湖南某礦區歷史遺留含砷廢渣處置工程設計

劉 碩

(湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100)

湖南郴州某礦區的砷制品廠由于經營不善，從1992年開工至2007年關閉期間，遺留了約3.85萬t的含砷廢渣(占地約23 457.8 m2)露天堆放，存在較大的環境及安全隱患，對下游水體、農田、飲用水造成極大污染。

1 工程背景

該項目廢渣主要來自該礦區砷制品廠產生的含重金屬廢渣，含鉛、鋅、鉻、砷、銀、銅等重金屬物質，縣人民政府委托縣測繪隊及環境監測站分別對渣場廢渣堆存量、受污染土壤面積、受污染土壤深度進行監測，并對其進行毒性浸出鑒別，確定了含砷廢渣及受污染的地下土壤范圍、深度及性質，為后續設計提供設計依據。

監測結果見表1。

表1 廢渣及受污染土壤的毒性浸出實驗結果

經過毒性浸出鑒定，項目區含砷廢渣及2.0 m以上土壤均屬危險固廢，廢渣及受污染土壤共計5.084萬m3，按密度1.64 t/m3，合計8.34萬t危險固廢需要處理。

2 處置方案設計

危險廢物處置的總原則是危險廢物的減量化、資源化和無害化，由該項目廢渣屬于冶煉無機廢渣，不能采用“焚燒法”處置，因此采用“安全填埋法”對遺存的含砷廢渣進行處置，以減少含重金屬的廢水浸出并下滲污染地下水和下游水體。

大多數重金屬廢渣含有有毒物質不能直接填埋，為了降低、減輕或消除廢渣本身帶來的危害，在填埋之前必須對其進行穩定化/固化處理，以達到安全填埋場入場控制標準，該設計采用水泥包膠固化，用水泥固化成本低，固化效果好，易于操作。

工藝流程如圖1所示。

圖1 處理工藝流程圖

3 廠址選擇

考慮到冶煉廢渣量大，外運過程中可能會從點污染擴大為線污染，故該項目場址初步選定為原廢渣堆存場地。

根據項目現場場地情況，周邊800 m范圍內無廠礦企業、學校、居民集中居住區、河流、水庫及其它較為敏感環境目標;且場地呈帶狀沖溝，周邊地表分水嶺明顯;場地及附近無區域性斷裂，且無結構性地質活動跡象，且場地塌陷、滑坡等地質災害;場區土體隔水性好，土體的滲透系數K≤1.0×10－7cm/s，能夠滿足設計規范要求。

根據上述分析，在原廢渣堆存場地選址是可行的，該場址通過了縣國土、規劃、安監等部門的認可和批復，同意該場址。

4 廢渣預處理工藝設計

4.1 預處理工藝選擇

目前國內對于含重金屬廢渣的解毒處理主要有植物修復、化學淋洗、微生物解毒、資源化利用及穩定化/固化等。

該項目含重金屬廢渣量大、所含重金屬種類多、重金屬形態和濃度差異大，處理場地有限，并且廢渣治理工程實施時間有限，因此不適合采用植物修復、化學淋洗和微生物解毒的方法處置。同時，廢渣所含重金屬雖超標但金屬含量不高且金屬種類和濃度差異大，尚缺乏具有良好經濟性、合理性的提取工藝。而對于含多種超標重金屬的復雜混合廢渣作為建材原料途徑，目前國內尚缺乏相關法律依據。因此設計采用工藝成熟、處理能力大、適用范圍廣泛、成本較低、管理簡單方便的穩定化/固化預處理技術進行處理。

4.2 固化劑和穩定劑的選擇

固化劑采用來源較為廣泛且價格低廉的水泥。

蹲苗結束后，第1花序果實迅速膨大，第2、5花序相繼開花、現蕾，莖葉也在繼續生長，植株對肥水需要量急劇增加，此時是肥水管理的關鍵時期。此時應連澆2次水，中間相隔2～3天，即所謂的“頭水晚，二水趕”。結合第二水每畝地追施復合肥或磷酸二銨25～30千克，或人糞尿50～60千克，以滿足果實迅速膨大的需要。此后在天氣正常的情況下，應每隔4～6天澆水1次。追肥可以采用隔水追肥的辦法，每次進行根外追肥。根外追肥在植株生長后期，在植株長勢較衰弱時使用效果明顯。一般可選用0.2%～0.3%的磷酸二氫鉀或0.2%的尿素，或2%的過磷酸鈣水溶液進行葉面噴施。根外追肥應選擇晴天進行，雨前或雨后均不宜。

重金屬穩定化技術中，硫化物是目前應用最廣泛的重金屬穩定劑，生成的硫化物具有較小溶度積，并且在所有pH值條件下硫化物的溶解度遠低于氫氧化物的特點，因此設計采用來源較為廣泛且價廉的硫化鈉作為穩定劑，但隨著重金屬穩定劑的試驗研究，后期可使用新型重金屬穩定劑，添加比例通過試驗確定。

4.3 固化/穩定化工藝流程設計

廢渣經計量后與水泥、穩定劑按照100∶20∶2比例送攪拌機混合攪拌，攪拌后經過毒性浸出檢測合格的混合料輸送至填埋場安全填埋，抽檢不合格混合料需重新進行穩定化/固化，直到檢測合格方可送入填埋場。

5 填埋場設計方案

5.1 填埋庫庫容

該項目廢渣及受污染土壤總量5.084萬m3，添加的水泥按照20%體積計算，總容積達6萬m3。

填埋庫場底基本上沿原始溝底布置，截污壩附近庫底平整設計標高為1 015.9 m，谷底線向溝上游形成10%的縱向坡度，谷底線兩側形成3%的橫坡，場底最大寬度約 25 m，長約 160 m，庫底標高1 015.9 m，封場閉庫標高1 035.0 m，有效庫容6.6萬m3，能夠滿足項目設計需要。

