含砷廢渣水泥固化處理與安全填埋處置工程案例

1、含砷廢渣水泥固化處理與安全填埋處置工程案例邵樂(lè)，黃國(guó)安，周曉誠(chéng)，史學(xué)峰，苗旭鋒（湖南凱天重金屬污染治理工程有限公司，湖南，長(zhǎng)沙 410100）摘要：在原場(chǎng)址廢渣調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定了水泥固化+就地安全填埋的處置方案。通過(guò) 水泥固化實(shí)驗(yàn)研究，確定了 12% （質(zhì)量比）的水泥添加量為最佳添加量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外安 全填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本工程采用先進(jìn)的HDPE雙層防滲的安全填埋方式，并設(shè)置了雨 污分流系統(tǒng)、滲濾液收集系統(tǒng)、封場(chǎng)處理和滲濾液處理系統(tǒng)，整個(gè)場(chǎng)區(qū)布置合理，對(duì)周圍 環(huán)境的影響小，取得了良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益，并對(duì)含砷廢渣處理處置工程設(shè)計(jì)中應(yīng) 注意的問(wèn)題提出了建議。關(guān)鍵詞：含砷廢渣；水泥固化；安全填

2、埋、八1、刖言我國(guó)砷礦資源豐富，探明儲(chǔ)量為世界總儲(chǔ)量的70%，其中廣西、云南、湖 南三省儲(chǔ)量分別占全國(guó)總儲(chǔ)量的41.5%、15.5%和8.8%，合計(jì)占全國(guó)總儲(chǔ)量的2/3。砷 在農(nóng)業(yè)、電子、醫(yī)藥、冶金、化工等領(lǐng)域具有特殊用途，可用于制取殺蟲劑、木材防腐 劑、玻璃澄清脫色劑等1。隨著科技的發(fā)展，砷的市場(chǎng)需求不斷增加。在砷的冶煉及其 化合物的生產(chǎn)使用過(guò)程中，大量的砷化物被引入環(huán)境，污染水源和土壤，危害人體健 康，因此人們對(duì)砷的危害已給予了極大關(guān)注R。某雄磺礦自1950年成立以來(lái)，就開(kāi)始開(kāi)采雄磺礦石冶煉砒霜，1972年停止砒霜 冶煉。長(zhǎng)達(dá)22年之久的砒霜冶煉給環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。近20萬(wàn)噸的含砷冶煉廢

3、渣 未經(jīng)處理填埋在地下，分布在廠區(qū)空曠地帶及部分建筑物底下，因未經(jīng)無(wú)害化處理， 經(jīng)風(fēng)化、雨水沖刷有些已暴露于地表，且從砷渣浸出的水中含砷量高，污染周邊土壤、地 表水及地下水，導(dǎo)致周邊農(nóng)作物中砷含量超標(biāo)。為徹底解決該雄黃礦區(qū)堆存廢渣對(duì)周邊環(huán) 境造成的不良影響，急需對(duì)含砷冶煉廢渣采取妥善處置措施。2、該地含砷廢渣污染現(xiàn)狀2.1廢渣的性質(zhì)分析廢渣呈灰褐色，粒徑較細(xì)，含砂礫較多，含水率較低。采用李氏比重法測(cè)得廢渣密度為2.800g/m3廢渣pH按玻璃電極法測(cè)定得廢渣pH為710之間，說(shuō) 明廢渣的 堿性較強(qiáng)，高堿性對(duì)廢渣的水泥固化是有利的。廢渣中的主要礦物成分為CaMg（CO3）2、CaCQ、SiO2

4、以及少量的 Mg3（AsO4）28H2O 和 CaPOs （OH）2H2O,其 中的砷主要以穩(wěn)定的砷酸鹽存在。22廢渣的砷含量分析對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行均勻布點(diǎn)采集砷渣樣品18個(gè)，砷含量分析結(jié)果見(jiàn)表1。18個(gè)廢渣混合樣中As含量為3.5%左右。表1廢渣的砷含量分析結(jié)果采樣點(diǎn)砷含量采樣點(diǎn)砷含量10.657-13.6221.757-22.3330.267-34.7543.637-43.765-17.268-14.925-23.048-25.566-12.928-34.056-25.4095.656-35.38103.68(注：其中1、2、3、4、9、10號(hào)點(diǎn)為表層采樣；5、& 7、8為剖面米樣，每50cm深

