危险废弃物地上式刚性填埋场的设计及应用

黄春艳，宁绍宇

(中蓝长化工程科技有限公司，湖南 长沙 110000)

危险废弃物种类繁多、成分复杂，来自于多种行业，如处置不当会对生态环境和人类健康构成严重的危害。目前，危险废弃物的处理处置方式主要有焚烧、安全填埋、物化资源化综合利用等。其中，安全填埋具有工艺简单、操作灵活方便，且最大限度地与生物圈自然环境隔离等优点，被广泛应用。就刚性填埋场而言，有地下式、半地下式和地上式三种。本文依据国家2019年颁发的国标GB 18598的相关规定，设计成具有结构防渗、填埋气导气和渗滤液导排系统完备、人工检测区域合理的构筑物形式，以避免对土壤和地下水造成污染，并结合工程实例进行了介绍。

1 总体要求

依据《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2019)的要求：刚性填埋场钢筋混凝土的设计应符合GB 50010的相关规定，防水等级应符合GB 50108的一级防水标准；钢筋混凝土与废物接触的面上应覆有防渗、防腐材料；钢筋混凝土抗压强度不低于 25 N/mm2，厚度不小于 35 cm；应设计成若干对称的填埋单元，每个填埋单元面积不得超过 50 m2且容积不得超过 250 m3；填埋结构上方应设置移动式遮雨棚，杜绝雨水进入形成渗滤液；采用地上结构形式的，底部设置人工目视捡漏区，在人工目视条件下能观察到填埋单元的破损和渗漏情况，并能及时进行修补。

填埋场设计的主要原则为：①因地制宜，充分利用现有地形、地质情况，使填埋场结构稳定；增大填埋场库容量，降低单位填埋成本。②填埋场结构及防渗方案安全可靠、技术先进、经济合理，可操作。③填埋场工艺先进、成熟、投资省，管理及施工、生产运行方便。④填埋场实行清污分流，减少渗滤液处理量，节约运行成本。⑤填埋场施工、使用后尽可能使废物与环境隔绝，产生的废液和废气实行集中收集和处理，防止对周围环境产生污染。 ⑥处理好近期建设与远期发展的关系。

2 主要设计参数

2.1 结构尺寸

依据相关标准，每个填埋单元的最优尺寸满足面积不超过 50 m2，同时容积不超过 250 m3，因此必须综合考虑建设投资、建造难度及运营成本等因素。某项目进行不同结构尺寸测算，两种不同布置方案，工程造价不同，如图1。

图方案一 方案二图1 地上刚性填埋场布置示意图

方案一：库区分割为36个容积为 241.2 m3的单元格，按9×4排列，总库容 9000 m3；单个填埋单元的尺寸为 6.0 m×6.0 m×6.7 m。方案二：库区分割为32个容积为 248.0 m3的单元格，按8×4排列，总库容 7936 m3；单个填埋单元的尺寸为 7.35 m×6.75 m×5.0 m。主要投资构成：桩基工程+池体工程+防渗工程。经过概算，方案一的工程造价为2000元/m3，方案二的工程造价1850为元/m3。

2.2 目视检测区

刚性填埋场设计成地上形式，下部设置目视检区。目视检区高度可选择为净高0.8～2 m。从施工角度来说，高度越高，越方便施工，但投资增大。目视检区高度低于 1.4 m，可采用定位移动摄像车，人工定位录像；目视检区高度高于 1.4 m，考虑采用人工检测。可视区设置有效的排水系统，利用管网或排水沟收集雨水。

2.3 防渗漏、防腐蚀

填埋场防渗系统是填埋场必不可少的设施，其作用是：将填埋场内外隔绝，防止渗滤液进入土壤和地下水，阻止外界水进入危险废弃物填埋层而增大渗滤液的产生量。防渗材料通常有天然或压实黏土、土工膜、人工合成防渗材料和其他废弃物资源化材料。其中，土工膜是由一种或几种聚合物，再加上一系列附加剂，如炭黑、增塑剂、催化剂、抗降解材料等制成的。常用的土工膜种类有高密度聚乙烯(HDPE)土工膜、线性低密度聚乙烯(LLDPE)土工膜、聚氯乙烯(PVC)土工膜。土工膜的厚度为0.5～3.0 mm。天然或压实粘土防渗层的水力渗透系数必须小于等于1.0×10-7cm/s。

