常熟垃圾焚燒飛灰安全填埋場工程設計

垃圾焚燒處理較好地達到了減量化、無害化、資源化治理生活垃圾的目標，已成為發達國家普遍關注和采用的城市生活垃圾的處理方法之一。常熟市新建的垃圾焚燒發電廠，已于2007年6月投入運行，設計處理能力為600t/d。此后，垃圾均進入焚燒發電廠處理，而垃圾焚燒產生的飛灰則需經預處理后進入安全填埋場處理。

1 飛灰的產生及其特性

1.1飛灰的產生

生活垃圾經焚燒后，會產生占垃圾總量23%左右的底灰及3%～5%的飛灰。其中，飛灰是由焚燒爐產生的煙氣經反應塔進行中和、凈化后，摻以一定量的吸附劑，再由高效除塵分離器分離，在反應塔底部及分離器分離而產生。飛灰經由上述各設施的底部密閉輸送至飛灰儲存倉。[1]

1.2飛灰的基本特性

飛灰主要包括SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3和硫酸鹽、鈉鹽、鉀鹽等反應物，還有Hg、Mn、Mg、Sn、Cd、Pb、Cr等重金屬元素以及痕量級二噁英類的有機物，另加其他種類污染物，屬于危險廢物。

飛灰呈堿性，其形狀像煤灰一樣大小，粒徑介于0.01～0.15mm范圍內。飛灰有2/3以上的化學物質是硅酸鹽與鈣。另外，生活垃圾焚燒煙氣中，含有一定量的未燃盡有機物，故飛灰中的熱灼減量在10%左右。[2-4]

1.3飛灰中的污染物[1，4-8]

由于生活垃圾成分的復雜性、多樣性、不均勻性，在整個焚燒過程中會發生許多不同的化學反應，所以在焚燒煙氣中除了一定量的過?？諝夂投趸纪?，還含有對人體及環境有直接或間接危害的成分。根據煙氣污染物的不同性質，可將其分成顆粒物、酸性氣體、重金屬、有機污染物幾大類。上述煙氣中的污染物經焚燒爐、后續煙氣處理系統的反應、吸附、分離后，除酸性氣體已被反應中和外，大部分集聚于飛灰之中，對人體及環境造成了危害，故國家已明確把生活垃圾焚燒飛灰列為危險廢棄物管理范圍之列。

2 飛灰的處理方法

國家的《危險廢物污染防治技術政策》中對飛灰處置作了規定：生活垃圾焚燒產生的飛灰必須單獨收集，不得與生活垃圾、焚燒殘渣等其它廢物混合，也不得與其它危險廢物混合；生活垃圾焚燒飛灰不得在產生地長期貯存，不得進行簡易處置，不得排放；生活垃圾焚燒飛灰在產生地必須進行必要的固化和穩定化處理之后方可運輸，運輸需使用專用運輸工具，運輸工具必須密閉；生活垃圾焚燒飛灰須進行安全填埋處置。飛灰一般經適當預處理后，進入危險廢物填埋場填埋處理。飛灰的預處理主要有熱固化技術、固化技術與化學穩定化技術[1]。

化學穩定化技術是指向飛灰中添加穩定劑和水，均勻混合后形成不溶性化合物，從而固定重金屬的方法。該法一般具有效果較好，具有長期穩定性、設備投資低、處理過程簡單、最終處理量小的優點。常見的穩定劑有Na2S、Al2(SO4)3等無機物和水溶性螯合高分子。另外，磷酸鹽作為穩定劑應用越來越廣泛，PO3-4可以和飛灰中的30多種元素形成大約300多種自然界中存在的礦物質，這些物質對于pH的變化有著相當高的穩定性。

本工程的飛灰預處理采用化學穩定化技術，一種新的飛灰穩定化處置工藝。即將焚燒廠產生的飛灰，裝入飛灰槽罐車后，直接運輸至填埋坑，用車載空氣壓縮機產生壓縮空氣，通過管道將飛灰送入專門設計的混合器，混合器的另一入口連接螯合劑管道，螯合劑由液壓泵提供一定的壓力，灰、液經混合器噴射而出，利用二者速度差產生吸附作用，并起到充分混合效果，混合料直接進入填埋坑，然后進行攤平、壓實作業。螯合劑采用磷酸鹽化合物。

3 填埋庫區的工程設計

3.1庫容確定

常熟垃圾焚燒發電廠處理規模為600t/d，其飛灰產量約為焚燒量的3%～5%(設計取4%)，每年實際運行時間為8000h。常熟市垃圾焚燒飛灰安全填埋場工程于2006年6月啟用后，平均進場飛灰約為21.8t/d。

