鍋爐灰渣填埋場防滲處理技術(shù)

常 振 東

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司基本建設(shè)局，山西 晉城 048000)

1 概述

灰渣場的廢渣主要考慮的是來自鍋爐產(chǎn)生的鍋爐灰渣，從長遠(yuǎn)得發(fā)展角度，為了提高企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)水平，并將經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益、社會效益完美的統(tǒng)一起來，應(yīng)當(dāng)依據(jù)企業(yè)產(chǎn)生的廢渣性質(zhì)對廢渣進(jìn)行綜合利用，灰渣場僅僅作為臨時(shí)堆放場或廢渣無法利用時(shí)的備用措施。灰渣場主要是將企業(yè)固廢綜合利用后剩余灰渣集中填埋處理的一種方式，除可以降低廢渣處理成本外，還可以通過集中處置達(dá)到節(jié)約占地，便于管理，避免隨意丟棄現(xiàn)象帶來的粉塵污染及地下水污染的問題。灰渣場封場后通過覆土造田，可進(jìn)一步增加耕地面積，增加社會經(jīng)濟(jì)效益。

2 項(xiàng)目介紹

按照節(jié)約用地，降低投資的思路，根據(jù)公司灰渣產(chǎn)生規(guī)模以及灰渣綜合利用相關(guān)政策及利用措施，本灰渣場作為項(xiàng)目的備用渣場，主要用于項(xiàng)目得不到綜合利用灰渣的堆填。根據(jù)測繪結(jié)果，渣場凈利用面積38 245.5 m2，合57.37畝，土方容量607 655.6 m3。公司每年產(chǎn)生廢渣共計(jì)約15 萬m3。因此，此次新建備用渣場可滿足4年所有廢渣的堆放。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，該場址位于山溝內(nèi)，屬山谷型廢渣場，需要修筑攔渣壩圍成庫區(qū)，擬建渣場區(qū)域的地形呈山谷陡坡形，東西兩側(cè)高，南側(cè)低。因此應(yīng)對場址東西側(cè)進(jìn)行削坡，在場址北側(cè)修建攔洪壩，南側(cè)修建攔渣壩，東西側(cè)修建截洪溝攔截場外雨水；在渣場填埋區(qū)的南面設(shè)置滲濾液收集池，用于收集灰渣填埋及封場后的滲濾液。

3 灰渣特性

本項(xiàng)目填埋處置的灰渣主要來自于鍋爐產(chǎn)生的鍋爐灰渣，不包括廢棄催化劑等危險(xiǎn)廢物、生活垃圾廚余垃圾及其余一些有毒、有害的垃圾。

鍋爐灰渣是煤炭在高溫加壓的情況下主要成分燃燒后剩余的由多種礦物質(zhì)組成的固體廢物。其成分與煤炭的品種和特性相關(guān)，本課題灰渣的主要特性見表1，其主要成分是：二氧化硅、氧化鋁，另外還包含未燃燒殆盡的碳粒、CaO和少量MgO,Na2O,K2O等。

滲濾液防滲措施不恰當(dāng)會對地下水造成嚴(yán)重污染，由于地下水環(huán)境相對封閉，污染后的地下水凈化周期相當(dāng)長，甚至是不可逆的。滲濾液主要來自灰渣含水、地表徑流流入填埋區(qū)、落入填埋區(qū)的降雨等，滲濾液下滲會造成地下水污染，如果直接外排會造成土壤和地表水體的污染，進(jìn)而污染地下水。

表1 進(jìn)入渣場的固體廢物一覽表

根據(jù)對灰渣的淋溶實(shí)驗(yàn)，測出浸出液中的有害成分的量較國家標(biāo)準(zhǔn)值低得多，應(yīng)劃歸于一般固廢，又鑒于其pH較高，超過標(biāo)準(zhǔn)限制，因此本項(xiàng)目渣場廢渣為一般工業(yè)固體廢物中第Ⅱ類。

4 灰渣場防滲設(shè)計(jì)

4.1 防滲方式分析

根據(jù)GB 18599—2001一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)對Ⅱ類固體廢物填埋場相關(guān)章節(jié)(第5.1節(jié)、5.3節(jié)、6.1節(jié)、6.2節(jié))的規(guī)定，Ⅱ類固體廢物填埋場對于防滲的要求為：當(dāng)天然基礎(chǔ)層的滲透系數(shù)小于1.0×10-7cm/s，且其土層厚度大于1.5 m時(shí)，可以不進(jìn)行人工干預(yù)，直接采用天然土層作為防滲層；否則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)，采用天然或人工材料制作防滲層，其防滲性能應(yīng)不低于對天然防滲層的要求。天然或人工材料制作的防滲層主要包括天然襯層防滲和人工合成襯層防滲。

天然襯層防滲方式：主要是通過天然襯層的低滲透性和足夠的厚度達(dá)到防滲的目的(天然襯層的滲透性比人工合成襯層高很多，因此必須通過厚度來達(dá)到對滲透系數(shù)的要求)，這種天然襯層主要指的是：天然粘土、人工改性粘土等。根據(jù)現(xiàn)場勘查及初步地勘報(bào)告，場區(qū)所在區(qū)域當(dāng)?shù)卣惩临Y源較豐富，但滲透系數(shù)較大，且天然粘土防滲工程施工難度大、工期長、造價(jià)高，因此本項(xiàng)目考慮到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等要求不采用天然防滲方案。

人工合成襯層防滲方式：人工合成防滲材料較天然襯層的滲透系數(shù)低得多，因此人工合成襯層的厚度很小，且具有耐久性、耐候性、柔韌性好、強(qiáng)度高、抗穿透性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。人工合成防滲材料主要包括土工膜、土工聚合粘土材料(GCL)等。

