山谷型磷石膏渣场酸性工艺水渗漏分析_刘宁

环境工程2011年第29卷增刊山谷型磷石膏渣场酸性工艺水渗漏分析刘宁1徐文龙2(1.上海交通大学,上海200240;2.城市建设研究院,北京100029)摘要:我国大多数磷石膏渣场建于山谷之中,并以黏土底垫层作为防渗层。通过建立针对典型山谷型磷石膏渣场的渗流模型,使用二维有限元渗流分析方法对山谷型磷石膏渣场酸性工艺水的渗漏模式和渗漏量进行了分析。分析表明:山谷型磷石膏渣场酸性工艺水渗漏量不仅和黏土防渗层的垂直渗透系数有关,而且与黏土防渗层下部风化岩层的水平渗透性相关。如水平渗透性较大,黏土防渗层对阻止酸性工艺水流失的作用有限。分析还表明,由于谷口垂直防渗帷幕不大可能封堵住所有风化岩层中的裂隙,很难阻止渗过黏土防渗层的酸性工艺水向渣场外渗漏。关键词:磷石膏;渣场;渗流;风化岩层LEAKAGEANALYSISOFACIDWATERFROMPHOSPHOGYPSUMSTACKSCONSTRUCTEDINVALLEYESLiuNingXuWenlong(1.ShanghaiJiaoTongUniveristy,Shanghai200240,China;2.ChinaUrbanConstructionDesign&ResearchInstitute,Beijing100029,China)Abstract:MostphosphogypsumdisposalfacilitiesinChinaarelocatedinvalleysanduseclaybottomlinertominimizedownwardandlateralseepageofacidicprocesswaterintotheenvironment.Atwodimensionalseep-agemodelwasconstructedforevaluatingtheleakageofacidicprocesswaterfromatypicalvalley-typephosph-ogypsumstack.Thestudyshowsthattheleakageofacidicprocesswaterisnotonlyrelatedtoverticalpermea-bilityoftheclaybottomlinerbutalsorelatedtohorizontalpermeabilityoftheweatheredrockundertheclaybottomliner.Ifthehorizontalpermeabilityishigh,thecapacityoftheclaybottomlinertominimizedownwardseepagewillbeseriouslycompromised.Thestudyalsoshowsthattheverticalseepagebarrierconstructedattheentranceofavalleyisunlikelytoconfinetheacidicprocesswatertothestackareabecauseitcouldnotsealallrockfractures.Keywords:phosphogypsum;stack;seepage;weatheredrocks0引言磷石膏是磷化工使用磷矿石与硫酸反应制取磷酸的副产品。每生产1t的磷肥(以P2O5计)大约会产生4.5～5.5t的磷石膏[1]。由于综合利用消耗量有限,绝大部分副产磷石膏需在磷酸生产基地附近建造磷石膏渣场进行堆存。由于我国磷矿石资源主要分布在地势崎岖不平的西南山区,大型磷石膏渣场一般都属于山谷型渣场。山谷型渣场一般首先在山谷谷口建造土石初期坝,在山谷内形成初期蓄渣区,然后用水力填充的方法将磷石膏输送至初期蓄渣区贮存。待初期蓄渣区基本被磷石膏渣充满后,再以挖取磷石膏渣筑造子堤、形成新蓄渣区的方式逐步抬升渣场[2]。在蓄渣区,固体磷石膏颗粒与输送液体逐渐分离。澄清后的水一般输送回生产区,用于稀释、输送磷石膏。这些循环使用的水通常称之为工艺水,具有强酸性,且含有浓度较高的多种污染物[3]。因此,磷石膏渣场需作防渗处理。国外磷石膏渣场多在渣场底部全面铺设高密度聚乙烯膜(HDPE膜)的方式进行防渗。在我国,由于山区铺膜成本较高、技术难度大,大多数磷石膏渣场采用压实黏土或天然黏土底垫层作为防渗层。湿堆磷石膏渣场垂直渗流分析结果[2]表明:如果渗过黏土防渗层的酸性工艺水可通过黏土防渗层下部的岩层或土层不受限制地流失(如存在显著岩溶特征的地区或者存在断层或破裂带的地区),渗漏速率可达一般工业固废堆场或城市垃圾填埋场渗沥液流失速率的数十倍。然而,在无显著岩溶特征及断层和破裂带的地区,酸性工艺水的渗漏还受到黏土垫层下部岩层水平渗透性的影响。本文通过建立山谷型磷石膏