一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類處置場設計要點分析

金云巧

賽鼎工程有限公司　太原　030032

一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類處置場設計要點分析

金云巧*

賽鼎工程有限公司太原030032

摘要介紹處理第Ⅱ類一般固體廢物的合適填埋場場址選擇，場地的攔擋和防護措施，適宜的防滲方案和防滲材料確定，導滲及滲濾液處理系統(tǒng)設計，填埋作業(yè)時分區(qū)分單元進行，達到設計高度后及時封場。

關(guān)鍵詞一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類處置場防滲滲濾液填埋

煤化工、煤電企業(yè)消耗大量的原料煤和燃料煤，不可避免地產(chǎn)生大量的氣化爐或鍋爐灰、渣；冶金、煤炭、鹽化等行業(yè)也會產(chǎn)生大量的礦渣、矸石、鹽泥、電石渣等廢棄物；限于資金、技術(shù)水平等，大量的固體廢棄物并不能變廢為寶、循環(huán)利用，而是需要尋找合適的場地進行堆存、處置。貯存、處置不當會對地表水、地下水造成污染。為此在工程實施過程中，配套渣場從選址、設計到建設，應與主體工程做到“三同時”。一般工業(yè)固體廢物種類繁多，本文僅針對Ⅱ類場設計要點進行探討。

1一般工業(yè)固體廢物及其處置場分類

1.1一般工業(yè)固體廢物分類

一般工業(yè)固體廢物系指未被列入《國家危險廢物名錄》或者根據(jù)國家規(guī)定的GB5085鑒別標準和GB5086及GB/T15555鑒別方法判定不具有危險特性的工業(yè)固體廢物?！兑话愎I(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》又將一般工業(yè)固體廢物分為第I類和第Ⅱ類。

第I類一般工業(yè)固體廢物：按照GB5086規(guī)定方法進行浸出試驗而獲得的浸出液中，任何一種污染物的濃度均未超過GB8978最高允許排放濃度，且pH值在6至9范圍之內(nèi)的一般工業(yè)固體廢物。

第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物：按照GB5086規(guī)定方法進行浸出試驗而獲得的浸出液中，有一種或一種以上的污染物濃度超過GB8978最高允許排放濃度，或者是pH值在6至9范圍之外的一般工業(yè)固體廢物。[1]

1.2貯存、處置場分類

堆放第I類一般工業(yè)固體廢物的貯存、處置場為第I類，簡稱I類場。堆放第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場為第Ⅱ類，簡稱Ⅱ類場。其中I類場要求相對簡單，該類貯存、處置場普遍存在。Ⅱ類場要求當天然基礎層的滲透系數(shù)大于1.0×10-7cm/s時，應采用天然或人工材料構(gòu)筑防滲層，防滲層的厚度應相當于滲透系數(shù)1.0×10-7cm/s和厚度1.5m的粘土層的防滲性能。[1]

2處置場場址選擇基本要求

一般工業(yè)固體廢物處置場場址選擇應符合《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》及其修改單所規(guī)定的基本要求，對于Ⅱ類場特別要求：應避開地下水主要補給區(qū)和飲用水源含水層；應選在防滲性能好的地基上；天然基礎層地表距地下水位的距離不得小于1.5m。[1]

3Ⅱ類處置場設計案例

3.1工程概況及灰渣性質(zhì)

山西某企業(yè)建有多臺燃煤鍋爐，生產(chǎn)過程中鍋爐灰渣產(chǎn)生總量約25000t/a。鍋爐灰渣成分及其浸出液污染物濃度與最高允許濃度對照表分別見表1和表2。

表1　鍋爐灰渣成分　(%)

表2　灰渣浸出液最高允許排放濃度對照表

注：灰渣浸出液的pH為12；最高允許排放的pH規(guī)定為6～9。

根據(jù)GB5085鑒別標準和GB5086及GB/T15555鑒別方法與該灰渣浸出試驗報告對比，該灰渣浸出液有害物的含量都低于國家標準中的要求，屬于一般工業(yè)固體廢物,但根據(jù)《污水綜合排放標準》GB8978-1996最高允許排放濃度及pH值與灰渣浸出試驗報告對照，浸出液有害物質(zhì)濃度均低于該標準最高允許濃度，但其pH值為12，不在6～9范圍內(nèi)，判定此灰渣屬第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物。