本渣場防滲系統(tǒng)主要是采用人工合成襯層防滲技術(shù)設(shè)計(jì)。

4.2 防滲材料分析

在渣場等填埋場防滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，常用的人工合成襯層主要有鈉基膨潤土墊(GCL)和高密度聚乙烯(HDPE)土工膜。

1)鈉基膨潤土墊(GCL)。其主要原料為鈉基膨潤土，通過一定的工藝將其加工成防水板材，從而用作渣場底部的防滲材料。與HDPE相比，GCL的主要優(yōu)勢表現(xiàn)在：a.鋪設(shè)浸濕后，其體積會增大5倍(5 mm厚GCL的防滲性能相當(dāng)于1 m的壓實(shí)粘土層)；b.自愈能力強(qiáng)，局部被植被等破壞后，很快就能愈合；c.柔韌性好，存在不均勻沉降的場合也可以使用；d.自身及與其他建構(gòu)筑物連接簡單，密封性能好；e.經(jīng)濟(jì)、方便，易于安裝運(yùn)輸。

2)高密度聚乙烯(HDPE)土工膜。高密度聚乙烯(HDPE)在抗拉性能、耐候性能、防滲性能、抗化學(xué)反應(yīng)性能等方面都有不可替代的優(yōu)勢。其抗拉強(qiáng)度不小于25 MPa，滲透系數(shù)小于10-12cm/s，抗戳穿力大于130 N甚至更高，且施工容易、運(yùn)輸方便。

鑒于以上原因，本方案確定采用HDPE(高密度聚乙烯)土工膜構(gòu)筑渣場防滲體系。

4.3 防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了方便滲濾液收集，保證防滲系統(tǒng)和導(dǎo)流系統(tǒng)的耐久性和施工質(zhì)量，防止不均勻沉降，需要對填埋區(qū)庫底進(jìn)行整平清理。

經(jīng)計(jì)算可得，該灰渣場總防滲面積為4.36 ha，防滲區(qū)域?yàn)閹靺^(qū)底部及邊坡，防滲結(jié)構(gòu)見圖1，主要包括：

1)填埋區(qū)底部整平并且夯實(shí)，壓實(shí)的土層厚度應(yīng)大于750 mm；2)主防滲層1.5 mm HDPE膜；3)鋪設(shè)膜上保護(hù)層——600 g/m2無紡?fù)凉げ肌?/p>

本項(xiàng)目邊坡防滲層結(jié)構(gòu)有：

1)填埋區(qū)邊坡整平并且夯實(shí)，壓實(shí)土層厚度應(yīng)大于300 mm；2)鋪設(shè)4 800 g/m2GCL膨潤土墊層；3)主防滲層1.5 mm HDPE膜；4)鋪設(shè)膜上保護(hù)層——600 g/m2無紡?fù)凉げ肌?/p>

4.4 滲濾液處理及排液系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

渣場對水環(huán)境的影響為滲濾液。滲濾液是工業(yè)固廢在貯存、處置過程中滲流出的液體和外來水分(包括大氣降水、地表徑流和地下水入侵)，滲濾液直接排外，會導(dǎo)致工業(yè)固廢中的可溶解性元素隨雨水遷移進(jìn)入土壤和水體，造成污染。

本工程中滲濾液的特征主要是pH值和懸浮物(ss)，結(jié)合滲濾液特點(diǎn)以及滲濾液導(dǎo)排措施，滲水先后經(jīng)過土工布反濾層、級配碎石導(dǎo)排層過濾，滲濾液懸浮物大大降低，本項(xiàng)目灰渣場滲濾液處理考慮經(jīng)重力沉降過濾后用于灰渣場回噴處理。由于灰渣場日常運(yùn)行灰渣碾壓調(diào)濕和表面降塵噴灑用水量較大，為節(jié)約水資源，設(shè)計(jì)場內(nèi)灰渣表層初期雨水通過收集池暫存，雨水通過渣漿泵輸送至場頂回噴，補(bǔ)充灰渣場作業(yè)用水。

滲濾液收集系統(tǒng)為在卵石導(dǎo)流盲溝中鋪設(shè)DN300滲濾液收集管(HDPE穿孔集水管)，其中收集管穿壩部分不開孔。滲濾液收集管布置在場區(qū)中部，滲濾液沿著場底坡度兩側(cè)排入中間的導(dǎo)排管道，滲濾液經(jīng)污水收集管收集后最終排入攔渣壩下游的滲濾液收集池中，并經(jīng)過潛污泵提升后進(jìn)行渣場回噴。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目灰渣場的廢渣主要考慮的是來自鍋爐產(chǎn)生的鍋爐灰渣，灰渣場僅僅作為臨時(shí)堆放場或廢渣無法利用時(shí)的備用措施。本課題廢渣為一般工業(yè)固體廢物中的第Ⅱ類固廢；根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》對Ⅱ類場固廢防滲要求，對比考慮天然襯層防滲方式和人工合成襯層防滲方式的特點(diǎn)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)防滲系統(tǒng)采用人工合成襯層防滲技術(shù)；通過對比水平防滲中，鈉基膨潤土墊(GCL)和高密度聚乙烯(HDPE)土工膜兩種人工防滲材料的特點(diǎn)，確定采用HDPE(高密度聚乙烯)土工膜作為主防滲襯層；根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)了庫區(qū)底部防滲層結(jié)構(gòu)和庫區(qū)邊坡防滲層結(jié)構(gòu)。解決了灰渣場防滲問題，避免滲濾液對地下水的污染。灰渣場封場后通過覆土造田，可進(jìn)一步增加耕地面積，增加社會經(jīng)濟(jì)效益。