危險廢棄物地上式剛性填埋場的設(shè)計及應(yīng)用

黃春艷，寧紹宇

(中藍長化工程科技有限公司，湖南 長沙 110000)

危險廢棄物種類繁多、成分復雜，來自于多種行業(yè)，如處置不當會對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴重的危害。目前，危險廢棄物的處理處置方式主要有焚燒、安全填埋、物化資源化綜合利用等。其中，安全填埋具有工藝簡單、操作靈活方便，且最大限度地與生物圈自然環(huán)境隔離等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。就剛性填埋場而言，有地下式、半地下式和地上式三種。本文依據(jù)國家2019年頒發(fā)的國標GB 18598的相關(guān)規(guī)定，設(shè)計成具有結(jié)構(gòu)防滲、填埋氣導氣和滲濾液導排系統(tǒng)完備、人工檢測區(qū)域合理的構(gòu)筑物形式，以避免對土壤和地下水造成污染，并結(jié)合工程實例進行了介紹。

1 總體要求

依據(jù)《危險廢物填埋污染控制標準》(GB18598-2019)的要求：剛性填埋場鋼筋混凝土的設(shè)計應(yīng)符合GB 50010的相關(guān)規(guī)定，防水等級應(yīng)符合GB 50108的一級防水標準；鋼筋混凝土與廢物接觸的面上應(yīng)覆有防滲、防腐材料；鋼筋混凝土抗壓強度不低于 25 N/mm2，厚度不小于 35 cm；應(yīng)設(shè)計成若干對稱的填埋單元，每個填埋單元面積不得超過 50 m2且容積不得超過 250 m3；填埋結(jié)構(gòu)上方應(yīng)設(shè)置移動式遮雨棚，杜絕雨水進入形成滲濾液；采用地上結(jié)構(gòu)形式的，底部設(shè)置人工目視撿漏區(qū)，在人工目視條件下能觀察到填埋單元的破損和滲漏情況，并能及時進行修補。

填埋場設(shè)計的主要原則為：①因地制宜，充分利用現(xiàn)有地形、地質(zhì)情況，使填埋場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；增大填埋場庫容量，降低單位填埋成本。②填埋場結(jié)構(gòu)及防滲方案安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理，可操作。③填埋場工藝先進、成熟、投資省，管理及施工、生產(chǎn)運行方便。④填埋場實行清污分流，減少滲濾液處理量，節(jié)約運行成本。⑤填埋場施工、使用后盡可能使廢物與環(huán)境隔絕，產(chǎn)生的廢液和廢氣實行集中收集和處理，防止對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。 ⑥處理好近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系。

2 主要設(shè)計參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸

依據(jù)相關(guān)標準，每個填埋單元的最優(yōu)尺寸滿足面積不超過 50 m2，同時容積不超過 250 m3，因此必須綜合考慮建設(shè)投資、建造難度及運營成本等因素。某項目進行不同結(jié)構(gòu)尺寸測算，兩種不同布置方案，工程造價不同，如圖1。

圖方案一 方案二圖1 地上剛性填埋場布置示意圖

方案一：庫區(qū)分割為36個容積為 241.2 m3的單元格，按9×4排列，總庫容 9000 m3；單個填埋單元的尺寸為 6.0 m×6.0 m×6.7 m。方案二：庫區(qū)分割為32個容積為 248.0 m3的單元格，按8×4排列，總庫容 7936 m3；單個填埋單元的尺寸為 7.35 m×6.75 m×5.0 m。主要投資構(gòu)成：樁基工程+池體工程+防滲工程。經(jīng)過概算，方案一的工程造價為2000元/m3，方案二的工程造價1850為元/m3。

2.2 目視檢測區(qū)

