关于电解铝行业中危废填埋场的建设应用

白慧东 山西兆丰铝电有限责任公司电解铝分公司

1 前言

电解铝企业的危险废物主要是大修渣、铝灰和炭渣。目前大修渣无有效利用方式，基本靠危险废物填埋场进行填埋处置。本文主要对电解铝企业的危废填埋场建设做简要的建设分析。

2 电解铝行业目前危险废物的现状及处置需求

按照2021版危险废物目录，电解铝行业的危险废物主要是321-023-48电解铝生产过程电解槽阴极内衬维修、更换产生的废渣（大修渣）；321-024-48电解铝铝液转移、精炼、合金化、铸造过程熔体表面产生的铝灰渣，以及回收铝过程产生的盐渣和二次铝灰；321-025-48电解铝生产过程产生的炭渣；321-034-48铝灰热回收铝过程烟气处理集（除）尘装置收集的粉尘，铝冶炼和再生过程烟气（包括：再生铝熔炼烟气、铝液熔体净化、除杂、合金化、铸造烟气）处理集（除）尘装置收集的粉尘。

目前321-024-48铝灰、321-034-48粉尘经过处理后可以作为还原剂使用，321-025-48炭渣可以提取再生冰晶石，只有321-023-48大修渣目前还没有合适的利用工艺，只能采取填埋的方式处置。这就需要电解铝企业建设危险废物填埋场。

3 危险废物填埋场的定义

按照GB 18598—2019《危险废物填埋污染控制标准》中的定义，危险废物填埋场是处置危险废物的一种陆地处置设施，分为采用双人工复合衬层作为防渗层的柔性填埋场和采用钢筋混凝土作为防渗阻隔结构的刚性填埋场两种。它由若干个处置单元和构筑物组成，主要包括接收与贮存设施、分析与鉴别系统、预处理设施、填埋处置设施（包括：防渗系统、渗滤液收集和导排系统）、封场覆盖系统、渗滤液和废水处理系统、环境监测系统、应急设施及其他公用工程配套设施。同时根据具体情况选择设置渗滤液和废水处理系统、地下水倒排系统。

4 实际建设中的应用

电解铝行业的填埋场一般采用地面挖坑+筑坝的方式形成库容，施工顺序为清理表层-筑坝区地基处理-库区内开挖-筑坝（与库区内开挖同时进行）-库区内地基处理-防渗及排水设施-监测设施，验收后投入运行。具体过程如下。

4.1 场地清理及平整

首先清除场址内表层土，如遇根系发达的木本植物，则挖除其根系；场地平整完成后，其坡面应平顺圆滑；无尖锐凸起，不得含有尖锐石子、树根、陶瓷、玻璃碴、钢筋渣等硬物；库底应碾压密实，压实系数不小于0.95；库区内土方回填，不得采用腐殖土或杂填土，分层碾压回填厚度不大于0.3m，压实系数不应小于0.95。场地平整应该与防渗层铺设相结合，尽量缩短最终平整场地与防渗层之间施工间隔，并做好排水，防止降雨对施工后场地的冲刷破坏，造成返工。

4.2 地基处理

场地平整清除腐殖土及素填土至粉质黏土层后，对地基土层进行压实，压实系数不低于0.95；场地整平清除腐殖土及素填土至整平标高，未落在粉质黏土层，需进行强夯处理，夯机能不小于8000kN，处理影响深度不小于10m，处理后地基承载力特征值不小于150kPa。

4.3 坝体填筑和库区开挖

筑坝材料采用库区内开挖或周边原状粉质黏土，筑坝料必须采用符合坝料设计要求的筑坝材料，不可采用杂填土。初期围堤采用粉质黏土分层堆筑形成，每层厚度300mm，压实系数不低于0.95，初期围堤平面控制和高程控制应符合（DL/T 5395—2007）《碾压式土石坝设计规范》的规定，且必须在坝基处理及隐蔽工程验收合格后才能进行。初期围堤各部位的填筑必须按设计断面进行，碾压应沿平行坝轴线方向进行，不得垂直轴线方向碾压；压实机械及其他重型机械在已压实坝体上行驶时，不宜来往同走一侧。

4.4 坝面护坡

干砌石石块应选用材质坚实，无风化剥落层或裂纹，石材表面无污垢、水锈等杂质，石料密度应大于25kN/m3，抗压强度应大于40MPa；块石应大致方正，上下面大致平整，无尖角，所有垂直外露面的镶面石表面凹陷深度不得大于20mm。

施工过程中砌体以大石为主，选型配砌，干砌石相互卡紧，石块外露面应平顺和整齐；同一砌层内相邻的砌石应错缝，砌石应垫稳填实，与周边砌石靠紧，严禁架空；坡面上的干砌石砌筑，以一层与一层错缝锁结方式铺砌，护坡表面砌缝的宽度不应大于25mm，砌石边缘应顺直、整齐牢固，严禁出现通缝。叠砌和浮塞；砌体外露面的坡顶和侧边，应选用较整齐的石块砌筑平整；应有低向高逐步铺砌，铺砌厚度应达到设计要求。

4.5 防渗设施

电解铝行业的填埋场防渗设施可采用双人工衬层，衬层结构自下而上为：天然材料衬层-下层人工材料衬层-辅助排水层-上层人工材料衬层-主排水层-废物填埋层，该防渗设施可以满足GB 18598—2019《危险废物填埋污染控制标准》中对危废填埋场的防渗要求。一般的防渗层结构方案自下而上依次如下。

