孫曉東

(北京高能時代環(huán)境技術(shù)股份有限公司, 北京 100095)

0 引言

危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)及鑒別方法認(rèn)定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性和感染性等一種或一種以上危險特性，以及不排除以上危險特性的固體廢物[1]。

危險廢物引起的環(huán)境事故和危害往往持續(xù)時間長，隱蔽性大，而且后果嚴(yán)重；一旦發(fā)生污染事故，環(huán)境污染治理將耗費巨額資金，生態(tài)恢復(fù)也需要更長的時間，有時甚至難以恢復(fù)[2]。目前，我國危險廢物產(chǎn)生量總體上呈逐年增加趨勢[3]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明我國危險廢物近年產(chǎn)生量均在3.0×107t以上，而相關(guān)調(diào)研認(rèn)為我國危險廢物年產(chǎn)生量在6.0×107t以上[4]。

國內(nèi)外處理危險廢物的方法主要有資源化利用、焚燒和填埋3種。資源化利用和焚燒都會產(chǎn)生不能利用的廢物和殘渣，最終還是要進(jìn)行填埋環(huán)節(jié)的處理，所以有人將填埋處置說成是固體廢物或危險廢物的最終處置方法[5]。本文結(jié)合江蘇省某在建危險廢物安全填埋場項目，對危險廢物填埋場設(shè)計及工藝進(jìn)行探討，供類似工程參考。

1 工程概況

某新建配套安全填埋場項目位于江蘇省南通市，占地面積60000 m2。設(shè)計年處理危險廢物規(guī)模35000 t，安全填埋場設(shè)計總庫容62萬m3，服務(wù)年限18年。在填埋庫區(qū)中間東南-西北走向最短處設(shè)置分期圍堤，將填埋庫區(qū)均分成1號、2號填埋庫區(qū)，每塊庫區(qū)占地面積約3萬m2，庫底最大埋深8.5 m。該項目的建設(shè)將填補江蘇省危險廢物最終處置的空白，成為南通市最大的危險廢物安全填埋場。填埋場平面示意圖見圖1。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場區(qū)地勢平坦，地貌類型簡單，主要為長江沖積三角洲平原地貌，地表巖性多為灰色粉質(zhì)粘土、粉土夾粉細(xì)砂，局部含較多淤泥質(zhì)。

圖1 危險廢物填埋場平面示意

2.2 地層條件

根據(jù)勘察資料，場區(qū) 45.0 m深度以內(nèi)各土層由第四系全新世—中更新世以來的長江沖積平原沉積物組成，呈水平狀分布，可分為5個工程地質(zhì)層：①沖填土;②粉質(zhì)粘土;③粉土;④粉質(zhì)粘土;⑤粉砂。

2.3 地下水

含水層分為：潛水含水層組、微承壓含水層組、第 I 承壓含水層組。

潛水賦存于①沖填土、②粉質(zhì)粘土中，含水層組巖性主要為粉質(zhì)粘土夾粉土，厚度5 m左右，水位埋深隨地貌形態(tài)而異，一般為1.5～3.2 m 。

微承壓水賦存于③粉土中，含水層組巖性主要為粉土，厚度24 m左右，水位埋深3.3 m左右，具微承壓性。

第I承壓水賦存于⑤砂層中，含水層組巖性主要為粉砂，含水層厚度較大，水位埋深在1.9～4.2 m。各層土滲透性見表1。

表1 各層土滲透系數(shù)

3 總體工藝設(shè)計

3.1 填埋類別及規(guī)模

根據(jù)服務(wù)范圍內(nèi)危險廢物產(chǎn)量數(shù)據(jù)并結(jié)合行業(yè)發(fā)展情況，確定本項目危險廢物安全填埋設(shè)計處理規(guī)模為35000 t/a。具體填埋危險廢物種類見表2。

3.2 填埋處置流程

危險廢物填埋場填埋處置總體工藝流程見圖2。

3.3 預(yù)處理

采用安全填埋技術(shù)處置危險廢物時，實施填埋前應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化/固化等預(yù)處理[6]。本項目采用水泥基固化為主、藥劑為輔的預(yù)處理方式。穩(wěn)定化/固化預(yù)處理工藝流程見圖3。

表2 擬處置危險廢物

圖2 填埋處置總體工藝流程

圖3 穩(wěn)定化/固化工藝流程

穩(wěn)定化/固化配比：危險廢物∶藥劑∶水∶固化劑=1∶0.05∶ 0.10∶ 0.20。

3.4 填埋場結(jié)構(gòu)形式

本工程采用地下與地上結(jié)合填埋方式，將淺部覆蓋層全部清除，形成開挖填埋坑，由于場底位于地下水位以下，不符合規(guī)范[7]要求，需采用垂直防滲帷幕將填埋場區(qū)域與周邊地下水隔絕。為保證工程施工可行和運營的安全性，最終選擇水平柔性防滲+垂直防滲相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案。

