專(zhuān)利名稱(chēng)：煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，具體涉及粉煤灰對(duì)煤矸石硫污染防治不同工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
高硫煤矸石是高硫煤開(kāi)采過(guò)程中的廢棄物，由于受資源性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)設(shè)備以及市場(chǎng)變化的影響，高硫煤矸石的利用率很低，除少部分被生產(chǎn)建筑材料如生產(chǎn)水泥或做燃料等工業(yè)發(fā)展利用外，大部分仍是露天堆放形成矸石山且比例日益增大。全國(guó)已探明原煤儲(chǔ)量近1.5×1012t，我國(guó)高硫煤儲(chǔ)量占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的1/3，而煤矸石的生產(chǎn)量約為原煤產(chǎn)量的15％或更多。目前，僅我國(guó)統(tǒng)配煤礦就有矸石山1500座左右，若以全國(guó)所有煤礦計(jì)，則有各種矸石堆積場(chǎng)數(shù)萬(wàn)個(gè)。國(guó)內(nèi)已積存煤矸石約3.0Gt，占地1.2萬(wàn)ha，我國(guó)煤矸石的綜合利用尚不到15％，約300萬(wàn)t。高硫煤矸石中含有黃鐵礦，易氧化產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致煤矸石山自燃，釋放出H2S、SO2等氣體，污染大氣，同時(shí)矸石山易硫化，產(chǎn)生酸性廢水，污染土壤和水體，造成礦區(qū)景觀破壞。同時(shí)粉塵的飄浮，使本已脆弱的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境日益惡化，不僅導(dǎo)致工程災(zāi)害加劇、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、礦農(nóng)關(guān)系緊張，給礦區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活及社會(huì)安定造成極大影響，嚴(yán)重制約了礦區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。粉煤灰是我國(guó)目前燃煤電廠排放量最大的廢棄物之一，粉煤灰大多呈堿性，利用率只有40％左右，粉煤灰不僅污染環(huán)境，而且占用土地，生態(tài)恢復(fù)難度較大。如何綜合利用這兩種廢棄物，降低環(huán)境污染是礦區(qū)環(huán)境治理的焦點(diǎn)。針對(duì)高硫煤矸石中的硫污染問(wèn)題，通過(guò)堿性粉煤灰的不同添加工藝來(lái)防治硫污染，實(shí)現(xiàn)以廢治廢，同時(shí)也可改善礦區(qū)的環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有廢棄物利用低，環(huán)境污染嚴(yán)重等不足，本發(fā)明將提供一種能降低高硫煤矸石硫污染的治理技術(shù)，即利用廢棄物粉煤灰的特性采用不同工藝配比方法來(lái)有效地防治硫污染，本技術(shù)為綜合利用廢棄物，實(shí)現(xiàn)污染治理提供科學(xué)技術(shù)與方法。
完成上述發(fā)明任務(wù)的方案是煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，包括以下步驟(1)采用不同的粉煤灰和煤矸石處理工藝，粉煤灰與煤矸石分2層裝柱，每層厚20cm且粉煤灰在下層(V/V＝1∶1)，粉煤灰與煤矸石相間隔分4層裝柱，每層厚10cm且粉煤灰在下層(V/V＝1∶1∶1∶1)，各柱中的樣品同體積不同重量，各處理基質(zhì)高度保持為40cm；(2)加去離子水保持樣品處于濕潤(rùn)狀態(tài)，并達(dá)到最大飽和持水量。靜置24h后，每間隔72h用去離子水淋溶，連續(xù)淋溶直至低硫?yàn)橹梗?3)煤矸石與粉煤灰以等體積分別分2層(煤矸石為20cm，粉煤灰為20cm)配比和以等體積分4層(煤矸石和粉煤灰相間隔成4層，每層厚10cm)配比處理均能有效地提高淋濾液pH值，降低淋濾液鹽離子濃度，減少硫脫出量；(4)對(duì)硫污染防治效果中2層配比20cm厚粉煤灰處理優(yōu)于4層配比每層10cm厚粉煤灰處理，粉煤灰對(duì)淋濾液硫污染防治的貢獻(xiàn)率達(dá)到35％以上。
