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    基于固化/穩定化飛灰填埋的生活垃圾填埋場分區改造建設方案

    分類:固廢觀察 > 固廢處理    發布時間:2024年2月22日 9:19    作者:固廢觀察    文章來源:

    飛灰的妥善處置關系到生活垃圾焚燒廠的穩定運行,也是生活垃圾焚燒行業的難題和短板。
    固化/穩定化處理后進入生活垃圾填埋場填埋處置由于技術成熟且成本較低,是當前飛灰處置的主流技術。

    對于新建填埋場選址困難或飛灰產量較小的地區,對現有生活垃圾填埋場進行分區改造以滿足固化/穩定化飛灰填埋要求是較為經濟可行的方式。


    喻本宏重慶三峰科技有限公司

    固廢科技第8期|2024年2月19日


    根據住房城鄉建設部發布的《2022年中國城市建設狀況公報》,截至2022年底,全國城市生活垃圾焚燒處理能力已達 80.46萬噸/日,占比為72.53%。我國生活垃圾焚燒爐型主要為機械爐排爐和循環流化床,其中機械爐排爐飛灰產率一般為2%~5%,循環流化床飛灰產率一般為8%~15%。飛灰產率按3%~5%計算,則年產飛灰量約為881萬~1468萬噸。由于含有較高浸出濃度的重金屬和高毒性當量的二噁英等有毒有害物質,生活垃圾焚燒飛灰被列入《國家危險廢物名錄》。根據《2022年生態環境公報》,2022年工業危險廢物產生量為9514.8萬噸,飛灰占比約為9.2%~15.4%,飛灰產量較大。

    飛灰的妥善處置關系到生活垃圾焚燒廠的穩定運行,也是生活垃圾焚燒行業的難題和短板。目前,飛灰處置方式包括進入危險廢物填埋場填埋處置、固化/穩定化處理后進入生活垃圾填埋場填埋處置、水洗預處理后水泥窯協同處置、高溫熔融/玻璃化、高溫燒結等,其中,固化/穩定化處理后進入生活垃圾填埋場填埋處置由于技術成熟且成本較低,是當前飛灰處置的主流技術。

    填埋場分區改造建設必要性
    已完成:20%//////////

    對于新建填埋場選址困難或飛灰產量較小的地區,對現有生活垃圾填埋場進行分區改造以滿足固化/穩定化飛灰填埋要求是較為經濟可行的方式。

    隨著生活垃圾焚燒發電廠的建成,現有生活垃圾填埋場將停止接收生活垃圾,若現有生活垃圾填埋場尚有可利用的剩余庫容,對其進行分區改造,既可以充分發揮其稀缺資源作用,又可以解決生活垃圾焚燒廠的飛灰處置和大修期內生活垃圾應急處置問題,同時還可以完善生活垃圾填埋場的現有設施并治理現存污染,可謂一舉多得。因此,分區改造項目的建設十分必要且具有意義。

    總的來說,項目的建設具有較好的經濟、環保和社會效益,具體體現在:
    經濟效益:固化/穩定化飛灰填埋收益可部分覆蓋現有生活垃圾填埋場治理投資;
    環保效益:現有生活垃圾填埋場污染問題得到改善、飛灰得到妥善處置;
    社會效益:填埋場原址改造,避免了新選址帶來的占用土地資源、搬遷、新的環境影響源等問題。

    建設流程
    已完成:30%//////////

    如前所述,生活垃圾填埋場分區改造具有填埋場治理及飛灰入場填埋的雙重屬性,因此,其建設流程可以參考生活垃圾衛生填埋場封場治理、擴建,并結合項目的實際情況及當地相關主管部門的要求進行,從建設方案角度,推薦建設流程如下圖所示:


    圖1 生活垃圾填埋場分區改造建設流程

    上述流程中,需要說明的有以下幾點:

    現狀調查和勘察是首要步驟。

    現狀調查和勘察可以厘清填埋場現狀污染和現狀設施情況,同時為堆體的穩定安全性及改造方案提供依據。

    填埋場整治和分區方案比選。

    根據現有垃圾填埋情況,填埋場整治方案分為原位治理和異地處置兩種,異地處置一般適用于已填垃圾量較少的情況,對于垃圾填埋量較大的填埋場,通常選用原位治理方案。分區方案大致可以分為水平分區和垂直分區兩種,顧名思義,水平分區就是固化/穩定化飛灰填埋區和生活垃圾填埋區為水平方向上的兩個獨立庫區,垂直分區就是在現有生活垃圾堆體之上構建獨立的固化/穩定化飛灰填埋區。水平分區適用于原生活垃圾填埋場有未填埋垃圾的區域或填埋深度較淺通過垃圾清理可以獲得水平向的獨立庫區,對于垃圾填埋量較大、填埋深度較深的填埋場,采用垂直分區方案更經濟可行。