5、米一個(gè)樣，如：6-1為表層樣，6-2為50cm深處樣，6-3為100cm深處樣，以此類推。另外，由于場(chǎng)地限制，某些點(diǎn)位只能采集到表層渣樣。)2.3廢渣中砷的浸出毒性分析廢渣根據(jù)固體廢物浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法(GB5086.1-1997)進(jìn)行浸出，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)浸出液中的砷進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。表2廢渣中砷的浸出毒性試驗(yàn)結(jié)果采樣點(diǎn)浸出濃度(mg/L)采樣點(diǎn)浸出濃度(mg/L)130.407-114.212138.67-240.91321.897-329.84481.147-438.085-188.938-116.685-260.678-217.866-135.018-312.076-22

6、8.05974.486-330.081018.65廢渣的浸出毒性試驗(yàn)結(jié)果表明，廢渣中各個(gè)位點(diǎn)的砷的浸出毒性濃度均高于危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別(GB5085.3-2007)中砷的浸出濃度限值 5mg/L,說(shuō)明該含砷廢渣是危險(xiǎn)廢物。3、項(xiàng)目工藝萬(wàn)案本項(xiàng)目含砷廢渣處置是歷史遺留污染治理項(xiàng)目，以環(huán)境保護(hù)為目的，本身無(wú)經(jīng)濟(jì)收益，效益表現(xiàn)在其給社會(huì)帶來(lái)的正的環(huán)境和生態(tài)效益（外部效益）。因此，處理處置方案的選擇，在各方案環(huán)保效果基本相同的情況下，費(fèi)用最小的方案就是優(yōu)選 方案。安全填埋是目前世界上應(yīng)用最廣泛的危險(xiǎn)廢物處置方法。針對(duì)本項(xiàng)目具體情況，認(rèn)為就地安全填埋法是最經(jīng)濟(jì)可行的處置方法。在進(jìn)行填埋處置前需

7、對(duì)廢渣進(jìn)行預(yù)處理，使其達(dá)到填埋場(chǎng)入場(chǎng)要求。目前應(yīng)用最多 的預(yù)處理方法是包膠固化，其中又以水泥固化和石灰固化兩種方法應(yīng)用最廣泛，尤其是 水泥固化法已被廣泛用于電鍍污泥、鉻渣、砷渣、汞渣、鎘渣等重金屬?gòu)U物的固化處 理，同時(shí)根據(jù)國(guó)內(nèi)大量的研究結(jié)果4, 5以及國(guó)內(nèi)幾個(gè)已開(kāi)始運(yùn)行的危險(xiǎn)廢物填場(chǎng)工程的 經(jīng)驗(yàn)表明：用水泥固化成本低，固化效果好，易于操作，適合我國(guó)的國(guó)情。因此，本項(xiàng) 目采取水泥固化+就地安全填埋的方案處置含砷廢渣?？傮w工藝方案流程如圖1所示。含 砷 廢 渣水泥固化預(yù)處 -理就地安全填埋滲濾液調(diào)節(jié)池滲濾液處- 理系 統(tǒng)達(dá) 標(biāo) 排 放4、水泥固化試驗(yàn)研究圖1工藝方案流程圖對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集回來(lái)的廢渣樣混，

8、合后進(jìn)行水泥固化試驗(yàn)，以確定水泥固化最佳工藝條件。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分別加入不同質(zhì)量比的水泥后，檢測(cè)固化后廢渣的浸出毒性，水泥添加量 分別為6%、12%、18%、27%以及36% （質(zhì)量比），浸出濃度檢測(cè)結(jié)果如下表3所 示：表3固化后廢渣中砷浸出毒性檢測(cè)結(jié)果水泥添加量（質(zhì)量比）6%9%12%18%27%36%As浸出毒性（mg/L）2.361.951.321.060.980.68從表3中可以看出，通過(guò)水泥固化處理后，廢渣中砷的浸出毒性大大降低了，所有 水泥添加量下砷的浸出毒性均能滿足危險(xiǎn)廢物安全填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18598- 2001）中填埋物進(jìn)場(chǎng)要求（2.5mg/L）。但是考慮到工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件