本發(fā)明充分挖掘了煤矸石和粉煤灰理化特性，經(jīng)過(guò)不同層次配比后淋濾，淋濾液的pH顯著提高，鹽離子濃度降低，硫含量減少，有效地防止了煤矸石的硫污染，實(shí)現(xiàn)廢棄物綜合利用。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1培養(yǎng)基質(zhì)選擇粒徑＜2mm的煤矸石和粉煤灰試驗(yàn)裝置采用柱狀淋溶裝置，淋溶柱由PVC管制成，尺寸為φ20cm×50cm。在其底部?jī)?nèi)襯濾布一層，下端開(kāi)口，淋濾液流入淋溶柱下面的燒杯中。
試驗(yàn)方案在淋溶柱中分別裝入同體積不同重量的樣品，各處理基質(zhì)高度保持為40cm。加去離子水保持樣品處于濕潤(rùn)狀態(tài)，并達(dá)到最大飽和持水量。靜置24h后，每間隔72h用去離子水淋溶，連續(xù)淋溶直至低硫?yàn)橹埂Ｔ囼?yàn)設(shè)3個(gè)處理，分別是＜2mm小粒徑煤矸石、粉煤灰與煤矸石分2層裝柱，每層厚20cm且粉煤灰在下層(V/V＝1∶1)、粉煤灰與煤矸石相間隔分4層裝柱，每層厚10cm且粉煤灰在下層(V/V＝1∶1∶1∶1)，每種處理8個(gè)重復(fù)。粉煤灰的初始pH和電導(dǎo)率(EC)分別為8.43和5.8ms/cm。
不同工藝淋濾后pH變化規(guī)律相似，其變化范圍為1.16～2.34，呈強(qiáng)酸性，隨著淋溶次數(shù)的增加，酸性略有減弱，不同層次配比的煤矸石與粉煤灰樣品淋濾液的pH變化規(guī)律相似，其酸性先增強(qiáng)，隨后基本穩(wěn)定。
樣品淋濾液的電導(dǎo)率(EC)比較穩(wěn)定，略有下降趨勢(shì)，但是變化幅度不大。添加粉煤灰后淋濾液中EC值與煤矸石相比明顯降低，濾液中離子總濃度降低。煤矸石與粉煤灰以不同分層配比的方式比較，可知4層配比的濾液中EC值均比2層配比的略大，但隨著淋溶次數(shù)的增加，其值趨于一致。說(shuō)明粉煤灰能夠降低煤矸石中離子進(jìn)入淋濾液，2層(20cm厚粉煤灰)效果略好于4層(10cm厚粉煤灰)，降低鹽離子進(jìn)入土壤和水體的可能。
隨著淋溶次數(shù)的增加，煤矸石淋濾液的硫酸根濃度都呈下降趨勢(shì)。其中未加粉煤灰的煤矸石樣品硫的析出速度較快。淋溶5次后，煤矸石淋濾液的硫濃度明顯降低，淋溶第6次后硫酸根離子濃度逐漸趨于穩(wěn)定。煤矸石樣品硫酸根的濃度由178.75mg/ml下降至76mg/ml；而添加堿性粉煤灰的樣品，其淋濾液析出硫酸根的濃度明顯低于純煤矸石的處理。添加粉煤灰的兩種不同處理工藝對(duì)淋濾液硫酸根濃度影響相對(duì)比較穩(wěn)定，2層配比的淋濾液硫酸根濃度由43.63mg/ml降至27.13mg/ml，4層配比淋濾液硫酸根濃度由34.57mg/ml降至29.57mg/ml。粉煤灰添加降低了淋濾液中硫酸根濃度，即降低了煤矸石對(duì)土壤和水體的酸化與硫污染，粉煤灰貢獻(xiàn)率達(dá)到40％。
實(shí)施例2，基本試驗(yàn)裝置及配比處理同實(shí)施例1，煤矸石粒徑為2-5mm的大粒徑。2層配比煤矸石與粉煤灰較4層配比對(duì)硫污染的防治效果好，提高了淋濾液pH值，減少鹽離子濃度，降低硫酸根含量，粉煤灰貢獻(xiàn)率達(dá)到64％。
實(shí)施例3與實(shí)施例2基本相同，試驗(yàn)裝置變?yōu)棣?0cm×50cm，2層配比煤矸石與粉煤灰較4層配比對(duì)硫污染的防治效果好，提高了淋濾液pH值，減少鹽離子濃度，降低硫酸根含量，粉煤灰貢獻(xiàn)率達(dá)到38％。
