飛灰的妥善處置關(guān)系到生活垃圾焚燒廠的穩(wěn)定運(yùn)行，也是生活垃圾焚燒行業(yè)的難題和短板。固化/穩(wěn)定化處理后進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋處置由于技術(shù)成熟且成本較低，是當(dāng)前飛灰處置的主流技術(shù)。
對于新建填埋場選址困難或飛灰產(chǎn)量較小的地區(qū)，對現(xiàn)有生活垃圾填埋場進(jìn)行分區(qū)改造以滿足固化/穩(wěn)定化飛灰填埋要求是較為經(jīng)濟(jì)可行的方式。
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固廢科技第8期｜2024年2月19日
根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《2022年中國城市建設(shè)狀況公報(bào)》，截至2022年底，全國城市生活垃圾焚燒處理能力已達(dá) 80.46萬噸/日，占比為72.53%。我國生活垃圾焚燒爐型主要為機(jī)械爐排爐和循環(huán)流化床，其中機(jī)械爐排爐飛灰產(chǎn)率一般為2%~5%，循環(huán)流化床飛灰產(chǎn)率一般為8%~15%。飛灰產(chǎn)率按3%~5%計(jì)算，則年產(chǎn)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(dāng)量的二噁英等有毒有害物質(zhì)，生活垃圾焚燒飛灰被列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》。根據(jù)《2022年生態(tài)環(huán)境公報(bào)》，2022年工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量為9514.8萬噸，飛灰占比約為9.2%~15.4%，飛灰產(chǎn)量較大。飛灰的妥善處置關(guān)系到生活垃圾焚燒廠的穩(wěn)定運(yùn)行，也是生活垃圾焚燒行業(yè)的難題和短板。目前，飛灰處置方式包括進(jìn)入危險(xiǎn)廢物填埋場填埋處置、固化/穩(wěn)定化處理后進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋處置、水洗預(yù)處理后水泥窯協(xié)同處置、高溫熔融/玻璃化、高溫?zé)Y(jié)等，其中，固化/穩(wěn)定化處理后進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋處置由于技術(shù)成熟且成本較低，是當(dāng)前飛灰處置的主流技術(shù)。對于新建填埋場選址困難或飛灰產(chǎn)量較小的地區(qū)，對現(xiàn)有生活垃圾填埋場進(jìn)行分區(qū)改造以滿足固化/穩(wěn)定化飛灰填埋要求是較為經(jīng)濟(jì)可行的方式。隨著生活垃圾焚燒發(fā)電廠的建成，現(xiàn)有生活垃圾填埋場將停止接收生活垃圾，若現(xiàn)有生活垃圾填埋場尚有可利用的剩余庫容，對其進(jìn)行分區(qū)改造，既可以充分發(fā)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(nèi)生活垃圾應(yīng)急處置問題，同時(shí)還可以完善生活垃圾填埋場的現(xiàn)有設(shè)施并治理現(xiàn)存污染，可謂一舉多得。因此，分區(qū)改造項(xiàng)目的建設(shè)十分必要且具有意義。總的來說，項(xiàng)目的建設(shè)具有較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和社會(huì)效益，具體體現(xiàn)在：經(jīng)濟(jì)效益：固化/穩(wěn)定化飛灰填埋收益可部分覆蓋現(xiàn)有生活垃圾填埋場治理投資；環(huán)保效益：現(xiàn)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(huì)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(huán)境影響源等問題。如前所述，生活垃圾填埋場分區(qū)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(shè)流程可以參考生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場治理、擴(kuò)建，并結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)主管部門的要求進(jìn)行，從建設(shè)方案角度，推薦建設(shè)流程如下圖所示：