9、比實(shí)驗(yàn)室要復(fù)雜多 變，且從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上綜合考，擬選用12%的水泥添加量作為本項(xiàng)目水泥固化現(xiàn)場(chǎng)工 程實(shí)施時(shí)的水泥添加量。5、填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)方案5.1庫(kù)容含砷廢渣填埋總量約20萬(wàn)噸，壓實(shí)容重2t/m3左右，則廢渣填埋所需庫(kù)容為10萬(wàn) m3,另外，考慮到防滲與導(dǎo)排系統(tǒng)所占的體積，且水泥固化后廢渣體積會(huì)膨脹，本填埋場(chǎng) 總庫(kù)容設(shè)計(jì)為13萬(wàn)m3。5.2攔渣壩為便于填埋作業(yè)、排水、滲濾液收集及取得一定的初始容積，需在填埋谷口建一攔 渣壩，壩高的確定應(yīng)考慮兩個(gè)因素，一是保證固廢堆邊坡穩(wěn)定和免遭雨水沖刷；另外一個(gè) 是要形成一定的填埋庫(kù)容，并可調(diào)節(jié)滲濾液的流出量。根據(jù)本工程場(chǎng)址地質(zhì)條件與現(xiàn)場(chǎng)其它條件，并考慮到經(jīng)濟(jì)性

10、，本工程攔渣壩選擇碾 壓式土石壩。壩頂寬4.5m，最大壩高12m，長(zhǎng)213.5m,上下游邊坡均為1:1.8。壩外側(cè) 為草皮護(hù)坡，內(nèi)側(cè)防滲。5.3防滲層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本工程采用雙人工防滲系統(tǒng)，由GCL與HDPE防滲膜構(gòu)成復(fù)合防滲襯層，其中場(chǎng) 底防滲層結(jié)構(gòu)由上向下依次為：300g/m2無(wú)紡布保護(hù)層300mm碎石滲濾液收集排水層600g/m2無(wú)紡布保護(hù)層2.0mm HDPE 防滲膜500g/m無(wú)紡布保護(hù)層HDPE 土工網(wǎng)格(5mm)滲濾液檢測(cè)層600g/m2無(wú)紡布保護(hù)層1.5mm HDPE 防滲膜GCL(6mm)膨潤(rùn)土土工復(fù)合物*壓實(shí)地基考慮到邊坡坡度較陡，邊坡的防滲層與平緩的底部防滲層有所不同，借鑒國(guó)外

11、填埋場(chǎng)邊坡防滲層的經(jīng)驗(yàn)，邊坡防滲層結(jié)構(gòu)由上向下設(shè)置如下：150mm袋裝粗沙層600g/m2無(wú)紡布保護(hù)層2mm HDPE防滲膜500g/m無(wú)紡布保護(hù)層HDPE 土工網(wǎng)格(5mm)滲濾液檢測(cè)層600g/m2無(wú)紡布保護(hù)層1.5mm HDPE 防滲膜GCL(6mm)膨潤(rùn)土土工復(fù)合物壓實(shí)地基5.4地下水導(dǎo)排系統(tǒng)為了降低填埋場(chǎng)場(chǎng)底的地下水水位，在防滲隔離系統(tǒng)之下鋪設(shè)地下水導(dǎo)排系統(tǒng)。根 據(jù)本場(chǎng)址的情況，沿場(chǎng)底設(shè)有通過(guò)填埋場(chǎng)區(qū)域的導(dǎo)排盲溝，地下水導(dǎo)排系統(tǒng)利用盲溝，在 填埋區(qū)域設(shè)30 cm級(jí)配碎石疏水層和直徑315mm的HDPE花管，將地下水、山體裂隙 水和滲水有組織地引向填埋場(chǎng)低處的地下水集水井排出。5.5滲