（1）天然材料衬层：将原基础土层进行分层碾压形成，厚度0.5m，压实系数0.96，压实后渗透系数不大于1.0×10-6cm/s；（2）下层人工材料衬层：采用HDPE膜，厚度1.0mm，其渗透系数不大于1.0×10-12cm/s，密度不应低于0.94g/cm3，拉伸屈服强度（纵、横向）不应低于22N/mm，拉伸断裂强度（纵、横向）不应低于40N/mm，耐碱性（在含5g/L的NaOH溶液中80℃）浸泡无反应，不发胀；布为无纺土工布，350g/m2；4500g/m2膨润土毯（GCL），渗透系数不大于5×10-9cm/s；（3）辅助排水层：土工排水网，厚度8.0mm；（4）上层人工材料衬层：采用一布一膜结构，膜为HDPE膜，厚度2.0mm，其渗透系数不大于1.0×10-12cm/s，其他参数与下层人工材料衬层一致；布为无纺土工布，400g/m2；（5）主排水层：采用沙石层，厚度350mm，内设排水管，沙石层上设土工布反滤层一层，布为无纺土工布，400g/m2。

防渗膜为光面高密度聚乙烯土工膜，其材料标准应满足CJ/T 234—2006《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》的要求；土工排水网选用TG1-8.0-3.0×10-3，厚度8.0mm，其材料标准应满足CJ/T 452—2014《垃圾填埋场用土工排水网》的要求。双人工衬层防渗结构如图1所示。

图1 双人工衬层防渗结构示意图

4.6 渗滤液收集导排系统

填埋场堆存的大修渣为干燥状态，故填埋场内的水主要来自填埋场范围内的降雨，无外来雨水的影响，由于大修渣渗透性较好，部分雨水降至填埋场后会下渗至库底，与大修渣相接触，产生渗滤液。

为了及时排出填埋库区内产生的渗滤液，以减少其对地下水的污染风险，在填埋库区内应设置渗滤液收集导排系统，包括主排水层（含渗滤液导排管）、辅助排水层（含渗滤液导排管）、渗滤液收集池。

4.6.1 主排水层

填埋库区的主排水层由砂砾层、导流盲沟（含渗滤液收集管）组成。（1）水平沙砾层：结合填埋场的底部整平的要求，在填埋场底部和初期围堤的坡面上满铺砂砾层，用于收集和疏导渗滤液。砂砾层整体坡度2%，厚度500mm；当岸坡坡度较大、砂砾层无法铺设时，采用土工布袋装满砂砾，堆叠形成。（2）导排盲沟：在排水层内设置排水盲沟，用来加速渗滤液的排除。主排水盲沟：在填埋库区的底部随场地整平坡度，设置一道道主排水盲沟，盲沟大小为500mm×500mm（h），采用砂砾填满，内置DN300带花孔的钢丝网骨架塑料（聚乙烯）排水管，导流出填埋库区外。

4.6.2 辅助排水层

填埋库区的次排水层由水工排水网、导流盲沟（含渗滤液收集管）组成。（1）水工排水网：结合填埋库区的底部整平的要求，在填埋库区底部和四周初期围堤的坡面上满铺水工排水网，用于收集和疏导渗滤液。（2）导排盲沟：在排水层内设置排水盲沟，用来加速渗滤液的排除。在填埋库区的底部随场地整平坡度，设置两道主排水盲沟，盲沟大小为400mm×400mm（h），采用砂砾填满，内置DN300带花孔的钢丝网骨架塑料（聚乙烯）排水管，导流出填埋库区外。填埋库区排水设施铺设示意图如图2所示。

图2 填埋库区排水设施铺设示意图

4.7 截洪、排水设施

4.7.1 周边截洪沟

为了防止雨季周边洪水进入填埋库区，需对填埋库区环场锚固平台周围设置截洪沟，内壁实施水泥砂浆防水层。填埋库区环场锚固平台周围设置截洪沟可将场外雨水排至下游沟壑，截洪沟断面设置为梯形断面，上顶宽为1.1m，下顶宽为0.5m，高为1m，坡降i=0.03，总长约512.5m，截洪沟侧壁及底部均为浆砌块石结构，沟内侧采用水泥砂浆抹面。地基较差的地方，采用混凝土底板，在高程变化处和坡度极陡处设置跌水和削能措施。将其上雨水排至场外汇入沟谷外排。

4.7.2 渣场排水系统

管填埋库区内的大修渣经摊平、碾压后，按2.0%坡度堆存在填埋场内，当降雨较为集中时，填埋场堆存面会产生雨水径流，为加快此部分雨水的排出，填埋场内的雨水通过“排水井—排水管”的形式排至渣场外围的调节水池中。

竖向排水井采用堆石渗井形式，井直径2.0m，最最外一层为间隙2cm的钢筋笼，内衬两层土工布（300g/m2）后用碎石填充形成，堆石井内设置两根DN250的带花孔的排水管，加速雨水的排除。在大修渣填埋过程中，竖向排水井随废弃物堆放高度的升高逐层向上加高，保证竖向排水井的高度高于固废堆放高度1.0m。

5 监测设施建设

按照GB 18598—2019《危险废物填埋污染控制标准》的要求，在填埋场外侧需设长期水质监测井，在库区上游应建设至少一座监测对照井，下游至少建设三座观测井，同时两侧也应该根据现场情况分别建设一座观测井，以组成三维监测点，通过监测及时掌握废渣场防渗系统的渗漏情况。

水质监测井井口应高出地表0.5m，填埋场运行第一年，应每月至少取样一次；正常情况下，取样频率为每季度至少一次，发现地下水水质出现变坏现象时，应加大取样频率，并根据实际情况增加监测项目。

6 结束语

虽说按照此方法建设的危废填埋库能满足企业的填埋和堆存需要，但是长期来看还是会对环境有极大的隐患，并造成资源浪费，有必要继续对电解铝行业产生的固废进行无害化和资源化研究，从根源上解决此问题，促进电解铝行业的可持续发展。