    新建飛灰填埋區構建方案。

    水平分區方案建設內容主要包括新建分區壩、構建飛灰獨立庫區的雙層防滲系統、飛灰滲瀝液導排及處理系統;垂直分區方案則更為復雜,在現有生活垃圾堆體之上構建垂直的飛灰獨立庫區,還需要考慮現有生活垃圾堆體沉降、填埋氣導排堵塞、生活垃圾堆體液位高等影響飛灰堆體穩定安全的一系列問題,并給出解決方案。

    飛灰滲瀝液處理。

    飛灰滲瀝液的水質特點與生活垃圾滲瀝液完全不同,這與飛灰的形成和螯合固化工藝有關,具體表現為:1)Cl-含量極高;2)Ca2+ 含量較高;3)鉛等重金屬含量偏高;4)COD和NH3-N等指標偏低,若煙氣處理或飛灰螯合固化過程中采用滲瀝液處理的濃縮液,則會導致COD和NH3-N升高。以上特點導致常見的生化技術和膜分離技術都無法正常運行,而采用簡單的氧化還原處理工藝則難以達到排放標準,故目前飛灰滲瀝液的處理思路通常為:采用晴天作業雨天不作業、加強雨污分流覆蓋等方式將飛灰滲瀝液產量控制到最低,若產生少量的飛灰滲瀝液,則輸送至就近的生活垃圾滲瀝液處理站協同處理。

    工程建設和運營建議。

    1)工程施工:建議避開雨季,若在雨季施工,盡量減少垃圾裸露面積,以控制臭氣和滲瀝液量;為避免施工裸露或施工碾壓將生活垃圾堆體積存的滲瀝液排出等施工期間滲瀝液大增的情況,建議提前做好預案。2)運營管理:建議做好雨污分流,控制飛灰滲瀝液的產量;若采用垂直分區,建議按規范要求重點監測垃圾堆體沉降、位移等填埋場安全運行的相關指標。

    案例分享
    已完成:50%//////////

    西南地區某山谷型生活垃圾填埋場,設計庫容約244萬m3,改造時已填埋生活垃圾約130多萬m3,剩余庫容約110萬m3,垃圾填埋深度在20m左右。通過現狀調查發現該填埋場填埋了大量市政污泥、滲瀝液導排系統已堵塞、填埋氣導排系統效果不好、垃圾堆體中滲瀝液液位高、壩前形成了污泥坑,因此,給項目的實施帶來了嚴峻的挑戰。改造前現場情況見圖2。


    ▲圖2  生活垃圾填埋場改造前現場情況

    根據《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008)等相關標準要求,經處理合格滿足入場條件的生活垃圾焚燒飛灰在生活垃圾填埋場中應單獨分區填埋。固化/穩定化飛灰當長期在生活垃圾產生的酸性滲瀝液浸泡下具有滲出有害物質的潛在風險,故要求分區填埋。通過方案比選,異地處置和水平分區由于需要大規模的開挖、臭氣等環境影響更大、工程建設周期長、投資較高等較難實施,故本項目確定采用原位治理的垂直分區方案。固化/穩定化飛灰與生活垃圾性質完全不同,其密度大于生活垃圾,此外,生活垃圾堆體通常會隨著時間的推移發生沉降,并繼續產生填埋氣和滲瀝液,因此,如何確保固化/穩定化飛灰入場填埋后填埋場的穩定安全,是本項目擬解決的關鍵問題。


    首先,為確保垃圾堆體的整體穩定性和填埋場的運行安全,本項目采取了以下幾項措施:(1)對垃圾壩的現狀及飛灰堆體加載情況下的結構安全性進行了鑒定及模擬分析,確保垃圾壩的安全;(2)采用拋石擠淤、塊石換填、污泥固化等方式對污泥坑進行了治理,通過新建生活垃圾滲瀝液抽排井的方式實現了生活垃圾滲瀝液的有效導排,通過新建填埋氣導排井、碎石導排盲溝等方式實現了填埋氣的有效導排;(3)通過勘察得到生活垃圾堆體承載力及巖土參數,并通過對不同固化/穩定化飛灰填埋高度下生活垃圾堆體沉降量進行軟件計算分析,確定了固化/穩定化飛灰的填埋高度,在此基礎上對垃圾堆體的穩定性進行分析,確保固化/穩定化飛灰堆體不會發生滑移,以此為依據確定地基處理方案。


