化工園區Ⅱ類一般工業固廢填埋場設計

戴陳玉，石眺霞

(武漢工程大學研究設計院，湖北 武漢 430073)

某化工園區位于湖北省中部，漢江中下游，園區主要以石油化工、煤化工和精細磷化工為主，總占地面積約20.6平方公里。隨著進駐企業日益增多，企業在生產過程中產生的一般工業固廢引發的環境問題開始顯現，對園區的大氣、水、土壤造成了較大的環境風險。填埋作為固體廢物處理必不可少的最終處理手段，具有適應性廣、操作簡單、建設運行費用低的特點，是解決園區內企業一般工業固廢的處理處置問題的首選途徑。

第Ⅱ類一般工業固體廢物是指按照GB5085規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的濃度超過GB8978最高允許排放濃度，或是pH值在6～9范圍之外的一般工業固體廢物[1]。

1 填埋場工程設計

1.1 場址基本情況

本工程位于化工園園區規劃范圍內，屬環境保護設施用地，場址區域不屬于地下水主要補給區，無飲用水源含水層無斷層、斷層破碎帶、溶洞區，項目選址符合規范要求[1]。

場址屬于低山～丘陵地貌，整體地勢東、西兩側高中部低，大致呈“凹”字形。場地土層由上至下主要由雜填土(K=3.25×10-2cm/s)、粉質粘土(K=1.87×10-6cm/s)、強風化泥質粉砂巖(K=1.63×10-4cm/s)、中等風化泥質粉砂巖(K=2.9×10-5cm/s)組成。場地地下水主要為上層滯水及裂隙潛水兩種類型，地下水不豐。

1.2 處理種類、規模

本工程可能涉及到的一般工業固廢及其產生量詳見表1。

表1 可能涉及到的一般工業固廢及其產生量一覽表

1.3 處理工藝

根據進入本工程填埋場的固廢種類，確定處理工藝如下圖1。

圖1 垃圾處理工藝流程圖

固廢運輸車進場后，首先稱重計量，取樣粗檢。對于不需要進行預處理的物料直接運往填埋區進行填埋處理；對需要進行預處理的大件物料經破碎處理后利用拉臂車運往填埋區進行填埋處理；對進場的污泥則需加入水泥、固化劑等輔助物料經固化處理后利用拉臂車運往填埋區進行填埋處理。

1.4 填埋場總平面設計

本工程總占地面積6.67hm2，主要分為填埋庫區、管理區和生產區三大部分，其中填埋庫區占地面積4.12 hm2，占地率61.81%。管理區布置在填埋場庫區的東側，主要包括綜合樓和門衛；生產區布置在填埋庫區的西側，主要包括預處理車間、暫存倉庫、物化車間、滲瀝液調節池等，各建筑物由南至北布置于主要道路邊。管理區與生產區均布置在常年主導風向的側風向。

圖2 填埋場總平面設計圖

1.5 壩體工程

垃圾壩的主要作用是取得初始庫容、阻攔垃圾外溢、穩固垃圾堆體，是填埋場中重要的構筑物，對填埋場的安全運行起著決定性作用。本工程填埋場為溝谷型，地形呈“凹”字形，根據場區地形和填埋工藝要求，在“凹”字形頂部缺口處設置垃圾壩一座，考慮到場地平整時產生的大量土方，使用碾壓土石壩，不僅可以原地消納部分土方，還可以有效的節約工程投資。

經計算確定垃圾壩最大高度10m，有效庫容約36萬m3，考慮到車輛行駛和庫區膜錨固，壩頂寬度6m，壩體坡比為1∶2，兩級放坡。筑壩材料設計指標為：天然重度>16.0KN/m ，內摩擦角≥30°，粘聚力≥20KPa。筑壩土料中不應含有耕土層及草皮、樹根、垃圾等，有機質含量不得超過5%，含水溶性鹽和中溶性鹽的總和不大于5%，不均勻系數:30～100；每層碾壓厚度為300mm。