HDPE土工膜是用大于97%(质量分数)的高分子聚乙烯、2%～3%的炭黑和0.5%～1.0%的稳定剂和氧化剂，用平板挤压机压制而成。HDPE膜的特征和优点包括：化学稳定性，是环境保护工程设计过程中最关键的因素，HDPE膜在所有土工膜中化学稳定性最好；HDPE膜具有较低的渗透性，可以确保渗滤液不会外漏。

钢筋混凝土结构内衬人工防渗衬层，抗渗等级符合GB 50108的相关规定。池体自身有一定抗渗等级，采用P8混凝土建造。人工防渗衬层的选择：池底从上到下较为常见使用人工防渗构造是长丝土工布 +5 mm 土工排水网+长丝土工布+2 mm 高密度聚乙烯HDPE膜+膜下的复合膨润土保护层[2]+混凝土底板；池壁防渗人工防渗采用长丝土工布+2 mm 高密度聚乙烯HDPE膜+长丝土工布的人工防渗结构层。池底及池壁防渗构造层，见图2。池底设置腋角，人工防渗材料与封场膜形成整体，顶部钢板锚钉机械锚固。

图2 人工防渗示意图

HDPE膜采用双缝热熔方式进行焊接，采用双轨热熔焊机，具体方法是：通过在膜的接缝位置加热至一定温度，进而使HDPE膜本体熔化，并且在一定的压力作用下结合在一起，形成与原材料性能完全一致、厚度更大、力学性能更好的严密焊缝。焊接前焊缝连接处应进行清洁，去除灰尘、污物，并使搭接部分保持干燥。焊接部位应完好不应有不得有影响施工质量的杂质，如划伤、污点、水分、灰尘以及其他。HDPE膜铺设应一次展开到位，同时为材料的热胀冷缩导致的尺寸变化流出伸缩量，不宜在展开后再进行拖动，敷设过程中要注意保护HDPE膜不受破坏，车辆不可直接在HDPE膜上碾压。

影响HDPE土工膜老化降解的主要因素有：HDPE土工膜树脂和抗氧化剂的自身特性、老化温度和时间、暴露的介质条件(空气、水、渗滤液或土壤)、氧气或者其他氧化剂的存在、抗氧化剂耗散阶段需要的分子活化能[4]。HDPE膜的老化过程包含物理老化和化学降解的过程。物理老化是指一个聚合物从不稳定状态向稳定状态缓慢进行的过程。对于像HDPE这样的半晶体结构，涉及的主要是物质结晶度的变化，但是没有共价键的断裂过程。化学降解过程则指的是相关的共价键的断裂过程，如氧化降解、辐射降解、生物降解等。影响氧化降解的因素很多，主要包括土工膜自身性质、暴露条件、暴露介质，以及外界机械应力。结晶度对减缓土工膜降解的影响有两个方面：其一，晶体部分作为阻隔氧气扩散的屏障存在；其二，在氧化过程中出现的烷基自由基会被晶状基质捕获，阻止自由基进一步反应，所以表面有较高结晶度的土工膜比低结晶度的土工膜更难降解，而结晶度较高的土工膜却较易发生应力开裂的现象。对于暴露在室外环境的土工膜，阳光是首要考虑的能量来源，光线的热量可能会加速土工膜中自由基的形成。

2.4 上料及防雨棚方式

上料分为端头上料和两侧上料两种方式。每个填埋场设置一台可以在填埋单元轨道上行走的门式起重机，池体端部或侧面设置为上料孔，根据实际情况而定。起重机电动葫芦上料，可东、西、南、北四方向移动，满足所有单元池体填埋的需求。上料及防雨系统示意见图3。

图3 上料及防雨系统示意图

由于遮雨棚为临时性设施，单体池封场后不再继续使用。考虑集中填埋作业的方式，设置移动式雨棚，一行四个单体池共用，纵向移动，兼具操作平台的功能。

2.5 渗滤液抽排及导气

填埋场产生渗滤液的因素有很多，水量变化大，并且变化无规律。产生渗滤液主要有几个方面的原因：自然降水入渗，包括降雨和降雪，此原因是影响渗滤液产量的最大因素；填埋物的含水率，填埋时，由于危险废弃物的成分、含水率、预处理方法不同，会影响渗滤液的产量，并且随着填埋深度和密度的增加，挤压出的孔隙水将会增加渗滤液的数量。渗滤液具有水质复杂、危险性大、生化需氧量高、氨氮含量高、水质变化大、重金属含量较高等特点。

