含砷废渣水泥固化处理与安全填埋处置工程案例

1、含砷废渣水泥固化处理与安全填埋处置工程案例邵乐，黄国安，周晓诚，史学峰，苗旭锋（湖南凯天重金属污染治理工程有限公司，湖南，长沙 410100）摘要：在原场址废渣调查的基础上，确定了水泥固化+就地安全填埋的处置方案。通过 水泥固化实验研究，确定了 12% （质量比）的水泥添加量为最佳添加量。根据国内外安 全填埋场的设计经验，本工程采用先进的HDPE双层防渗的安全填埋方式，并设置了雨 污分流系统、渗滤液收集系统、封场处理和渗滤液处理系统，整个场区布置合理，对周围 环境的影响小，取得了良好的社会效益和环境效益，并对含砷废渣处理处置工程设计中应 注意的问题提出了建议。关键词：含砷废渣；水泥固化；安全填

2、埋、八1、刖言我国砷矿资源丰富，探明储量为世界总储量的70%，其中广西、云南、湖 南三省储量分别占全国总储量的41.5%、15.5%和8.8%，合计占全国总储量的2/3。砷 在农业、电子、医药、冶金、化工等领域具有特殊用途，可用于制取杀虫剂、木材防腐 剂、玻璃澄清脱色剂等1。随着科技的发展，砷的市场需求不断增加。在砷的冶炼及其 化合物的生产使用过程中，大量的砷化物被引入环境，污染水源和土壤，危害人体健 康，因此人们对砷的危害已给予了极大关注R。某雄磺矿自1950年成立以来，就开始开采雄磺矿石冶炼砒霜，1972年停止砒霜 冶炼。长达22年之久的砒霜冶炼给环境造成了严重危害。近20万吨的含砷冶炼废

3、渣 未经处理填埋在地下，分布在厂区空旷地带及部分建筑物底下，因未经无害化处理， 经风化、雨水冲刷有些已暴露于地表，且从砷渣浸出的水中含砷量高，污染周边土壤、地 表水及地下水，导致周边农作物中砷含量超标。为彻底解决该雄黄矿区堆存废渣对周边环 境造成的不良影响，急需对含砷冶炼废渣采取妥善处置措施。2、该地含砷废渣污染现状2.1废渣的性质分析废渣呈灰褐色，粒径较细，含砂砾较多，含水率较低。采用李氏比重法测得废渣密度为2.800g/m3废渣pH按玻璃电极法测定得废渣pH为710之间，说 明废渣的 碱性较强，高碱性对废渣的水泥固化是有利的。废渣中的主要矿物成分为CaMg（CO3）2、CaCQ、SiO2

4、以及少量的 Mg3（AsO4）28H2O 和 CaPOs （OH）2H2O,其 中的砷主要以稳定的砷酸盐存在。22废渣的砷含量分析对项目区进行均匀布点采集砷渣样品18个，砷含量分析结果见表1。18个废渣混合样中As含量为3.5%左右。表1废渣的砷含量分析结果采样点砷含量采样点砷含量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号点为表层采样；5、& 7、8为剖面米样，每50cm深

5、米一个样，如：6-1为表层样，6-2为50cm深处样，6-3为100cm深处样，以此类推。另外，由于场地限制，某些点位只能采集到表层渣样。)2.3废渣中砷的浸出毒性分析废渣根据固体废物浸出毒性浸出方法翻转法(GB5086.1-1997)进行浸出，根据国家标准方法对浸出液中的砷进行检测，检测结果见表2。表2废渣中砷的浸出毒性试验结果采样点浸出浓度(mg/L)采样点浸出浓度(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废渣的浸出毒性试验结果表明，废渣中各个位点的砷的浸出毒性浓度均高于危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别(GB5085.3-2007)中砷的浸出浓度限值 5mg/L,说明该含砷废渣是危险废物。3、项目工艺万案本项目含砷废渣处置是历史遗留污染治理项目，以环境保护为目的，本身无经济收益，效益表现在其给社会带来的正的环境和生态效益（外部效益）。因此，处理处置方案的选择，在各方案环保效果基本相同的情况下，费用最小的方案就是优选 方案。安全填埋是目前世界上应用最广泛的危险废物处置方法。针对本项目具体情况，认为就地安全填埋法是最经济可行的处置方法。在进行填埋处置前需

