利用閉庫尾礦庫土地資源開發(fā)固廢堆場應(yīng)用與實(shí)踐

曾霄祥，黃廣黎，尹清海，劉 濤，曹其光

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

馬鞍山市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)帶來的“三廢”污染問題越來越突出，在習(xí)總書記提出“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念后，經(jīng)過近幾年的環(huán)境綜合整治,馬鞍山市的水污染和大氣污染基本得到遏制，但工業(yè)固體廢物的污染未有明顯改善。首先限于資金、技術(shù)水平等，大量的固體廢棄物不能變廢為寶，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，同時(shí)受限于馬鞍山?jīng)]有一個(gè)一般固體廢物集中處理的場所，使得企業(yè)對(duì)產(chǎn)生的固廢采取非法轉(zhuǎn)移傾倒，也因此造成了一系列的生態(tài)破壞問題，直接影響了馬鞍山市環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)和諧發(fā)展。如何合理有效的對(duì)工業(yè)固體廢物進(jìn)行集中處理已成為亟需解決的問題。

1 馬鞍山固廢現(xiàn)狀及處置方式

1.1 固體廢物的產(chǎn)生量與構(gòu)成

馬鞍山市工業(yè)固體廢物的構(gòu)成以尾礦居首，達(dá)922.75萬噸，占總量的38.70%；冶煉廢渣其次，為842.53萬噸，占總量的35.34%；排在三到六位的分別是粉煤灰、污泥、爐渣和脫硫石膏，產(chǎn)生量依次為212.18萬噸、89.89萬噸、56.86萬噸和28.31萬噸。上述各類固體廢物除尾礦外綜合利用率均超過了85%。

1.2 固體廢物處理處置與綜合利用現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查，2017年馬鞍山市工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為2179.93萬噸，較2016年降低2.17%；綜合利用量2016.68萬噸，處置量19.19萬噸，工業(yè)固體廢物處置利用率為93.4%。

目前馬鞍山市的工業(yè)固體廢物處置狀況主要是回收再利用、垃圾填埋。工業(yè)固廢一般在處置之前均會(huì)進(jìn)行不同程度的回收利用，且進(jìn)入填埋場后也會(huì)被相關(guān)人員進(jìn)行再分撿。對(duì)于邊角廢料的回收利用因行業(yè)有所不同，如機(jī)電行業(yè)的邊角廢料，回收利用率較高；包裝物品一般可以做到100%回收利用；而一般污水污泥因技術(shù)等原因資源化利用率較低，除部分進(jìn)向山污泥處置中心外，大部分需要進(jìn)行填埋最終處置，比較典型的為金星鈦白的鈦石膏。工業(yè)固廢部分在前期被回收利用后，剩余部分同生活垃圾一起進(jìn)入了城鎮(zhèn)生活垃圾填埋場進(jìn)行填埋處理。自馬鞍山生活垃圾填埋場封場以來，部分工業(yè)固廢出現(xiàn)了亂堆亂倒的情況。

2 馬鞍山固廢II類堆場建設(shè)的意義

（1）避免以后固廢污染對(duì)人類生存環(huán)境和身體健康造成極大威脅。

工業(yè)固體廢物污染具有潛在性和長期性的特點(diǎn)。從表面上看，其對(duì)環(huán)境的污染并不明顯，易被忽視，但其危害作用持續(xù)時(shí)間長，固廢污染后果一旦表現(xiàn)出來就難以在短期內(nèi)清除，而且成本巨大[1，2]。

（2）對(duì)二類工業(yè)固體廢棄物的無害化處置，是鞏固馬鞍山市及周邊地區(qū)水、廢氣治理成果的需求。

廢水、廢氣的治理過程就是把大部分污染物轉(zhuǎn)化為固態(tài)和半固態(tài)成為工業(yè)固體廢物的過程。工業(yè)固廢對(duì)環(huán)境的污染又主要通過對(duì)水體、大氣、土壤環(huán)境質(zhì)量造成破壞的方式表現(xiàn)出來。這些固廢如果得不到妥善處置，將使廢水、廢氣的治理成果前功盡棄[3，4]。