剛性填埋場設(shè)計成地上形式，下部設(shè)置目視檢區(qū)。目視檢區(qū)高度可選擇為凈高0.8～2 m。從施工角度來說，高度越高，越方便施工，但投資增大。目視檢區(qū)高度低于 1.4 m，可采用定位移動攝像車，人工定位錄像；目視檢區(qū)高度高于 1.4 m，考慮采用人工檢測?？梢晠^(qū)設(shè)置有效的排水系統(tǒng)，利用管網(wǎng)或排水溝收集雨水。

2.3 防滲漏、防腐蝕

填埋場防滲系統(tǒng)是填埋場必不可少的設(shè)施，其作用是：將填埋場內(nèi)外隔絕，防止?jié)B濾液進入土壤和地下水，阻止外界水進入危險廢棄物填埋層而增大滲濾液的產(chǎn)生量。防滲材料通常有天然或壓實黏土、土工膜、人工合成防滲材料和其他廢棄物資源化材料。其中，土工膜是由一種或幾種聚合物，再加上一系列附加劑，如炭黑、增塑劑、催化劑、抗降解材料等制成的。常用的土工膜種類有高密度聚乙烯(HDPE)土工膜、線性低密度聚乙烯(LLDPE)土工膜、聚氯乙烯(PVC)土工膜。土工膜的厚度為0.5～3.0 mm。天然或壓實粘土防滲層的水力滲透系數(shù)必須小于等于1.0×10-7cm/s。

HDPE土工膜是用大于97%(質(zhì)量分數(shù))的高分子聚乙烯、2%～3%的炭黑和0.5%～1.0%的穩(wěn)定劑和氧化劑，用平板擠壓機壓制而成。HDPE膜的特征和優(yōu)點包括：化學穩(wěn)定性，是環(huán)境保護工程設(shè)計過程中最關(guān)鍵的因素，HDPE膜在所有土工膜中化學穩(wěn)定性最好；HDPE膜具有較低的滲透性，可以確保滲濾液不會外漏。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)襯人工防滲襯層，抗?jié)B等級符合GB 50108的相關(guān)規(guī)定。池體自身有一定抗?jié)B等級，采用P8混凝土建造。人工防滲襯層的選擇：池底從上到下較為常見使用人工防滲構(gòu)造是長絲土工布 +5 mm 土工排水網(wǎng)+長絲土工布+2 mm 高密度聚乙烯HDPE膜+膜下的復合膨潤土保護層[2]+混凝土底板；池壁防滲人工防滲采用長絲土工布+2 mm 高密度聚乙烯HDPE膜+長絲土工布的人工防滲結(jié)構(gòu)層。池底及池壁防滲構(gòu)造層，見圖2。池底設(shè)置腋角，人工防滲材料與封場膜形成整體，頂部鋼板錨釘機械錨固。

圖2 人工防滲示意圖

HDPE膜采用雙縫熱熔方式進行焊接，采用雙軌熱熔焊機，具體方法是：通過在膜的接縫位置加熱至一定溫度，進而使HDPE膜本體熔化，并且在一定的壓力作用下結(jié)合在一起，形成與原材料性能完全一致、厚度更大、力學性能更好的嚴密焊縫。焊接前焊縫連接處應(yīng)進行清潔，去除灰塵、污物，并使搭接部分保持干燥。焊接部位應(yīng)完好不應(yīng)有不得有影響施工質(zhì)量的雜質(zhì)，如劃傷、污點、水分、灰塵以及其他。HDPE膜鋪設(shè)應(yīng)一次展開到位，同時為材料的熱脹冷縮導致的尺寸變化流出伸縮量，不宜在展開后再進行拖動，敷設(shè)過程中要注意保護HDPE膜不受破壞，車輛不可直接在HDPE膜上碾壓。