1.6 防滲系統

圖3 填埋場庫底防滲結構詳圖

圖4 填埋場邊坡防滲結構詳圖

根據前文數據各土層滲透系數均不能達到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。考慮到本工程場地基巖具有透水性，且不是一個完整獨立的水文單元，確定采用人工水平防滲工藝。水平防滲的襯層系統通常從垃圾底部向下可依次包括隔離層、排水層(包括滲瀝液收集系統)、保護層和防滲層等[2]。根據以上幾種功能的不同方式的組合，水平防滲的襯層系統可以分為單層襯層系統、復合襯層系統、雙層襯層系統、多層襯層系統[2]。結合項目環境影響評價要求，本工程選用雙層襯層系統，填埋場的庫區底部及邊坡防滲構造如圖3，圖4。

防滲系統土工膜一般采用雙軌焊接，各種材料的搭接寬度不得低于相應的連接標準，本工程防滲系統錨固詳見下圖5，圖6。

圖5 中間錨固溝大樣圖

圖6 庫區道路邊膜錨固大樣圖

1.7 滲瀝液、地下水收集導排系統

為防止滲瀝液在填埋場內積聚而影響作業、污染環境，必須對滲瀝液進行收集導排。滲瀝液收集導排系統主要由設置在底部防滲層上的反濾層、集液導排主次盲溝和豎向石籠組成。沿庫區底部南北向設置滲瀝液收集主盲溝，主盲溝縱坡為3.4%，采用倒梯形斷面，最大斷面尺寸為：上底寬1.9m，下底寬0.7m，深0.6m。滲瀝液導排盲溝內鋪設HDPE穿孔花管和級配卵石(粒徑d30～d60mm)，各垃圾層的滲瀝液通過中間層次盲溝進入附近的石籠或流到庫底及坡面上，再經石籠或坡面流入主盲溝，最后經主盲溝排出填埋庫區。本工程填埋一區、填埋二區分別設置有滲瀝液導排盲溝，填埋一區滲瀝液導排管在分隔壩前由花管變為無孔管，填埋二區的滲瀝液導排管在垃圾壩前由花管變為無孔管，兩個填埋區的滲瀝液分別導排，互不影響。

本工程地下水導排盲溝與滲瀝液主盲溝對應設置，主盲溝采用梯形斷面，最大斷面尺寸為底寬1.9m，深0.6m，盲溝中鋪設HDPE穿孔排水花管和級配碎石，滲瀝液及地下水導排盲溝見圖7。

圖7 滲瀝液及地下水導排盲溝詳圖

1.8 雨污分流措施

滲瀝液處理工藝較為復雜，難度大，工程投資和處理成本高。一個設計合理的填埋場應采取切實可行的工程措施，盡量減少滲瀝液的產生量。本工程采取以下措施有效減少滲瀝液的處理量。

(1)合理分區分單位填埋作業，合理安排建設計劃：將填埋庫區從水平和垂直方向分為二個大的填埋分區即填埋一區和填埋二區，填埋作業時從下游往上游的次序逐步推進，兩區之間設垃圾分隔壩，在填埋一區填埋作業時，填埋二區的雨洪水通過滲濾液排水管在末端切換排放至填埋庫區外。依次類推；每個填埋大區又劃分為3～4個填埋小區，各區之間設臨時擋水壩，在其中一個小區填埋作業時，另外幾個小區的雨水通過泵排至庫外。

(2)設置臨時截洪溝：在庫區中間錨固溝處設置臨時截洪溝，將該高度以上的雨水通過臨時截洪溝排至庫外，達到雨污分流的目的。

(3)設置環庫截洪溝：沿庫區邊沿設置永久性的環庫截洪溝，使降雨時的庫外雨洪水通過截洪溝排至附近水體不進庫區，減少滲瀝液量。

(4)及時進行日覆蓋和封場：填埋場每日填埋作業完成后，及時利用1.0mm厚HDPE膜進行日覆蓋作業；已填埋且近期不再使用的區域及時進行中間覆蓋作業；已填埋完成的區域及時進行封場。

1.9 滲瀝液產生量

本工程滲瀝液產生量計算采用經驗公式法(浸出系數法)[2]，計算公式如下：

Q=I(C1A1+C2A2+C3A3+C4A4)/1000

式中：Q——滲瀝液平均日產生量，m3/d；

I——多年平均日降雨量，972.2mm。

本工程C1(正在填埋作業區滲出系數，一般宜取0.5～0.8)取0.70，C2(已中間覆蓋區(膜覆蓋)滲出系數，宜取(0.2～0.3)C1)取0.25C1，即0.175，C3(已終場覆蓋區滲出系數，一般取0.1～0.2)取0.10，本工程調節池采用膜浮蓋系統，C4(調節池滲出系數，取0或1)取0。

