卫生填埋场渗滤液产量计算方法
摘要：简要分析了卫生填埋场渗滤液的来源和特性，并详细讨论了填埋场工作条件下渗滤液产量的计算公式及参数确定方法。
关键词：城市垃圾 卫生填埋场 渗滤液产量
随着中国城市化进程的不断向前推进，中国众多中小城市的建成区规模将逐渐增大，随之，城镇化人口数量和城市生活垃圾的数量也都会增加。尽管世界各国的生活垃圾卫生填埋场运行中暴露出了很多问题，特别是填埋场渗滤液对于土壤、水体和大气的二次污染危害，但垃圾卫生填埋仍然是垃圾处理的主要方式之一。因此，在填埋场规划初期，就准确预测填埋场渗滤液产量，合理设计卫生填埋场垃圾渗滤液收集系统，对于预防渗滤液二次污染问题的出现、保护填埋场周围环境具有非常重要的意义。
1 渗滤液来源
大气降水、地表径流、垃圾中的水分、垃圾中的有机物降解液等是卫生填埋场渗滤液的主要来源。按照规范要求，卫生填埋场底部应做良好防渗处理，因此本文未考虑地下水渗入的影响。
1.1 大气降水
大气降水，一部分在填埋体表面形成地表径流，另一部分则向下渗透形成渗滤液。降雨量、降雨强度、降雨历时、填埋场覆盖状况等是决定降水到达填埋体表面后是形成地表径流流失还是向下渗透形成渗滤液的主要因素[1]。一般来说，降雨强度大，地表径流就大；降雨历时长，下渗就大；填埋场覆盖层植被好，地表径流小，下渗量则大。
1.2 地表径流
地表径流包括稳定的地表水体和降水径流。当填埋场基础建在地表水以下，地表径流将有可能浸入填埋场，增加了渗滤液的数量。场地排水设施的完善程度对渗滤液产量有影响。
1.3 垃圾含水
随垃圾携带进入填埋场的水分，是渗滤液得主要来源之一。垃圾入场后，通过一定程度的压实作业，总有一部分得垃圾水分变成渗滤液从填埋场流出。
1.4 有机物分解液
垃圾中的有机物在填埋场内发生厌氧降解，产生污染水。垃圾分解出水量主要取决于垃圾的成分、温度、覆盖层性质等。
2 渗滤液特性
垃圾填埋场渗滤液中的主要污染物有有机物、氨氮和重金属。其中COD和BOD5最高可达45 000、90 000 mg/L，至最后封场氨氮高达10 000 mg/L以上，属成分复杂的高浓度有机废水，环境危害极大。且渗滤液水质水量受垃圾组份、填埋深度、当地气候和季节变化及填埋场场龄等诸因素影响，尤其是受场龄的影响变化较大。
2.1 对渗滤液有机物浓度的影响
研究表明，对场龄5年以内的年轻填埋场，处于产酸阶段，渗滤液有机物浓度高，且含有大量易于生物降解的低分子有机物（VFA,以总有机碳质量分数表征），pH较低，BOD5/COD一般在0.5左右。但随着场龄的增加，垃圾层日趋稳定，可降解有机物浓度降低，尤其是处于产甲烷阶段的“年老”渗滤液（10年以上）中往往含有大量的富里酸和腐殖质等高分子复杂有机物， pH升高并趋于弱碱性，BOD5/COD平均在0.1以下，见表1[2]。由表1可见，可生化性降低。
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表1 有机物浓度随填埋场场龄的变化
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2.2 对渗滤液氨氮浓度的影响
渗滤液中的氨氮主要来源于垃圾中蛋白质等含氮物质的生物降解。由于填埋层中的氧气被逐渐消耗并导致最终的厌氧环境，使NH3-N无法得到进一步氧化，且浓度随场龄不断升高，直至最后封场，其含量常占TN的85%~89%[2]。高浓度的NH3-N使得渗滤液的C/N过低，微生物营养元素比例严重失调，且有机碳缺乏难以进行有效的硝化和反硝化。
2.3 对渗滤液金属离子浓度的影响
填埋初期渗滤液中高浓度的（重）金属离子，使得微生物蛋白质凝结，造成微生物生长和代谢的停止。随着场龄的延长，渗滤液向着中性和弱碱性转化，这有利于重金属离子形成碳酸盐或氢氧化物沉淀，且垃圾在降解过程中生成大分子类腐殖质也易与重金属离子形成稳定的螯合物，其浓度开始下降。
3 渗滤液产量预测方法
如前所述，填埋场渗滤液主要来自于降水、地表径流、垃圾中所含水分和垃圾中易腐烂有机物分解生成的水分。对于多数填埋场，其渗滤液数量主要受降雨量影响。处于填埋作业期的填埋场，顶部开放，有较多的雨量渗透到填埋体，使得产生的渗滤液数量较多。因此，位于填埋场底部的渗滤液收集管的空间分布和渗滤液收集池的尺寸，都是根据对作业期渗滤液数量的预测来设计的。
