某矿区历史遗留氰化废渣处置的设计实例

谷泓坤

（湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100）

某矿区历史遗留氰化废渣处置的设计实例

谷泓坤

（湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100）

通过对矿区历史遗留氰化废渣实地调查及定性、定量分析，采用经济、合理的处置工艺解决该矿区历史遗留环境问题。工程设计采用安全填埋的处置工艺，并配套设置截排洪、渗滤液收集及处理、地下水导排等系统，确保氰化废渣及渗滤液得到科学、合理的处置。工程的实施取得了良好的社会效益和环境效益。

历史遗留；氰化废渣；安全填埋；渗滤液

20世纪90年代，湖南省某县境内发现零星金矿，引发乱采滥挖的氰化淘金活动，随后，经整治改由村组集体开采，因缺乏技术与资金，仍旧采用氰化淘金和土法焙烧的方法炼金。该矿区就是典型的历史上民众较集中采用氰化工艺浸出选金的一个区域。经多年整治，现虽取缔了区域落后淘金方法和生产企业，但采用氰化工序产生的废渣的堆存污染问题仍没有得到妥善解决，群众要求处置历史遗留氰化废渣的呼声也日趋强烈。堆存废渣对周边地下水和土壤造成了不同程度的污染，致使流域污染范围进一步扩大，污染程度进一步加剧，沿线群众正常生产、生活遭受更加严重的影响，甚至危害到湘江。

1 工程背景

1.1 氰化废渣成分

本项目氰化废渣是在氰化选金过程中产生的一种工业固体废弃物，其主要化学成分有金、铜、铅、锌、砷、镉、汞等元素。建设单位委托相关部门进行检测分析，氰化废渣中的各成分含量见表1。

根据上述分析结果，该氰化废渣中所含的金属元素种类较多，品位较低，无资源综合利用的价值。

1.2 氰化废渣数量

建设单位委托具有资质的测绘单位对该矿区内堆存的氰化废渣进行了测量和计算。最终测算出矿区需处置的氰化废渣贮存量为34万m3，按堆积密度为2.3 t／m3计，氰化废渣量共78.2万t。

表1 氰化废渣多元素成分表%

1.3 氰化废渣性质

建设单位委托具有资质的监测单位对该矿区内堆存的氰化废渣进行了取样分析、化验，取样方法为在各堆场内随意布点［1～4］，挖深1 m后取样并对其浸出毒性进行了分析［5，6］，分析、化验结果见表2。

根据表2并结合《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》鉴别，本项目氰化废渣硫酸硝酸法浸出结果均未超过《危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别》的标准值，同时根据《危险废物鉴别标准——腐蚀性鉴别》，氰化废渣的pH值均在2.0～12.5，因此确定该氰化废渣属一般工业固体废物。

根据表2并结合《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》中第Ⅰ、Ⅱ类一般工业固体废物的定义鉴别，该氰化废渣水平振荡法浸出结果主要为砷、氰化物，超出污水综合排放标准（GB8978－1996）最高允许排放浓度。

表2 氰化废渣堆毒性浸出试验结果mg／L

综上所述，该氰化废渣定性为第Ⅱ类一般工业固体废物。

2 处置方案设计

固体废物处置的总原则是减量化、资源化和无害化，本项目所处置的氰化废渣属于无机废渣，不宜采用“焚烧法”处置。由表1可知，该废渣无资源综合利用的价值，因此，通过综合比选，设计采用“安全填埋法”［7］对项目区历史遗留的氰化废渣进行处置，以减少含重金属的废水溢出污染下游水体和下渗污染地下水。

工艺流程如图1所示。

图1 处理工艺流程图

3 场址选择

根据项目区实际情况，选定距离氰化废渣堆较近的一处山谷作为本项目安全填埋场建设用地。该场址符合当地城乡建设总体规划要求；位于工业区和居民集中区主导风向下风侧；周边500 m范围内无厂矿企业、学校、居民集中居住区、河流、水库及其它敏感环境目标；地基防渗性能好，天然基础层地表距地下水位的距离大于1.5 m；场地呈带状冲沟，周边地表分水岭明显；场地及附近无断层、断层破碎带、结构性地质活动迹象、场地塌陷、溶洞区以及天然滑坡或泥石流等地质灾害，能够满足设计规范要求。同时，该场址通过了县国土、规划等部门的认可和批复。

4 填埋场设计方案

该氰化废渣填埋场区有以下设施：安全填埋库、截污坝、监测井以及渗滤液收集及处理系统等。将氰化废渣安全填埋库布置在场区中部及南部山谷内，有利于扩大填埋库库容；所处置的废渣为氰化废渣，设计考虑堆存废渣时，每隔一定厚度（约5 m），加入一定量漂白粉（铺设约0.1 m厚），以减轻后续渗滤液处理系统的氰化物负荷；渗滤液收集及处理系统布置在截污坝下游，使渗滤液收集能够自流收集；填埋场四周设置5个地下水监测井：包括1个背景监测井、3个污染扩散监测井、1个污染监测井；填埋库周边利用开挖边坡或道路设置宽10 m绿化隔离带。

