（环境工程专业论文）贵州某选煤厂环境影响研究.pdf

贵州大学硕士学位论文 摘要 贵州某选煤厂所处工业区环境质量状况不断恶化，该厂外排的煤泥水和选煤 废弃物洗矸石对当地生态环境造成了危害。为了掌握研究区的污染现状，遵照相 关国家标准，对该选煤厂煤泥水和当地河水进行水质分析，测定其p h 值、c o d 、 s s 、硫化物、挥发酚；对选煤废弃物洗矸石测定其成分、含量，并通过浸泡试验 了解其所含微量元素向向环境中迁移情况。为了更进一步了解研究区受污染状 况，还对当地河水和土壤进行了环境质量评价。 研究结果表明： 选煤厂煤泥水使当地河水水质变差，河水的c o d 、s s 、硫化物含量及挥发酚 指标明显增加。而在经过一段距离的河水自净作用后，污染依然存在。其中，河 水对硫化物和挥发酚的自净作用较强，对c o d 和s s 较差。环境质量评价结果表 明，目前该河水水质超过v 类水体质量标准，但是其污染特点不是所有指标都高， 而是个别指标超标。 ， 该选煤厂洗矸石主要矿物成分为石英，属粘土岩矿物，其主要化学成分有 s 。0 2 、a 1 。0 3 ，但含量偏低。通过研究不同风化程度矸石中元素的含量，发现c r 元素的环境迁移能力较强；通过浸泡试验可知，在p h 相同的情况下，风化矸石 中重金属元素的浸出量高于新鲜矸石的浸出量；在p h 不同的情况下，p b 、a s 、 h g 在酸性条件下浸出量较高，c r 、c d 在中性条件下浸出量较高；通过对矸石山 周围土壤进行的环境质量评价结果表明，研究区内土壤中c d 和h g 含量超标。 关键词：选煤厂；煤泥水；洗矸石；试验研究；污染评价 贵州大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yd e c l i n e dr a p i d l ya r o u n do n ec e r t a i ng u i z h o uc o a l l p r e p a r a t i o np l a n t , c o a ld r e s s i n gw a s t e w a t e ra n dw a s h i n gg a n g u eo ft h ef a c t o r y d a m a g et oe n t i r o n m e n t ho r d e rt op r e d o m i n a t i n gt h es i t u a t i o no fr e s e a r c ha r e a , a c c o r d i n gt on a t i o n a ls t a n d a r d s 。t e s t i n gp h ，c o d ，s s ，s u l f i d ，v o l a t i l eh y d r o x y b e n z e n e 。 a n a l y z i n gc o m p o n e n ta n dc o n t e n to fw a s h i n gg a n g u e 硒a y e v a l u a t ct h ef i v e rw a t e r a n ds o i lo fr e s e a r c ha r e af o rk n o w i n g 也ep o l l u t i o nd e g r e e 功ep o l l u t i o no fc o a ld r e s s i n gw a s t e w a t e rd a m a g e dt ot h er i v e r t h er i v e rh a s s e l f - p u r i f i c a t i o n f o rc o a l d r e s s i n g w a s t e w a t e r t h e s e l f - p u r i f i c a t i o nf u n c t i o n f o r s u l p h i d e sa n dv o l a t i l ep h e n o li sm o r es t r o n g et h a n c o da n ds s a c c o r d i n gt ot h e r e s u l to fe n v i r o n m e n t a li m p a c t sa n a l y s i s ，w a t e rq u a l i t yo ft h ef i v e rb e l o n g st od e g r e e v ，t h ef e a t u r eo ft h ep o l l u t i o ni sn o tt h a ta l li n d i c a t o r sa r eh i 曲，b u ts e r i o i l si n d i v i d u a l i n