矿区环境污染及污染源
目前,我国环境问题日趋严重,环境污染和生态破坏已成为社会发展的制约因素。煤炭的生产和加工利用是当前我国最大的污染源。废气、废水、废渣的排放量大,污染面广,矿区的大气、水体、土壤普遍受到污染;因此,了解调查矿区环境污染的现状,研究并采取行之有效的防治和治理措施,保护矿区,阻止矿区环境恶化趋势的发展,具有极其重要意义。煤矿环境污染防治和综合利用应该充分考虑煤矿环境污染的各种因素,有针对性地采取必要的措施。
一矿区大气污染及防治
1·1矿区大气污染
（1）煤矿井下开采产生大量煤粉尘和有害气体污染环境。我国大部分煤矿都有瓦斯,并且瓦斯矿井和煤瓦斯突出矿井约占40%左右。此外,在井下其他作业过程中还产生部分有害气体,如井下使用的在放炮中产生CO和NOx;使用柴油动力机械排放的废气中含有大量的NOx;煤炭自燃产生CO,CO2等。为了井下生产安全,通常采用通风方将井下的有害气体抽出排入大气中。CH4及CO,CO2,NOx,H2S等是造成大气污染和温室效应的有害源,严重影响地球的气候和
生态环境。煤矿在生产、贮存、运输及巷道掘进等各个环节都产生大量粉尘。粉尘的主要成分是硅和铝的化合物,掘进工人患职业矽或硅肺病,采煤工人患职业的煤肺病就是二氧化硅和煤尘微粒在肺部沉积的结果,煤矽肺病是二者混合沉积的结果,在矿工职业病中见得更多。
(2)矸石山自燃排放出大量烟尘和有害气体。煤矸石是煤炭生产过程中排弃的主要废渣,约占煤炭产量的10%~20%。目前全国矸石山约1 500座,其中自燃的有300座,经治理,仍有百余座在自燃,燃烧的矸石山放出大量的烟尘及NO2,H2S,CO等有毒气体,严重污染了矿区及周边地区的大气环境。
(3)矿区工业锅炉、窑炉以及居民燃烧的烟囱排放大量烟尘、二氧化硫、对矿区大气环境造成污染。在矿区,用于生产、生活的锅炉,大部分都未安装二氧化硫净化装置,矿区二氧化硫排放的90%来自煤炭的燃烧。另外,矿区居民由于用煤非常便利,因而烧煤不加节制,大量燃用原煤,一方面造成原煤的浪费,另一方面产生严重的大气污染。这些小煤炉基本上没有经过治理,同时缺乏统一的管理,数量多,而且低空排放,烟尘难以扩散,对矿区大气污染严重。煤炭是我国的主要能源,每年有80%以上的煤炭用于直接燃烧。煤是由C,H,O,N,S组成的极其复杂的高分子有机化合物。煤炭燃烧时80%左右的硫是可燃的,燃烧时硫分大部分以SO2的形式排出。例如
电厂燃烧含1%硫的煤,烟气中的SO2在0·1%左右。SO2进入大气后,可转化为SO32-,SO42-,遇降水可形成酸雨。酸雨危害鱼类、侵害土壤、破坏森林,抑制农作物生长,对桥梁、机械设备、城市建筑、石灰石、大理石、雕刻的名胜古迹严重侵蚀。煤燃烧时,煤中的N以NO和NO2的形式放出,NO可使血红蛋白转变为亚硝基血红蛋白或亚铁血红蛋白,使人体血液输氧能力降低;NO2对呼吸管的刺激作用比二氧化硫还大,特别是大气中的氮氧化物,二氧化硫和颗粒物之间有协同效应,它们对人体的影响比各自污染影响总和要严重得多,可导致气管炎、肺气肿、肺癌等疾病。燃烧产生的CO2发生温室效应,使气温上升,气候变暖和,降雨量及其分布改变,造成干旱和洪水,严重威胁人类的健康和生存。此外,煤炭燃烧时产生的烟尘含有大量的有潜在危害的化学物质,尤其是粒径<10μm的浮尘,可随气流在全球旅行,影响气候,造成大气能见度降低,还参加光化学烟雾的形成,是导致大气能见度降低的主要原因之一。