4.1 填埋库整形及容量计算

4.1.1 填埋库整形

为了便于防渗层的铺设和渗滤液的收集，设计在铺设防渗层之前对填埋库区进行场地整形。填埋库场底基本上沿沟底布置，截污坝附近库底平整设计标高为375.0 m，谷底线向沟上游形成2%的纵向坡度，谷底线两侧形成2%的横坡，场底最大宽度约25 m，长约65 m，标高为375.0～380.0 m，有利渗滤液收集系统和地下水疏排系统的布置；边坡平整从场底开始，结合地形坡度和工程地质情况，按修整坡度升高至410.0 m锚固平台，并在其间每升高5 m设置锚固平台。根据原始地形图以及填埋库布置，利用断面法（每个断面之间的距离为5 m）可计算出填埋库土石方工程量为：挖方40 300 m3、填方6 500 m3，部分符合要求的余土作为封场覆土材料，石方可作筑路材料。

4.1.2 库容计算

根据填埋库原始地形图及场地现状、填埋库整形后的布置以及封场要求，利用断面法（每个断面之间的距离为5 m）可计算出填埋库总有效库容约为35.21万m3，能满足本项目处置34万m3氰化废渣的需求。

4.2 防渗层结构设计

库区防渗方案采用水平防渗［8，9］，根据国家有关标准中第Ⅱ类一般工业固体废物填埋场的要求并结合本项目地质勘察报告书，本设计选择HDPE防渗膜［10，11］作为填埋场的防渗材料。

4.2.1 库底防渗

库底防渗层结构由下及上依次为：1.0 m厚粘土保护层、1.5 mm光面HDPE土工膜、30 kN／m无纺土工布、0.3 m厚卵石渗滤液导流层、15 kN／m有纺土工布。其中粘土保护层选择场内含细颗粒成分较多的粘土，剔除杂物和碎石，在保持一定含水率的条件下分层碾压，达到密实度为93%，渗透系数小于1×10－7cm／s。

4.2.2 边坡防渗

边坡防渗层结构由下向上依次为：30 kN／m无纺土工布、1.5 mm糙面HDPE土工膜、30 kN／m无纺土工布、HDPE复合土工排水网格（5.0 mm）。

4.3 清污分流系统设计

4.3.1 场外截排洪

为尽量减少降雨进入填埋场内，维护填埋作业安全和减少渗滤液的产生量，设计在填埋场周围一定标高设置截洪沟，防洪标准按100年一遇设计，在库区一定标高处及库区外围，分别设置临时和永久截洪沟。永久截洪沟采用梯形断面，用现浇混凝土护底护坡；临时截洪沟采用矩形断面，断面尺寸0.8 m×0.8 m，浆砌石块护底护坡，各截洪沟底纵坡均为5‰。

4.3.2 地下水导排

在场底设计地下水导排系统，主要的作用是在填埋场使用过程中和终场后，将通过边坡和地下渗透进入填埋区的雨水和部分可能存在的地下水安全排出场外，以保证填埋基底的稳定性。在库区内沿场底由西南向东北布置地下水导排主盲沟，沟中埋设DN315～400HDPE穿孔花管［12］，管周围用碎石填充，沟用15 kN／m土工布［13，14］包裹；在场地支沟处布置地下水导排次盲沟，沟中埋设DN200HDPE穿孔花管，管周围用碎石填充，沟用15 kN／m土工布包裹，将地下水排出库区至自然水体内。

4.3.3 渗滤液导排系统

固体废物在填埋过程中或填埋场封场后都有渗滤液排出，渗滤液是固体废物填埋场危害环境的主要污染源，必须对其进行有效的收集，收集后对其进行有效处理达标后排放。设计在库区边坡采用5.0 mmHDPE复合土工排水网格导流，同时起到保护下层防渗膜的作用；在场底铺设0.3 m厚的卵石作导流层，其上覆15 kN／m有纺土工布作保护层，防止被固体废物损坏或堵塞，同时在场底谷沟由南向北设置主盲沟，沟中埋设DN400HDPE穿孔管作导流主管，坡度为2.0%，次盲沟每间隔一定距离布设，沟中埋设DN200HDPE穿孔管作导流支管，坡度为2.0%，与导流主管相接，形成排渗导流管网。

4.4 气体导排系统设计

由于所处置的废渣实为氰化废渣与受污染土壤的渣土混合物，为防止填埋的废物因物理、化学或生物作用所产生的气体可能对封场后的顶部隔断层产生破坏，本设计在封场区域废物表面设导气石笼，并在石笼一线每隔约50 m设竖向排气管，排气管底部与石笼连接，向上穿过顶部封场覆盖层，将可能产生的填埋气体排出场外。

4.5 封场设计

填埋库中废物达到填埋设计标高后需进行终场覆盖，以达到阻止风与雨的侵蚀、减少地表水渗透到废物层、减少渗滤液的产生量，同时导排填埋废物可能产生的废气，并且保持安全填埋场顶部的美观及持续生态系统的作用［8］。

