填埋,对石化危险废物的终生囚禁——某石化危险废物填埋场系统方案设计

2010-07-27 07:41:00

     石化行业产生的固体废物种类多、数量大、成份复杂、部分废物毒性较大,对人体健康和环境危害很大。

     目前,对危险废物的治理一般采取综合利用、无害化处理、焚烧、填埋等处置方式。综合利用是固体废物处理的主要途径,经有效处理可变废为宝。焚烧是一种较为彻底的处理方式,但焚烧炉普遍没有完善的尾气处理、热能回收系统,能耗高、利用率低,处理费用昂贵,很多已建成的焚烧炉都没有很好地运行。无害化处理技术在我国仍处于研究阶段,其技术尚不成熟,难以推广。目前,大部分地区普遍采用的仍是填埋处理方式。现实条件下,采取这种终生囚禁的方法也是一种无奈的选择。

    

     一、项目概况

    

     某石化公司近期对其生产装置进行了大规模的新建和改造,将产生大量固体废物,除部分外销、回收外,仍有相当一部分需要填埋。该公司原有废渣堆埋场已不符合要求。将新增与现有固废两部分合并考虑,每年需要填埋的固体废物总量达1474.76吨(其中危险废物998.78吨)。基于以上情况,结合城市的总体环境规划,决定新建一座填埋量50000m3的填埋场。

     新建危废填埋场在现有废渣堆埋场下游,位于两山之间的沟谷地带,符合《危险废物安全填埋处置工程建设技术》相关规定。新建填埋场设计使用期25年,总占地面积为52000m2,其中填埋场占地面积为12700m2

     填埋场总工艺流程:运输车辆进场登记,写明进场废物名称、类别、数量(所含有害成份名称、含量)等,经地秤称量后,取样化验,送贮存地点等待具体处理方案,常见废物可直接进行预处理,无须预处理的废物可直接填埋,预处理后的样品需进行毒性浸出试验,试验合格后方可继续按照原预处理方案处理,最后入场填埋。

    

     二、系统设计

    

     本填埋场系统设计包括废物接受及贮存系统、分析和鉴别系统、废物预处理系统、防渗系统、渗滤液控制系统、监测系统、应急系统、终场覆盖等系统,本文重点对废物预处理系统、防渗系统、渗滤液控制系统进行介绍。

     1.废物预处理系统

     1)危险废物类别

     本工程涉及危险废物共10类,998.78/年。其中有机溶剂废物(有机溶剂生产、培植和使用过程产生的废物)175.9/年、废矿物油303.06/年、有机树脂类废物114.85/年、焚烧处置残渣45/年、含铬废物31.40/年、含铜废物27.00/年、含锌废物121.50/年、含砷废物48.20/年、废有机溶剂(有机溶剂的生产、配制和使用过程产生的其它废有机溶剂)103.81/年、含镍废物28.06/年。

     2)预处理废物范围

     据相关工程建设技术要求,对不能直接入场填埋的危险废物必须在填埋前进行稳定化/固化处理,其中包括焚烧飞灰、重金属、酸碱污泥、含氰污泥、石棉等。上述各类废物中本项目所涉及到的只有重金属类废物,需要对其进行稳定固化预处理。即对废物进行分析化验,根据国家有关具体控制指标,最终确定是否需要进行预处理。

    (3)处理方法选择

     第一类:有机溶剂废物(HW06)、有机树脂类废物(HW13)、焚烧处置残渣(HW18)。直接填埋。对其中容易被风吹散的废物可装袋后填埋。

     第二类:含铬废物(HW21)、含铜废物(HW22)、含锌废物(HW23)、含砷废物(HW24)、含镍废物(HW46)、废有机溶剂(HW42)。固化后填埋。对于固化后仍不符合标准的废物,可适当添加化学药剂,如酸、碱和重金属稳定剂等。

     第三类:废矿物油(HW08)。掺和黄土后填埋。若废物流动性较小,也可直接填埋。需要指出的是,由于该类废物含油量相对较高,最彻底的处置方法应为焚烧。然而,该公司现有焚烧炉由于耗能、环保等问题均未能正常运转,目前只能考虑将其填埋处理。

     第四类:一般废物。直接填埋。

     (4)固化/稳定方式选择

     以上预处理方式中,主要为固化/稳定处理。

     水泥固化最适于无机类废物,尤其是含有重金属污染物的废物。由于水泥具有高PH值,几乎可使所有重金属形成不溶性氢氧化物或碳酸盐形式而被固定在固化体中。通过对几种固化方法的比较,结合本项目的实际情况,本方案设计采用水泥固化方式,为提高固化效果,根据废物不同性质,可适当添加酸、碱、重金属稳定剂等。

    水泥固化工艺

     废物被掺入水泥基质中,在一定条件下,废物经过物理、化学作用更进一步减少其在废物——水泥基质中的迁移率。

     固化配方是根据水泥的种类以及废物的处理要求制定,需进行专门试验。

     对于金属离子的固定,PH值有显著影响。当PH值较高时,金属离子将形成氢氧化物沉淀,当PH值过高时,会形成带负电荷的羟基络合物,溶解度反而会升高。因此,操作时应根据不同的金属成分严格控制固化PH值。