对于地上式填埋场的设计而言，由于单体池为封闭的运营单元，池容较小，上方设置遮雨棚，填满后进行封场，因此作业前后都能有效防止雨水进入池体内，渗滤液产生量有限。但考虑到极限情况，在每个小单元里设置渗滤液抽排管，布置在某个角落，填埋小单元的池底面有2%～3%的坡度。坡向放置渗滤液抽排管的最低处角落，这样可有效收集小单元内产生的渗滤液，使用移动式潜污泵放置于抽排管的底部，进行定期抽取。

根据危险废弃物来源和种类的不同，设置渗滤液调节池调节水质水量。危险废弃物产生的渗滤液必须经过处理，并符合《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2019)表2“危险废物填埋场废水污染物排放限值”方可排放，严格禁止渗滤液回灌。渗滤液具有高COD、高重金属等特点，处理工艺根据水质的不同而有不同选择。普遍采用调节+预处理+化学沉淀+吸附+生化+膜处理，其中生物降解可采用活性污泥法、接触氧化、生物滤池、生物转盘和厌氧生物等处理方式。渗滤液宜在固化处理工艺中循环利用[3]，固化后的固化/稳定化砌块送至填埋场进行安全填埋。

渗滤液抽排管兼具填埋气导气的作用，使用花管形式，1 m 以上斜向下孔，孔径大小ф20，孔中心间距1.2～1.5 m。

3 工程实例

3.1 黑龙江某危废处置中心

本项目建设在黑龙江省安达市，工程总库容规模为32.55万m3，填埋处理能力 46500 m3/a，需要填埋的废物主要为废盐，经过飞灰固化、污泥干化达到允许进入填埋区的控制限值中的稳定固化控制限度，并且浸出液的pH值在7.0～12.0。共分7个填埋单元，总占地面积约 64947.741 m2。工程建设内容主要包括填埋场主体工程与设备、配套工程及辅助设施。填埋场主体工程与设备包括场地平整、刚性填埋车间建设(其内包含填埋区、卸料分拣区及目视检漏区)、防渗工程、渗滤液导排系统、填埋气体导出、填埋作业机械设备。采用雨污分流，通过排水沟收集填埋区域及道路上的初期雨水及清净雨水，初雨送至初期雨水池，清净雨水送至园区市政管网。

填埋单元整体采用钢筋混凝土结构、地上式，每个填埋单元分隔为186个 5 m×5 m×10 m(H)的小格子，设置门式起重机和2个电动葫芦，分别负责东西两侧的物料吊运。这样可缩短起重机的行走距离，进而节省运料时间，提高堆填能力。在物料量大，运力紧张，又多雨季节，这一点显得尤为重要。加装移动式防雨棚，每个单元填埋池封场后，可以将防雨棚移至下一个要作业的池子。池底设置人工防渗层，使用 2 mm 厚HDPE+人工土工布的构造设计，底部以2%的坡度坡向最低处的角落，最低处设置集液坑用于收集填埋池内的渗滤液。用于抽取渗滤液的HDPE管径为Φ300，管底设置在集液坑内，定期使用移动泵抽取渗滤液。每行填埋单元端头预留一个快装接头，移动潜污泵连接软管通过快装接头与固定管路相连，泵送至污水预处理，再送至全厂的污水处理单元。渗滤液导排管兼具填埋气导气功能，管上 1 m 以上打有花孔，孔径约Φ20，上下层孔孔距为1.2～1.5 m，同一层孔孔距为0.8～1.0 m，填埋气经过有效收集形成有组织处理，实现节能环保。

3.2 宁夏某危废处置中心

本项目建设在宁夏吴忠市，填埋能力达到 44300 t/a，总占地面积约 69797 m2，共设6个填埋单元，分期建设，每个单元宽度 26.6 m，长度71.5～78 m，为12×4和11×4的分布形式。每个填埋单元分隔为48或44个 6.5 m×6.5 m×5.9 m(H)的小格子，采用端头上料形式，设置门式起重机和电动葫芦，并且加装移动式防雨棚，设置填埋气导气系统和渗滤液导排系统，底部设置可视区。

4 结语

本文根据最新规范的要求，结合实际工程设计案例进行分析，从填埋结构尺寸、目检区高度、防渗防腐蚀做法、上料和防雨方式、渗滤液抽排及填埋气导排等方面进行了合理化研究。两个工程实例运行均有2年有余，应用效果良好。