锅炉灰渣填埋场防渗处理技术

常 振 东

(山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司基本建设局，山西 晋城 048000)

1 概述

灰渣场的废渣主要考虑的是来自锅炉产生的锅炉灰渣，从长远得发展角度，为了提高企业循环经济水平，并将经济效益和环境效益、社会效益完美的统一起来，应当依据企业产生的废渣性质对废渣进行综合利用，灰渣场仅仅作为临时堆放场或废渣无法利用时的备用措施。灰渣场主要是将企业固废综合利用后剩余灰渣集中填埋处理的一种方式，除可以降低废渣处理成本外，还可以通过集中处置达到节约占地，便于管理，避免随意丢弃现象带来的粉尘污染及地下水污染的问题。灰渣场封场后通过覆土造田，可进一步增加耕地面积，增加社会经济效益。

2 项目介绍

按照节约用地，降低投资的思路，根据公司灰渣产生规模以及灰渣综合利用相关政策及利用措施，本灰渣场作为项目的备用渣场，主要用于项目得不到综合利用灰渣的堆填。根据测绘结果，渣场净利用面积38 245.5 m2，合57.37亩，土方容量607 655.6 m3。公司每年产生废渣共计约15 万m3。因此，此次新建备用渣场可满足4年所有废渣的堆放。根据现场踏勘，该场址位于山沟内，属山谷型废渣场，需要修筑拦渣坝围成库区，拟建渣场区域的地形呈山谷陡坡形，东西两侧高，南侧低。因此应对场址东西侧进行削坡，在场址北侧修建拦洪坝，南侧修建拦渣坝，东西侧修建截洪沟拦截场外雨水；在渣场填埋区的南面设置渗滤液收集池，用于收集灰渣填埋及封场后的渗滤液。

3 灰渣特性

本项目填埋处置的灰渣主要来自于锅炉产生的锅炉灰渣，不包括废弃催化剂等危险废物、生活垃圾厨余垃圾及其余一些有毒、有害的垃圾。

锅炉灰渣是煤炭在高温加压的情况下主要成分燃烧后剩余的由多种矿物质组成的固体废物。其成分与煤炭的品种和特性相关，本课题灰渣的主要特性见表1，其主要成分是：二氧化硅、氧化铝，另外还包含未燃烧殆尽的碳粒、CaO和少量MgO,Na2O,K2O等。

渗滤液防渗措施不恰当会对地下水造成严重污染，由于地下水环境相对封闭，污染后的地下水净化周期相当长，甚至是不可逆的。渗滤液主要来自灰渣含水、地表径流流入填埋区、落入填埋区的降雨等，渗滤液下渗会造成地下水污染，如果直接外排会造成土壤和地表水体的污染，进而污染地下水。

表1 进入渣场的固体废物一览表

根据对灰渣的淋溶实验，测出浸出液中的有害成分的量较国家标准值低得多，应划归于一般固废，又鉴于其pH较高，超过标准限制，因此本项目渣场废渣为一般工业固体废物中第Ⅱ类。

4 灰渣场防渗设计

4.1 防渗方式分析

根据GB 18599—2001一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准对Ⅱ类固体废物填埋场相关章节(第5.1节、5.3节、6.1节、6.2节)的规定，Ⅱ类固体废物填埋场对于防渗的要求为：当天然基础层的渗透系数小于1.0×10-7cm/s，且其土层厚度大于1.5 m时，可以不进行人工干预，直接采用天然土层作为防渗层；否则应当进行防渗设计，采用天然或人工材料制作防渗层，其防渗性能应不低于对天然防渗层的要求。天然或人工材料制作的防渗层主要包括天然衬层防渗和人工合成衬层防渗。

天然衬层防渗方式：主要是通过天然衬层的低渗透性和足够的厚度达到防渗的目的(天然衬层的渗透性比人工合成衬层高很多，因此必须通过厚度来达到对渗透系数的要求)，这种天然衬层主要指的是：天然粘土、人工改性粘土等。根据现场勘查及初步地勘报告，场区所在区域当地粘土资源较丰富，但渗透系数较大，且天然粘土防渗工程施工难度大、工期长、造价高，因此本项目考虑到技术、经济、环保等要求不采用天然防渗方案。

人工合成衬层防渗方式：人工合成防渗材料较天然衬层的渗透系数低得多，因此人工合成衬层的厚度很小，且具有耐久性、耐候性、柔韧性好、强度高、抗穿透性强等优点。人工合成防渗材料主要包括土工膜、土工聚合粘土材料(GCL)等。