    水泥固化设备

     由于废物量批次之间成分变化较大,且单批处理量较小,因此设计采用人工配料、机械混合,混合设备为JZC350型混凝土搅拌机,搅拌机间歇工作。

     2.防渗系统

     防渗系统是填埋场系统设计中至关重要的部分,有了安全的防渗系统,才能保证填埋场常年稳定运行。

     1)防渗衬层材料选择

     在各种人工合成材料中,目前使用最广泛的防渗材料为高密度聚乙烯(HDPE)。根据《危险废物安全填埋处置工程建设技术要求》,本方案设计防渗衬层材料采用高密度聚乙烯(HDPE)膜。

    2)防渗系统组成

    一般的防渗系统包括防渗层、支持层、保护层、排水层和过滤层。其中,支持层是防渗层的基础,为碾压过的细料层,且层面平整;保护层可起到保护防渗层不被尖锐物刺穿、顶破的作用,一般采用土工织物;排水层可以及时排走防渗层上的渗滤液,通常采用土工网格或碎石;过滤层的主要功能是保护和防止排水层淤堵,一般采用轻、薄的土工布。

    3)防渗系统结构

    根据《危险废物填埋污染控制标准》和《危险废物安全填埋处置工程建设技术要求》,填埋场库底和山体防渗设计采用双人工衬层的柔性结构,坝体防渗设计采用加厚单人工衬层防渗结构。

    库底和山体防渗系统结构

     由下至上依次为原土垫层(毛石护坡)、(50cm厚卵石铺砌地下水排水层)、长纤土工布保护层、复合膨润土衬垫、2mm厚高密度聚乙烯防渗膜、渗滤液次级排水层(双层无纺布复合HDPE土工格网)、复合膨润土衬垫、2mm厚高密度聚乙烯防渗膜、渗滤液初级排水层(双层无纺布复合HDPE土工格网)、粗砂保护层(或砂包,山体采用HDPE土工格室进行固定)。

     坝体防渗系统结构

    坝体防渗结构采用3mm厚混凝土保护衬。该保护衬背面带抓钉,平均每平米有抓钉1200个,可在坝体浇注时与坝体一次成型,具有良好的防渗性能。

    3.渗滤液控制系统

    本填埋场主要填埋物为危险工业废料,该类废料含水率较低,废料本身因堆积或腐烂产生的渗滤液量很少,渗滤液主要来自降雨。按最不利情况考虑,假设废弃物含水量处于饱和状态,水分蒸发量为零,在进行渗滤液产生量计算时,不再考虑其他因素。

    经计算,降雨量:512L/s.ha,新建危废填埋场占地面积为12700m2,降雨时渗滤液最大流量为455L/s

    根据气象资料,燕山地区多年日降水极值为161mm,则渗滤液日最高产生量为1771m3

    由于渗滤液产生机制随废物状况、气候状况、填埋地面状况、土壤特性等发生很大差异,任何量的估测均需通过地形、地质、水力学、气候学、实验推理等方法来计算,在对计算结果与现场实测结果比较,然后作出较为正确的评估,但这样的结果仍存在很大误差,最直接、准确地数据仍来源于主要依赖于监测。

     综合分析以上信息,结合本工程实际情况,本次新建危废填埋场初级排水层渗滤液主收集管管径确定为DN700,共设2根,渗滤液集水池有效容积确定为2000m3

     4.渗滤液收集系统

     本工程渗滤液集排水系统包括初级集排水系统、次级集排水系统和排出水系统。

     (1)初级集排水系统

    位于上层防渗土工膜与废物之间,用以收集废物产生的渗滤液。系统底部排水材料和过滤层采用上下两层无纺布包裹的复合土工网格,土工网格材质为高密度聚乙烯(HDPE),透水能力大于0.1cm/s

     (2)次级集排水系统

    位于下层防渗土工膜与上层防渗土工膜之间,用以监测初级防渗层的运行情况,收集和排放初级防渗层泄漏的渗滤液。

    (3)排出水系统

    由坝底收集管和输送至平流沉淀池的管线组成。包括2DN700初级排出水管和1DN50次级排出水管,管线穿过坝体重力流排至坝外渗滤液集水池。

    5.渗滤液预处理系统

     渗滤液预处理系统主要去除渗滤液中含有的重金属离子,处理后达标污水排入该石化公司工业污水处理场集中处理。本渗滤液预处理系统由专业水处理公司设计。

     6.地下水集排水系统

     地下水集排水系统位于基础层与毛石砌筑层之间。新建危险废物填埋场最低点绝对标高为181.4m,当地地下水位绝对标高为163m,地下水位相对较低,因此地下水排水量很小,只有雨季时可能有部分雨水沿山体渗流至该层。集水管道采用高密度聚乙烯穿孔管,开孔为两排,均向下布置,管道周围用粒径3050mm卵石覆盖,集水主管一根,沿填埋场纵向布置,管径DN500;集水支管3根,与主管垂直布置,管径DN200。地下水出坝体后设置切换阀,经检测,指标合格的地下水直接排放至下游,不合格的地下水排至渗滤液集水池。

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