12、濾液收集導(dǎo)排系統(tǒng)為了使填埋場(chǎng)場(chǎng)底的滲濾液都能及時(shí)排出填埋場(chǎng)，在場(chǎng)底防滲系統(tǒng)之上鋪設(shè)了一層 30cm厚級(jí)配碎石加HDPE花管（管徑315 mm ）的導(dǎo)流層，這樣匯集到場(chǎng)底的滲濾液都 能順著場(chǎng)底坡度，通過(guò)穿壩管及時(shí)排至填埋場(chǎng)外的滲濾液調(diào)節(jié)池。5.6填埋場(chǎng)清污分流設(shè)計(jì)在填埋作業(yè)時(shí)如果不采取措施將會(huì)導(dǎo)致大量滲濾液的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)中主要考 慮以下清污分流措施：在填埋場(chǎng)外側(cè)設(shè)置永久性截洪溝，將場(chǎng)區(qū)以外匯集的雨水排出場(chǎng)外。截洪溝采 用矩形斷面，漿砌塊石結(jié)構(gòu)，最大斷面尺寸為800mrhC 800mm。截洪溝坡度可根據(jù)現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)際地形布置，原則上不得小于0.01。對(duì)分區(qū)填埋完畢的區(qū)域，采用0.5mm厚HDPE膜進(jìn)行

13、臨時(shí)覆蓋，以減少雨水滲 透，并及時(shí)對(duì)填埋場(chǎng)封場(chǎng)。在填埋場(chǎng)水平防滲層下設(shè)置地下水導(dǎo)排系統(tǒng)，防滲膜下的地下水排入向填埋場(chǎng)低 處的地下水集水井排放，并定期對(duì)該系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。5.7填埋作業(yè)方式實(shí)行分區(qū)填埋，按統(tǒng)一調(diào)度卸入填埋區(qū)作業(yè)點(diǎn)，然后依次由機(jī)械進(jìn)行攤鋪、壓實(shí)等作業(yè)。攤鋪和壓實(shí)作業(yè)要求分層進(jìn)行，每層填埋厚度不大于0.5m，碾壓過(guò)程一般要求進(jìn)行3-7個(gè)來(lái)回，壓實(shí)系數(shù)應(yīng)0.92。當(dāng)填埋物壓實(shí)厚度達(dá)到2.5m時(shí)，覆蓋 0.5mm厚LDPE膜，構(gòu)成1個(gè)2.5m厚的填埋單元。一般以一日作業(yè)量為一個(gè)填埋單元， 下雨時(shí)對(duì)已填埋區(qū)域采用0.5mm厚HDPE膜進(jìn)行臨時(shí)覆蓋，覆蓋材料循環(huán)使用。填埋作業(yè)時(shí)，夕卜坡面

14、按1:3放坡。5.8圭寸場(chǎng)設(shè)計(jì)填埋場(chǎng)在廢物填埋達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后需進(jìn)行封場(chǎng)處理，其作用在于減少大氣降雨進(jìn)入 填埋場(chǎng)廢物層內(nèi)，從而減少滲濾液的產(chǎn)生量，并可盡快進(jìn)行復(fù)墾和土地利用，恢復(fù)地表景 觀。封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)包括頂部隔斷層、地表水集排系統(tǒng)和表面覆土與植被等。頂部隔斷層由0.3m厚壓實(shí)粘土層和1.0mm厚的HDPE防滲膜復(fù)合構(gòu)成，用來(lái)阻擋地表降水滲入廢物層，以有效減少滲濾液的產(chǎn)生量。在隔斷層表面鋪設(shè)300mm卵石作疏水層，在填埋場(chǎng)四周設(shè)置雨水排水盲溝，溝內(nèi)鋪 設(shè)排水管，地表水入滲至隔斷層后，在疏水層內(nèi)沿場(chǎng)頂坡度流進(jìn)排水盲溝，經(jīng)排水管引出 場(chǎng)外。疏水層上覆蓋0.5m厚的回填土層，為防止雨水）中刷，表層覆蓋