（3）二類工業(yè)固體廢棄物集中處理處置，可以形成規(guī)模經(jīng)營，從而降低二類工業(yè)固廢的處理處置成本，帶來規(guī)模效益。

處置處理工業(yè)廢物工程管理系統(tǒng)復(fù)雜嚴(yán)密，技術(shù)要求高，且對(duì)污染物排放控制嚴(yán)格，不僅要投入大量成本，而且需要有強(qiáng)大的技術(shù)力量做后盾。只有集中財(cái)力、物力，建設(shè)有一定規(guī)模、技術(shù)先進(jìn)可靠、管理系統(tǒng)嚴(yán)密、有完善的污染防治配套設(shè)備的固廢填埋場，才能降低投資和運(yùn)行成本，使工業(yè)固廢的處置費(fèi)用維持在可被排污單位接受的承受范圍之內(nèi)，否則會(huì)制約社會(huì)與企業(yè)發(fā)展，影響投資環(huán)境。

3 馬鞍山固廢II類堆場的選址

3.1 馬鞍山市一般工業(yè)固廢填埋場的選址確定

按照固廢填埋場選址原則，初步選定馬鞍山向龍選礦廠尾礦庫、超山綠松石礦廢棄采坑、黃梅山鐵礦廢棄采坑三個(gè)場所作為備選場址。

3.1.1 馬鞍山向龍選礦廠尾礦庫

（1）地理位置。向龍選礦廠尾礦庫坐落于馬鞍山市向山鎮(zhèn)杜南莊村。場地南與馬鋼凹山尾礦庫相鄰，西與原向山硫鐵礦馬山排土場和廟山毗鄰，北面有較為開闊的農(nóng)田。尾礦庫有簡易公路通往馬鞍山，其交通條件較為便利。

（2）尾礦庫現(xiàn)狀基本情況。向龍選礦廠尾礦庫2017年年底停止排尾，目前堆置標(biāo)高+43m，庫內(nèi)有少量積水。尾礦壩筑壩材料為排土場廢棄土+土工布，壩頂標(biāo)高+43m，尾礦壩主壩最大壩高約21m，壩頂寬度4m，主壩臺(tái)階外坡比1：2.5，總坡比1：4。副壩外坡比分別為1：2.4和1：2.5，壩頂寬度4m ，1號(hào)副壩位于尾礦庫西南側(cè)，壩高13m。2號(hào)副壩位于尾礦庫東南側(cè)，壩高6m。尾礦庫庫區(qū)匯水面積0.128km2，庫區(qū)周邊500m范圍內(nèi)沒有居民。故選擇向龍選礦廠尾礦庫作為馬鞍山一般工業(yè)固廢填埋場場址。按照庫容和壩高分類標(biāo)準(zhǔn)，該庫為五等庫。

表1 選址比選表

3.1.2 馬鞍山超山綠松石礦廢棄采坑

（1）地理位置。馬鞍山市超山綠松石礦位于馬鞍山市南東9km，距銀塘鎮(zhèn)北東約3km處，礦區(qū)東部與山北村、毛家橋村兩個(gè)自然村相近。礦區(qū)有礦山公路與鄰近的黃梅山鐵礦及銀塘鎮(zhèn)相通，馬蕪高速公路通過超山東部外圍，常合高速公路通過超山南部外圍。交通便利。

（2）礦山現(xiàn)狀基本情況。超山綠松石礦采用自上而下分臺(tái)階露天采礦方法。目前已停產(chǎn)多年，即將進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。超山綠松石礦為凹陷露天采場，目前采場開采最低標(biāo)高-34m，露天境界封閉圈標(biāo)高+20m，采坑深度約為50m，采坑上口面積6.50hm2，下口尺寸2.23 hm2。目前采場西北側(cè)形成了50-60m的高陡邊幫，需要進(jìn)行治理。該露天采場距離周邊民居較近，采場東南約40m有兩間民房，已被礦方租用，東20m外分布一些民房。采場東側(cè)最近40m為馬蕪高速公路。周圍環(huán)境復(fù)雜。

3.1.3 馬鞍山黃梅山鐵礦廢棄采坑

（1）地理位置。黃梅山鐵礦位于銀塘鎮(zhèn)北部，馬蕪高速公路黃梅山隧道西側(cè)，礦區(qū)西側(cè)緊鄰銀環(huán)路，北側(cè)緊鄰002鄉(xiāng)道，交通便利。

（2）礦山現(xiàn)狀基本情況。黃梅山鐵礦隸屬于安徽長江礦業(yè)有限公司，目前采礦證仍處于有效期，坑底尚有100多萬噸礦產(chǎn)尚未開采。采坑占地面積約20km2，目前形成了南北兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的采坑，采坑深度約為60m，坑底現(xiàn)有大量的廢水。采坑北側(cè)約300m為馬鞍山軍分區(qū)靶場，西側(cè)為長江礦業(yè)礦部和機(jī)械廠，東側(cè)為黃梅山隧道，南部為銀塘鎮(zhèn)，擬選址300m內(nèi)有村莊，搬遷難度較大。