3.2灰渣場選址及建設條件

3.2.1場址選擇

根據(jù)選址的有關(guān)要求，在發(fā)電廠東南側(cè)選擇天然沖溝設置灰渣場一座，距離發(fā)電廠直線距離約1200m，公路運輸距離約2.5km，灰渣場距離其東側(cè)的村莊約700m。所選場地為一天然沖溝，沖溝走向為南北向，主溝總長約1000m，在中部約500m處主溝西側(cè)分布有一支溝，長度約400m，規(guī)劃利用西側(cè)支溝作為初期渣場，遠期可以利用主溝填埋灰渣。支溝填埋年限約9年。

3.2.2工程建設條件

(1)場址地形地貌

所選灰渣場場址為沖溝支溝，該溝為斷頭溝，溝體形狀為U型，溝底寬約50m，溝壁邊坡比1:1.5～1:2，溝體長約400m，溝深約15m，溝底自然坡度15%。

(2) 場址工程地質(zhì)條件

根據(jù)該區(qū)地質(zhì)報告溝谷底部第一層為黃土，厚度0.5～1m；第二層為本區(qū)主要出露地層之一，平均厚度為2.5m，由紫紅色、黃綠色、杏黃色泥巖、砂質(zhì)泥巖、細砂巖和黃綠色中粗石英砂巖組成。底部厚層狀灰黃色含礫粗粒砂巖，常含礫石，平均厚度4.2m，與下伏地層整合接觸。

3.3灰渣填埋場工程設計

3.3.1灰渣攔擋壩

灰渣攔擋壩的作用在于：攔擋灰渣和滲濾液，形成有效的庫容，延長服務年限，便于填埋操作，因此在支溝溝口設置灰渣攔擋壩1座。

(1)壩型的確定

該灰渣場屬于溝谷型，溝底開闊，溝深較淺，鑒于填埋庫區(qū)溝口較寬，約50m，筑壩體積龐大，同其它壩體型式相比，均質(zhì)碾壓土壩投資最小，且當?shù)赜胸S富的黃土和次生黃土，故推薦采用均質(zhì)碾壓土壩。

(2)壩址的確定

填埋庫區(qū)溝體為U形，結(jié)合所需庫容以及未來灰渣堆體的穩(wěn)定等，將灰渣攔擋壩設置在距離西側(cè)支溝出口約50m的溝口。

(3)壩高及壩頂寬度的確定

灰渣產(chǎn)生量約30000m3/a，所選渣場填埋庫區(qū)面積較大，分兩期進行建設，本次為一期工程。經(jīng)壩高及庫容曲線計算，確定壩體最大高度8m，庫容約280000m3，使用年限9年?？紤]壩頂?shù)缆返男藿ê腿粘５淖鳂I(yè)管理，壩頂寬為6m。

(4)壩體設計

該攔渣壩的級別屬5級，相對應的允許穩(wěn)定安全系數(shù)為：基本載荷組合1.25，特殊載荷組合1.10，壩體穩(wěn)定分析采用《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，地震裂度按7度考慮。筑壩材料采用清庫所出的黃土，要求其水溶鹽含量≤3%，有機質(zhì)含量≤5%。壩體采用清庫所出的黃土及次生黃土碾壓而成，下游壩坡鋪設碎石護坡,上下游壩坡均為1:2.5。

3.3.2灰渣場防滲工程

(1) 防滲方案

根據(jù)室內(nèi)土工實驗結(jié)果，場底土體壓實系數(shù)在0.90和0.93時，平均滲透系數(shù)分別為2.88×10-3cm/s和1.26×10-3cm/s，庫岸的平均滲透系數(shù)分別為1.03×10-3cm/s和1.25×10-3cm/s，不能滿足滲透系數(shù)小于1.0×10-7cm/s的天然防滲條件的要求,必須采用人工防滲措施。