影響HDPE土工膜老化降解的主要因素有：HDPE土工膜樹脂和抗氧化劑的自身特性、老化溫度和時間、暴露的介質(zhì)條件(空氣、水、滲濾液或土壤)、氧氣或者其他氧化劑的存在、抗氧化劑耗散階段需要的分子活化能[4]。HDPE膜的老化過程包含物理老化和化學降解的過程。物理老化是指一個聚合物從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)緩慢進行的過程。對于像HDPE這樣的半晶體結(jié)構(gòu)，涉及的主要是物質(zhì)結(jié)晶度的變化，但是沒有共價鍵的斷裂過程?；瘜W降解過程則指的是相關(guān)的共價鍵的斷裂過程，如氧化降解、輻射降解、生物降解等。影響氧化降解的因素很多，主要包括土工膜自身性質(zhì)、暴露條件、暴露介質(zhì)，以及外界機械應(yīng)力。結(jié)晶度對減緩土工膜降解的影響有兩個方面：其一，晶體部分作為阻隔氧氣擴散的屏障存在；其二，在氧化過程中出現(xiàn)的烷基自由基會被晶狀基質(zhì)捕獲，阻止自由基進一步反應(yīng)，所以表面有較高結(jié)晶度的土工膜比低結(jié)晶度的土工膜更難降解，而結(jié)晶度較高的土工膜卻較易發(fā)生應(yīng)力開裂的現(xiàn)象。對于暴露在室外環(huán)境的土工膜，陽光是首要考慮的能量來源，光線的熱量可能會加速土工膜中自由基的形成。

2.4 上料及防雨棚方式

上料分為端頭上料和兩側(cè)上料兩種方式。每個填埋場設(shè)置一臺可以在填埋單元軌道上行走的門式起重機，池體端部或側(cè)面設(shè)置為上料孔，根據(jù)實際情況而定。起重機電動葫蘆上料，可東、西、南、北四方向移動，滿足所有單元池體填埋的需求。上料及防雨系統(tǒng)示意見圖3。

圖3 上料及防雨系統(tǒng)示意圖

由于遮雨棚為臨時性設(shè)施，單體池封場后不再繼續(xù)使用?？紤]集中填埋作業(yè)的方式，設(shè)置移動式雨棚，一行四個單體池共用，縱向移動，兼具操作平臺的功能。

2.5 滲濾液抽排及導氣

填埋場產(chǎn)生滲濾液的因素有很多，水量變化大，并且變化無規(guī)律。產(chǎn)生滲濾液主要有幾個方面的原因：自然降水入滲，包括降雨和降雪，此原因是影響滲濾液產(chǎn)量的最大因素；填埋物的含水率，填埋時，由于危險廢棄物的成分、含水率、預處理方法不同，會影響滲濾液的產(chǎn)量，并且隨著填埋深度和密度的增加，擠壓出的孔隙水將會增加滲濾液的數(shù)量。滲濾液具有水質(zhì)復雜、危險性大、生化需氧量高、氨氮含量高、水質(zhì)變化大、重金屬含量較高等特點。

對于地上式填埋場的設(shè)計而言，由于單體池為封閉的運營單元，池容較小，上方設(shè)置遮雨棚，填滿后進行封場，因此作業(yè)前后都能有效防止雨水進入池體內(nèi)，滲濾液產(chǎn)生量有限。但考慮到極限情況，在每個小單元里設(shè)置滲濾液抽排管，布置在某個角落，填埋小單元的池底面有2%～3%的坡度。坡向放置滲濾液抽排管的最低處角落，這樣可有效收集小單元內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液，使用移動式潛污泵放置于抽排管的底部，進行定期抽取。

根據(jù)危險廢棄物來源和種類的不同，設(shè)置滲濾液調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量。危險廢棄物產(chǎn)生的滲濾液必須經(jīng)過處理，并符合《危險廢物填埋污染控制標準》(GB 18598-2019)表2“危險廢物填埋場廢水污染物排放限值”方可排放，嚴格禁止?jié)B濾液回灌。滲濾液具有高COD、高重金屬等特點，處理工藝根據(jù)水質(zhì)的不同而有不同選擇。普遍采用調(diào)節(jié)+預處理+化學沉淀+吸附+生化+膜處理，其中生物降解可采用活性污泥法、接觸氧化、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤和厭氧生物等處理方式。滲濾液宜在固化處理工藝中循環(huán)利用[3]，固化后的固化/穩(wěn)定化砌塊送至填埋場進行安全填埋。

