某礦區(qū)歷史遺留氰化廢渣處置的設(shè)計實例

谷泓坤

（湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100）

某礦區(qū)歷史遺留氰化廢渣處置的設(shè)計實例

谷泓坤

（湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100）

通過對礦區(qū)歷史遺留氰化廢渣實地調(diào)查及定性、定量分析，采用經(jīng)濟、合理的處置工藝解決該礦區(qū)歷史遺留環(huán)境問題。工程設(shè)計采用安全填埋的處置工藝，并配套設(shè)置截排洪、滲濾液收集及處理、地下水導(dǎo)排等系統(tǒng)，確保氰化廢渣及滲濾液得到科學(xué)、合理的處置。工程的實施取得了良好的社會效益和環(huán)境效益。

歷史遺留；氰化廢渣；安全填埋；滲濾液

20世紀(jì)90年代，湖南省某縣境內(nèi)發(fā)現(xiàn)零星金礦，引發(fā)亂采濫挖的氰化淘金活動，隨后，經(jīng)整治改由村組集體開采，因缺乏技術(shù)與資金，仍舊采用氰化淘金和土法焙燒的方法煉金。該礦區(qū)就是典型的歷史上民眾較集中采用氰化工藝浸出選金的一個區(qū)域。經(jīng)多年整治，現(xiàn)雖取締了區(qū)域落后淘金方法和生產(chǎn)企業(yè)，但采用氰化工序產(chǎn)生的廢渣的堆存污染問題仍沒有得到妥善解決，群眾要求處置歷史遺留氰化廢渣的呼聲也日趨強烈。堆存廢渣對周邊地下水和土壤造成了不同程度的污染，致使流域污染范圍進(jìn)一步擴大，污染程度進(jìn)一步加劇，沿線群眾正常生產(chǎn)、生活遭受更加嚴(yán)重的影響，甚至危害到湘江。

1 工程背景

1.1 氰化廢渣成分

本項目氰化廢渣是在氰化選金過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)固體廢棄物，其主要化學(xué)成分有金、銅、鉛、鋅、砷、鎘、汞等元素。建設(shè)單位委托相關(guān)部門進(jìn)行檢測分析，氰化廢渣中的各成分含量見表1。

根據(jù)上述分析結(jié)果，該氰化廢渣中所含的金屬元素種類較多，品位較低，無資源綜合利用的價值。

1.2 氰化廢渣數(shù)量

建設(shè)單位委托具有資質(zhì)的測繪單位對該礦區(qū)內(nèi)堆存的氰化廢渣進(jìn)行了測量和計算。最終測算出礦區(qū)需處置的氰化廢渣貯存量為34萬m3，按堆積密度為2.3 t／m3計，氰化廢渣量共78.2萬t。

表1 氰化廢渣多元素成分表%

1.3 氰化廢渣性質(zhì)

建設(shè)單位委托具有資質(zhì)的監(jiān)測單位對該礦區(qū)內(nèi)堆存的氰化廢渣進(jìn)行了取樣分析、化驗，取樣方法為在各堆場內(nèi)隨意布點［1～4］，挖深1 m后取樣并對其浸出毒性進(jìn)行了分析［5，6］，分析、化驗結(jié)果見表2。

根據(jù)表2并結(jié)合《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》鑒別，本項目氰化廢渣硫酸硝酸法浸出結(jié)果均未超過《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》的標(biāo)準(zhǔn)值，同時根據(jù)《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——腐蝕性鑒別》，氰化廢渣的pH值均在2.0～12.5，因此確定該氰化廢渣屬一般工業(yè)固體廢物。

根據(jù)表2并結(jié)合《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中第Ⅰ、Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物的定義鑒別，該氰化廢渣水平振蕩法浸出結(jié)果主要為砷、氰化物，超出污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978－1996）最高允許排放濃度。

表2 氰化廢渣堆毒性浸出試驗結(jié)果mg／L

綜上所述，該氰化廢渣定性為第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物。

2 處置方案設(shè)計

固體廢物處置的總原則是減量化、資源化和無害化，本項目所處置的氰化廢渣屬于無機廢渣，不宜采用“焚燒法”處置。由表1可知，該廢渣無資源綜合利用的價值，因此，通過綜合比選，設(shè)計采用“安全填埋法”［7］對項目區(qū)歷史遺留的氰化廢渣進(jìn)行處置，以減少含重金屬的廢水溢出污染下游水體和下滲污染地下水。

