白慧東 山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司電解鋁分公司

1 前言

電解鋁企業(yè)的危險(xiǎn)廢物主要是大修渣、鋁灰和炭渣。目前大修渣無(wú)有效利用方式，基本靠危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。本文主要對(duì)電解鋁企業(yè)的危廢填埋場(chǎng)建設(shè)做簡(jiǎn)要的建設(shè)分析。

2 電解鋁行業(yè)目前危險(xiǎn)廢物的現(xiàn)狀及處置需求

按照2021版危險(xiǎn)廢物目錄，電解鋁行業(yè)的危險(xiǎn)廢物主要是321-023-48電解鋁生產(chǎn)過(guò)程電解槽陰極內(nèi)襯維修、更換產(chǎn)生的廢渣（大修渣）；321-024-48電解鋁鋁液轉(zhuǎn)移、精煉、合金化、鑄造過(guò)程熔體表面產(chǎn)生的鋁灰渣，以及回收鋁過(guò)程產(chǎn)生的鹽渣和二次鋁灰；321-025-48電解鋁生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的炭渣；321-034-48鋁灰熱回收鋁過(guò)程煙氣處理集（除）塵裝置收集的粉塵，鋁冶煉和再生過(guò)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(jīng)過(guò)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(méi)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(yè)建設(shè)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)。

3 危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的定義

按照GB 18598—2019《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中的定義，危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)是處置危險(xiǎn)廢物的一種陸地處置設(shè)施，分為采用雙人工復(fù)合襯層作為防滲層的柔性填埋場(chǎng)和采用鋼筋混凝土作為防滲阻隔結(jié)構(gòu)的剛性填埋場(chǎng)兩種。它由若干個(gè)處置單元和構(gòu)筑物組成，主要包括接收與貯存設(shè)施、分析與鑒別系統(tǒng)、預(yù)處理設(shè)施、填埋處置設(shè)施（包括：防滲系統(tǒng)、滲濾液收集和導(dǎo)排系統(tǒng)）、封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)、滲濾液和廢水處理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)急設(shè)施及其他公用工程配套設(shè)施。同時(shí)根據(jù)具體情況選擇設(shè)置滲濾液和廢水處理系統(tǒng)、地下水倒排系統(tǒng)。

4 實(shí)際建設(shè)中的應(yīng)用

電解鋁行業(yè)的填埋場(chǎng)一般采用地面挖坑+筑壩的方式形成庫(kù)容，施工順序?yàn)榍謇肀韺?筑壩區(qū)地基處理-庫(kù)區(qū)內(nèi)開(kāi)挖-筑壩（與庫(kù)區(qū)內(nèi)開(kāi)挖同時(shí)進(jìn)行）-庫(kù)區(qū)內(nèi)地基處理-防滲及排水設(shè)施-監(jiān)測(cè)設(shè)施，驗(yàn)收后投入運(yùn)行。具體過(guò)程如下。

4.1 場(chǎng)地清理及平整

首先清除場(chǎng)址內(nèi)表層土，如遇根系發(fā)達(dá)的木本植物，則挖除其根系；場(chǎng)地平整完成后，其坡面應(yīng)平順圓滑；無(wú)尖銳凸起，不得含有尖銳石子、樹(shù)根、陶瓷、玻璃碴、鋼筋渣等硬物；庫(kù)底應(yīng)碾壓密實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95；庫(kù)區(qū)內(nèi)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(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95。場(chǎng)地平整應(yīng)該與防滲層鋪設(shè)相結(jié)合，盡量縮短最終平整場(chǎng)地與防滲層之間施工間隔，并做好排水，防止降雨對(duì)施工后場(chǎng)地的沖刷破壞，造成返工。

4.2 地基處理

場(chǎng)地平整清除腐殖土及素填土至粉質(zhì)黏土層后，對(duì)地基土層進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不低于0.95；場(chǎng)地整平清除腐殖土及素填土至整平標(biāo)高，未落在粉質(zhì)黏土層，需進(jìn)行強(qiáng)夯處理，夯機(jī)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(kù)區(qū)開(kāi)挖

筑壩材料采用庫(kù)區(qū)內(nèi)開(kāi)挖或周邊原狀粉質(zhì)黏土，筑壩料必須采用符合壩料設(shè)計(jì)要求的筑壩材料，不可采用雜填土。初期圍堤采用粉質(zhì)黏土分層堆筑形成，每層厚度300mm，壓實(shí)系數(shù)不低于0.95，初期圍堤平面控制和高程控制應(yīng)符合（DL/T 5395—2007）《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，且必須在壩基處理及隱蔽工程驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行。初期圍堤各部位的填筑必須按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行，碾壓應(yīng)沿平行壩軸線方向進(jìn)行，不得垂直軸線方向碾壓；壓實(shí)機(jī)械及其他重型機(jī)械在已壓實(shí)壩體上行駛時(shí)，不宜來(lái)往同走一側(cè)。

