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，黃國安，周曉誠，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，長沙 410100）摘要：在原場址廢渣調(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 水泥固化實驗研究，確定了 12% （質(zhì)量比）的水泥添加量為最佳添加量。根據(jù)國內(nèi)外安 全填埋場的設(shè)計經(jīng)驗，本工程采用先進的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)、封場處理和滲濾液處理系統(tǒng)，整個場區(qū)布置合理，對周圍 環(huán)境的影響小，取得了良好的社會效益和環(huán)境效益，并對含砷廢渣處理處置工程設(shè)計中應(yīng) 注意的問題提出了建議。關(guān)鍵詞：含砷廢渣；水泥固化；安全填

2、埋、八1、刖言我國砷礦資源豐富，探明儲量為世界總儲量的70%，其中廣西、云南、湖 南三省儲量分別占全國總儲量的41.5%、15.5%和8.8%，合計占全國總儲量的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，砷的市場需求不斷增加。在砷的冶煉及其 化合物的生產(chǎn)使用過程中，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，就開始開采雄磺礦石冶煉砒霜，1972年停止砒霜 冶煉。長達22年之久的砒霜冶煉給環(huán)境造成了嚴重危害。近20萬噸的含砷冶煉廢

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。為徹底解決該雄黃礦區(qū)堆存廢渣對周邊環(huán) 境造成的不良影響，急需對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，含砂礫較多，含水率較低。采用李氏比重法測得廢渣密度為2.800g/m3廢渣pH按玻璃電極法測定得廢渣pH為710之間，說 明廢渣的 堿性較強，高堿性對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項目區(qū)進行均勻布點采集砷渣樣品18個，砷含量分析結(jié)果見表1。18個廢渣混合樣中As含量為3.5%左右。表1廢渣的砷含量分析結(jié)果采樣點砷含量采樣點砷含量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號點為表層采樣；5、& 7、8為剖面米樣，每50cm深

5、米一個樣，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，由于場地限制，某些點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)進行浸出，根據(jù)國家標準方法對浸出液中的砷進行檢測，檢測結(jié)果見表2。表2廢渣中砷的浸出毒性試驗結(jié)果采樣點浸出濃度(mg/L)采樣點浸出濃度(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結(jié)果表明，廢渣中各個位點的砷的浸出毒性濃度均高于危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別(GB5085.3-2007)中砷的浸出濃度限值 5mg/L,說明該含砷廢渣是危險廢物。3、項目工藝萬案本項目含砷廢渣處置是歷史遺留污染治理項目，以環(huán)境保護為目的，本身無經(jīng)濟收益，效益表現(xiàn)在其給社會帶來的正的環(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)用最廣泛的危險廢物處置方法。針對本項目具體情況，認為就地安全填埋法是最經(jīng)濟可行的處置方法。在進行填埋處置前需

7、對廢渣進行預(yù)處理，使其達到填埋場入場要求。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、鎘渣等重金屬廢物的固化處 理，同時根據(jù)國內(nèi)大量的研究結(jié)果4, 5以及國內(nèi)幾個已開始運行的危險廢物填場工程的 經(jīng)驗表明：用水泥固化成本低，固化效果好，易于操作，適合我國的國情。因此，本項 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 標 排 放4、水泥固化試驗研究圖1工藝方案流程圖對現(xiàn)場采集回來的廢渣樣混，

8、合后進行水泥固化試驗，以確定水泥固化最佳工藝條件。該實驗設(shè)計分別加入不同質(zhì)量比的水泥后，檢測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），浸出濃度檢測結(jié)果如下表3所 示：表3固化后廢渣中砷浸出毒性檢測結(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廢物安全填埋污染控制標準（GB18598- 2001）中填埋物進場要求（2.5mg/L）。但是考慮到工程現(xiàn)場實施條件

9、比實驗室要復(fù)雜多 變，且從技術(shù)上和經(jīng)濟上綜合考，擬選用12%的水泥添加量作為本項目水泥固化現(xiàn)場工 程實施時的水泥添加量。5、填埋場設(shè)計方案5.1庫容含砷廢渣填埋總量約20萬噸，壓實容重2t/m3左右，則廢渣填埋所需庫容為10萬 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膨脹，本填埋場 總庫容設(shè)計為13萬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 是要形成一定的填埋庫容，并可調(diào)節(jié)滲濾液的流出量。根據(jù)本工程場址地質(zhì)條件與現(xiàn)場其它條件，并考慮到經(jīng)濟性

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213.5m,上下游邊坡均為1:1.8。壩外側(cè) 為草皮護坡，內(nèi)側(cè)防滲。5.3防滲層結(jié)構(gòu)設(shè)計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 底防滲層結(jié)構(gòu)由上向下依次為：300g/m2無紡布保護層300mm碎石滲濾液收集排水層600g/m2無紡布保護層2.0mm HDPE 防滲膜500g/m無紡布保護層HDPE 土工網(wǎng)格(5mm)滲濾液檢測層600g/m2無紡布保護層1.5mm HDPE 防滲膜GCL(6mm)膨潤土土工復(fù)合物*壓實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，借鑒國外