工藝流程如圖1所示。

圖1 處理工藝流程圖

3 場址選擇

根據(jù)項目區(qū)實際情況，選定距離氰化廢渣堆較近的一處山谷作為本項目安全填埋場建設(shè)用地。該場址符合當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)建設(shè)總體規(guī)劃要求；位于工業(yè)區(qū)和居民集中區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)側(cè)；周邊500 m范圍內(nèi)無廠礦企業(yè)、學(xué)校、居民集中居住區(qū)、河流、水庫及其它敏感環(huán)境目標(biāo)；地基防滲性能好，天然基礎(chǔ)層地表距地下水位的距離大于1.5 m；場地呈帶狀沖溝，周邊地表分水嶺明顯；場地及附近無斷層、斷層破碎帶、結(jié)構(gòu)性地質(zhì)活動跡象、場地塌陷、溶洞區(qū)以及天然滑坡或泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，能夠滿足設(shè)計規(guī)范要求。同時，該場址通過了縣國土、規(guī)劃等部門的認(rèn)可和批復(fù)。

4 填埋場設(shè)計方案

該氰化廢渣填埋場區(qū)有以下設(shè)施：安全填埋庫、截污壩、監(jiān)測井以及滲濾液收集及處理系統(tǒng)等。將氰化廢渣安全填埋庫布置在場區(qū)中部及南部山谷內(nèi)，有利于擴大填埋庫庫容；所處置的廢渣為氰化廢渣，設(shè)計考慮堆存廢渣時，每隔一定厚度（約5 m），加入一定量漂白粉（鋪設(shè)約0.1 m厚），以減輕后續(xù)滲濾液處理系統(tǒng)的氰化物負(fù)荷；滲濾液收集及處理系統(tǒng)布置在截污壩下游，使?jié)B濾液收集能夠自流收集；填埋場四周設(shè)置5個地下水監(jiān)測井：包括1個背景監(jiān)測井、3個污染擴散監(jiān)測井、1個污染監(jiān)測井；填埋庫周邊利用開挖邊坡或道路設(shè)置寬10 m綠化隔離帶。

4.1 填埋庫整形及容量計算

4.1.1 填埋庫整形

為了便于防滲層的鋪設(shè)和滲濾液的收集，設(shè)計在鋪設(shè)防滲層之前對填埋庫區(qū)進(jìn)行場地整形。填埋庫場底基本上沿溝底布置，截污壩附近庫底平整設(shè)計標(biāo)高為375.0 m，谷底線向溝上游形成2%的縱向坡度，谷底線兩側(cè)形成2%的橫坡，場底最大寬度約25 m，長約65 m，標(biāo)高為375.0～380.0 m，有利滲濾液收集系統(tǒng)和地下水疏排系統(tǒng)的布置；邊坡平整從場底開始，結(jié)合地形坡度和工程地質(zhì)情況，按修整坡度升高至410.0 m錨固平臺，并在其間每升高5 m設(shè)置錨固平臺。根據(jù)原始地形圖以及填埋庫布置，利用斷面法（每個斷面之間的距離為5 m）可計算出填埋庫土石方工程量為：挖方40 300 m3、填方6 500 m3，部分符合要求的余土作為封場覆土材料，石方可作筑路材料。

4.1.2 庫容計算

根據(jù)填埋庫原始地形圖及場地現(xiàn)狀、填埋庫整形后的布置以及封場要求，利用斷面法（每個斷面之間的距離為5 m）可計算出填埋庫總有效庫容約為35.21萬m3，能滿足本項目處置34萬m3氰化廢渣的需求。

4.2 防滲層結(jié)構(gòu)設(shè)計

庫區(qū)防滲方案采用水平防滲［8，9］，根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物填埋場的要求并結(jié)合本項目地質(zhì)勘察報告書，本設(shè)計選擇HDPE防滲膜［10，11］作為填埋場的防滲材料。

4.2.1 庫底防滲

庫底防滲層結(jié)構(gòu)由下及上依次為：1.0 m厚粘土保護(hù)層、1.5 mm光面HDPE土工膜、30 kN／m無紡?fù)凉げ肌?.3 m厚卵石滲濾液導(dǎo)流層、15 kN／m有紡?fù)凉げ?。其中粘土保護(hù)層選擇場內(nèi)含細(xì)顆粒成分較多的粘土，剔除雜物和碎石，在保持一定含水率的條件下分層碾壓，達(dá)到密實度為93%，滲透系數(shù)小于1×10－7cm／s。

4.2.2 邊坡防滲

邊坡防滲層結(jié)構(gòu)由下向上依次為：30 kN／m無紡?fù)凉げ肌?.5 mm糙面HDPE土工膜、30 kN／m無紡?fù)凉げ?、HDPE復(fù)合土工排水網(wǎng)格（5.0 mm）。