(2) 人工防滲措施及防滲材料選擇

防滲有垂直防滲、水平防滲及垂直與水平防滲相結(jié)合三大類。根據(jù)填埋場的工程地質(zhì)情況確定采用水平防滲方式，即在場底和邊坡滿鋪人工防滲材料，在溝口設置攔擋壩，庫區(qū)內(nèi)側(cè)壩體邊坡鋪設人工防滲材料，選用2.0mm厚的HDPE(高密度聚乙烯)土工膜作為人工防滲襯墊材料。

(3)邊坡和場底的清理

為滿足防滲材料的鋪設要求，便于滲濾液導排，填埋場場底在縱向和橫向整平，并具有不小于2%的排水坡度。

(4)防滲層結(jié)構(gòu)設計

在土層上鋪設復合土工膜，采用一布一膜，HDPE土工膜厚2.0mm，土工布規(guī)格為400g/m2，土工膜在下，土工布在上作為土工膜保護層，在復合土工膜上鋪設200mm厚的沙礫保護層(粒徑2～10mm)，其上鋪設300mm厚的礫石導流層(粒徑16～32cm)，場底人工防滲結(jié)構(gòu)剖面見圖1。

圖1　場底人工防滲結(jié)構(gòu)剖面

3.3.3渣場導滲系統(tǒng)

對滲濾液進行收集，是Ⅱ類灰渣貯存、處置場建設中必不可少的重要措施。為收集灰渣滲濾液，在場底基礎層上鋪設滲濾液導流層，使?jié)B濾液快速排除。在滲濾液導流層下設置樹枝狀滲濾液收集渠，為了便于排水，場底由兩側(cè)向干渠有大于2%的坡度，支渠坡度與場底坡度相同。灰渣滲濾液經(jīng)支渠或?qū)Я鲗恿飨蚋汕?穿過攔擋壩排入滲濾液收集池。滲濾液收集干渠(支渠)防滲、導滲剖面見圖2。

3.3.4滲濾液處理系統(tǒng)

為保護當?shù)氐乇硭暗叵滤?，必須對滲濾液進行收集處理。

(1)滲濾液處理方案

項目所在區(qū)域年降雨量為226.1～750.6mm，年平均降雨量468.1mm，降雨量多集中在7、8、9月；年平均蒸發(fā)量為1902.3mm,氣候干燥。

圖2　滲濾液收集干渠(支渠)防滲、導滲剖面

由于項目區(qū)域蒸發(fā)量遠大于降雨量，而且滲濾液中水質(zhì)超標的主要指標為pH值，采用處理后回灌的方法可以較好地消化灰渣場產(chǎn)生的滲濾液，同時滲濾液經(jīng)處理后也可以用于鍋爐房沖灰循環(huán)使用，節(jié)約一次水用量。故本工程擬采用回灌法+送電廠沖灰復用的綜合處理方式進行滲濾液處理。

(2)滲濾液產(chǎn)生量[2]

滲濾液的產(chǎn)生主要來源于場區(qū)內(nèi)降雨下滲，其次為灰渣自身的含水量產(chǎn)生的滲濾水。灰渣場的滲濾液產(chǎn)生量采用下面的預測模型進行預測，其計算公式：

式中，Q為滲濾液產(chǎn)生量，m3/a；I為平均年降雨量，mm/a；C為雨量轉(zhuǎn)為滲濾液的比率，%，其值在0.2～0.8之間，考慮進場灰渣含水量，設計取0.4；A為庫區(qū)集水面積。

灰渣場分兩期建設，本期庫區(qū)的集水面積為30000m2。

經(jīng)計算每年產(chǎn)生滲濾液的量為5617.2m3，則平均每天滲濾液的產(chǎn)生量為15.4m3。

(3)滲濾液調(diào)節(jié)池容積及結(jié)構(gòu)設計

通過計算逐月降雨量得出每個月的滲濾液產(chǎn)生量，減去每月的處理量，計算出最大累積余量，即為調(diào)節(jié)池的容量。在填埋初期，當發(fā)生不可預見的降雨時，可以加大向電廠輸送和采用灰渣場儲存解決。該工程調(diào)節(jié)池容積最終確定為1800m3。