▲圖1 生活垃圾填埋場分區(qū)改造建設(shè)流程現(xiàn)狀調(diào)查和勘察是首要步驟。現(xiàn)狀調(diào)查和勘察可以厘清填埋場現(xiàn)狀污染和現(xiàn)狀設(shè)施情況，同時(shí)為堆體的穩(wěn)定安全性及改造方案提供依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)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(qū)方案大致可以分為水平分區(qū)和垂直分區(qū)兩種，顧名思義，水平分區(qū)就是固化/穩(wěn)定化飛灰填埋區(qū)和生活垃圾填埋區(qū)為水平方向上的兩個(gè)獨(dú)立庫區(qū)，垂直分區(qū)就是在現(xiàn)有生活垃圾堆體之上構(gòu)建獨(dú)立的固化/穩(wěn)定化飛灰填埋區(qū)。水平分區(qū)適用于原生活垃圾填埋場有未填埋垃圾的區(qū)域或填埋深度較淺通過垃圾清理可以獲得水平向的獨(dú)立庫區(qū)，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(qū)方案更經(jīng)濟(jì)可行。水平分區(qū)方案建設(shè)內(nèi)容主要包括新建分區(qū)壩、構(gòu)建飛灰獨(dú)立庫區(qū)的雙層防滲系統(tǒng)、飛灰滲瀝液導(dǎo)排及處理系統(tǒng)；垂直分區(qū)方案則更為復(fù)雜，在現(xiàn)有生活垃圾堆體之上構(gòu)建垂直的飛灰獨(dú)立庫區(qū)，還需要考慮現(xiàn)有生活垃圾堆體沉降、填埋氣導(dǎo)排堵塞、生活垃圾堆體液位高等影響飛灰堆體穩(wěn)定安全的一系列問題，并給出解決方案。飛灰滲瀝液的水質(zhì)特點(diǎn)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(guān)，具體表現(xiàn)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(biāo)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(huì)導(dǎo)致COD和NH3-N升高。以上特點(diǎn)導(dǎo)致常見的生化技術(shù)和膜分離技術(shù)都無法正常運(yùn)行，而采用簡單的氧化還原處理工藝則難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，故目前飛灰滲瀝液的處理思路通常為：采用晴天作業(yè)雨天不作業(yè)、加強(qiáng)雨污分流覆蓋等方式將飛灰滲瀝液產(chǎn)量控制到最低，若產(chǎn)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(xié)同處理。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(yù)案。2）運(yùn)營管理：建議做好雨污分流，控制飛灰滲瀝液的產(chǎn)量；若采用垂直分區(qū)，建議按規(guī)范要求重點(diǎn)監(jiān)測垃圾堆體沉降、位移等填埋場安全運(yùn)行的相關(guān)指標(biāo)。西南地區(qū)某山谷型生活垃圾填埋場，設(shè)計(jì)庫容約244萬m3，改造時(shí)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(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)該填埋場填埋了大量市政污泥、滲瀝液導(dǎo)排系統(tǒng)已堵塞、填埋氣導(dǎo)排系統(tǒng)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(xiàng)目的實(shí)施帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。改造前現(xiàn)場情況見圖2。
根據(jù)《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)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(yīng)單獨(dú)分區(qū)填埋。固化/穩(wěn)定化飛灰當(dāng)長期在生活垃圾產(chǎn)生的酸性滲瀝液浸泡下具有滲出有害物質(zhì)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，故要求分區(qū)填埋。通過方案比選，異地處置和水平分區(qū)由于需要大規(guī)模的開挖、臭氣等環(huán)境影響更大、工程建設(shè)周期長、投資較高等較難實(shí)施，故本項(xiàng)目確定采用原位治理的垂直分區(qū)方案。固化/穩(wěn)定化飛灰與生活垃圾性質(zhì)完全不同，其密度大于生活垃圾，此外，生活垃圾堆體通常會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生沉降，并繼續(xù)產(chǎn)生填埋氣和滲瀝液，因此，如何確保固化/穩(wěn)定化飛灰入場填埋后填埋場的穩(wěn)定安全，是本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵問題。
首先，為確保垃圾堆體的整體穩(wěn)定性和填埋場的運(yùn)行安全，本項(xiàng)目采取了以下幾項(xiàng)措施：（1）對垃圾壩的現(xiàn)狀及飛灰堆體加載情況下的結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)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(jìn)行了治理，通過新建生活垃圾滲瀝液抽排井的方式實(shí)現(xiàn)了生活垃圾滲瀝液的有效導(dǎo)排，通過新建填埋氣導(dǎo)排井、碎石導(dǎo)排盲溝等方式實(shí)現(xiàn)了填埋氣的有效導(dǎo)排；（3）通過勘察得到生活垃圾堆體承載力及巖土參數(shù)，并通過對不同固化/穩(wěn)定化飛灰填埋高度下生活垃圾堆體沉降量進(jìn)行軟件計(jì)算分析，確定了固化/穩(wěn)定化飛灰的填埋高度，在此基礎(chǔ)上對垃圾堆體的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確保固化/穩(wěn)定化飛灰堆體不會(huì)發(fā)生滑移，以此為依據(jù)確定地基處理方案。