4.3 清污分流系統(tǒng)設(shè)計

4.3.1 場外截排洪

為盡量減少降雨進(jìn)入填埋場內(nèi)，維護(hù)填埋作業(yè)安全和減少滲濾液的產(chǎn)生量，設(shè)計在填埋場周圍一定標(biāo)高設(shè)置截洪溝，防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇設(shè)計，在庫區(qū)一定標(biāo)高處及庫區(qū)外圍，分別設(shè)置臨時和永久截洪溝。永久截洪溝采用梯形斷面，用現(xiàn)澆混凝土護(hù)底護(hù)坡；臨時截洪溝采用矩形斷面，斷面尺寸0.8 m×0.8 m，漿砌石塊護(hù)底護(hù)坡，各截洪溝底縱坡均為5‰。

4.3.2 地下水導(dǎo)排

在場底設(shè)計地下水導(dǎo)排系統(tǒng)，主要的作用是在填埋場使用過程中和終場后，將通過邊坡和地下滲透進(jìn)入填埋區(qū)的雨水和部分可能存在的地下水安全排出場外，以保證填埋基底的穩(wěn)定性。在庫區(qū)內(nèi)沿場底由西南向東北布置地下水導(dǎo)排主盲溝，溝中埋設(shè)DN315～400HDPE穿孔花管［12］，管周圍用碎石填充，溝用15 kN／m土工布［13，14］包裹；在場地支溝處布置地下水導(dǎo)排次盲溝，溝中埋設(shè)DN200HDPE穿孔花管，管周圍用碎石填充，溝用15 kN／m土工布包裹，將地下水排出庫區(qū)至自然水體內(nèi)。

4.3.3 滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)

固體廢物在填埋過程中或填埋場封場后都有滲濾液排出，滲濾液是固體廢物填埋場危害環(huán)境的主要污染源，必須對其進(jìn)行有效的收集，收集后對其進(jìn)行有效處理達(dá)標(biāo)后排放。設(shè)計在庫區(qū)邊坡采用5.0 mmHDPE復(fù)合土工排水網(wǎng)格導(dǎo)流，同時起到保護(hù)下層防滲膜的作用；在場底鋪設(shè)0.3 m厚的卵石作導(dǎo)流層，其上覆15 kN／m有紡?fù)凉げ甲鞅Ｗo(hù)層，防止被固體廢物損壞或堵塞，同時在場底谷溝由南向北設(shè)置主盲溝，溝中埋設(shè)DN400HDPE穿孔管作導(dǎo)流主管，坡度為2.0%，次盲溝每間隔一定距離布設(shè)，溝中埋設(shè)DN200HDPE穿孔管作導(dǎo)流支管，坡度為2.0%，與導(dǎo)流主管相接，形成排滲導(dǎo)流管網(wǎng)。

4.4 氣體導(dǎo)排系統(tǒng)設(shè)計

由于所處置的廢渣實為氰化廢渣與受污染土壤的渣土混合物，為防止填埋的廢物因物理、化學(xué)或生物作用所產(chǎn)生的氣體可能對封場后的頂部隔斷層產(chǎn)生破壞，本設(shè)計在封場區(qū)域廢物表面設(shè)導(dǎo)氣石籠，并在石籠一線每隔約50 m設(shè)豎向排氣管，排氣管底部與石籠連接，向上穿過頂部封場覆蓋層，將可能產(chǎn)生的填埋氣體排出場外。

4.5 封場設(shè)計

填埋庫中廢物達(dá)到填埋設(shè)計標(biāo)高后需進(jìn)行終場覆蓋，以達(dá)到阻止風(fēng)與雨的侵蝕、減少地表水滲透到廢物層、減少滲濾液的產(chǎn)生量，同時導(dǎo)排填埋廢物可能產(chǎn)生的廢氣，并且保持安全填埋場頂部的美觀及持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)的作用［8］。

本設(shè)計最終填埋完成面最大坡度按1∶3考慮，坡面以1∶3坡度向上，標(biāo)高每升高5 m，設(shè)置一個5 m的控制平臺，一直達(dá)到最終封場設(shè)計標(biāo)高，然后按5%以上的坡度由中間坡向兩側(cè)，形成魚背狀，便于排水。每個控制平臺內(nèi)側(cè)設(shè)置排水溝，溝斷面尺寸0.4 m×0.4 m。

封場結(jié)構(gòu)由下及上依次為：15 kN／m無紡?fù)凉げ肌?.3 m碎石層、15 kN／m無紡?fù)凉げ肌?.3 m粘土層（滲透系數(shù)小于1×10－7cm／s）、1.5 mm HDPE糙面土工膜、30 kN／m無紡?fù)凉げ肌?.3 m卵石層、15 kN／m無紡?fù)凉げ肌?.7 m耕植土層、植草綠化，形成包括底層、防滲層、排水層、保護(hù)層及植被恢復(fù)層的多層封場結(jié)構(gòu)。