滲濾液抽排管兼具填埋氣導氣的作用，使用花管形式，1 m 以上斜向下孔，孔徑大小ф20，孔中心間距1.2～1.5 m。

3 工程實例

3.1 黑龍江某危廢處置中心

本項目建設(shè)在黑龍江省安達市，工程總庫容規(guī)模為32.55萬m3，填埋處理能力 46500 m3/a，需要填埋的廢物主要為廢鹽，經(jīng)過飛灰固化、污泥干化達到允許進入填埋區(qū)的控制限值中的穩(wěn)定固化控制限度，并且浸出液的pH值在7.0～12.0。共分7個填埋單元，總占地面積約 64947.741 m2。工程建設(shè)內(nèi)容主要包括填埋場主體工程與設(shè)備、配套工程及輔助設(shè)施。填埋場主體工程與設(shè)備包括場地平整、剛性填埋車間建設(shè)(其內(nèi)包含填埋區(qū)、卸料分揀區(qū)及目視檢漏區(qū))、防滲工程、滲濾液導排系統(tǒng)、填埋氣體導出、填埋作業(yè)機械設(shè)備。采用雨污分流，通過排水溝收集填埋區(qū)域及道路上的初期雨水及清凈雨水，初雨送至初期雨水池，清凈雨水送至園區(qū)市政管網(wǎng)。

填埋單元整體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、地上式，每個填埋單元分隔為186個 5 m×5 m×10 m(H)的小格子，設(shè)置門式起重機和2個電動葫蘆，分別負責東西兩側(cè)的物料吊運。這樣可縮短起重機的行走距離，進而節(jié)省運料時間，提高堆填能力。在物料量大，運力緊張，又多雨季節(jié)，這一點顯得尤為重要。加裝移動式防雨棚，每個單元填埋池封場后，可以將防雨棚移至下一個要作業(yè)的池子。池底設(shè)置人工防滲層，使用 2 mm 厚HDPE+人工土工布的構(gòu)造設(shè)計，底部以2%的坡度坡向最低處的角落，最低處設(shè)置集液坑用于收集填埋池內(nèi)的滲濾液。用于抽取滲濾液的HDPE管徑為Φ300，管底設(shè)置在集液坑內(nèi)，定期使用移動泵抽取滲濾液。每行填埋單元端頭預留一個快裝接頭，移動潛污泵連接軟管通過快裝接頭與固定管路相連，泵送至污水預處理，再送至全廠的污水處理單元。滲濾液導排管兼具填埋氣導氣功能，管上 1 m 以上打有花孔，孔徑約Φ20，上下層孔孔距為1.2～1.5 m，同一層孔孔距為0.8～1.0 m，填埋氣經(jīng)過有效收集形成有組織處理，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

3.2 寧夏某危廢處置中心

本項目建設(shè)在寧夏吳忠市，填埋能力達到 44300 t/a，總占地面積約 69797 m2，共設(shè)6個填埋單元，分期建設(shè)，每個單元寬度 26.6 m，長度71.5～78 m，為12×4和11×4的分布形式。每個填埋單元分隔為48或44個 6.5 m×6.5 m×5.9 m(H)的小格子，采用端頭上料形式，設(shè)置門式起重機和電動葫蘆，并且加裝移動式防雨棚，設(shè)置填埋氣導氣系統(tǒng)和滲濾液導排系統(tǒng)，底部設(shè)置可視區(qū)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)最新規(guī)范的要求，結(jié)合實際工程設(shè)計案例進行分析，從填埋結(jié)構(gòu)尺寸、目檢區(qū)高度、防滲防腐蝕做法、上料和防雨方式、滲濾液抽排及填埋氣導排等方面進行了合理化研究。兩個工程實例運行均有2年有余，應(yīng)用效果良好。