一般工业固体废物Ⅱ类处置场设计要点分析

金云巧

赛鼎工程有限公司　太原　030032

一般工业固体废物Ⅱ类处置场设计要点分析

金云巧*

赛鼎工程有限公司太原030032

摘要介绍处理第Ⅱ类一般固体废物的合适填埋场场址选择，场地的拦挡和防护措施，适宜的防渗方案和防渗材料确定，导渗及渗滤液处理系统设计，填埋作业时分区分单元进行，达到设计高度后及时封场。

关键词一般工业固体废物Ⅱ类处置场防渗渗滤液填埋

煤化工、煤电企业消耗大量的原料煤和燃料煤，不可避免地产生大量的气化炉或锅炉灰、渣；冶金、煤炭、盐化等行业也会产生大量的矿渣、矸石、盐泥、电石渣等废弃物；限于资金、技术水平等，大量的固体废弃物并不能变废为宝、循环利用，而是需要寻找合适的场地进行堆存、处置。贮存、处置不当会对地表水、地下水造成污染。为此在工程实施过程中，配套渣场从选址、设计到建设，应与主体工程做到“三同时”。一般工业固体废物种类繁多，本文仅针对Ⅱ类场设计要点进行探讨。

1一般工业固体废物及其处置场分类

1.1一般工业固体废物分类

一般工业固体废物系指未被列入《国家危险废物名录》或者根据国家规定的GB5085鉴别标准和GB5086及GB/T15555鉴别方法判定不具有危险特性的工业固体废物。《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》又将一般工业固体废物分为第I类和第Ⅱ类。

第I类一般工业固体废物：按照GB5086规定方法进行浸出试验而获得的浸出液中，任何一种污染物的浓度均未超过GB8978最高允许排放浓度，且pH值在6至9范围之内的一般工业固体废物。

第Ⅱ类一般工业固体废物：按照GB5086规定方法进行浸出试验而获得的浸出液中，有一种或一种以上的污染物浓度超过GB8978最高允许排放浓度，或者是pH值在6至9范围之外的一般工业固体废物。[1]

1.2贮存、处置场分类

堆放第I类一般工业固体废物的贮存、处置场为第I类，简称I类场。堆放第Ⅱ类一般工业固体废物贮存、处置场为第Ⅱ类，简称Ⅱ类场。其中I类场要求相对简单，该类贮存、处置场普遍存在。Ⅱ类场要求当天然基础层的渗透系数大于1.0×10-7cm/s时，应采用天然或人工材料构筑防渗层，防渗层的厚度应相当于渗透系数1.0×10-7cm/s和厚度1.5m的粘土层的防渗性能。[1]

2处置场场址选择基本要求

一般工业固体废物处置场场址选择应符合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》及其修改单所规定的基本要求，对于Ⅱ类场特别要求：应避开地下水主要补给区和饮用水源含水层；应选在防渗性能好的地基上；天然基础层地表距地下水位的距离不得小于1.5m。[1]

3Ⅱ类处置场设计案例

3.1工程概况及灰渣性质

山西某企业建有多台燃煤锅炉，生产过程中锅炉灰渣产生总量约25000t/a。锅炉灰渣成分及其浸出液污染物浓度与最高允许浓度对照表分别见表1和表2。

表1　锅炉灰渣成分　(%)

表2　灰渣浸出液最高允许排放浓度对照表

注：灰渣浸出液的pH为12；最高允许排放的pH规定为6～9。

根据GB5085鉴别标准和GB5086及GB/T15555鉴别方法与该灰渣浸出试验报告对比，该灰渣浸出液有害物的含量都低于国家标准中的要求，属于一般工业固体废物,但根据《污水综合排放标准》GB8978-1996最高允许排放浓度及pH值与灰渣浸出试验报告对照，浸出液有害物质浓度均低于该标准最高允许浓度，但其pH值为12，不在6～9范围内，判定此灰渣属第Ⅱ类一般工业固体废物。

3.2灰渣场选址及建设条件

3.2.1场址选择

根据选址的有关要求，在发电厂东南侧选择天然冲沟设置灰渣场一座，距离发电厂直线距离约1200m，公路运输距离约2.5km，灰渣场距离其东侧的村庄约700m。所选场地为一天然冲沟，冲沟走向为南北向，主沟总长约1000m，在中部约500m处主沟西侧分布有一支沟，长度约400m，规划利用西侧支沟作为初期渣场，远期可以利用主沟填埋灰渣。支沟填埋年限约9年。