根據實測數據和以往經驗，填埋后的飛灰容重取1.0t/m3。

填埋場一期工程使用年限為5年，可利用填埋區面積為0.56萬m2，設計為4個填埋單元坑，坑深7.1m，庫容為4萬m3。

3.2庫區防滲結構設計

飛灰安全填理場處理的首要問題，是防止填埋場附近地下水及地表水受到滲瀝液的污染。在合理選址的基礎上，必須考慮防滲系統的設計。根據場址的工程地質和水文地質情況，對填埋場底部進行防滲處理，其目的一方面是防止滲瀝液進入地下，污染地下水；另一方面是防止地下水進入填埋場，造成滲瀝液水量的大幅度上升。防滲處理需因地制宜，選擇不同的防滲方式。

本填埋場場址范圍內，地下水位較高，位于不透水層以上，且基礎層飽和滲透系數大于1.0×10-5cm/s，設計采用鋼筋混凝土與柔性人工襯層組合的剛性防滲結構。填埋坑底板防滲系統，采用地下水導流層+膜下保護層+鋼筋混凝土坑體+滲瀝液檢測層+土工膜主防滲層+滲瀝液導流層+過濾層+防滲保護層的防滲結構；填埋坑側壁板防滲系統采用膜下保護層+鋼筋混凝土坑體+土工膜主防滲層+防滲保護層的防滲結構。地下水導流層采用100mm厚碎石墊層；膜下保護層采用4500g/m2膨潤土防水毯(GCL)，GCL設置在鋼筋混凝土坑體外側，可以有效地降低地下水進入填埋坑體內的可能性，同時避免了設置在坑體內側所引起的膨潤土顆粒脫落對排水系統的堵塞，GCL下設置100mm厚的素砼保護層；鋼筋混凝土坑體按抗滲結構進行設計，按裂縫寬度進行驗算，其抗滲系數應≤10-6cm/s；滲瀝液檢測層采用6mm厚復合土工網，膜間水最終通過穿孔HDPE管排至膜間水收集井，庫底設計0.4%坡度的坡向穿孔管；主防滲層設計采用2.0mm厚光面HDPE土工膜；滲瀝液導流層設計為300mm厚碎石滲瀝液導流層+6mm厚復合土工網，其中土工網下面復合的土工織物采用500g/m2聚酯無紡布作為土工膜保護層；過濾層設計采用200g/m2聚酯無紡布；防滲保護層采用經預處理后的袋裝飛灰。

3.3防雨、防塵與防風措施

如大雨接連不斷，飛灰則會因含水量過高而無法壓實。在運行初期，由于填埋飛灰量較少，填埋坑內飛灰甚至會形成泥漿，使得填埋操作無法進行。冬春季節，天氣干燥且大風天氣較為常見，夏季，臺風經常光臨，坑內飛灰易形成揚塵飄出，污染場內外環境。設計要采用防雨、防塵與防風措施：(1)填埋作業時，將飛灰集中在一個區域內填埋，保持填埋面形成一定的坡度，雨季時加強排水，確保坑內飛灰難以形成泥漿；(2)工程設計，在每個單元坑邊，建設一個防雨操作平臺，可確保小雨時固化工作的順利實施；(3)設置飛灰穩定化儲存罐，暴雨季節將飛灰儲存在罐內，待天氣轉好，再實施填埋；(4)如遇連續暴雨，則停止填埋坑內作業，將飛灰穩定化后放置在臨時堆放場儲存，天氣轉好后，再實施填埋；(5)在填埋坑四周設置自動噴淋裝置，以在大風和干燥天氣增加飛灰含水率，防止出現揚塵，填埋操作亦需考慮滲瀝液回灌增濕；(6)因該地區主要為東南-西北風向，在填埋坑體南北兩邊設置5m寬網架結構大棚，在坑體南北兩側道路邊設置夾竹桃等和藤本植物隔離帶，以減小風力和揚塵飄出量，同時可美化環境，兼有景觀功能。

3.4場區雨、污分流系統設計

為確保場區安全防洪以及減少由于雨水滲入垃圾而產生的垃圾滲瀝液量上升，場區設置了雨、污分流系統。

3.4.1擋水墻

填埋坑外側設置防洪溝或擋水墻，可防止場外雨水進入填埋坑。本工程設計混凝土坑體頂標高于地坪標高50cm，場內道路均坡向填埋坑外側，即可減少滲瀝液產生量。

3.4.2分區作業

填埋庫區分為四個坑體，作業時，未填埋坑體內所積雨水可直接外排；已填埋飛灰的坑體將實施封場，不會有滲瀝液產生；僅有正在實施填埋作業的坑體才會有滲瀝液產生。

3.4.3坡面排水

當填埋場內某個單元坑飛灰填滿后，立即實施封場工程，植樹綠化。為形成表面雨水徑流，宜設置一定的坡向。在填埋場終期作業時，應整體設置場頂坡向以利于雨水排出場外，坡度均應大于2%。