    其次,為防止生活垃圾堆體沉降導致的一系列問題,本項目還在以下幾個方面采取了相應的措施:(1)填埋氣導排:為防止生活垃圾堆體沉降導致填埋氣導排支管與主管發生拉裂影響填埋氣的收集效果及填埋場安全,在豎向導排管與橫向導排管連接處、橫向支管與主管連接處均采用柔性連接,并留有沉降余量;(2)雙層防滲系統:雙層防滲結構層中采用300~500mm厚壓實粘土,壓實粘土層既可以防止生活垃圾堆體發生不均勻沉降,其滲透系數不大于1×10-7cm/s,也可以起到防滲的作用;為防止生活垃圾堆體沉降對防滲系統造成拉裂等影響,在庫底防滲與邊坡防滲交接處設置沉降緩沖區,邊坡防滲材料預留沉降余量,邊坡防滲層采用臨時錨固;(3)新建生活垃圾滲瀝液抽排井貫穿加筋墊層、防滲結構層、飛灰滲瀝液導排層,為防止飛灰滲瀝液從此處流入生活垃圾堆體與生活垃圾滲瀝液混合,將雙層防滲膜隨著降水井升高,并留有沉降余量。


    本項目最終形成的垂直分區結構層如圖3所示:在整形壓實后的生活垃圾堆體之上依次構建固化/穩定化飛灰填埋區的地基處理層、防滲結構層、滲瀝液導排層,并在滲瀝液導排層之上設置了HDPE土工膜作為雨污分流膜。其中,本項目創新性地將現有生活垃圾填埋氣導排層和新建固化/穩定化飛灰庫區地基處理結合起來,通過在碎石加筋墊層中設置橫向的填埋氣導排管網既起到了加強填埋氣導排的作用,又可以有效防止生活垃圾堆體的不均勻沉降導致的飛灰庫區防滲膜滲漏等影響飛灰安全填埋的問題。固化/穩定化飛灰采用晴天填埋雨天不填埋、分區分單元填埋的方式,填埋時揭開雨污分流膜,填埋完成后將雨污分流膜焊接好,以此,將飛灰滲瀝液的產量控制到最低,產生的少量飛灰滲瀝液輸送至生活垃圾填埋場滲瀝液處理站協同處理。更多技術要點詳見專利《生活垃圾填埋場垂直分區結構》(CN219503430U)。



    ▲圖3  垂直分區剖面圖


    根據項目的實際情況,本項目采用分區建設、分區運行的方案,分區方案詳見圖4。本項目由庫區中部的進場道路分隔成兩個大的區域,遠離調節池的為上游填埋區、靠近調節池的為下游填埋區,其中,上游填埋區根據生活垃圾填埋情況、垃圾堆體液位及承載力情況,分為A、B區。本項目首先實施條件最好的A區,再依次實施B、C區。在庫區中部和壩前設置了兩個抽排區,通過新增降水井對生活垃圾滲瀝液進行抽排,以控制和觀測垃圾堆體液位,保障填埋場的安全運行。


    分區實施有利于項目的有序推進,有利于更好地進行施工和運行管理,有利于減少垃圾堆體整形帶來的環境影響,有利于減少施工期間垃圾堆體裸露帶來的滲瀝液量,有利于固化/穩定化飛灰的分區填埋。



    ▲圖4  分區方案圖

    本項目垂直分區改造完成后現場情況見圖5。


    ▲圖5  生活垃圾填埋場垂直分區改造后現場情況


    總結

    已完成:90%//////////


    固化/穩定化飛灰進入生活垃圾填埋場分區填埋是當前飛灰處置的主流技術且具有一定的優勢。原位治理的垂直分區技術實現了固化/穩定化飛灰進入已填垃圾量大、填埋深度較深的生活垃圾填埋場的安全、規范填埋。在飛灰資源化尚未普及的當下,本方案可以為固化/穩定化飛灰的分區填埋提供參考。


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