填埋場構(gòu)建方案(假定場平標(biāo)高±0.00 m)：整平后場底高程-4.00 m，圍堤頂部高程8.00 m左右，頂部寬5 m，設(shè)環(huán)場作業(yè)道路，用于車輛進(jìn)場填埋作業(yè)，圍堤采用加筋土壩，圍堤基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理。填埋場場底設(shè)縱橫向匯水并設(shè)2%的坡度，方便滲濾液收集與導(dǎo)排。填埋場場頂標(biāo)高8.00 m，采用分級放坡，分級高度5 m，放坡坡率1∶3，分級平臺寬度3 m。封場后堆體頂部高程12.00 m，最大填埋厚度16 m，頂部排水坡率5%。

3.5 地下水導(dǎo)排系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)范[7]，填埋場場址的地質(zhì)條件應(yīng)符合：地下水位應(yīng)在不透水層3 m以下。如果小于3 m，則必須提高防滲設(shè)計要求，實施人工措施后的地下水水位必須在壓實粘土層底部1 m以下。本項目地下水位較淺，需設(shè)置地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。

地下水導(dǎo)排系統(tǒng)主要由碎石導(dǎo)流層、HDPE導(dǎo)排管、地下水提升井等部分組成。填埋庫區(qū)清場后在場區(qū)底部鋪設(shè)一層厚度300 mm、粒徑30～50 mm的碎石作為地下水導(dǎo)流層，在導(dǎo)流層內(nèi)設(shè)地下水導(dǎo)排主盲溝與支盲溝。平面布置上地下水導(dǎo)排主盲溝沿庫區(qū)中心線布置，支盲溝沿主盲溝角度60°呈魚翅狀布置，與主盲溝相連。主盲溝內(nèi)設(shè)DE315×28.6 HDPE穿孔管，支盲溝內(nèi)設(shè)DE200×18.2 HDPE穿孔管。地下水導(dǎo)排支盲溝收集的地下水均匯集到主盲溝，地下水導(dǎo)排系統(tǒng)收集到的地下水通過主盲溝沿場地坡度導(dǎo)流至地下水提升井，由提升井內(nèi)的提升泵將其提升至庫區(qū)外環(huán)場排水溝。

3.6 防滲系統(tǒng)設(shè)計

3.6.1 垂直防滲系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)范[8]，垂直防滲嵌入下部相對不透水層深度不宜小于1 m。故本工程在場區(qū)周邊圍堰上設(shè)置雙排?850 mm五軸水泥膨潤土攪拌樁，進(jìn)入④粉質(zhì)粘土層不小于2 m，樁長約35 m，膨潤土摻加量≮5%。

3.6.2 水平防滲系統(tǒng)

我國危險廢物填埋場一般選擇復(fù)合、雙層、多層襯墊系統(tǒng)，以HDPE膜為主要防滲材料[9]。

本工程選用高密度聚乙烯(HDPE)土工膜和膨潤土墊(GCL)的雙人工襯層系統(tǒng)，庫底防滲結(jié)構(gòu)由下至上：

(1)庫底基礎(chǔ)層;

(2)200 g/m2聚丙烯有紡?fù)凉げ几綦x層;

(3)30 cm地下水導(dǎo)排層;

(4)200 g/m2聚丙烯有紡?fù)凉げ几綦x層;

(5)60 cm壓實粘土層;

(6)4800 g/m2GCL防滲層;

(7)2.0 mm HDPE土工膜次防滲層;

(8)6.3 mm土工復(fù)合排水網(wǎng);

(9)2.0 mm HDPE土工膜主防滲層;

(10)800 g/m2長絲無紡?fù)凉げ?

(11)800 g/m2長絲無紡?fù)凉げ?

(12)30 cm滲瀝液導(dǎo)排層;

(13)400 g/m2聚丙烯有紡?fù)凉げ几綦x層;

(14)危險廢物填埋層。

水平防滲層的主要防滲材料采用高密度聚乙烯(HDPE)土工膜，性能須符合規(guī)范[10]要求，具有下列優(yōu)點：

(1)防滲效果可靠，其滲透系數(shù)<10-13cm/s；

(2)施工鋪設(shè)比較容易實施，適合本場址的平原地形；

(3)其拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、抗刺穿能力等性能均優(yōu)于其它防滲材料；

(4)接縫采用熱熔焊機(jī)雙縫連接，接縫強(qiáng)度高；

(5)保存和運輸均很方便；

(6)通過控制土工膜焊接與鋪設(shè)施工質(zhì)量，可有效控制滲濾液產(chǎn)生量。

3.7 滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)