本渣场防渗系统主要是采用人工合成衬层防渗技术设计。

4.2 防渗材料分析

在渣场等填埋场防渗系统设计中，常用的人工合成衬层主要有钠基膨润土垫(GCL)和高密度聚乙烯(HDPE)土工膜。

1)钠基膨润土垫(GCL)。其主要原料为钠基膨润土，通过一定的工艺将其加工成防水板材，从而用作渣场底部的防渗材料。与HDPE相比，GCL的主要优势表现在：a.铺设浸湿后，其体积会增大5倍(5 mm厚GCL的防渗性能相当于1 m的压实粘土层)；b.自愈能力强，局部被植被等破坏后，很快就能愈合；c.柔韧性好，存在不均匀沉降的场合也可以使用；d.自身及与其他建构筑物连接简单，密封性能好；e.经济、方便，易于安装运输。

2)高密度聚乙烯(HDPE)土工膜。高密度聚乙烯(HDPE)在抗拉性能、耐候性能、防渗性能、抗化学反应性能等方面都有不可替代的优势。其抗拉强度不小于25 MPa，渗透系数小于10-12cm/s，抗戳穿力大于130 N甚至更高，且施工容易、运输方便。

鉴于以上原因，本方案确定采用HDPE(高密度聚乙烯)土工膜构筑渣场防渗体系。

4.3 防渗结构设计

为了方便渗滤液收集，保证防渗系统和导流系统的耐久性和施工质量，防止不均匀沉降，需要对填埋区库底进行整平清理。

经计算可得，该灰渣场总防渗面积为4.36 ha，防渗区域为库区底部及边坡，防渗结构见图1，主要包括：

1)填埋区底部整平并且夯实，压实的土层厚度应大于750 mm；2)主防渗层1.5 mm HDPE膜；3)铺设膜上保护层——600 g/m2无纺土工布。

本项目边坡防渗层结构有：

1)填埋区边坡整平并且夯实，压实土层厚度应大于300 mm；2)铺设4 800 g/m2GCL膨润土垫层；3)主防渗层1.5 mm HDPE膜；4)铺设膜上保护层——600 g/m2无纺土工布。

4.4 渗滤液处理及排液系统分析设计

渣场对水环境的影响为渗滤液。渗滤液是工业固废在贮存、处置过程中渗流出的液体和外来水分(包括大气降水、地表径流和地下水入侵)，渗滤液直接排外，会导致工业固废中的可溶解性元素随雨水迁移进入土壤和水体，造成污染。

本工程中渗滤液的特征主要是pH值和悬浮物(ss)，结合渗滤液特点以及渗滤液导排措施，渗水先后经过土工布反滤层、级配碎石导排层过滤，渗滤液悬浮物大大降低，本项目灰渣场渗滤液处理考虑经重力沉降过滤后用于灰渣场回喷处理。由于灰渣场日常运行灰渣碾压调湿和表面降尘喷洒用水量较大，为节约水资源，设计场内灰渣表层初期雨水通过收集池暂存，雨水通过渣浆泵输送至场顶回喷，补充灰渣场作业用水。

渗滤液收集系统为在卵石导流盲沟中铺设DN300渗滤液收集管(HDPE穿孔集水管)，其中收集管穿坝部分不开孔。渗滤液收集管布置在场区中部，渗滤液沿着场底坡度两侧排入中间的导排管道，渗滤液经污水收集管收集后最终排入拦渣坝下游的渗滤液收集池中，并经过潜污泵提升后进行渣场回喷。

5 结语

本项目灰渣场的废渣主要考虑的是来自锅炉产生的锅炉灰渣，灰渣场仅仅作为临时堆放场或废渣无法利用时的备用措施。本课题废渣为一般工业固体废物中的第Ⅱ类固废；根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》对Ⅱ类场固废防渗要求，对比考虑天然衬层防渗方式和人工合成衬层防渗方式的特点，项目设计防渗系统采用人工合成衬层防渗技术；通过对比水平防渗中，钠基膨润土垫(GCL)和高密度聚乙烯(HDPE)土工膜两种人工防渗材料的特点，确定采用HDPE(高密度聚乙烯)土工膜作为主防渗衬层；根据项目特点分别设计了库区底部防渗层结构和库区边坡防渗层结构。解决了灰渣场防渗问题，避免渗滤液对地下水的污染。灰渣场封场后通过覆土造田，可进一步增加耕地面积，增加社会经济效益。