本设计最终填埋完成面最大坡度按1∶3考虑，坡面以1∶3坡度向上，标高每升高5 m，设置一个5 m的控制平台，一直达到最终封场设计标高，然后按5%以上的坡度由中间坡向两侧，形成鱼背状，便于排水。每个控制平台内侧设置排水沟，沟断面尺寸0.4 m×0.4 m。

封场结构由下及上依次为：15 kN／m无纺土工布、0.3 m碎石层、15 kN／m无纺土工布、0.3 m粘土层（渗透系数小于1×10－7cm／s）、1.5 mm HDPE糙面土工膜、30 kN／m无纺土工布、0.3 m卵石层、15 kN／m无纺土工布、0.7 m耕植土层、植草绿化，形成包括底层、防渗层、排水层、保护层及植被恢复层的多层封场结构。

4.6 截污坝设计

根据库容需求量、地勘报告并结合场地实际情况，设计在库区东北角设置一座截污坝，以阻拦库区内氰化废渣及渗滤液外泄，截污坝采用浆砌石重力坝，坝顶标高390.0 m、坝顶宽5.0 m、坝高18.0 m、坝长37.0 m，上游坡比1∶0.4、下游坡比1∶0.5；在下游坡面上每6 m高设一道2 m宽的马道；内坡防渗系统与库区边坡一致。

4.7 渗滤液处理系统设计

含重金属废渣的渗滤液危害极大，必须进行处理达标后方可外排。根据项目环评批复要求，渗滤液处理后出水须达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）一级排放标准后达标排放。

利用渗滤液产生量的经验公式［15］，综合考虑雨季时渗滤液的增加及渗滤液处理的安全性，本工程的污水处理总规模定为100 m3／d，渗滤液处理设施间歇运行；通过计算［15］本项目需设置一座容积600 m3的调节池；渗滤液处理工艺采用“空气氧化—铁盐—碱—PAM絮凝”化学处理工艺，沉淀池产生的沉渣通过板框压滤机进行固液分离，污泥经过脱水后安全处置或交由有资质的单位进行处理；封场后，渗滤液处理及其处理后的排放水的监测系统继续维持正常运转，直至水质稳定为止。

5 投资估算

项目总投资8 087.74万元，其中：工程建设投资4 604.03万元，填埋期废渣运输、填埋作业及渗滤液运行等费用3 483.71万元。

6 结语

本设计在对该矿区历史遗留氰化废渣进行充分调查、采样、分析的基础上，确定了氰化废渣的量及性质。根据项目区实际情况并结合填埋场场址地形、地貌特点，采用“安全填埋法”对遗存的氰化废渣进行处置，能够彻底解决矿区历史遗留氰化废渣对周边环境的影响。经计算，通过本工程的实施，每年可削减向周边水体排放As115.2 kg／a，Pb 2 kg／a，氰化物47.6 kg／a，从源头持续减轻重金属对周边水体乃至湘江流域的污染压力，并明显改善当地生态环境。

［1］ HJ／T298－2007，危险废物鉴别技术规范［S］.

［2］ GB5085.3－2007，危险废物鉴别标准——浸出毒性鉴别［S］.

［3］ GB5085.1－2007，危险废物鉴别标准——腐蚀性鉴别［S］.

［4］ GB8978－1996，污水综合排放标准［S］.

［5］ HJ／T299－2007，固体废物浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法［S］.

［6］ HJ557－2010，固体废物浸出毒性浸出方法——水平振荡法［S］.

［7］ 聂永丰.三废处理工程技术手册——固体废物卷［M］.北京：化学工业出版社，2000.611－729.

［8］ GB18599－2001，一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准［S］.

［9］ CJJ113－2007，生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范［S］.

［10］CJ／T234－2006，垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜［S］.

［11］GB／T17643－2011，土工合成材料聚乙烯土工膜［S］.

［12］GB／T 13663－2000，给水用聚乙烯（PE）管材［S］.

［13］GB／T17639－2008，土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布［S］.

［14］GB／T50290－2014，土工合成材料应用技术规范［S］.

［15］GB50869－2013，生活垃圾卫生填埋处理技术规范［S］.

Design Exam p le on Disposal of Cyanide W aste Left Over by History in a Certain Mining Area

GU Hong-kun
（Hunan Research Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410100，China）

left over by history；cyanide waste；safety landfill；percolate

X758

A

1003－5540（2017）01－0061－05

2016－10－28

谷泓坤（1980－），男，工程师，主要从事环境工程设计与咨询工作。

Abstract：Through field investigation，qualitative and quantitative analysis of cyanide waste in the mining area，the engineering design uses economic and reasonable disposal technology to solve the environmental problems leftover by history.The engineering design uses safety landfill disposal process，meanwhile sets assorted processing system of the rainwater drainage，the percolate collection and treatment，the groundwater drainage and so on，to ensure the scientific and reasonable disposal of cyanide waste and percolate.The implementation of the project has achieved good social benefits and environmental benefits.