結合填埋場建設運營計劃，當填埋一區和填埋二區均投入使用后且填埋至85.0m高程時，場區的匯水面積最大，此時，A1(正在填埋作業區匯水面積)按600m2計算，A2(已中間覆蓋區面積)為26500 m2，A3(已封場覆蓋區面積)為12000m2，則本工程滲瀝液平均產生量計算如下：Q1=972.2×(0.70×600+0.175×26500+0.1×12000)/1000=6083.54m3/a。

平均滲瀝液日產量為：Q=6083.54÷365=16.67m3/d

1.10 滲瀝液調節池

調節池的作用是儲存滲瀝液，并對垃圾填埋庫區旱季及雨季滲瀝液產量的不均勻性進行調節，以減小滲瀝液處理設施的規模，同時，對滲瀝液水質有較好的厭氧均化作用。

本工程滲瀝液調節池按多年平均逐月降雨量以及滲瀝液處理規模的平衡計算確定[2]，經計算滲瀝液調節池最小容積為：1259.99m3。按歷史最大日降雨量進行校核，該地歷史最大日降雨量285.4mm，經計算滲瀝液產生量為1785.89m3/d。

根據計算和校核結果，考慮1.1～1.3的安全系數，則調節池有效容積不應小于2000m3，本工程滲瀝液調節池取2400 m3，剩余容積兼做事故應急使用。

1.11 滲瀝液處理工藝

一般工業固體廢棄物填埋場滲瀝液水質成份不同于生活垃圾填埋場，工業固體廢棄物填埋場滲瀝液水質隨著填埋廢物種類的不同而呈現出不同的特點。工業固廢滲瀝液具有以下特點：

(1)工業固廢中有毒有害物質較多，因此產生的滲瀝液內有毒有害污染物種類繁多。

(2)工業固廢種類繁多，不同的廢物將產生不同性質的滲瀝液，因此滲瀝液水質受填埋物質影響較大。

(3)滲瀝液有機污染物濃度較低，且隨填埋時間變化較小。

本工程出水水質執行《污水綜合排放標準》表4中一級標準限值的要求，本工程進出水水質詳見下表2。

表2 滲瀝液進出水水質 mg/L

根據進出水水質要求，本項目采用物化預處理+MBR+反滲透的處理工藝，詳見圖8，處理出水能夠滿足排放要求。

圖8 物化預處理+MBR+反滲透的處理工藝圖

1.12 填埋場封場

填埋場處置的廢物數量達到填埋場設計容量時，應進行封場[4]。本工程采用HDPE膜作為封場覆蓋的主要材料，封場各層由下至上設置如下：①原生垃圾層；②排氣層：5.5mm厚復合土工排水網；③防滲層：1.0mm厚HDPE膜；④排水層：5.5厚復合土工排水網；⑤植被層：自然土層厚300mm、營養土層厚500mm。

2 運營建議

(1)嚴格檢測所有進場垃圾，不符合入場條件的垃圾如危險廢物、生活垃圾等一律不得入場處理。

(2)制定合理的填埋作業方案，應以一日為一小單元或每班次為一小單元，宜每一小單元一覆蓋。垃圾層應采用分層壓實方法，每層固廢厚度應依據填埋場作業設備的壓實性能及固廢的可壓縮性確定，盡可能壓實以達到最高壓實度。但填埋場底部2.0m高范圍內的垃圾不能碾壓且應剔除其中的尖銳物、長棍狀物，庫底滲瀝液集盲溝周邊0.5m寬及溝頂面1.0m高范圍內的垃圾不能碾壓。

(3)從源頭控制一般工業固廢產生量，增加其綜合利用率，盡可能的減少其處理處置量，以延長本填埋場的服務年限。

[1] 國家環境保護總局、國家質量監督檢驗檢疫總局. GB18599-2001 一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準[S].北京：中國環境科學出版社，2013.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局. GB50869-2013生活垃圾衛生填埋技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[3] 國家環境保護局、國家技術監督局.GB8978-1996污水綜合排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，1997.

[4] 中國石油化工集團公司.QSH 0700-2008一般工業固體廢棄物填埋場技術規定[S/OL].[2018-02-07].http://www.doc88.com/p-0979365433970.html .