d i c a t i o r se x c e e d e dt h es t a n d a r ds e f i o u s l y t h em a i nc o m p o n e n to fw a s h i n gg a n g u ei sq u a r t z ，b e l o n g st oc l a ym i n e r a l n em a i n c h e m i c a lc o m p o s i t i o ni ss i 0 2 b ya n a l y z i n gt h es a m p l ex xa n df h ，t h ec a p a b i l i t yo f t r a n s f e ro fc ri sb e t t e ri nt h ew a s h i n gg a n g u e t h o u g hi n m e r s i o nt e s t , t h el e a c h i n go f h e a v ym e t a l si nw e a t h e r e dw a s h i n gg a n g u ei sh i g h e rt h a ni nf r e s hg a n g u ew h e nt h e p hv a l u eo fl e a c h a t ei st h es a m e ；w h e nt h ep ho fl e a c h a t ei sd i f f e r e n t ，t h el e a c h i n go f p ba sa n dh gi sh i g h e ri na c i dc o n d i t i o n ，c o n t r a r yw i t hc ra n dc d 1 1 l cr e s u l t so f e n v i r o n m e n t a li m p a c t sa n a l y s i ss h o wt h a tt h ec o n t e n to fc da n dh ga r es u p e r s c a l ei n t h er e s e a r c ha r e a k e y w o r d ：c o a lp r e p a r a t i o np l a n t , c o a ld r e s s i n gw a s t e w a t e r , w a s h i n gg a n g u e ， e x p e r i m e n t a t i o nr e s e a r c h ye n v i r o n m e n t a lq u a l i t ye v a l u a t i o n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：i 龃日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：褪导师签名：碰v 日期：2q q 芝型旦 贵州大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章前言 我国煤炭储量十分丰富，已探明资源储量l 万亿吨，产量占世界的3 7 。分别 占一次能源生产和消费总量的7 6 和6 9 ( 煤炭工业发展“十一五 规划，2 0 0 7 ) 。 但是我国原煤中低级煤所占比重较大，煤炭的入选量较低，煤炭产品质量不高， 且含硫量偏高，含硫量大于l 的高硫煤占全国总产量的2 5 以上( 许传凯，2 0 0 7 ) 。 此种煤燃烧导致大量s o ：、n o 。排放，引起了严重的大气污染，酸雨污染使国民经 济遭受很大损失。因此大力发展煤炭洗选工业，对于我国环境控制至关重要。 这些年随着洁净煤技术的研究，作为洁净煤技术的源头技术选煤方法，取 得了很大发展，发展选煤技术就是要谋求短期的经济效益和长期的社会效益、环 境效益。近二十年来为了加速实现煤炭的洁净利用，中国选煤厂的建设进入了一 个新的高潮。选煤技术是我国洁净煤技术的基础和重点，与工业发达国家有所不 同，他们把洁净煤技术重点放在煤的高效燃烧、燃烧过程脱硫和烟气净化等方面。 我国洁净煤技术的重点则放在煤的洁净生产，特别是放在发展选煤、型煤和配煤 等方面，为煤炭的有效利用，减少污染创造条件( 叶大武，2 0 0 7 ；叶大武等，2 0 0 6 ) 。 但是由于目前我国煤炭分选加工技术仍处于较低水平阶段，尤其是洗煤厂的 环境管理方面存在很大的缺陷，因而不可避免地产生一系列的环境污染，而在煤 炭洗选加工过程中解决污染问题一直是我国煤炭行业发展的重中之重。 1 2 选煤厂的发展概况 洗选加工是煤炭洁净生产的重要环节，煤炭洗选是指通过物理和物理化学的 方法将原煤加工，提高煤炭质量生成不同规格不同质量的煤炭产品，是合理利用 煤炭资源，节约煤炭，减少运输，降低燃煤对大气污染的重要途径。 