15、營(yíng)養(yǎng)土壤并植草綠化。6、滲濾液處理系統(tǒng)本項(xiàng)目滲濾液主要含有砷等重金屬離子，擬采用次氯酸鈉氧化一鐵鹽一石灰法一 PAM絮凝化學(xué)處理工藝處理填埋場(chǎng)滲濾液，經(jīng)處理后出水能穩(wěn)定達(dá)到出水水質(zhì)要求，滲 濾液處理系統(tǒng)處理工藝流程見(jiàn)圖2。底泥壓濾機(jī)反應(yīng)池澄清池聚鐵、石灰乳PAM次氯酸鈉上清液上清液達(dá)標(biāo)排放污泥安全處理與處置調(diào)節(jié)池含砷廢水調(diào)節(jié)池三級(jí)圖2滲濾液處理工藝流程圖工藝說(shuō)明：（1）填埋場(chǎng)滲濾液通過(guò)滲濾液收集管道進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量水質(zhì)；（2）調(diào)節(jié)池出水經(jīng)輸送泵送入三級(jí)反應(yīng)池，在第一級(jí)反應(yīng)池中投加次氯酸鈉氧化劑將廢水中的三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷；在第二級(jí)反應(yīng)池中加入Ca（OH）2及聚鐵，調(diào) 整溶液pH值，產(chǎn)生砷酸鐵

16、沉淀，并被氫氧化鐵共沉淀吸附析出；在第三級(jí)反應(yīng)池中加入 助）疑劑PAM，進(jìn)一步去除污水中的懸浮物、砷酸鹽沉淀、氫氧化鐵膠體及其它重金屬沉 淀。反應(yīng)池的出水自流入澄清池進(jìn)行沉淀，沉淀池內(nèi)的底泥經(jīng)壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，壓 濾后的污泥在施工期過(guò)程中送往水泥固化車間固化處理后與含砷廢渣一起堆填，在渣場(chǎng) 封場(chǎng)后，壓濾后的污泥送往專業(yè)處理中心處理，壓濾后的上清液自流至調(diào)節(jié)池。 沉淀池出水自流入清水池池，鹽酸經(jīng)輸送泵加入槽內(nèi)，調(diào)整廢水pH 值至6-9,處理達(dá)標(biāo)后外排。7、結(jié)語(yǔ)目前國(guó)內(nèi)危險(xiǎn)廢物處置多是建設(shè)集中危廢處置中心，集中處理處置。但是往往 單個(gè)危廢產(chǎn)生企業(yè)地處偏僻，遠(yuǎn)離城區(qū)，單純的外運(yùn)難以支付巨額費(fèi)用，考慮就

17、地安全 填埋的方法達(dá)到無(wú)害化目的門。關(guān)鍵是對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行充分調(diào)查，確定砷渣的產(chǎn)生過(guò)程、產(chǎn) 生量、成分、物理/化學(xué)性質(zhì)、堆存方式等，采集有代表性樣品，并對(duì)其進(jìn)行分析，從而 確定砷渣的總量及處理工藝。目前，針對(duì)安全填埋場(chǎng)的法規(guī)相對(duì)完善，但是針對(duì)土壤污染及污染場(chǎng)地方面的 法規(guī)相對(duì)落后。企業(yè)原場(chǎng)地土壤污染嚴(yán)重，但是中國(guó)土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不夠全面，應(yīng)全面開(kāi) 展污染場(chǎng)地和地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)工作、統(tǒng)一污染調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和環(huán)境修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目針對(duì)歷史遺留下來(lái)的廢渣，在充分采樣調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定需要處理處 置的廢渣的量，進(jìn)而根據(jù)原場(chǎng)址的地形特征，在詳細(xì)勘探和充分論證基礎(chǔ)上，采用就地 安全填埋的處置方案，大大節(jié)省了處置費(fèi)用，消除了危險(xiǎn)廢物的環(huán)境隱患，取得了良好 的環(huán)境效益與社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)1中國(guó)冶金百科全書編輯部.中國(guó)冶金百科全書M .北京：冶金工業(yè)出版社， 1999.2陳利秋.中國(guó)有害廢物污染現(xiàn)狀與控制對(duì)策探討J.環(huán)境科學(xué)，1994,15 (5):83 87.3張?jiān)葡迹趿⑼?，王馨，?天津大沽排污河清淤污泥填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)方案J.中國(guó)給水 排水，2006, 22 ( 8) : 46 50.4李柏林，李曄，汪海濤，等.