3.2.2工程建设条件

(1)场址地形地貌

所选灰渣场场址为冲沟支沟，该沟为断头沟，沟体形状为U型，沟底宽约50m，沟壁边坡比1:1.5～1:2，沟体长约400m，沟深约15m，沟底自然坡度15%。

(2) 场址工程地质条件

根据该区地质报告沟谷底部第一层为黄土，厚度0.5～1m；第二层为本区主要出露地层之一，平均厚度为2.5m，由紫红色、黄绿色、杏黄色泥岩、砂质泥岩、细砂岩和黄绿色中粗石英砂岩组成。底部厚层状灰黄色含砾粗粒砂岩，常含砾石，平均厚度4.2m，与下伏地层整合接触。

3.3灰渣填埋场工程设计

3.3.1灰渣拦挡坝

灰渣拦挡坝的作用在于：拦挡灰渣和渗滤液，形成有效的库容，延长服务年限，便于填埋操作，因此在支沟沟口设置灰渣拦挡坝1座。

(1)坝型的确定

该灰渣场属于沟谷型，沟底开阔，沟深较浅，鉴于填埋库区沟口较宽，约50m，筑坝体积庞大，同其它坝体型式相比，均质碾压土坝投资最小，且当地有丰富的黄土和次生黄土，故推荐采用均质碾压土坝。

(2)坝址的确定

填埋库区沟体为U形，结合所需库容以及未来灰渣堆体的稳定等，将灰渣拦挡坝设置在距离西侧支沟出口约50m的沟口。

(3)坝高及坝顶宽度的确定

灰渣产生量约30000m3/a，所选渣场填埋库区面积较大，分两期进行建设，本次为一期工程。经坝高及库容曲线计算，确定坝体最大高度8m，库容约280000m3，使用年限9年。考虑坝顶道路的修建和日常的作业管理，坝顶宽为6m。

(4)坝体设计

该拦渣坝的级别属5级，相对应的允许稳定安全系数为：基本载荷组合1.25，特殊载荷组合1.10，坝体稳定分析采用《碾压式土石坝设计规范》，地震裂度按7度考虑。筑坝材料采用清库所出的黄土，要求其水溶盐含量≤3%，有机质含量≤5%。坝体采用清库所出的黄土及次生黄土碾压而成，下游坝坡铺设碎石护坡,上下游坝坡均为1:2.5。

3.3.2灰渣场防渗工程

(1) 防渗方案

根据室内土工实验结果，场底土体压实系数在0.90和0.93时，平均渗透系数分别为2.88×10-3cm/s和1.26×10-3cm/s，库岸的平均渗透系数分别为1.03×10-3cm/s和1.25×10-3cm/s，不能满足渗透系数小于1.0×10-7cm/s的天然防渗条件的要求,必须采用人工防渗措施。

(2) 人工防渗措施及防渗材料选择

防渗有垂直防渗、水平防渗及垂直与水平防渗相结合三大类。根据填埋场的工程地质情况确定采用水平防渗方式，即在场底和边坡满铺人工防渗材料，在沟口设置拦挡坝，库区内侧坝体边坡铺设人工防渗材料，选用2.0mm厚的HDPE(高密度聚乙烯)土工膜作为人工防渗衬垫材料。

(3)边坡和场底的清理

为满足防渗材料的铺设要求，便于渗滤液导排，填埋场场底在纵向和横向整平，并具有不小于2%的排水坡度。

(4)防渗层结构设计

在土层上铺设复合土工膜，采用一布一膜，HDPE土工膜厚2.0mm，土工布规格为400g/m2，土工膜在下，土工布在上作为土工膜保护层，在复合土工膜上铺设200mm厚的沙砾保护层(粒径2～10mm)，其上铺设300mm厚的砾石导流层(粒径16～32cm)，场底人工防渗结构剖面见图1。

图1　场底人工防渗结构剖面

3.3.3渣场导渗系统

对渗滤液进行收集，是Ⅱ类灰渣贮存、处置场建设中必不可少的重要措施。为收集灰渣渗滤液，在场底基础层上铺设渗滤液导流层，使渗滤液快速排除。在渗滤液导流层下设置树枝状渗滤液收集渠，为了便于排水，场底由两侧向干渠有大于2%的坡度，支渠坡度与场底坡度相同。灰渣渗滤液经支渠或导流层流向干渠,穿过拦挡坝排入渗滤液收集池。渗滤液收集干渠(支渠)防渗、导渗剖面见图2。

3.3.4渗滤液处理系统

为保护当地地表水及地下水水源，必须对渗滤液进行收集处理。

(1)渗滤液处理方案

项目所在区域年降雨量为226.1～750.6mm，年平均降雨量468.1mm，降雨量多集中在7、8、9月；年平均蒸发量为1902.3mm,气候干燥。

图2　渗滤液收集干渠(支渠)防渗、导渗剖面

由于项目区域蒸发量远大于降雨量，而且渗滤液中水质超标的主要指标为pH值，采用处理后回灌的方法可以较好地消化灰渣场产生的渗滤液，同时渗滤液经处理后也可以用于锅炉房冲灰循环使用，节约一次水用量。故本工程拟采用回灌法+送电厂冲灰复用的综合处理方式进行渗滤液处理。