填埋物料主要為經(jīng)穩(wěn)定化/固化后的砌塊，自身的含水量和滲透液極少，正常運行情況下，滲濾液產(chǎn)量很少。但為防止雨天臨時覆蓋設(shè)施發(fā)生泄漏，雨水進(jìn)入填埋堆體后形成滲濾液，仍需設(shè)置滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)。

(1)初級收集系統(tǒng)位于上襯層表面和填埋廢物之間，用于收集和導(dǎo)排初級防滲襯層上的滲濾液。由鋪設(shè)在全場場底的300 mm厚、粒徑30～50 mm卵石導(dǎo)排層和導(dǎo)排盲溝組成。卵石導(dǎo)排上設(shè)200 g/m2聚酯無紡?fù)凉げ甲鳛榉礊V層，防止導(dǎo)排層發(fā)生堵塞；導(dǎo)排盲溝分主盲溝和支盲溝，主盲溝沿場底高程最低點進(jìn)行布置，內(nèi)設(shè)DE315HDPE穿孔管，支盲溝沿主盲溝不大于60°方向呈魚翅狀布置，內(nèi)設(shè)DE200HDPE穿孔管，盲溝斷面為V形，方便滲濾液的收集。

(2)次級收集系統(tǒng)位于填埋場防滲層主防滲膜與次防滲膜之間，用于檢測和收集主防滲層滲漏的滲濾液。兩層防滲膜之間采用6.3 mm土工復(fù)合排水網(wǎng)作為次級滲濾液收集系統(tǒng)，若主防滲膜發(fā)生滲漏，將通過次級滲濾液收集起來，排入滲濾液調(diào)節(jié)池。

3.8 終場覆蓋

危險廢物填埋場到了服務(wù)年限截止時，需要按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行封場。封場系統(tǒng)由下至上應(yīng)依次為氣體控制層、表面復(fù)合襯層、表面水收集排放層、生物阻擋層以及植被層。封場結(jié)構(gòu)由上到下依次為：

(1)綠化植被；

(2)15 cm 營養(yǎng)土；

(3)45 cm 壓實粘土；

(4)30 cm、粒徑40～60 mm 級配卵石；

(5)6.3 mm土工復(fù)合排水網(wǎng)；

(6)2.0 mm HDPE 防滲膜；

(7)60 cm 壓實粘土層；

(8)300 g/m2無紡?fù)凉げ迹?/p>

(9)30 cm、粒徑40～60 mm 級配卵石；

(10)危險廢物堆體。

3.9 環(huán)境監(jiān)測

填埋場應(yīng)設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)，以滿足運行期和封場期對滲濾液、地下水、地表水和大氣的監(jiān)測要求，并應(yīng)在封場后連續(xù)監(jiān)測 30 年。

3.9.1 滲濾液監(jiān)測

(1)監(jiān)測點位應(yīng)位于每個滲濾液集水池；

(2)監(jiān)測指標(biāo)應(yīng)包括水位及水質(zhì)；

(3)監(jiān)測頻率每月1次。

3.9.2 地下水和地表水監(jiān)測

(1)地下水各監(jiān)測井沿地下水滲流方向設(shè)置。上游設(shè)1眼，庫區(qū)兩側(cè)各1眼，下游設(shè)3眼，成扇形分布。

(2)地下水監(jiān)測指標(biāo)應(yīng)包括水位和水質(zhì)兩部分。

(3)在使用期、封場期及封場后的管理期內(nèi)，每兩個月監(jiān)測1次，運轉(zhuǎn)初期每月1次，全分析一年1次。

(4)地表水應(yīng)從排洪溝和雨水管取樣后與地下水同時監(jiān)測，監(jiān)測工程應(yīng)與地下水相同；每年豐水期、平水期、枯水期各監(jiān)測 1 次。

3.9.3 大氣監(jiān)測

(1)場區(qū)內(nèi)、場區(qū)上風(fēng)向、場區(qū)下風(fēng)向、集水池、導(dǎo)氣井應(yīng)各設(shè)1個采樣點。污染源下風(fēng)向為主要監(jiān)測方位。

(2)填埋場運行期間，每月監(jiān)測1次。

4 結(jié)語

安全填埋是世界上大多數(shù)國家認(rèn)可的對危險廢物的最終處置手段，一個完整的安全填埋場設(shè)計是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本項目填埋庫處于沿海軟土地區(qū)，地下水位高，采用半地下填埋形式，主體結(jié)構(gòu)采用水平防滲(雙襯層防滲結(jié)構(gòu))+垂直防滲(雙排五軸攪拌樁)的半剛性結(jié)構(gòu)方案，可以達(dá)到有效地保護(hù)庫區(qū)環(huán)境、減少占地、節(jié)省工程投資的目的。希望通過以上的設(shè)計工藝介紹，能為類似的危險廢物安全填埋工程提供借鑒和參考。