4.4 壩面護(hù)坡

干砌石石塊應(yīng)選用材質(zhì)堅(jiān)實(shí)，無(wú)風(fēng)化剝落層或裂紋，石材表面無(wú)污垢、水銹等雜質(zhì)，石料密度應(yīng)大于25kN/m3，抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于40MPa；塊石應(yīng)大致方正，上下面大致平整，無(wú)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(guò)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(yīng)平順和整齊；同一砌層內(nèi)相鄰的砌石應(yīng)錯(cuò)縫，砌石應(yīng)墊穩(wěn)填實(shí)，與周邊砌石靠緊，嚴(yán)禁架空；坡面上的干砌石砌筑，以一層與一層錯(cuò)縫鎖結(jié)方式鋪砌，護(hù)坡表面砌縫的寬度不應(yīng)大于25mm，砌石邊緣應(yīng)順直、整齊牢固，嚴(yán)禁出現(xiàn)通縫。疊砌和浮塞；砌體外露面的坡頂和側(cè)邊，應(yīng)選用較整齊的石塊砌筑平整；應(yīng)有低向高逐步鋪砌，鋪砌厚度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.5 防滲設(shè)施

電解鋁行業(yè)的填埋場(chǎng)防滲設(shè)施可采用雙人工襯層，襯層結(jié)構(gòu)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(shè)施可以滿足GB 18598—2019《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)危廢填埋場(chǎng)的防滲要求。一般的防滲層結(jié)構(gòu)方案自下而上依次如下。

（1）天然材料襯層：將原基礎(chǔ)土層進(jìn)行分層碾壓形成，厚度0.5m，壓實(shí)系數(shù)0.96，壓實(shí)后滲透系數(shù)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(shù)不大于1.0×10-12cm/s，密度不應(yīng)低于0.94g/cm3，拉伸屈服強(qiáng)度（縱、橫向）不應(yīng)低于22N/mm，拉伸斷裂強(qiáng)度（縱、橫向）不應(yīng)低于40N/mm，耐堿性（在含5g/L的NaOH溶液中80℃）浸泡無(wú)反應(yīng)，不發(fā)脹；布為無(wú)紡?fù)凉げ迹?50g/m2；4500g/m2膨潤(rùn)土毯（GCL），滲透系數(shù)不大于5×10-9cm/s；（3）輔助排水層：土工排水網(wǎng)，厚度8.0mm；（4）上層人工材料襯層：采用一布一膜結(jié)構(gòu)，膜為HDPE膜，厚度2.0mm，其滲透系數(shù)不大于1.0×10-12cm/s，其他參數(shù)與下層人工材料襯層一致；布為無(wú)紡?fù)凉げ迹?00g/m2；（5）主排水層：采用沙石層，厚度350mm，內(nèi)設(shè)排水管，沙石層上設(shè)土工布反濾層一層，布為無(wú)紡?fù)凉げ迹?00g/m2。

防滲膜為光面高密度聚乙烯土工膜，其材料標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足CJ/T 234—2006《垃圾填埋場(chǎng)用高密度聚乙烯土工膜》的要求；土工排水網(wǎng)選用TG1-8.0-3.0×10-3，厚度8.0mm，其材料標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足CJ/T 452—2014《垃圾填埋場(chǎng)用土工排水網(wǎng)》的要求。雙人工襯層防滲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙人工襯層防滲結(jié)構(gòu)示意圖

4.6 滲濾液收集導(dǎo)排系統(tǒng)

填埋場(chǎng)堆存的大修渣為干燥狀態(tài)，故填埋場(chǎng)內(nèi)的水主要來(lái)自填埋場(chǎng)范圍內(nèi)的降雨，無(wú)外來(lái)雨水的影響，由于大修渣滲透性較好，部分雨水降至填埋場(chǎng)后會(huì)下滲至庫(kù)底，與大修渣相接觸，產(chǎn)生滲濾液。

為了及時(shí)排出填埋庫(kù)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液，以減少其對(duì)地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)，在填埋庫(kù)區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)置滲濾液收集導(dǎo)排系統(tǒng)，包括主排水層（含滲濾液導(dǎo)排管）、輔助排水層（含滲濾液導(dǎo)排管）、滲濾液收集池。