7、对废渣进行预处理，使其达到填埋场入场要求。目前应用最多 的预处理方法是包胶固化，其中又以水泥固化和石灰固化两种方法应用最广泛，尤其是 水泥固化法已被广泛用于电镀污泥、铬渣、砷渣、汞渣、镉渣等重金属废物的固化处 理，同时根据国内大量的研究结果4, 5以及国内几个已开始运行的危险废物填场工程的 经验表明：用水泥固化成本低，固化效果好，易于操作，适合我国的国情。因此，本项 目采取水泥固化+就地安全填埋的方案处置含砷废渣。总体工艺方案流程如图1所示。含 砷 废 渣水泥固化预处 -理就地安全填埋渗滤液调节池渗滤液处- 理系 统达 标 排 放4、水泥固化试验研究图1工艺方案流程图对现场采集回来的废渣样混，

8、合后进行水泥固化试验，以确定水泥固化最佳工艺条件。该实验设计分别加入不同质量比的水泥后，检测固化后废渣的浸出毒性，水泥添加量 分别为6%、12%、18%、27%以及36% （质量比），浸出浓度检测结果如下表3所 示：表3固化后废渣中砷浸出毒性检测结果水泥添加量（质量比）6%9%12%18%27%36%As浸出毒性（mg/L）2.361.951.321.060.980.68从表3中可以看出，通过水泥固化处理后，废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满足危险废物安全填埋污染控制标准（GB18598- 2001）中填埋物进场要求（2.5mg/L）。但是考虑到工程现场实施条件

9、比实验室要复杂多 变，且从技术上和经济上综合考，拟选用12%的水泥添加量作为本项目水泥固化现场工 程实施时的水泥添加量。5、填埋场设计方案5.1库容含砷废渣填埋总量约20万吨，压实容重2t/m3左右，则废渣填埋所需库容为10万 m3,另外，考虑到防渗与导排系统所占的体积，且水泥固化后废渣体积会膨胀，本填埋场 总库容设计为13万m3。5.2拦渣坝为便于填埋作业、排水、渗滤液收集及取得一定的初始容积，需在填埋谷口建一拦 渣坝，坝高的确定应考虑两个因素，一是保证固废堆边坡稳定和免遭雨水冲刷；另外一个 是要形成一定的填埋库容，并可调节渗滤液的流出量。根据本工程场址地质条件与现场其它条件，并考虑到经济性

10、，本工程拦渣坝选择碾 压式土石坝。坝顶宽4.5m，最大坝高12m，长213.5m,上下游边坡均为1:1.8。坝外侧 为草皮护坡，内侧防渗。5.3防渗层结构设计本工程采用双人工防渗系统，由GCL与HDPE防渗膜构成复合防渗衬层，其中场 底防渗层结构由上向下依次为：300g/m2无纺布保护层300mm碎石渗滤液收集排水层600g/m2无纺布保护层2.0mm HDPE 防渗膜500g/m无纺布保护层HDPE 土工网格(5mm)渗滤液检测层600g/m2无纺布保护层1.5mm HDPE 防渗膜GCL(6mm)膨润土土工复合物*压实地基考虑到边坡坡度较陡，边坡的防渗层与平缓的底部防渗层有所不同，借鉴国外

11、填埋场边坡防渗层的经验，边坡防渗层结构由上向下设置如下：150mm袋装粗沙层600g/m2无纺布保护层2mm HDPE防渗膜500g/m无纺布保护层HDPE 土工网格(5mm)渗滤液检测层600g/m2无纺布保护层1.5mm HDPE 防渗膜GCL(6mm)膨润土土工复合物压实地基5.4地下水导排系统为了降低填埋场场底的地下水水位，在防渗隔离系统之下铺设地下水导排系统。根 据本场址的情况，沿场底设有通过填埋场区域的导排盲沟，地下水导排系统利用盲沟，在 填埋区域设30 cm级配碎石疏水层和直径315mm的HDPE花管，将地下水、山体裂隙 水和渗水有组织地引向填埋场低处的地下水集水井排出。5.5渗

12、滤液收集导排系统为了使填埋场场底的渗滤液都能及时排出填埋场，在场底防渗系统之上铺设了一层 30cm厚级配碎石加HDPE花管（管径315 mm ）的导流层，这样汇集到场底的渗滤液都 能顺着场底坡度，通过穿坝管及时排至填埋场外的渗滤液调节池。5.6填埋场清污分流设计在填埋作业时如果不采取措施将会导致大量渗滤液的产生，在设计中主要考 虑以下清污分流措施：在填埋场外侧设置永久性截洪沟，将场区以外汇集的雨水排出场外。截洪沟采 用矩形断面，浆砌块石结构，最大断面尺寸为800mrhC 800mm。截洪沟坡度可根据现 场实际地形布置，原则上不得小于0.01。对分区填埋完毕的区域，采用0.5mm厚HDPE膜进行

