一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類填埋場的設(shè)計

徐彩平 田虎偉 吳江偉 陳宏貴

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；3.馬鞍山市潔源環(huán)保有限公司）

為滿足工業(yè)固廢處置需要，越來越多的城市開始興建一般工業(yè)固廢填埋場。目前，關(guān)于生活垃圾填埋場的工程實例和相關(guān)研究較多，但關(guān)于一般工業(yè)固廢填埋場規(guī)范化設(shè)計的專項研究和工程經(jīng)驗還不多。新頒布實施的《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599—2020）對一般工業(yè)固廢填埋場提出了具體要求。本文擬結(jié)合某工程實例，介紹一般工業(yè)固廢Ⅱ類填埋場的設(shè)計。

1 工程概況

1.1 場址概況

某工程利用已閉庫的尾礦庫作為填埋場場址，該建設(shè)用地不在生態(tài)保護紅線范圍內(nèi)。場地東西長約410 m、南北寬約250 m，總面積約10.5 萬m2，其中填埋區(qū)面積約9 萬m3。現(xiàn)狀場址區(qū)域地面標(biāo)高+41.5～+44 m，尾礦壩最大壩高20 m，尾礦庫總庫容66萬m3，總坡比1∶4。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查表明，場址內(nèi)無活動斷層、溶洞區(qū)、天然滑坡、泥石流影響區(qū)及濕地等，該尾礦庫閉庫后有良好的承載力，可作為建設(shè)用地使用［1］。項目選址符合規(guī)范要求［2］。

1.2 處理物種類和設(shè)計規(guī)模

填埋場可能處置的固廢包括鋼渣、型砂、冶煉廢渣、爐渣、尾礦、脫硫渣、污泥等符合入場要求的一般工業(yè)固廢，場地按Ⅱ類固廢填埋場的要求進行設(shè)計建設(shè)。填埋庫區(qū)地基處理后最低點標(biāo)高+43.5 m，最高點標(biāo)高約+45 m，平均+44.5 m，填埋封場坡頂標(biāo)高+61.5 m，堆體邊坡平均坡比1∶3，采用分層體積累加法進行庫容計算，得到填埋庫區(qū)設(shè)計總庫容107.61萬m3，平均處理規(guī)模16.3萬t/a，服務(wù)年限9 a。

2 填埋場工程設(shè)計

2.1 填埋場平面布置

整個填埋庫區(qū)呈矩形，根據(jù)填埋時序劃分，填埋庫區(qū)通過中間分隔成Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#填埋區(qū)，4 個區(qū)均近似長方形，每層的堆置順序為Ⅰ#區(qū)→Ⅱ#區(qū)→Ⅲ#區(qū)→Ⅳ#區(qū)。Ⅰ#填埋區(qū)尺寸180 m×123 m，面積2.33萬m3；Ⅱ#填埋區(qū)尺寸180 m×109 m，面積1.92 萬m3；Ⅲ#填埋區(qū)尺寸192 m×118 m，面積1.94 萬m3；Ⅳ#填埋區(qū)尺寸192 m×114 m，面積2.40 萬m3。4 個填埋區(qū)，各區(qū)均設(shè)置獨立的滲濾液收集與導(dǎo)排系統(tǒng)、地表水導(dǎo)排系統(tǒng)，以利于雨污分流。4 個填埋區(qū)面積相當(dāng)，把填埋庫區(qū)沿中間軸線平均分割，后期4 個填埋區(qū)形成一個整體，見圖1。

2.2 填埋場豎向布置

通過對填埋場邊坡穩(wěn)定性進行計算、分析，原尾礦庫進行地基加固處理后，最大填埋高度可達17 m（絕對標(biāo)高），可滿足穩(wěn)定性和地基不均勻沉降要求。場底Ⅰ#、Ⅱ#填埋區(qū)由北向南的坡度均為0.5%，Ⅲ#、Ⅳ#填埋區(qū)由南向北的坡度均為0.5%，整個填埋場由東向西的坡度均為0.5%，滿足滲濾液收集和導(dǎo)排要求，地下水能夠有效地控制在防滲系統(tǒng)之下。

2.3 地基處理

根據(jù)場址地質(zhì)報告，淤泥質(zhì)黏土層滲透系數(shù)低，厚度4.0～5.1 m，淤泥質(zhì)黏土層強度低、壓縮性高，屬弱透水層，具有流變性、蠕變性，不能作為填埋場基礎(chǔ)，在地基處理過程中采取粉質(zhì)黏土換填的方式對此層淤泥質(zhì)黏土層進行處理，粉質(zhì)黏土分層碾壓，要求碾壓后的壓實度達到0.92。