煤炭不完全燃烧产生挥发性烃,大气中的氮氧化物在太阳光中紫外线照射下能够和大气中的氧气、挥发性烃反应生成毒性很大的光化学烟雾,主要成分有臭氧、醛类、过氧乙酰、硝酸、酯类,造成二次污染,形成更大的危害。据统计,我国SO2排放量占世界第一,CO2排放量占全球总排量的13%,居世界第二。燃煤产生的SO2排放量占全国总排放量的74%;燃煤产生的CO2排放量占全国总排放量的85%;燃煤产生的NOx排放量占全国总排放量的60%;燃煤产生的TSP排放量占全国总
排放量的70%。许多矿区大气中,颗粒物、二氧化硫的浓度已经超过国家标准几倍,甚至10几倍,尤其是冬季,其超标率明显大于其它三个季节。
1·2矿区大气污染的防治措施
1·2·1开发利用煤层甲烷气在采煤之前和采煤中利用钻井工程进入采层,通过一定的技术措施改善煤层的渗透条件,将煤层甲烷气预先抽放出来,并加以利用,可大大减小矿井瓦斯的威胁,减缓地球温室效应,同时可得到廉价、洁净、高效的能源。经专家测评250m3甲烷气即可顶替1t标准煤;同时甲烷燃烧产生的CO2仅为烧煤的1/2,且不产生SO2和烟尘,十分有利于改善环境条件。
1·2·2减少井下废气、粉尘和地面粉尘污染井下排入大气中的CO,NOx,CO2和H2S等有害气体虽虽然远小于CH4,但也不可忽视。这些有害气体不仅威胁井下安全生产及工人身心健康,而且对地面大气环境造成污染,也应采取相应的治理措施。如采用煤层注水、高压喷雾、声波雾化、巷道风流水幕净化、集尘风机等灭尘措施,防止沼气与煤尘爆炸时产生CO;向采空区灌浆、注氮、喷洒阻化剂、及时打密闭等措施,防止煤炭自燃产生CO;发展使用岩巷与煤巷掘进机和研究制造适合地方小煤矿使用的小型采煤机,防止爆破掘巷和爆破采煤中放炮产生CO,N
Ox和H2S等有害气体;使用柴油动力机械应配置废气净化器,防止产生NOx。上述措施可使井下各作业环节产生的有害气体和粉尘降到最低限度。地面防尘采用定点和移动式的喷雾洒水,保持储煤场和道路湿润,运煤车厢垫好车帮防止漏煤,可以有效地降低矿区粉尘。
1·2·3防治煤矸石自燃措施和综合利用采用石灰浆或氢氧化钠—石灰浆浇灌自燃的矸石山,可中和二氧化硫等酸性物质,在矸石山表面形成覆盖层,把自燃的矸石和空气隔开,使自燃逐渐熄灭。在矸石堆积到一定程度后堆成平顶形,分层压实,再用黄泥浆或黄土覆盖,降低矸石山的空隙率减少进入的空气,防止矸石自燃。
把治理矸石山污染和煤矸石综合利用结合起来,可以化害为利变废为宝。煤矸石与煤一样是一种矿产资源,具有燃烧、提炼和制建材等多种功能例如,可利用煤矸石制砖、水泥、作土壤改良剂和磁化复合肥,作采空区填充料,煤矸石热电厂的燃料,以高硫煤矸石为原料提取硫磺或制取硫酸等。
1·2·4发展烟气净化技术,减少大气污染随着烟尘和二氧化硫污染的加剧,烟气除尘技术已得到广泛应用。如利用重力除尘的沉降室,利用惯性降尘的冲击式降尘器,利用离心除尘的旋风除尘器,利用过滤式除尘的袋式除尘器;利用电除尘的静电除尘器以及湿式除尘装置的各式洗涤
器等烟气脱硫技术的基础研究,技术引进和示范推广也取得了很大进展。90年代首次在重庆珞璜电厂2台36万kW机组上,安装了石灰石、石膏理法烟气脱硫装置取得了显著成效。近几年,一些大型电厂从国外引进干法脱硫装置,使排放每m3烟气中的含硫量降低37%。国外一项成熟的高效洁净燃烧技术———循环硫化床(CFBC)锅炉具有煤种适应性广,燃煤效率高,负荷调节能力强,灰渣利用好等优点,采用CFBC锅炉实现炉内脱硫,脱硫率可达80%~90%,增压硫化床(PFBC)发电技术,具有燃煤适应性广,脱硫效率高,结构合理,占地少等特点。除尘技术和脱硫技术,大大降低了煤在燃烧时烟尘和二氧化硫的排放量,使煤炭变为“绿燃烧”成为可能