實(shí)施例4基本試驗(yàn)裝置及配比處理同實(shí)施例1，在不同配比的基質(zhì)中粉煤灰添加了解磷細(xì)菌，煤矸石中添加了脫硫硫桿菌，2層配比煤矸石與粉煤灰較4層配比對(duì)硫污染的防治效果好，提高了淋濾液pH值，減少鹽離子濃度，降低硫酸根含量，粉煤灰貢獻(xiàn)率達(dá)到50％。
權(quán)利要求
1.煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，其特征在于包括以下步驟(1)采用不同的粉煤灰和煤矸石處理工藝，粉煤灰與煤矸石分2層裝柱，每層厚20cm且粉煤灰在下層(V/V＝1∶1)，粉煤灰與煤矸石相間隔分4層裝柱，每層厚10cm且粉煤灰在下層(V/V＝1∶1∶1∶1)，各柱中的樣品同體積不同重量，各處理基質(zhì)高度保持為40cm；(2)加去離子水保持樣品處于濕潤(rùn)狀態(tài)，并達(dá)到最大飽和持水量，靜置24h后，每間隔72h用去離子水淋溶，連續(xù)淋溶直至低硫?yàn)橹梗?3)煤矸石與粉煤灰以等體積分別分2層(煤矸石為20cm，粉煤灰為20cm)配比和以等體積分4層(煤矸石和粉煤灰相間隔成4層，每層厚10cm)配比處理均能有效地提高淋濾液pH值，降低淋濾液鹽離子濃度，減少硫脫出量；(4)對(duì)硫污染防治效果中2層配比20cm厚粉煤灰處理優(yōu)于4層配比每層10cm厚粉煤灰處理，粉煤灰對(duì)淋濾液硫污染防治的貢獻(xiàn)率達(dá)到35％以上。
2.按照權(quán)利1要求所述的煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，其特征在于，比常規(guī)的煤矸石治理添加了燃煤廢棄物粉煤灰這一步驟，實(shí)現(xiàn)了以廢制廢。
3.按照權(quán)利2要求所述的煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，其特征在于，堿性粉煤灰采用不同分層添加方式，對(duì)煤矸石硫污染防治產(chǎn)生不同的效果。
4.按照權(quán)利1或2或3要求所述的煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，其特征在于，2層配比20cm厚粉煤灰優(yōu)于4層配比每層10cm厚粉煤灰，能夠有效地提高淋濾液pH值，降低淋濾液鹽離子濃度，減少硫脫出量。
5.按照權(quán)利1或2或3或4要求所述的煤系固體廢棄物硫污染綜合防治工藝及技術(shù)，其特征在于，2層配比20cm厚粉煤灰優(yōu)于4層配比每層10cm厚粉煤灰，粉煤灰對(duì)淋濾液硫污染防治貢獻(xiàn)率達(dá)到35％以上。
全文摘要
根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原理，利用廢棄物粉煤灰的堿性來(lái)解決煤矸石硫污染問(wèn)題。采用柱狀淋溶方法，通過(guò)粉煤灰與煤矸石的不同配比工藝來(lái)解決煤矸石硫污染，降低煤矸石硫化對(duì)土壤和水體產(chǎn)生的污染。不同粒徑的煤矸石分別與粉煤灰以等體積分2層(煤矸石為20cm，粉煤灰為20cm，粉煤灰在下層)配比和以等體積分4層(煤矸石和粉煤灰相間隔成4層，每層厚10cm，粉煤灰在下層)配比處理均能有效地提高淋濾液pH值，降低淋濾液鹽離子濃度，減少硫脫出量。對(duì)硫污染防治效果中2層配比20cm厚粉煤灰處理優(yōu)于4層配比每層10cm厚粉煤灰處理，粉煤灰對(duì)淋濾液硫污染防治的貢獻(xiàn)率最高達(dá)到64％，顯示了粉煤灰在煤矸石硫污染治理中較好的應(yīng)用潛力。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101053871SQ20071009961
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者畢銀麗, 蘇高華 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)