根据美国加利福尼亚某填埋场运行数据统计，因有机物分解产生的渗滤液数量是4.17 cm/m[3]。在实际设计中，这部分渗滤液数量与降水量的影响相比可以被忽略。此外，对于设计合理的填埋场，具备完善的排水设施，地表径流可以被充分引导而不进入到填埋体中，也不计入渗滤液产量。因此，可以得出渗滤液产量预测计算公式[4]：
LA=P+S-E-（FC-M） （1）
式中:LA为填埋作业期渗滤液产生速率，cm/h；P为降水量，cm/h；S为孔隙挤压水量，cm/h；E为水分蒸发量，cm/h；FC为垃圾持水量，cm/h；M为垃圾初始含水量，cm/h。
4 渗滤液预测公式相关参数的确定方法
式（1）中的参数，降水量可从当地气象部门的资料获得，因此本文主要讨论其余4个参数的确定方法，其中水分蒸发量、孔隙挤压水和垃圾持水率的取值较困难。
4.1 垃圾初始含水率
垃圾的含水率有两种不同的定义方法，一是垃圾中水的质量与垃圾干重之比，二是固体废弃物中水的体积和废弃物总体积之比。
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表2 美国不同地区城市固体废弃物的含水量1）
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注：1）以质量分数计。
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表3 城市固体废弃物的含水率随季节变化情况
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填埋场垃圾的含水率，在很大程度上与下列互相关联的因素有关，包括垃圾的原始成分、填埋场地气候条件、填埋场运行方式、渗滤液收集和排放系统的有效程度、填埋场生物分解过程中产生的水分数量以及从填埋场气体中脱出的水分数量等密切相关。表1为美国不同地区城市固体废弃物的含水量，表2列举了美国加利福尼亚州某城市的垃圾含水量随季节的变化情况。
4.2 垃圾孔隙挤压水
垃圾孔隙体积与总体积之比称为垃圾孔隙率。根据城市垃圾的恶成分何压实程度，其孔隙率可取40%~52%。当某层垃圾置于填埋场时，该层垃圾细孔中的液体在其自重和它上面各层的重力作用下而排放出来。而这部分由孔隙挤压作用而排出的液体，一部分是原来就存在于垃圾孔隙中的水分，更主要的是来自于垃圾中的有机物和微生物的分解作用。孔隙挤压水数值需通过对实际垃圾样品的实验测定合理估算出来。
4.3 垃圾池水率
垃圾池水率是指经过长期重力排水后土或垃圾所能保持的体积含水量。垃圾的池水率对于判断填埋场渗滤液得形成非常重要，超过池水率的水将成为渗滤液排出。一般而言，垃圾的持水率随外加压力的大小和垃圾分解程度而变，其值约为22.4%~55%。SHARMA和LEWIS建议城市垃圾持水率的典型值可以取22.4% ，在填埋场运行水文计算模型（HELP模型）说明中所采用的城市垃圾持水率为29.2%。
4.4 填埋场水分蒸发量
降雨或填埋场内在的水分 ，在适当的条间下将会蒸发。蒸发量的大小依赖于以下几个因素：如环境温度、风速、蒸发表面和大气之间的气压差、大气压力、蒸发液体的相对密度等。一般来说，水分蒸发主要发生在浅表土层（大约10 cm的粘土层或20 cm的砂土层），可持续蒸发达到凋蔫湿度。深层土的蒸发量可以忽略不计。各地的蒸发量可取用气象部门资料。
5 结 语
垃圾填埋场渗滤液数量主要依赖于难以预测的降水量，因此，渗滤液产量随时间的波动十分显著。同时，填埋场在工作条件和封闭条件下渗滤液的产量也相差很大。填埋场底部的渗滤液收排系统依据工作条件下渗滤液产生速率来设计，而填埋场长期的管理费用将依据填埋场封场后渗滤液的产生速率来估算。
参考文献
[1] 王里奥，李东. 垃圾卫生填埋场渗滤液水量计算[J]. 重庆大学学报:自然科学版，2000，23（3）：112-114.
[2] 童庆，樊霆. 垃圾液渗滤液处理工艺中场龄影响分析[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] 刘长礼，张云，殷密英. 城市垃圾地质环境影响调查评价方法[M]. 北京：地质出版社，2006.
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