其次，為防止生活垃圾堆體沉降導(dǎo)致的一系列問題，本項(xiàng)目還在以下幾個(gè)方面采取了相應(yīng)的措施：（1）填埋氣導(dǎo)排：為防止生活垃圾堆體沉降導(dǎo)致填埋氣導(dǎo)排支管與主管發(fā)生拉裂影響填埋氣的收集效果及填埋場安全，在豎向?qū)殴芘c橫向?qū)殴苓B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(tǒng)：雙層防滲結(jié)構(gòu)層中采用300~500mm厚壓實(shí)粘土，壓實(shí)粘土層既可以防止生活垃圾堆體發(fā)生不均勻沉降，其滲透系數(shù)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(tǒng)造成拉裂等影響，在庫底防滲與邊坡防滲交接處設(shè)置沉降緩沖區(qū)，邊坡防滲材料預(yù)留沉降余量，邊坡防滲層采用臨時(shí)錨固；（3）新建生活垃圾滲瀝液抽排井貫穿加筋墊層、防滲結(jié)構(gòu)層、飛灰滲瀝液導(dǎo)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(xiàng)目最終形成的垂直分區(qū)結(jié)構(gòu)層如圖3所示：在整形壓實(shí)后的生活垃圾堆體之上依次構(gòu)建固化/穩(wěn)定化飛灰填埋區(qū)的地基處理層、防滲結(jié)構(gòu)層、滲瀝液導(dǎo)排層，并在滲瀝液導(dǎo)排層之上設(shè)置了HDPE土工膜作為雨污分流膜。其中，本項(xiàng)目創(chuàng)新性地將現(xiàn)有生活垃圾填埋氣導(dǎo)排層和新建固化/穩(wěn)定化飛灰?guī)靺^(qū)地基處理結(jié)合起來，通過在碎石加筋墊層中設(shè)置橫向的填埋氣導(dǎo)排管網(wǎng)既起到了加強(qiáng)填埋氣導(dǎo)排的作用，又可以有效防止生活垃圾堆體的不均勻沉降導(dǎo)致的飛灰?guī)靺^(qū)防滲膜滲漏等影響飛灰安全填埋的問題。固化/穩(wěn)定化飛灰采用晴天填埋雨天不填埋、分區(qū)分單元填埋的方式，填埋時(shí)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(chǎn)量控制到最低，產(chǎn)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(xié)同處理。更多技術(shù)要點(diǎn)詳見專利《生活垃圾填埋場垂直分區(qū)結(jié)構(gòu)》（CN219503430U）。
根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用分區(qū)建設(shè)、分區(qū)運(yùn)行的方案，分區(qū)方案詳見圖4。本項(xiàng)目由庫區(qū)中部的進(jìn)場道路分隔成兩個(gè)大的區(qū)域，遠(yuǎn)離調(diào)節(jié)池的為上游填埋區(qū)、靠近調(diào)節(jié)池的為下游填埋區(qū)，其中，上游填埋區(qū)根據(jù)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(qū)。本項(xiàng)目首先實(shí)施條件最好的A區(qū)，再依次實(shí)施B、C區(qū)。在庫區(qū)中部和壩前設(shè)置了兩個(gè)抽排區(qū)，通過新增降水井對生活垃圾滲瀝液進(jìn)行抽排，以控制和觀測垃圾堆體液位，保障填埋場的安全運(yùn)行。
分區(qū)實(shí)施有利于項(xiàng)目的有序推進(jìn)，有利于更好地進(jìn)行施工和運(yùn)行管理，有利于減少垃圾堆體整形帶來的環(huán)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(wěn)定化飛灰的分區(qū)填埋。
本項(xiàng)目垂直分區(qū)改造完成后現(xiàn)場情況見圖5。
▲圖5 生活垃圾填埋場垂直分區(qū)改造后現(xiàn)場情況
總結(jié)
已完成：90%//////////
固化/穩(wěn)定化飛灰進(jìn)入生活垃圾填埋場分區(qū)填埋是當(dāng)前飛灰處置的主流技術(shù)且具有一定的優(yōu)勢。原位治理的垂直分區(qū)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了固化/穩(wěn)定化飛灰進(jìn)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(guī)范填埋。在飛灰資源化尚未普及的當(dāng)下，本方案可以為固化/穩(wěn)定化飛灰的分區(qū)填埋提供參考。
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