3.5滲瀝液儲存與處理設計

采用三日暴雨量計算法可得，庫區產生的最大滲瀝液為160m3/d，道路區收集的最大初期雨水量為68m3/d，則最大暴雨時，第一日最大污水產生量為228m3/d，以后為160m3/d；采用年降雨量計算法計算得出工程產生的總滲瀝液量為3407m3/a。

飛灰穩定化時，需加入約30%的水分，則每年需水量為7957×0.3=2387m3。同時，為保持坑體衛生條件，避免大風天氣揚塵，需定期往坑內灑水。飛灰穩定化用水可回用滲瀝液，剩余滲瀝液可通過回灌至填埋場，保持飛灰濕度，并最終通過自然蒸發處理，而無需建設滲瀝液處理設施，即可實現污水零排放。

滲瀝液通過導排層，排入滲瀝液收集井，最終通過水泵提升，排入污水儲存罐。滲瀝液儲存罐設計2個，單個尺寸為<10m×7.6m。污水儲存罐總容積為2×<10m×7.6m=1194m3>228m3+160m3×6=1188m3，可以儲存3d最大暴雨條件下的7d產生的污水。

3.6封場設計

填埋場運行結束后，需進行封場，以利于生態恢復和土地再利用。本設計采用的封場結構由下到上依次為：200g/m2無紡土工布+1.0mm厚HDPE土工膜+6mm厚復合土工排水網+300mm厚碎石雨水導排層(生物阻擋層)+600mm厚素土層+植被。

3.7坑體結構設計

工程所有混凝土均采用C30砼，采用等截面池壁，外池壁厚400mm，內池壁厚350mm。根據池壁受力特點，每隔4m設一壁柱，底板為整體現澆，厚500mm。

由于池體縱橫向尺寸較大，縱橫向各設兩道后澆帶。后澆帶寬2m，用C35砼內摻高效防水劑澆筑，兩側設3mm厚鋼板止水帶。

池體埋深7.1m，根據勘察報告所提供的地下水位情況，對池體的抗浮處理采用抗拔樁。樁為預制靜壓樁，尺寸為250mm×250mm，有效樁長4m。庫區共設置1886根抗拔樁。

4設計特點

4.1預處理方法

本工程飛灰預處理采用新的飛灰穩定化處置工藝，預處理為磷酸鹽穩定法。利用該法處理飛灰，廢物增容比低，藥劑消耗少，運行費用也較低，還可以省去預處理廠房和設施的建設費用，節省了工程投資。根據目前對預處理飛灰浸出液毒性的檢測，該法對飛灰的預處理符合國家相關規范要求。

4.2防滲結構

針對高地下水位地區安全填埋場的地質特點，采用柔性襯層和剛性混凝土池體結合的防滲結構。通過設置雙層土工合成的防滲襯層和地下水、膜間水與滲瀝液導流層，可以確保填埋坑的防滲功能。同時，柔性襯層通過機械錨固方式和剛性池體緊密結合，整個庫區構成一個整體結構，可以防止庫區沉降對防滲襯層的破壞。

4.3土工合成材料的應用

庫區填埋坑防滲保護層采用膨潤土防水毯(GCL)，GCL在特定的環境下(如不均勻沉降、干濕循環、凍融循環)，仍可以保持良好的抗滲性能，而且可以大大的節省庫容。GCL設置在剛性坑體外側，采用外貼法施工，施工時坑體四周采用井點降水法以防止GCL提前水化。設計同時要求施工時將GCL的有紡布表面貼在剛性坑體上，具有良好導水性能的無紡布表面則和地下水導流層接觸。這樣，在GCL遇水膨脹后，可以利用無紡布導水較好的特點來導排地下水。

滲瀝液檢測層采用6mm厚三維土工復合排水網。垃圾焚燒飛灰具有顆粒小、壓實密度大的特點，相比普通的雙肋土工排水網，三維土工排水網在較高的壓力荷載下，仍能保持良好的導水能力，且不易堵塞，應用于飛灰安全填埋場具有較高的優勢。

4.4滲瀝液處理方法

設計時考慮工程產生的滲瀝液回用處理。根據年平均降雨量法計算得工程產生的總滲瀝液量為3407m3/a，飛灰穩定化用水量為2387m3/a。設計滲瀝液回用于飛灰穩定化，剩余滲瀝液回灌至填埋場保持濕度，工程無需建設滲瀝液處理設施即可實現廢水零排放。

5結語

垃圾焚燒飛灰作為危險固體廢棄物，必須經預處理后進入安全填埋場進行填埋處理。

針對江南平原地區地下水位高、土地資源緊張的特點，本工程設計采用新的飛灰穩定化預處理技術。庫區采用剛性坑體和柔性襯層相結合的防滲結構，滲瀝液回用于預處理過程，工程占地面積小，飛灰處理效果好，投資省，運行成本低。