2.4 攔擋壩工程

填埋庫區(qū)坡腳修建攔擋壩，攔擋壩壩頂標(biāo)高+46.5 m，壩頂寬2 m，其內(nèi)外坡坡比均為1∶2，最大高度3.0 m，最小高度1.0 m。攔擋壩外側(cè)修建排水溝，邊坡植草護坡，內(nèi)坡鋪設(shè)1.5 mm 厚HDPE 土工膜防滲。設(shè)計攔擋壩為黏土壩，采用機械分層碾壓，填土壓實度≥96%。攔擋壩剖面見圖2。

2.5 防滲系統(tǒng)

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，Ⅱ類場應(yīng)采用單人工復(fù)合襯層作為防滲襯層，即由一層人工合成材料襯層和黏土類襯層構(gòu)成的防滲襯層［2］。本工程采用單人工復(fù)合襯層防滲系統(tǒng)，填埋場基底及邊坡防滲構(gòu)造見圖3、圖4。防滲膜采用雙焊縫搭接，橫向焊縫間錯位100 mm，接縫避開棱角，設(shè)在平面處，焊縫采用充氣法檢驗。壩頂錨固溝深1 m、寬1 m，溝內(nèi)用壓實黏土回填。

2.6 滲濾液收集與導(dǎo)排系統(tǒng)

本工程在4 個填埋分區(qū)分別設(shè)置滲濾液收集與導(dǎo)排系統(tǒng)。填埋區(qū)基底防滲層上方設(shè)置滲濾液收集主盲溝，并在主盲溝兩側(cè)鋪設(shè)次盲溝，主盲溝平均坡度0.5%。主盲溝材料采用碎石，外包無紡?fù)凉げ?，?nèi)設(shè)HDPE穿孔管。主盲溝中收集管規(guī)格為DN110，次盲溝采用方形盲管，外包無紡?fù)凉げ迹叫蚊す芤?guī)格MF7035。

各區(qū)分別在主盲溝的末端沿順坡布置滲濾液收集溝，滲濾液收集后由滲濾液收集溝排送至滲濾液調(diào)節(jié)池。根據(jù)國內(nèi)外填埋場運行經(jīng)驗，一般均需設(shè)置較大的調(diào)節(jié)池，用于調(diào)節(jié)不同季節(jié)滲濾液產(chǎn)生量的不均勻性［3］。根據(jù)該工程環(huán)境影響評價報告，設(shè)置一座2 520 m3滲濾液調(diào)節(jié)池，尺寸為40 m×30 m×2.1 m，壁厚400 mm。調(diào)節(jié)池采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并做好防滲處理。池壁、池底采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆，池壁外側(cè)采用1.5 mm 厚光面HDPE 土工膜防滲。收集池池底及池壁涂再生膠瀝青（水乳型）防水膜，采用一布兩涂，中間布采用100 g/m2聚酯布。防滲結(jié)構(gòu)層滲透系數(shù)不應(yīng)大于1.0×10-7cm/s。

2.7 地表水導(dǎo)排系統(tǒng)

為減少填埋場區(qū)滲濾液的產(chǎn)生量，應(yīng)盡量做到雨污分流，把未與填埋物直接接觸區(qū)域的降水及徑流導(dǎo)排出填埋區(qū)，不進入滲濾液收集系統(tǒng)。具體地表水導(dǎo)排措施包括截洪溝、環(huán)庫區(qū)四周排水溝、堆體表面地表排水溝以及必要的跌水設(shè)施、排放管。

（1）截洪溝。庫區(qū)外設(shè)置3 條截洪溝，庫區(qū)東側(cè)山坡靠填埋場外側(cè)修建截洪溝，為東側(cè)截洪溝，長度約347 m；西北側(cè)排土場一側(cè)靠路邊修建截洪溝，為北側(cè)截洪溝，長度約332 m；南側(cè)靠相鄰尾礦庫主壩一側(cè)修建截洪溝，為南側(cè)截洪溝，長度約400 m。截洪溝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按過水能力100 a一遇的洪水設(shè)計。經(jīng)計算，截洪溝采用C20 素混凝土澆筑，壁厚200 mm，溝壁采用M10 砂漿抹面，梯形結(jié)構(gòu)，截洪溝凈斷面上底為1 200 mm、下底為800 mm、高為1 000 mm。