(2)渗滤液产生量[2]

渗滤液的产生主要来源于场区内降雨下渗，其次为灰渣自身的含水量产生的渗滤水。灰渣场的渗滤液产生量采用下面的预测模型进行预测，其计算公式：

式中，Q为渗滤液产生量，m3/a；I为平均年降雨量，mm/a；C为雨量转为渗滤液的比率，%，其值在0.2～0.8之间，考虑进场灰渣含水量，设计取0.4；A为库区集水面积。

灰渣场分两期建设，本期库区的集水面积为30000m2。

经计算每年产生渗滤液的量为5617.2m3，则平均每天渗滤液的产生量为15.4m3。

(3)渗滤液调节池容积及结构设计

通过计算逐月降雨量得出每个月的渗滤液产生量，减去每月的处理量，计算出最大累积余量，即为调节池的容量。在填埋初期，当发生不可预见的降雨时，可以加大向电厂输送和采用灰渣场储存解决。该工程调节池容积最终确定为1800m3。

调节池设于灰渣拦挡坝外，原地开挖矩形水池，边坡采用1：2，池壁采用2.0厚HDPE膜防护。池底长、宽分别为50m、12m，池深为3.0m。

3.3.5雨污分流系统设计

为了减少灰渣场的渗滤液产生量，填埋作业时需做好雨污分流。设计中采取主要措施：

(1)填埋区域分期作业，未填埋区清洁雨水采用潜水泵直接抽提至截洪(排水)沟排放。

(2)在填埋库区上游及周边周围设置截洪沟，防止库区外汇水进入场区。截洪沟设计标准为十年一遇。

3.3.6填埋工艺

(1)填埋分区

分区作业不仅可减少渗滤液产生量，还便于操作，本填埋库区沟体开阔，南北长度约400m，将填埋区分为南北两个作业区，两区之间采用隔堤分开。填埋作业时，先填埋Ⅰ区，后填埋Ⅱ区。

(2)填埋作业

根据等高线将填埋区划分为若干填埋单元，填埋单元的大小基本上为一日一层作业量，冬季可适当延长，填埋厚度为2.5～3.0m设置中间覆盖层。整个灰渣场底部全部覆盖灰渣后，再上升一层填埋。每升高6m，在边坡上修建一个6m宽的工作平台，保障灰渣堆体稳定。

为便于碾压机械的操作，填埋收坡的边坡系数≤1:4。逐渐上升至设计的最终填埋高度，终场后顶面坡度大于4%。

为防止灰场扬尘飞灰污染，尽量将灰场分区分块使用，缩短灰面裸露时间；灰场堆灰时应采用喷水碾压的贮灰方式,遇大风天气时增加洒水的强度，防止灰粉飞扬。

3.3.7封场

当灰渣面达到最终高程后，进行封场作业。对永久灰坡面采用覆土50cm后加砌混凝土网格种草护坡；对贮灰场顶面覆土厚80cm，再进行绿化。同时在表面设置排水沟，将表面汇水排至周边截水沟，减少对坝体和堆体边坡冲刷。

封场除以上工程措施外还应辅以植物措施，在灰渣场顶面进行绿化，宜选择根系发达、生长快、适应性强、易成活、保持水土效果好的乡土树种。

4结语

对于工业固体废物的处置，首先需确定工业固体废弃物的性质和类别，选择合适的处置场，并因地制宜进行针对性地工艺设计。

一般工业固体废物Ⅱ类处置场设计包括灰渣拦挡坝、灰渣场防渗、渗滤液导渗及处理、雨污分流系统、填埋系统和封场措施等的设计，其中灰渣场防渗、渗滤液导渗及处理、雨污分流系统尤为重要，避免对当地地表水及地下水造成污染。

同时，生产过程中，固体废物应考虑综合利用，通过发展循环经济，延伸产业链，提高固废回收利用率，以尽可能减少外弃量，减少渣场占地，延长服务年限。

参考文献

1GB18599-2001,一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准[S].

2GB50869-2013,生活垃圾卫生填埋处理技术规范[S].

(收稿日期2016-03-21)

*金云巧：高级工程师。1997年毕业于西安建筑科技大学环境工程专业，现从事环保设计和环境影响评价工作，

联系电话：(0351)4557409，E-mail:jinyunqiao@163.com。