關于電解鋁行業中危廢填埋場的建設應用

白慧東 山西兆豐鋁電有限責任公司電解鋁分公司

1 前言

電解鋁企業的危險廢物主要是大修渣、鋁灰和炭渣。目前大修渣無有效利用方式，基本靠危險廢物填埋場進行填埋處置。本文主要對電解鋁企業的危廢填埋場建設做簡要的建設分析。

2 電解鋁行業目前危險廢物的現狀及處置需求

按照2021版危險廢物目錄，電解鋁行業的危險廢物主要是321-023-48電解鋁生產過程電解槽陰極內襯維修、更換產生的廢渣（大修渣）；321-024-48電解鋁鋁液轉移、精煉、合金化、鑄造過程熔體表面產生的鋁灰渣，以及回收鋁過程產生的鹽渣和二次鋁灰；321-025-48電解鋁生產過程產生的炭渣；321-034-48鋁灰熱回收鋁過程煙氣處理集（除）塵裝置收集的粉塵，鋁冶煉和再生過程煙氣（包括：再生鋁熔煉煙氣、鋁液熔體凈化、除雜、合金化、鑄造煙氣）處理集（除）塵裝置收集的粉塵。

目前321-024-48鋁灰、321-034-48粉塵經過處理后可以作為還原劑使用，321-025-48炭渣可以提取再生冰晶石，只有321-023-48大修渣目前還沒有合適的利用工藝，只能采取填埋的方式處置。這就需要電解鋁企業建設危險廢物填埋場。

3 危險廢物填埋場的定義

按照GB 18598—2019《危險廢物填埋污染控制標準》中的定義，危險廢物填埋場是處置危險廢物的一種陸地處置設施，分為采用雙人工復合襯層作為防滲層的柔性填埋場和采用鋼筋混凝土作為防滲阻隔結構的剛性填埋場兩種。它由若干個處置單元和構筑物組成，主要包括接收與貯存設施、分析與鑒別系統、預處理設施、填埋處置設施（包括：防滲系統、滲濾液收集和導排系統）、封場覆蓋系統、滲濾液和廢水處理系統、環境監測系統、應急設施及其他公用工程配套設施。同時根據具體情況選擇設置滲濾液和廢水處理系統、地下水倒排系統。

4 實際建設中的應用

電解鋁行業的填埋場一般采用地面挖坑+筑壩的方式形成庫容，施工順序為清理表層-筑壩區地基處理-庫區內開挖-筑壩（與庫區內開挖同時進行）-庫區內地基處理-防滲及排水設施-監測設施，驗收后投入運行。具體過程如下。

4.1 場地清理及平整

首先清除場址內表層土，如遇根系發達的木本植物，則挖除其根系；場地平整完成后，其坡面應平順圓滑；無尖銳凸起，不得含有尖銳石子、樹根、陶瓷、玻璃碴、鋼筋渣等硬物；庫底應碾壓密實，壓實系數不小于0.95；庫區內土方回填，不得采用腐殖土或雜填土，分層碾壓回填厚度不大于0.3m，壓實系數不應小于0.95。場地平整應該與防滲層鋪設相結合，盡量縮短最終平整場地與防滲層之間施工間隔，并做好排水，防止降雨對施工后場地的沖刷破壞，造成返工。

4.2 地基處理

場地平整清除腐殖土及素填土至粉質黏土層后，對地基土層進行壓實，壓實系數不低于0.95；場地整平清除腐殖土及素填土至整平標高，未落在粉質黏土層，需進行強夯處理，夯機能不小于8000kN，處理影響深度不小于10m，處理后地基承載力特征值不小于150kPa。

4.3 壩體填筑和庫區開挖

筑壩材料采用庫區內開挖或周邊原狀粉質黏土，筑壩料必須采用符合壩料設計要求的筑壩材料，不可采用雜填土。初期圍堤采用粉質黏土分層堆筑形成，每層厚度300mm，壓實系數不低于0.95，初期圍堤平面控制和高程控制應符合（DL/T 5395—2007）《碾壓式土石壩設計規范》的規定，且必須在壩基處理及隱蔽工程驗收合格后才能進行。初期圍堤各部位的填筑必須按設計斷面進行，碾壓應沿平行壩軸線方向進行，不得垂直軸線方向碾壓；壓實機械及其他重型機械在已壓實壩體上行駛時，不宜來往同走一側。