11、填埋場邊坡防滲層的經(jīng)驗，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無紡布保護層2mm HDPE防滲膜500g/m無紡布保護層HDPE 土工網(wǎng)格(5mm)滲濾液檢測層600g/m2無紡布保護層1.5mm HDPE 防滲膜GCL(6mm)膨潤土土工復(fù)合物壓實地基5.4地下水導(dǎo)排系統(tǒng)為了降低填埋場場底的地下水水位，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)本場址的情況，沿場底設(shè)有通過填埋場區(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)為了使填埋場場底的滲濾液都能及時排出填埋場，在場底防滲系統(tǒng)之上鋪設(shè)了一層 30cm厚級配碎石加HDPE花管（管徑315 mm ）的導(dǎo)流層，這樣匯集到場底的滲濾液都 能順著場底坡度，通過穿壩管及時排至填埋場外的滲濾液調(diào)節(jié)池。5.6填埋場清污分流設(shè)計在填埋作業(yè)時如果不采取措施將會導(dǎo)致大量滲濾液的產(chǎn)生，在設(shè)計中主要考 慮以下清污分流措施：在填埋場外側(cè)設(shè)置永久性截洪溝，將場區(qū)以外匯集的雨水排出場外。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) 場實際地形布置，原則上不得小于0.01。對分區(qū)填埋完畢的區(qū)域，采用0.5mm厚HDPE膜進行

13、臨時覆蓋，以減少雨水滲 透，并及時對填埋場封場。在填埋場水平防滲層下設(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低 處的地下水集水井排放，并定期對該系統(tǒng)的水質(zhì)進行監(jiān)測。5.7填埋作業(yè)方式實行分區(qū)填埋，按統(tǒng)一調(diào)度卸入填埋區(qū)作業(yè)點，然后依次由機械進行攤鋪、壓實等作業(yè)。攤鋪和壓實作業(yè)要求分層進行，每層填埋厚度不大于0.5m，碾壓過程一般要求進行3-7個來回，壓實系數(shù)應(yīng)0.92。當(dāng)填埋物壓實厚度達到2.5m時，覆蓋 0.5mm厚LDPE膜，構(gòu)成1個2.5m厚的填埋單元。一般以一日作業(yè)量為一個填埋單元， 下雨時對已填埋區(qū)域采用0.5mm厚HDPE膜進行臨時覆蓋，覆蓋材料循環(huán)使用。填埋作業(yè)時，夕卜坡面

14、按1:3放坡。5.8圭寸場設(shè)計填埋場在廢物填埋達到設(shè)計標高后需進行封場處理，其作用在于減少大氣降雨進入 填埋場廢物層內(nèi)，從而減少滲濾液的產(chǎn)生量，并可盡快進行復(fù)墾和土地利用，恢復(fù)地表景 觀。封場覆蓋系統(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厚壓實粘土層和1.0mm厚的HDPE防滲膜復(fù)合構(gòu)成，用來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)沿場頂坡度流進排水盲溝，經(jīng)排水管引出 場外。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、營養(yǎng)土壤并植草綠化。6、滲濾液處理系統(tǒng)本項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滲濾液，經(jīng)處理后出水能穩(wěn)定達到出水水質(zhì)要求，滲 濾液處理系統(tǒng)處理工藝流程見圖2。底泥壓濾機反應(yīng)池澄清池聚鐵、石灰乳PAM次氯酸鈉上清液上清液達標排放污泥安全處理與處置調(diào)節(jié)池含砷廢水調(diào)節(jié)池三級圖2滲濾液處理工藝流程圖工藝說明：（1）填埋場滲濾液通過滲濾液收集管道進入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量水質(zhì)；（2）調(diào)節(jié)池出水經(jīng)輸送泵送入三級反應(yīng)池，在第一級反應(yīng)池中投加次氯酸鈉氧化劑將廢水中的三價砷氧化成五價砷；在第二級反應(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；在第三級反應(yīng)池中加入 助）疑劑PAM，進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行沉淀，沉淀池內(nèi)的底泥經(jīng)壓濾機進行壓濾，壓 濾后的污泥在施工期過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 封場后，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,處理達標后外排。7、結(jié)語目前國內(nèi)危險廢物處置多是建設(shè)集中危廢處置中心，集中處理處置。但是往往 單個危廢產(chǎn)生企業(yè)地處偏僻，遠離城區(qū)，單純的外運難以支付巨額費用，考慮就

17、地安全 填埋的方法達到無害化目的門。關(guān)鍵是對場地進行充分調(diào)查，確定砷渣的產(chǎn)生過程、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，并對其進行分析，從而 確定砷渣的總量及處理工藝。目前，針對安全填埋場的法規(guī)相對完善，但是針對土壤污染及污染場地方面的 法規(guī)相對落后。企業(yè)原場地土壤污染嚴重，但是中國土壤質(zhì)量標準不夠全面，應(yīng)全面開 展污染場地和地下水污染調(diào)查評價工作、統(tǒng)一污染調(diào)查、風(fēng)險評估和環(huán)境修復(fù)標準。本項目針對歷史遺留下來的廢渣，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，進而根據(jù)原場址的地形特征，在詳細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)省了處置費用，消除了危險廢物的環(huán)境隱患，取得了良好 的環(huán)境效益與社會效益。參考文獻1中國冶金百科全書編輯部.中國冶金百科全書M .北京：冶金工業(yè)出版社， 1999.2陳利秋.中國有害廢物污染現(xiàn)狀與控制對策探討J.環(huán)境科學(xué)，1994,15 (5):83 87.3張云霞，王立彤，王馨，等.天津大沽排污河清淤污泥填埋場設(shè)計方案J.中國給水 排水，2006, 22 ( 8) : 46 50.4李柏林，李曄，汪海濤，等.