，屬成分復雜的高濃度有機廢水，環境危害極大。且滲濾液水質水量受垃圾組份、填埋深度、當地氣候和季節變化及填埋場場齡等諸因素影響，尤其是受場齡的影響變化較大。
2.1 對滲濾液有機物濃度的影響
研究表明，對場齡5年以內的年輕填埋場，處于產酸階段，滲濾液有機物濃度高，且含有大量易于生物降解的低分子有機物（VFA,以總有機碳質量分數表征），pH較低，BOD5/COD一般在0.5左右。但隨著場齡的增加，垃圾層日趨穩定，可降解有機物濃度降低，尤其是處于產甲烷階段的“年老”滲濾液（10年以上）中往往含有大量的富里酸和腐殖質等高分子復雜有機物， pH升高并趨于弱堿性，BOD5/COD平均在0.1以下，見表1[2]。由表1可見，可生化性降低。
|
表1 有機物濃度隨填埋場場齡的變化
|
2.2 對滲濾液氨氮濃度的影響
滲濾液中的氨氮主要來源于垃圾中蛋白質等含氮物質的生物降解。由于填埋層中的氧氣被逐漸消耗并導致最終的厭氧環境，使NH3-N無法得到進一步氧化，且濃度隨場齡不斷升高，直至最后封場，其含量常占TN的85%~89%[2]。高濃度的NH3-N使得滲濾液的C/N過低，微生物營養元素比例嚴重失調，且有機碳缺乏難以進行有效的硝化和反硝化。
2.3 對滲濾液金屬離子濃度的影響
填埋初期滲濾液中高濃度的（重）金屬離子，使得微生物蛋白質凝結，造成微生物生長和代謝的停止。隨著場齡的延長，滲濾液向著中性和弱堿性轉化，這有利于重金屬離子形成碳酸鹽或氫氧化物沉淀，且垃圾在降解過程中生成大分子類腐殖質也易與重金屬離子形成穩定的螯合物，其濃度開始下降。
3 滲濾液產量預測方法
如前所述，填埋場滲濾液主要來自于降水、地表徑流、垃圾中所含水分和垃圾中易腐爛有機物分解生成的水分。對于多數填埋場，其滲濾液數量主要受降雨量影響。處于填埋作業期的填埋場，頂部開放，有較多的雨量滲透到填埋體，使得產生的滲濾液數量較多。因此，位于填埋場底部的滲濾液收集管的空間分布和滲濾液收集池的尺寸，都是根據對作業期滲濾液數量的預測來設計的。
根據美國加利福尼亞某填埋場運行數據統計，因有機物分解產生的滲濾液數量是4.17 cm/m[3]。在實際設計中，這部分滲濾液數量與降水量的影響相比可以被忽略。此外，對于設計合理的填埋場，具備完善的排水設施，地表徑流可以被充分引導而不進入到填埋體中，也不計入滲濾液產量。因此，可以得出滲濾液產量預測計算公式[4]：
LA=P+S-E-（FC-M） （1）
式中:LA為填埋作業期滲濾液產生速率，cm/h；P為降水量，cm/h；S為孔隙擠壓水量，cm/h；E為水分蒸發量，cm/h；FC為垃圾持水量，cm/h；M為垃圾初始含水量，cm/h。
4 滲濾液預測公式相關參數的確定方法
式（1）中的參數，降水量可從當地氣象部門的資料獲得，因此本文主要討論其余4個參數的確定方法，其中水分蒸發量、孔隙擠壓水和垃圾持水率的取值較困難。
4.1 垃圾初始含水率
垃圾的含水率有兩種不同的定義方法，一是垃圾中水的質量與垃圾干重之比，二是固體廢棄物中水的體積和廢棄物總體積之比。
|
表2 美國不同地區城市固體廢棄物的含水量1）
|
注：1）以質量分數計。
|
表3 城市固體廢棄物的含水率隨季節變化情況
|
填埋場垃圾的含水率，在很大程度上與下列互相關聯的因素有關，包括垃圾的原始成分、填埋場地氣候條件、填埋場運行方式、滲濾液收集和排放系統的有效程度、填埋場生物分解過程中產生的水分數量以及從填埋場氣體中脫出的水分數量等密切相關。表1為美國不同地區城市固體廢棄物的含水量，表2列舉了美國加利福尼亞州某城市的垃圾含水量隨季節的變化情況。
4.2 垃圾孔隙擠壓水
垃圾孔隙體積與總體積之比稱為垃圾孔隙率。根據城市垃圾的惡成分何壓實程度，其孔隙率可取40%~52%。當某層垃圾置于填埋場時，該層垃圾細孔中的液體在其自重和它上面各層的重力作用下而排放出來。而這部分由孔隙擠壓作用而排出的液體，一部分是原來就存在于垃圾孔隙中的水分，更主要的是來自于垃圾中的有機物和微生物的分解作用。孔隙擠壓水數值需通過對實際垃圾樣品的實驗測定合理估算出來。
4.3 垃圾池水率
垃圾池水率是指經過長期重力排水后土或垃圾所能保持的體積含水量。垃圾的池水率對于判斷填埋場滲濾液得形成非常重要，超過池水率的水將成為滲濾液排出。一般而言，垃圾的持水率隨外加壓力的大小和垃圾分解程度而變，其值約為22.4%~55%。SHARMA和LEWIS建議城市垃圾持水率的典型值可以取22.4% ，在填埋場運行水文計算模型（HELP模型）說明中所采用的城市垃圾持水率為29.2%。
4.4 填埋場水分蒸發量
降雨或填埋場內在的水分 ，在適當的條間下將會蒸發。蒸發量的大小依賴于以下幾個因素：如環境溫度、風速、蒸發表面和大氣之間的氣壓差、大氣壓力、蒸發液體的相對密度等。一般來說，水分蒸發主要發生在淺表土層（大約10 cm的粘土層或20 cm的砂土層），可持續蒸發達到凋蔫濕度。深層土的蒸發量可以忽略不計。各地的蒸發量可取用氣象部門資料。
5 結 語
垃圾填埋場滲濾液數量主要依賴于難以預測的降水量，因此，滲濾液產量隨時間的波動十分顯著。同時，填埋場在工作條件和封閉條件下滲濾液的產量也相差很大。填埋場底部的滲濾液收排系統依據工作條件下滲濾液產生速率來設計，而填埋場長期的管理費用將依據填埋場封場后滲濾液的產生速率來估算。
參考文獻
[1] 王里奧，李東. 垃圾衛生填埋場滲濾液水量計算[J]. 重慶大學學報:自然科學版，2000，23（3）：112-114.
[2] 童慶，樊霆. 垃圾液滲濾液處理工藝中場齡影響分析[J]. 浙江化工，2005，36（10）：37-39，42.
[3] CWPCB，California Water Pollution Control Board. Effects of refuse dumps on ground water quality[M]. 24th ed. Cincinnsti，Ohio: Resources Agency，1961.
[4] 劉長禮，張云，殷密英. 城市垃圾地質環境影響調查評價方法[M]. 北京：地質出版社，2006.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