1·2·5发展洁净煤技术,提高煤炭利用率洁净煤技术,包括煤炭的洗选加工、型煤、配煤、煤炭的液化、气化、水煤浆技术等,采用这些先进技术可降低煤的灰分、硫分,降低二氧化硫的排放量,提高煤炭的燃烧效率,减少大气污染。中国煤以低硫煤和超低硫煤为主,高硫煤和特高硫煤所占比例很小,煤炭中形态硫组成以黄铁矿硫为主,而通过洗选可以清除煤中50%~70%的黄铁矿硫和65%~75%的灰分。利用型煤,将散煤加工成煤球或蜂窝煤供工业或矿区居民用,烧蜂窝煤的排尘量是煤重量的0·05%,比烧散煤低得多,在型加工煤时适当加石灰石,电石渣等碱性废料,既作粘结剂又作脱硫剂,把硫固定在灰渣中可减少二氧化硫的排放量。煤的液化和气化是最理想的燃煤途径,煤的液化具有转换效率高,能量消耗少,设备音量小,产品多样化,易于贮存
和使用等特点,可使煤利用率由直接燃烧时的20%~30%提高到50%~60%;
煤的气化是将高分子量、高C/H比和高杂质含量的固体燃料转化成低分子量,低C/H比和低杂质含量的气态燃料或化学合成原料,其用于发电,可使发电效率提高到40%。煤的地下气化是今后用煤的发展方向,它是将地下煤炭通过热化学反应在原地将煤炭转化为可燃气体,用管道将煤气送到用户,既节省了运输费用,又免去采煤、装卸煤的劳动,还减少对环境的污染。
2矿区水源污染及其防治
2·1矿区水源污染
(1)煤炭开采破坏地下蓄水层,使水文地质和水文条件发生改变。
(2)矿井水是煤矿排放量最大的一种废水,它对地表河流等水资源产生较大的污染。矿井水的主要污染物为悬浮物;此外,由于矿井水中坑木、粪便等有机物的腐烂,分解,矿物油乳化液的泄漏,使矿井水常带有颜和臭味,含有较多的细菌和大肠肝菌。
(3)矿区生活污水中除含各种悬浮物外,还会有较多的有机质,尤其是矿区医院污水中含菌更多。
如何治理空气污染
(4)矿区火药厂中由于冲洗地面,洗刷设备等使废水中含有(TNT)、氧化二硝基重氮苯(DDNP)等污染物,当达到一定浓度后会使水体染有味,杀死或抑制水中生物使土质变化。TNT通过皮肤接触或饮水进入人体会形成急性肝炎、中毒性白内障、再生障碍性贫血等疾病。矿区电镀车间的镀铬废水中含有六价铬也是有毒的污染物。
(5)堆放的煤矸石经大气降水和泥水的淋溶和冲刷,经煤矸石中的一些有害有毒可溶部分带入水系系统中,从而污染水体,造成水污染。
2·2矿区水处理
矿区水的一级处理是用物理方法除去水中悬浮物。在沉淀池静止一定时间后悬浮物靠重力作用沉降下来,所得清水可用于矿井灌浆防火灭火、洗煤、农业灌溉及发展养殖业。矿区水的二级处理是用化学法或物理化学法除去废水中胶态或溶解态有机污染物。经静止沉淀后的水中加凝聚剂结晶氯化铝或聚合铝,使悬浮颗粒进一步沉降,再通过曝气装置和空气充分接触,使亚铁离子等杂质氧化,再将水引入砂滤池进一步除去杂质,然后消毒得到清水。生物膜法是将污水通过碎石、炉渣、圆盘或塑料蜂窝等固体填料,在填料上繁殖大量微生物,形成生物膜,生物膜能吸附,分解污水中的有机物。用活性炭吸附是处理TNT废水的一种有效方法。对DDNP废
水可用锅炉汽化法或凝聚沉淀吸附处理法。含六价铬的电镀废水可用电解法、离子交换法、碳酸钡处理法、反渗透法等。