3.1.4 項(xiàng)目選址限制性因素分析

主要從占地面積、庫容場場址選擇的環(huán)境保護(hù)要求等對(duì)擬選場地進(jìn)行分析。見表1。

4 馬鞍山一般工業(yè)固廢II類堆場主體工程設(shè)計(jì)

以閉庫后的向龍選礦廠為場址進(jìn)行馬鞍山一般工業(yè)固廢II類堆場的設(shè)計(jì)，主體工程設(shè)計(jì)方案如下。

4.1 填埋庫區(qū)平面布置

整個(gè)填埋庫區(qū)呈矩形，東西向長250m，南北向?qū)?10m。填埋庫區(qū)東側(cè)為尾礦庫主壩體，西側(cè)為凹山總尾礦庫南山凹主壩壩腳集水坑。填埋庫區(qū)通過中間分隔成Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)、Ⅲ號(hào)、Ⅳ號(hào)填埋區(qū)，四個(gè)區(qū)近似長方形，Ⅰ號(hào)填埋區(qū)尺寸為180m×123m，面積2.33萬m3；Ⅱ號(hào)填埋區(qū)尺寸為180m×109m，面積1.92萬m3；Ⅲ號(hào)填埋區(qū)尺寸為192m×118m，面積1.94萬m3；IV號(hào)填埋區(qū)尺寸為192m×114m，面積2.40萬m3。四個(gè)填埋區(qū)，各區(qū)均設(shè)置獨(dú)立的滲瀝液收集與導(dǎo)排系統(tǒng)、地下水收集與導(dǎo)排系統(tǒng)以利于雨污分流。

4.2 設(shè)計(jì)庫容

根據(jù)填埋庫區(qū)豎向布置論證結(jié)果，向龍尾礦庫庫區(qū)頂標(biāo)高為+43m，尾礦庫外側(cè)主壩總外坡比約為1：4.0，壩頂寬度4.5m，1號(hào)及2號(hào)副壩壩高分別為11m和9m，外坡比分別為1:2.67和1:2.54，壩頂寬度分別為3.7m和5～15m。壩坡面植被良好，且壩體坡比滿足規(guī)范要求。填埋庫區(qū)地基處理后最低點(diǎn)標(biāo)高+43.5m，最高點(diǎn)標(biāo)高約+45m，平均為44.5m，填埋封場坡頂標(biāo)高為61.5m，堆體邊坡平均坡比1:3，采用分層體積累加法進(jìn)行庫容計(jì)算，得到填埋庫區(qū)設(shè)計(jì)總庫容約107.61×104m3。

4.3 攔擋壩工程

填埋庫區(qū)坡腳修建攔擋壩，攔擋壩壩頂標(biāo)高+46.5m，壩頂寬度2米，其內(nèi)外坡坡比均為 1：2，由于地基處理后基礎(chǔ)標(biāo)高最低+43.5m，最高點(diǎn)標(biāo)高+45.5m，攔擋壩最大高度3.0m，最小高度1.0m，攔擋壩外側(cè)修建排水溝，攔擋壩外側(cè)邊坡植草護(hù)坡，攔擋壩內(nèi)坡鋪設(shè)1.5mm厚HDPE土工膜防滲。設(shè)計(jì)攔擋壩為粘土壩，采用機(jī)械分層碾壓，攔擋壩填土壓實(shí)度≥96%。

4.4 填埋場設(shè)計(jì)

填埋場經(jīng)地基處理后最低點(diǎn)標(biāo)高+43.5m，填埋場四周設(shè)置攔擋壩，攔擋壩的頂標(biāo)高為+45.5m，最大高度為2m，攔擋壩的內(nèi)外坡坡比為1：2。攔擋壩上部為堆積壩，堆積壩的總高度為15m，填埋場總高度為17m，總體坡比為1:3，尾礦庫的最大高度為20m，總高度為37m，總坡比為1:3.55。

堆積壩分為5個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階高度為3m，臺(tái)階坡比為1:2，臺(tái)階之間預(yù)留平臺(tái)，平臺(tái)寬度為4m，各平臺(tái)設(shè)錨固溝，平臺(tái)內(nèi)側(cè)修建環(huán)庫磚砌排水溝，排水溝內(nèi)側(cè)斷面為40cm×40cm。攔擋壩內(nèi)坡面鋪設(shè)土工膜防滲，堆積壩外坡鋪設(shè)土工膜封場。