調(diào)節(jié)池設于灰渣攔擋壩外，原地開挖矩形水池，邊坡采用1：2，池壁采用2.0厚HDPE膜防護。池底長、寬分別為50m、12m，池深為3.0m。

3.3.5雨污分流系統(tǒng)設計

為了減少灰渣場的滲濾液產(chǎn)生量，填埋作業(yè)時需做好雨污分流。設計中采取主要措施：

(1)填埋區(qū)域分期作業(yè)，未填埋區(qū)清潔雨水采用潛水泵直接抽提至截洪(排水)溝排放。

(2)在填埋庫區(qū)上游及周邊周圍設置截洪溝，防止庫區(qū)外匯水進入場區(qū)。截洪溝設計標準為十年一遇。

3.3.6填埋工藝

(1)填埋分區(qū)

分區(qū)作業(yè)不僅可減少滲濾液產(chǎn)生量，還便于操作，本填埋庫區(qū)溝體開闊，南北長度約400m，將填埋區(qū)分為南北兩個作業(yè)區(qū)，兩區(qū)之間采用隔堤分開。填埋作業(yè)時，先填埋Ⅰ區(qū)，后填埋Ⅱ區(qū)。

(2)填埋作業(yè)

根據(jù)等高線將填埋區(qū)劃分為若干填埋單元，填埋單元的大小基本上為一日一層作業(yè)量，冬季可適當延長，填埋厚度為2.5～3.0m設置中間覆蓋層。整個灰渣場底部全部覆蓋灰渣后，再上升一層填埋。每升高6m，在邊坡上修建一個6m寬的工作平臺，保障灰渣堆體穩(wěn)定。

為便于碾壓機械的操作，填埋收坡的邊坡系數(shù)≤1:4。逐漸上升至設計的最終填埋高度，終場后頂面坡度大于4%。

為防止灰場揚塵飛灰污染，盡量將灰場分區(qū)分塊使用，縮短灰面裸露時間；灰場堆灰時應采用噴水碾壓的貯灰方式,遇大風天氣時增加灑水的強度，防止灰粉飛揚。

3.3.7封場

當灰渣面達到最終高程后，進行封場作業(yè)。對永久灰坡面采用覆土50cm后加砌混凝土網(wǎng)格種草護坡；對貯灰場頂面覆土厚80cm，再進行綠化。同時在表面設置排水溝，將表面匯水排至周邊截水溝，減少對壩體和堆體邊坡沖刷。

封場除以上工程措施外還應輔以植物措施，在灰渣場頂面進行綠化，宜選擇根系發(fā)達、生長快、適應性強、易成活、保持水土效果好的鄉(xiāng)土樹種。

4結(jié)語

對于工業(yè)固體廢物的處置，首先需確定工業(yè)固體廢棄物的性質(zhì)和類別，選擇合適的處置場，并因地制宜進行針對性地工藝設計。

一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類處置場設計包括灰渣攔擋壩、灰渣場防滲、滲濾液導滲及處理、雨污分流系統(tǒng)、填埋系統(tǒng)和封場措施等的設計，其中灰渣場防滲、滲濾液導滲及處理、雨污分流系統(tǒng)尤為重要，避免對當?shù)氐乇硭暗叵滤斐晌廴尽?/p>

同時，生產(chǎn)過程中，固體廢物應考慮綜合利用，通過發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，提高固廢回收利用率，以盡可能減少外棄量，減少渣場占地，延長服務年限。

參考文獻

1GB18599-2001,一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準[S].

2GB50869-2013,生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范[S].

(收稿日期2016-03-21)

*金云巧：高級工程師。1997年畢業(yè)于西安建筑科技大學環(huán)境工程專業(yè)，現(xiàn)從事環(huán)保設計和環(huán)境影響評價工作，

聯(lián)系電話：(0351)4557409，E-mail:jinyunqiao@163.com。