4.4 壩面護坡

干砌石石塊應選用材質堅實，無風化剝落層或裂紋，石材表面無污垢、水銹等雜質，石料密度應大于25kN/m3，抗壓強度應大于40MPa；塊石應大致方正，上下面大致平整，無尖角，所有垂直外露面的鑲面石表面凹陷深度不得大于20mm。

施工過程中砌體以大石為主，選型配砌，干砌石相互卡緊，石塊外露面應平順和整齊；同一砌層內相鄰的砌石應錯縫，砌石應墊穩填實，與周邊砌石靠緊，嚴禁架空；坡面上的干砌石砌筑，以一層與一層錯縫鎖結方式鋪砌，護坡表面砌縫的寬度不應大于25mm，砌石邊緣應順直、整齊牢固，嚴禁出現通縫。疊砌和浮塞；砌體外露面的坡頂和側邊，應選用較整齊的石塊砌筑平整；應有低向高逐步鋪砌，鋪砌厚度應達到設計要求。

4.5 防滲設施

電解鋁行業的填埋場防滲設施可采用雙人工襯層，襯層結構自下而上為：天然材料襯層-下層人工材料襯層-輔助排水層-上層人工材料襯層-主排水層-廢物填埋層，該防滲設施可以滿足GB 18598—2019《危險廢物填埋污染控制標準》中對危廢填埋場的防滲要求。一般的防滲層結構方案自下而上依次如下。

（1）天然材料襯層：將原基礎土層進行分層碾壓形成，厚度0.5m，壓實系數0.96，壓實后滲透系數不大于1.0×10-6cm/s；（2）下層人工材料襯層：采用HDPE膜，厚度1.0mm，其滲透系數不大于1.0×10-12cm/s，密度不應低于0.94g/cm3，拉伸屈服強度（縱、橫向）不應低于22N/mm，拉伸斷裂強度（縱、橫向）不應低于40N/mm，耐堿性（在含5g/L的NaOH溶液中80℃）浸泡無反應，不發脹；布為無紡土工布，350g/m2；4500g/m2膨潤土毯（GCL），滲透系數不大于5×10-9cm/s；（3）輔助排水層：土工排水網，厚度8.0mm；（4）上層人工材料襯層：采用一布一膜結構，膜為HDPE膜，厚度2.0mm，其滲透系數不大于1.0×10-12cm/s，其他參數與下層人工材料襯層一致；布為無紡土工布，400g/m2；（5）主排水層：采用沙石層，厚度350mm，內設排水管，沙石層上設土工布反濾層一層，布為無紡土工布，400g/m2。

防滲膜為光面高密度聚乙烯土工膜，其材料標準應滿足CJ/T 234—2006《垃圾填埋場用高密度聚乙烯土工膜》的要求；土工排水網選用TG1-8.0-3.0×10-3，厚度8.0mm，其材料標準應滿足CJ/T 452—2014《垃圾填埋場用土工排水網》的要求。雙人工襯層防滲結構如圖1所示。

圖1 雙人工襯層防滲結構示意圖

4.6 滲濾液收集導排系統

填埋場堆存的大修渣為干燥狀態，故填埋場內的水主要來自填埋場范圍內的降雨，無外來雨水的影響，由于大修渣滲透性較好，部分雨水降至填埋場后會下滲至庫底，與大修渣相接觸，產生滲濾液。

為了及時排出填埋庫區內產生的滲濾液，以減少其對地下水的污染風險，在填埋庫區內應設置滲濾液收集導排系統，包括主排水層（含滲濾液導排管）、輔助排水層（含滲濾液導排管）、滲濾液收集池。