（2）庫區(qū)四周排水溝。排水溝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按過水能力100 a 一遇的洪水設(shè)計。經(jīng)計算，本工程庫區(qū)四周修建排水溝，排水溝采用C20 素混凝土澆筑，溝壁采用M10 砂漿抹面，矩形結(jié)構(gòu)，排水溝凈斷面尺寸為底寬500 mm，深度500 mm。

（3）堆體表面排水溝。堆體表面排水溝隨著填埋堆體的建設(shè)而修建。單元作業(yè)完成后，單元頂部形成一個5%的排水坡度。填埋場分層堆置，分層高度3 m，臺階坡比為1∶2，各臺階設(shè)錨固溝，平臺上設(shè)置有排水溝，收集的雨水匯至庫區(qū)四周排水溝，排出場外。

2.8 填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng)

填埋氣體的導(dǎo)排方式有垂直導(dǎo)排和水平導(dǎo)排2種［4］。本項目采用垂直排氣井與水平導(dǎo)氣碎石盲溝相結(jié)合的方式對填埋氣體進行收集。填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng)采用被動導(dǎo)氣方式，即在填埋氣體大量產(chǎn)生時，為其提供高滲透性的通道，使氣體按設(shè)計的方向運動。

（1）排氣井的布置。填埋場排氣井自+45.5 m 開始布置，隨著填埋作業(yè)的開展，最終布設(shè)排氣井10座。排氣井直徑1 000 mm，用鐵絲網(wǎng)圍合而成，中心設(shè)有規(guī)格DN200的HDPE穿孔管，在管與鐵絲網(wǎng)間填充有30～60 mm 粒徑的級配碎石。排氣井高出填埋堆體2 000 mm，并隨著填埋堆體高度的增加而加高。排氣井間距以不超過55 m 為宜。排氣井頂端為排氣出口及取樣口，實時監(jiān)控場內(nèi)氣體情況。填埋場運行時，應(yīng)注意排氣井周邊的填埋作業(yè)，必要時采用人工作業(yè)，避免排氣井因損壞而無法正常運行。

（2）中間導(dǎo)氣盲溝。隨著固廢堆體的逐漸增高，為了增強堆體中填埋氣體的收集，在+46.5、+52.5、+58.5 m 鋪設(shè)中間導(dǎo)氣盲溝。中間導(dǎo)氣盲溝與豎向?qū)馐\井組成立體氣體導(dǎo)排系統(tǒng)。

排氣井和導(dǎo)氣盲溝的鋪設(shè)可根據(jù)現(xiàn)場固廢體填埋實際情況作適當(dāng)調(diào)整。

2.9 封場設(shè)計

（1）封場覆蓋。當(dāng)填埋場服務(wù)期滿后應(yīng)進行封場，Ⅱ類填埋場的封場結(jié)構(gòu)應(yīng)包括阻隔層、雨水導(dǎo)排層、覆蓋土層［1］。本工程各封場覆蓋層自上而下設(shè)計①表土層，300 mm厚耕植土；②覆蓋土層，200 mm厚黏土；③排水層，土工復(fù)合排水網(wǎng)；④防滲層，1 mm 厚的HDPE 膜；⑤膜下保護土層，100 mm 的粉質(zhì)黏土。封場后頂面坡度為5%。

（2）生態(tài)修復(fù)。填埋庫區(qū)封場后及時進行生態(tài)修復(fù)工作，并進行環(huán)境美化建設(shè)。

3 結(jié)論

（1）本工程在已閉庫的尾礦庫上建設(shè)固廢填埋場，可減少土地資源占用，同時也有效地解決了本工程選址問題。

（2）本工程實例屬于一般工業(yè)固體廢物Ⅱ類填埋場，填埋區(qū)面積約135 畝，總庫容約107.61×104m3，平均處理規(guī)模16.3萬t/a，服務(wù)年限9 a。

（3）本工程采用單人工復(fù)合襯層為防滲襯層，可滿足防滲要求；通過合理設(shè)置滲濾液收集與導(dǎo)排系統(tǒng)、地表水導(dǎo)排系統(tǒng)，可實現(xiàn)雨污分流，減少滲濾液產(chǎn)生量；通過采用垂直排氣井與水平導(dǎo)氣碎石盲溝相結(jié)合的方式可實現(xiàn)對填埋氣體的有效收集。