4.6 截污壩設(shè)計

根據(jù)庫容需求量、地勘報告并結(jié)合場地實際情況，設(shè)計在庫區(qū)東北角設(shè)置一座截污壩，以阻攔庫區(qū)內(nèi)氰化廢渣及滲濾液外泄，截污壩采用漿砌石重力壩，壩頂標(biāo)高390.0 m、壩頂寬5.0 m、壩高18.0 m、壩長37.0 m，上游坡比1∶0.4、下游坡比1∶0.5；在下游坡面上每6 m高設(shè)一道2 m寬的馬道；內(nèi)坡防滲系統(tǒng)與庫區(qū)邊坡一致。

4.7 滲濾液處理系統(tǒng)設(shè)計

含重金屬廢渣的滲濾液危害極大，必須進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后方可外排。根據(jù)項目環(huán)評批復(fù)要求，滲濾液處理后出水須達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)后達(dá)標(biāo)排放。

利用滲濾液產(chǎn)生量的經(jīng)驗公式［15］，綜合考慮雨季時滲濾液的增加及滲濾液處理的安全性，本工程的污水處理總規(guī)模定為100 m3／d，滲濾液處理設(shè)施間歇運行；通過計算［15］本項目需設(shè)置一座容積600 m3的調(diào)節(jié)池；滲濾液處理工藝采用“空氣氧化—鐵鹽—堿—PAM絮凝”化學(xué)處理工藝，沉淀池產(chǎn)生的沉渣通過板框壓濾機進(jìn)行固液分離，污泥經(jīng)過脫水后安全處置或交由有資質(zhì)的單位進(jìn)行處理；封場后，滲濾液處理及其處理后的排放水的監(jiān)測系統(tǒng)繼續(xù)維持正常運轉(zhuǎn)，直至水質(zhì)穩(wěn)定為止。

5 投資估算

項目總投資8 087.74萬元，其中：工程建設(shè)投資4 604.03萬元，填埋期廢渣運輸、填埋作業(yè)及滲濾液運行等費用3 483.71萬元。

6 結(jié)語

本設(shè)計在對該礦區(qū)歷史遺留氰化廢渣進(jìn)行充分調(diào)查、采樣、分析的基礎(chǔ)上，確定了氰化廢渣的量及性質(zhì)。根據(jù)項目區(qū)實際情況并結(jié)合填埋場場址地形、地貌特點，采用“安全填埋法”對遺存的氰化廢渣進(jìn)行處置，能夠徹底解決礦區(qū)歷史遺留氰化廢渣對周邊環(huán)境的影響。經(jīng)計算，通過本工程的實施，每年可削減向周邊水體排放As115.2 kg／a，Pb 2 kg／a，氰化物47.6 kg／a，從源頭持續(xù)減輕重金屬對周邊水體乃至湘江流域的污染壓力，并明顯改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

［1］ HJ／T298－2007，危險廢物鑒別技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ GB5085.3－2007，危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別［S］.

［3］ GB5085.1－2007，危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——腐蝕性鑒別［S］.

［4］ GB8978－1996，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］ HJ／T299－2007，固體廢物浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法［S］.

［6］ HJ557－2010，固體廢物浸出毒性浸出方法——水平振蕩法［S］.

［7］ 聶永豐.三廢處理工程技術(shù)手冊——固體廢物卷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.611－729.

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

［9］ CJJ113－2007，生活垃圾衛(wèi)生填埋場防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［10］CJ／T234－2006，垃圾填埋場用高密度聚乙烯土工膜［S］.

［11］GB／T17643－2011，土工合成材料聚乙烯土工膜［S］.

［12］GB／T 13663－2000，給水用聚乙烯（PE）管材［S］.

［13］GB／T17639－2008，土工合成材料長絲紡粘針刺非織造土工布［S］.

［14］GB／T50290－2014，土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范［S］.

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

Design Exam p le on Disposal of Cyanide W aste Left Over by History in a Certain Mining Area

GU Hong-kun
（Hunan Research Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410100，China）

left over by history；cyanide waste；safety landfill；percolate

X758

A

1003－5540（2017）01－0061－05

2016－10－28

谷泓坤（1980－），男，工程師，主要從事環(huán)境工程設(shè)計與咨詢工作。

Abstract：Through field investigation，qualitative and quantitative analysis of cyanide waste in the mining area，the engineering design uses economic and reasonable disposal technology to solve the environmental problems leftover by history.The engineering design uses safety landfill disposal process，meanwhile sets assorted processing system of the rainwater drainage，the percolate collection and treatment，the groundwater drainage and so on，to ensure the scientific and reasonable disposal of cyanide waste and percolate.The implementation of the project has achieved good social benefits and environmental benefits.