5.2 防滲層結構設計

5.2.1 庫底防滲

庫底防滲由上及下依次為:7.5 kN/m無紡土工布—0.3 m厚碎石滲濾液導流層—40 kN/m無紡土工布—2.0 mm光面HDPE土工膜—5.0 mm HDPE復合土工排水網格—1.5 mm光面HDPE土工膜—6.0 mm膨潤土防水毯(GCL)—0.5 m厚粘土保護層。

5.2.2 邊坡防滲

邊坡防滲層結構由上向下依次為:5.0 mm HDPE復合土工排水網格—2.0 mm糙面HDPE土工膜—5.0 mm HDPE復合土工排水網格—1.5 mm糙面HDPE土工膜—6.0 mm膨潤土防水毯(GCL)。

5.3 清污分流系統設計

5.3.1 場外截洪溝

5.3.2 地下水輸排系統設計

為降低庫區地下水水位標高確保防滲層的安全，在庫區內沿場底由北向南布置地下水導排溝，溝中埋設DN315～400HDPE管，并在管壁設排水孔，管周圍用碎石填充，溝用15 kN/m土工布包裹;在場地支溝處布置地下水導排盲溝，地下水導排次盲溝中鋪設DN200的HDPE穿孔花管，管周圍用碎石填充，溝用15 kN/m土工布包裹，將地下水排出庫區外自然水體內。

5.3.3 預處理區

為確保預處理區受污染的初期雨水不造成污染，在預處理區內設置初期雨水收集池，處理達標后排放。

5.3.4 滲濾液導排系統設計

為了確保廢渣填埋后產生的滲濾液能夠及時排出填埋庫區，因此在邊坡防滲系統敷設5.0 mm HDPE復合土工排水網格，在庫底防滲系統上鋪設0.3 m厚的卵石作導流層，其上覆7.5 kN/m土工布作保護層，并敷設5.0 mm HDPE復合土工排水網格作次級導流層，其上覆 HDPE光面土工膜(2.0 mm)，其下鋪設HDPE光面土工膜(1.5 mm)。

5.4 氣體導排系統設計

為防止填埋的廢物因物理、化學或生物作用所產生的氣體對封場后的頂部隔斷層產生破壞，也有利于廢渣對體中滲濾液及時排至場底，在場區設置豎向導氣石井3座。

5.5 封場設計

廢渣處理完畢后，應對廢渣場施行封場閉庫和后期管理，以達到阻止風與雨的侵蝕、減少地表水滲透到廢物層，減少滲濾液的產生量，同時導排填埋廢物可能產生的廢氣，并且保持安全填埋場頂部的美觀及持續生態系統的作用。

封場系統自下而上分別鋪設土工布(15 kN/m)—0.3 m厚底層—土工布(15 kN/m)—0.3 m厚粘土層(滲透系數小于1×10－7cm/s)—HDPE糙面土工膜(1.5 mm)—HDPE復合土工排水網格(5.0 mm)—0.3 m厚保護層—0.7 m耕植土層，形成包括底層、防滲層、排水層、保護層及植被恢復層的多層封場結構。

5.6 截污壩設計

根據場地情況，在填埋場西南角方向需設一座主壩攔阻固廢及滲濾液外泄，結合當地情況，項目主壩采用漿砌石重力壩，壩頂寬為2.5 m，壩高為14.2 m，壩上游坡比為1∶0.4，下游坡比為1∶0.25，內坡采用土工布、土工膜防滲處理。

5.7 滲濾液處理系統設計

含重金屬廢渣的滲濾液危害極大，必須進行處理達標后方可外排，處理后出水滿足《污水綜合排放標準》(GB8978－1996)標準。

通過計算滲濾液產生量約為29.9 m3/d，考慮到預處理需添加新水及安全考慮，設計滲濾液處理規模為100 m3/d，通過計算需設置一座容積2 000 m3的調節池，滲濾液處理工藝采用“空氣氧化—鐵鹽—堿—PAM絮凝”化學處理工藝。

滲濾液處理系統占地216 m2，采用兩級混凝沉淀+砂濾工藝，配備管理人員2人，負責污水處理的日常運行和維護工作。

按照《危險廢物填埋污染控制標準》(GB18598－2001)的要求，填埋場封場閉庫后運行30 a以上。

6 投資估算

項目總投資6 059.152萬元(含運行處理費用)，工程建設投資4 966.8萬元，填埋期預處理、填埋作業及滲濾液運行期運行費用為:1 092.352萬元。

7 結語

在充分調查、采樣、分析的基礎上，確定含砷廢渣、受污染土壤的量，根據場址地形、地貌特點，采用穩定化/固化處理后原位填埋的方式，能夠徹底解決廢渣堆周邊環境的影響，經過計算可以減排重金屬量為:As 0.73 t/a、Pb 0.300 7 t/a、Cd 0.069 5 t/a、Zn 0.52 t/a、Cu 0.755 1 t/a，減少重金屬排放量共計1.855 3 t/a，對湘江流域水質有改善作用。

［1］ 蔣宏國，潘劍波.三氧化二砷冶煉“三廢”治理研究［J］.湖南有色金屬，2002，18(6):39 －41.

［2］ 未立清.有色金屬冶煉廢渣綜合治理［J］.有色礦冶，2000，(2):55－56.

［3］ 王克浩，喻澤斌，梁有千.砒霜生產化工廠危險廢物處置工程設計［J］.環境工程學報，2009，(6):177－181.