13、临时覆盖，以减少雨水渗 透，并及时对填埋场封场。在填埋场水平防渗层下设置地下水导排系统，防渗膜下的地下水排入向填埋场低 处的地下水集水井排放，并定期对该系统的水质进行监测。5.7填埋作业方式实行分区填埋，按统一调度卸入填埋区作业点，然后依次由机械进行摊铺、压实等作业。摊铺和压实作业要求分层进行，每层填埋厚度不大于0.5m，碾压过程一般要求进行3-7个来回，压实系数应0.92。当填埋物压实厚度达到2.5m时，覆盖 0.5mm厚LDPE膜，构成1个2.5m厚的填埋单元。一般以一日作业量为一个填埋单元， 下雨时对已填埋区域采用0.5mm厚HDPE膜进行临时覆盖，覆盖材料循环使用。填埋作业时，夕卜坡面

14、按1:3放坡。5.8圭寸场设计填埋场在废物填埋达到设计标高后需进行封场处理，其作用在于减少大气降雨进入 填埋场废物层内，从而减少渗滤液的产生量，并可尽快进行复垦和土地利用，恢复地表景 观。封场覆盖系统包括顶部隔断层、地表水集排系统和表面覆土与植被等。顶部隔断层由0.3m厚压实粘土层和1.0mm厚的HDPE防渗膜复合构成，用来阻挡地表降水渗入废物层，以有效减少渗滤液的产生量。在隔断层表面铺设300mm卵石作疏水层，在填埋场四周设置雨水排水盲沟，沟内铺 设排水管，地表水入渗至隔断层后，在疏水层内沿场顶坡度流进排水盲沟，经排水管引出 场外。疏水层上覆盖0.5m厚的回填土层，为防止雨水）中刷，表层覆盖

15、营养土壤并植草绿化。6、渗滤液处理系统本项目渗滤液主要含有砷等重金属离子，拟采用次氯酸钠氧化一铁盐一石灰法一 PAM絮凝化学处理工艺处理填埋场渗滤液，经处理后出水能稳定达到出水水质要求，渗 滤液处理系统处理工艺流程见图2。底泥压滤机反应池澄清池聚铁、石灰乳PAM次氯酸钠上清液上清液达标排放污泥安全处理与处置调节池含砷废水调节池三级图2渗滤液处理工艺流程图工艺说明：（1）填埋场渗滤液通过渗滤液收集管道进入调节池调节水量水质；（2）调节池出水经输送泵送入三级反应池，在第一级反应池中投加次氯酸钠氧化剂将废水中的三价砷氧化成五价砷；在第二级反应池中加入Ca（OH）2及聚铁，调 整溶液pH值，产生砷酸铁

16、沉淀，并被氢氧化铁共沉淀吸附析出；在第三级反应池中加入 助）疑剂PAM，进一步去除污水中的悬浮物、砷酸盐沉淀、氢氧化铁胶体及其它重金属沉 淀。反应池的出水自流入澄清池进行沉淀，沉淀池内的底泥经压滤机进行压滤，压 滤后的污泥在施工期过程中送往水泥固化车间固化处理后与含砷废渣一起堆填，在渣场 封场后，压滤后的污泥送往专业处理中心处理，压滤后的上清液自流至调节池。 沉淀池出水自流入清水池池，盐酸经输送泵加入槽内，调整废水pH 值至6-9,处理达标后外排。7、结语目前国内危险废物处置多是建设集中危废处置中心，集中处理处置。但是往往 单个危废产生企业地处偏僻，远离城区，单纯的外运难以支付巨额费用，考虑就

17、地安全 填埋的方法达到无害化目的门。关键是对场地进行充分调查，确定砷渣的产生过程、产 生量、成分、物理/化学性质、堆存方式等，采集有代表性样品，并对其进行分析，从而 确定砷渣的总量及处理工艺。目前，针对安全填埋场的法规相对完善，但是针对土壤污染及污染场地方面的 法规相对落后。企业原场地土壤污染严重，但是中国土壤质量标准不够全面，应全面开 展污染场地和地下水污染调查评价工作、统一污染调查、风险评估和环境修复标准。本项目针对历史遗留下来的废渣，在充分采样调查的基础上，确定需要处理处 置的废渣的量，进而根据原场址的地形特征，在详细勘探和充分论证基础上，采用就地 安全填埋的处置方案，大大节省了处置费用，消除了危险废物的环境隐患，取得了良好 的环境效益与社会效益。参考文献1中国冶金百科全书编辑部.中国冶金百科全书M .北京：冶金工业出版社， 1999.2陈利秋.中国有害废物污染现状与控制对策探讨J.环境科学，1994,15 (5):83 87.3张云霞，王立彤，王馨，等.天津大沽排污河清淤污泥填埋场设计方案J.中国给水 排水，2006, 22 ( 8) : 46 50.4李柏林，李晔，汪海涛，等.