4.6.1 主排水層

填埋庫區的主排水層由砂礫層、導流盲溝（含滲濾液收集管）組成。（1）水平沙礫層：結合填埋場的底部整平的要求，在填埋場底部和初期圍堤的坡面上滿鋪砂礫層，用于收集和疏導滲濾液。砂礫層整體坡度2%，厚度500mm；當岸坡坡度較大、砂礫層無法鋪設時，采用土工布袋裝滿砂礫，堆疊形成。（2）導排盲溝：在排水層內設置排水盲溝，用來加速滲濾液的排除。主排水盲溝：在填埋庫區的底部隨場地整平坡度，設置一道道主排水盲溝，盲溝大小為500mm×500mm（h），采用砂礫填滿，內置DN300帶花孔的鋼絲網骨架塑料（聚乙烯）排水管，導流出填埋庫區外。

4.6.2 輔助排水層

填埋庫區的次排水層由水工排水網、導流盲溝（含滲濾液收集管）組成。（1）水工排水網：結合填埋庫區的底部整平的要求，在填埋庫區底部和四周初期圍堤的坡面上滿鋪水工排水網，用于收集和疏導滲濾液。（2）導排盲溝：在排水層內設置排水盲溝，用來加速滲濾液的排除。在填埋庫區的底部隨場地整平坡度，設置兩道主排水盲溝，盲溝大小為400mm×400mm（h），采用砂礫填滿，內置DN300帶花孔的鋼絲網骨架塑料（聚乙烯）排水管，導流出填埋庫區外。填埋庫區排水設施鋪設示意圖如圖2所示。

圖2 填埋庫區排水設施鋪設示意圖

4.7 截洪、排水設施

4.7.1 周邊截洪溝

為了防止雨季周邊洪水進入填埋庫區，需對填埋庫區環場錨固平臺周圍設置截洪溝，內壁實施水泥砂漿防水層。填埋庫區環場錨固平臺周圍設置截洪溝可將場外雨水排至下游溝壑，截洪溝斷面設置為梯形斷面，上頂寬為1.1m，下頂寬為0.5m，高為1m，坡降i=0.03，總長約512.5m，截洪溝側壁及底部均為漿砌塊石結構，溝內側采用水泥砂漿抹面。地基較差的地方，采用混凝土底板，在高程變化處和坡度極陡處設置跌水和削能措施。將其上雨水排至場外匯入溝谷外排。

4.7.2 渣場排水系統

管填埋庫區內的大修渣經攤平、碾壓后，按2.0%坡度堆存在填埋場內，當降雨較為集中時，填埋場堆存面會產生雨水徑流，為加快此部分雨水的排出，填埋場內的雨水通過“排水井—排水管”的形式排至渣場外圍的調節水池中。

豎向排水井采用堆石滲井形式，井直徑2.0m，最最外一層為間隙2cm的鋼筋籠，內襯兩層土工布（300g/m2）后用碎石填充形成，堆石井內設置兩根DN250的帶花孔的排水管，加速雨水的排除。在大修渣填埋過程中，豎向排水井隨廢棄物堆放高度的升高逐層向上加高，保證豎向排水井的高度高于固廢堆放高度1.0m。

5 監測設施建設

按照GB 18598—2019《危險廢物填埋污染控制標準》的要求，在填埋場外側需設長期水質監測井，在庫區上游應建設至少一座監測對照井，下游至少建設三座觀測井，同時兩側也應該根據現場情況分別建設一座觀測井，以組成三維監測點，通過監測及時掌握廢渣場防滲系統的滲漏情況。

水質監測井井口應高出地表0.5m，填埋場運行第一年，應每月至少取樣一次；正常情況下，取樣頻率為每季度至少一次，發現地下水水質出現變壞現象時，應加大取樣頻率，并根據實際情況增加監測項目。

6 結束語

雖說按照此方法建設的危廢填埋庫能滿足企業的填埋和堆存需要，但是長期來看還是會對環境有極大的隱患，并造成資源浪費，有必要繼續對電解鋁行業產生的固廢進行無害化和資源化研究，從根源上解決此問題，促進電解鋁行業的可持續發展。