4.6.1 主排水層

填埋庫(kù)區(qū)的主排水層由砂礫層、導(dǎo)流盲溝（含滲濾液收集管）組成。（1）水平沙礫層：結(jié)合填埋場(chǎng)的底部整平的要求，在填埋場(chǎng)底部和初期圍堤的坡面上滿鋪砂礫層，用于收集和疏導(dǎo)滲濾液。砂礫層整體坡度2%，厚度500mm；當(dāng)岸坡坡度較大、砂礫層無(wú)法鋪設(shè)時(shí)，采用土工布袋裝滿砂礫，堆疊形成。（2）導(dǎo)排盲溝：在排水層內(nèi)設(shè)置排水盲溝，用來(lái)加速滲濾液的排除。主排水盲溝：在填埋庫(kù)區(qū)的底部隨場(chǎng)地整平坡度，設(shè)置一道道主排水盲溝，盲溝大小為500mm×500mm（h），采用砂礫填滿，內(nèi)置DN300帶花孔的鋼絲網(wǎng)骨架塑料（聚乙烯）排水管，導(dǎo)流出填埋庫(kù)區(qū)外。

4.6.2 輔助排水層

填埋庫(kù)區(qū)的次排水層由水工排水網(wǎng)、導(dǎo)流盲溝（含滲濾液收集管）組成。（1）水工排水網(wǎng)：結(jié)合填埋庫(kù)區(qū)的底部整平的要求，在填埋庫(kù)區(qū)底部和四周初期圍堤的坡面上滿鋪水工排水網(wǎng)，用于收集和疏導(dǎo)滲濾液。（2）導(dǎo)排盲溝：在排水層內(nèi)設(shè)置排水盲溝，用來(lái)加速滲濾液的排除。在填埋庫(kù)區(qū)的底部隨場(chǎng)地整平坡度，設(shè)置兩道主排水盲溝，盲溝大小為400mm×400mm（h），采用砂礫填滿，內(nèi)置DN300帶花孔的鋼絲網(wǎng)骨架塑料（聚乙烯）排水管，導(dǎo)流出填埋庫(kù)區(qū)外。填埋庫(kù)區(qū)排水設(shè)施鋪設(shè)示意圖如圖2所示。

圖2 填埋庫(kù)區(qū)排水設(shè)施鋪設(shè)示意圖

4.7 截洪、排水設(shè)施

4.7.1 周邊截洪溝

為了防止雨季周邊洪水進(jìn)入填埋庫(kù)區(qū)，需對(duì)填埋庫(kù)區(qū)環(huán)場(chǎng)錨固平臺(tái)周圍設(shè)置截洪溝，內(nèi)壁實(shí)施水泥砂漿防水層。填埋庫(kù)區(qū)環(huán)場(chǎng)錨固平臺(tái)周圍設(shè)置截洪溝可將場(chǎng)外雨水排至下游溝壑，截洪溝斷面設(shè)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(zhǎng)約512.5m，截洪溝側(cè)壁及底部均為漿砌塊石結(jié)構(gòu)，溝內(nèi)側(cè)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(shè)置跌水和削能措施。將其上雨水排至場(chǎng)外匯入溝谷外排。

4.7.2 渣場(chǎng)排水系統(tǒng)

管填埋庫(kù)區(qū)內(nèi)的大修渣經(jīng)攤平、碾壓后，按2.0%坡度堆存在填埋場(chǎng)內(nèi)，當(dāng)降雨較為集中時(shí)，填埋場(chǎng)堆存面會(huì)產(chǎn)生雨水徑流，為加快此部分雨水的排出，填埋場(chǎng)內(nèi)的雨水通過(guò)“排水井—排水管”的形式排至渣場(chǎng)外圍的調(diào)節(jié)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(nèi)襯兩層土工布（300g/m2）后用碎石填充形成，堆石井內(nèi)設(shè)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(guò)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(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)

按照GB 18598—2019《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求，在填埋場(chǎng)外側(cè)需設(shè)長(zhǎng)期水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，在庫(kù)區(qū)上游應(yīng)建設(shè)至少一座監(jiān)測(cè)對(duì)照井，下游至少建設(shè)三座觀測(cè)井，同時(shí)兩側(cè)也應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分別建設(shè)一座觀測(cè)井，以組成三維監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)及時(shí)掌握廢渣場(chǎng)防滲系統(tǒng)的滲漏情況。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)井井口應(yīng)高出地表0.5m，填埋場(chǎng)運(yùn)行第一年，應(yīng)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(fā)現(xiàn)地下水水質(zhì)出現(xiàn)變壞現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)加大取樣頻率，并根據(jù)實(shí)際情況增加監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

6 結(jié)束語(yǔ)

雖說(shuō)按照此方法建設(shè)的危廢填埋庫(kù)能滿足企業(yè)的填埋和堆存需要，但是長(zhǎng)期來(lái)看還是會(huì)對(duì)環(huán)境有極大的隱患，并造成資源浪費(fèi)，有必要繼續(xù)對(duì)電解鋁行業(yè)產(chǎn)生的固廢進(jìn)行無(wú)害化和資源化研究，從根源上解決此問(wèn)題，促進(jìn)電解鋁行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。