4.5 滲瀝液調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)池設(shè)置在庫區(qū)西南側(cè)與填埋區(qū)交接處。南北方向長50m，東西方向?qū)?0m，占地面積1000m2。通過分析場址地質(zhì)條件，經(jīng)計(jì)算確定庫區(qū)邊坡的開挖坡度控制在4.4m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。池底標(biāo)高+39m，池頂為周邊地面標(biāo)高+43m，平均深度4m，總?cè)莘e4000m3，池頂設(shè)不銹鋼欄桿。調(diào)節(jié)池池底及池壁涂再生膠瀝青(水乳型)防水膜，采用一布兩涂，中間布采用100g/m2聚酯布。

4.6 集水坑治理設(shè)計(jì)

（1）排水涵管封堵。在排水涵管下游壩前位置，對(duì)排水涵管進(jìn)行封堵，對(duì)下游排水涵管進(jìn)水口進(jìn)行封堵前，預(yù)埋排水管，排水管為2根，排水管采用DN200的UPVC管，排水管伸入涵管段長10.0m，深入段管壁間距80mm進(jìn)行梅花形打孔，孔徑15mm，管身外包300g/m2加筋土工布?；炷凉酀{在涵管口也采用厚度300mm的C20混凝土砌筑擋墻，然后采用C20自密實(shí)稀釋速凝混凝土進(jìn)行灌漿封堵，封堵段長度5.0m。

（2）排水井加固。對(duì)排水井內(nèi)側(cè)底部采用C20混凝土進(jìn)行加固（留涵管入口），加固至井頂標(biāo)高，同時(shí)作為加高排水井的基座。排水井上采用直徑1.5m的混凝土涵管進(jìn)行加高，高度9m，高出覆土后的庫尾面1m，并加蓋。

（3）集水坑排水設(shè)計(jì)。集水坑采用碎石土進(jìn)行回填（夯填），在凹山總尾礦庫南山凹主壩初期壩+40.0m位置處及現(xiàn)狀排水井頂面處，沿壩坡面鋪設(shè)1.5m×1.5m的碎石盲溝坡度1%，內(nèi)設(shè)DN300的排滲盲溝管，凹山總尾礦庫南山凹主壩坡面鋪置500g/m2的土工布，土工布與凹山總尾礦庫南山凹主壩坡面之間鋪設(shè)20cm厚卵石保護(hù)層。在排水井與凹山總尾礦庫南山凹主壩初期壩之間增設(shè)兩條1.5m×1.5m的碎石盲溝，與無砂混凝土涵管相連，用于排出初期壩滲水。在凹山總尾礦庫南山凹主壩右側(cè)，與平行于壩體的碎石盲溝出口處挖埋DN600的鋼筋混凝土涵管，管底標(biāo)高+40m。

4.7 封場設(shè)計(jì)

封場覆蓋系統(tǒng)的目的是將填埋廢物、滲瀝液和填埋氣包覆起來，同時(shí)防止雨水、空氣和動(dòng)物進(jìn)入其中。

本次封場設(shè)計(jì)從上到下敘述如下：

（1）表土層：最少300mm厚耕植土，覆蓋整個(gè)最后修復(fù)的表面。此層土壤為營養(yǎng)豐富的耕植土。

（2）覆蓋土層：最少 200mm厚粘土，覆蓋整個(gè)最后修復(fù)的表面。

（3）滲入水防滲層：1mm厚的HDPE膜。

（4）膜下保護(hù)土層：填埋場表明滿鋪10cm的粉質(zhì)粘土保護(hù)HDPE膜。

封場后頂面坡度為5%。

5 馬鞍山一般工業(yè)固廢II類堆場的試運(yùn)行

固廢堆場一期工程按設(shè)計(jì)施工完成后進(jìn)入試運(yùn)行階段，填埋I區(qū)已開始堆存II類一般工業(yè)固體廢棄物，目前運(yùn)行良好。

6 結(jié)語

不進(jìn)行尾砂回采的尾礦庫閉庫后多直接進(jìn)行復(fù)墾，而以閉庫后的尾礦庫改建作為固廢堆場場址然后進(jìn)行固廢堆存后再進(jìn)行閉庫，可以更加充分的利用土地資源，減少尾礦庫的復(fù)綠資金。該工程在馬鞍山的成功實(shí)施對(duì)未來閉庫后尾礦庫的綜合利用具有一定的借鑒作用。