随着世界各国对环境要求标准的提高和对能源政策的调整，各国对煤炭工业 的开发和利用的观点在不同程度上都有所变化。每个国家都在提高煤炭的入选 贵州大学硕士学位论文 量，不断地提高煤炭产品的质量要求，限制原煤和低级煤的直接利用。 近几年国外一些国家在煤炭开采的生产结构、选煤处理能力、选煤生产调整 和选煤厂建设等方面发生了很大的变化，大部分国家都在关闭中小型效益不好的 煤矿和选煤厂，扩大现有的现代化程度高、生产成本相对较低的煤矿和选煤厂的 生产能力。2 0 多年来，美国关闭了7 5 的煤矿和近5 0 的选煤厂，现在大约只有8 0 0 多个矿山，而1 0 年前约为2 5 0 0 个，煤炭入选比例高达9 0 以上。英国由于煤炭资 源已近枯竭，2 0 0 4 年一些矿山关闭，煤炭产量下降到大约3 0 0 万t ，原煤1 0 0 入选， 甚至对一些进口的商品煤进行再洗选。过去l o 年，俄罗斯关闭了1 5 3 个无利润煤 矿，3 8 个选煤厂，其煤炭入选率目标是炼焦煤1 0 0 ，动力煤至少5 0 。澳大利亚 在过去几年里建设了一些新的选煤厂，使原煤的入选量有了很大的提高，为了提 高效益和产品质量，对矿山和选煤厂进行了合并与调整。波兰通过调整合并，过 去1 0 年里关闭了2 3 座煤矿、5 9 座选煤厂( 孙丽梅等，2 0 0 5 ) 。以上所述反映了国外 在煤炭合理开采和生产管理方面以及矿产资源有效利用和保护环境方面的一种 政策。 我国的煤炭洗选加工业在政策扶持、科技进步、市场拉动、投资增加和环保 要求的推动下，呈现出快速发展、总体推进、扩量提质、增效降污的局面。原煤 入洗比例不断提高。“十五一期间关闭和淘汰了一批技术落后、环节不配套、产 品质量差、浪费煤炭资源和污染环境的小选煤厂，使全国选煤厂的总量减少，平 均入选能力和技术水平明显提高。到2 0 0 4 年末，全国共有年入洗3 万吨及以上的 选煤厂2 0 0 0 余座，设计能力7 5 亿吨以上，原煤入洗量为5 亿吨左右( 吴式瑜， 2 0 0 6 ) 。根据煤炭工业规划， ! j j 2 0 1 0 年原煤入洗率要达到5 0 ，原煤入洗量提高到 1 l 亿吨，炼焦煤全部入洗，动力煤入洗率达到4 0 以上。据此计算，每年将新增 8 0 0 0 1 0 0 0 0 万吨原煤入洗，按4 0 0 万吨规模洗选煤厂计算，每年将新增2 5 座大型 洗选煤厂，加上现有洗选煤厂的技术改造每年约需洗选煤设备2 5 0 套左右，洗选 煤设备的发展潜力很大( 马剑等，2 0 0 3 ；祁金秀，2 0 0 6 ) 。 2 贵州大学硕士学位论文 1 3 选煤的处理技术与工艺 1 3 1 选煤方法分类 大力发展选煤技术首先要选择合理的选煤方法，因为原煤中含有的矿物质及 有害成分随产地及采煤煤层不同而异，各地区、各煤层适合不同的选煤方法( 薛 维东，2 0 0 6 ) 。按选煤方法的不同，选煤可以分为物理选煤、物理化学选煤、化 学选煤及微生物选煤等( 戴少康，2 0 0 3 ) 。 ( 1 ) 物理选煤是根据煤的某种物理性质( 如粒度、密度、形状、硬度、颜色、 光泽、磁性等) 的差别，采用物理的方法来实现对原煤的加工处理。在实际应用 中物理选煤主要是指重力选煤，同时还包括电磁选煤及古老的拣选等。重力选煤 主要有跳汰选煤、重介质选煤、空气重介质流化厂干法选煤、风力选煤、斜槽和 摇床选煤等。 ( 2 ) 物理化学选煤一浮游选煤( 简称浮选) 是依据矿物质的物理化学性质的 差别进行分选的方法。浮选包括泡沫浮选、浮选柱、油团浮选、表层浮选和选择 性絮凝等。由于实际上常用的是泡沫浮选分选细粒的物料，所以通常所说的浮选 主要是指泡沫浮选。 ( 3 ) 化学选煤是借助化学反应使煤中的有用成分富集或除去杂质和有害成 分的工艺过程。化学选煤主要有氢氟酸法、烧熔碱法、氧化法和溶剂萃取法等。 ( 4 ) 微生物选煤是利用某些自养性和异养性微生物，直接或间接地利用其代 谢产物从煤中溶浸硫达到脱硫的目的。在现有阶段有发展前途的有以下三种：堆 积浸滤法、空气搅拌浸出法和表面氧化法。 1 3 2 主要选煤工艺及设备 我国选煤厂几乎拥有世界各国所有的选煤方法，其中应用最广的是跳汰选 煤、重介质选煤和浮选选煤三种。跳汰是各种密度、粒度及形状的物料在不断变 化的流体中作用下的运动过程，是最复杂的重选分选过程。重介质选煤是用密度 介于煤与矸石之间的重液和悬浮液作为分选介质的选煤方法。浮选选煤是利用煤 和矿物质的表面物理化学性质的差别及对水呈现不同湿润性，分选细粒煤的选煤 3 贵州大学硕士学位论文 方法( 蔡蓉，2 0 0 4 ) 。 般要根据原煤特性、现有的技术水平、矿区地理特征等实际情况来选取选 煤方法。我国炼焦煤选煤厂的工艺流程较为复杂。一般情况下，原煤入选粒度范 围为5 0 6 0 咖。对易选煤或中等可选煤采用跳汰一浮选工艺流程，对难选煤或 极难选煤采用重介一浮选或重介一跳汰一浮选及跳汰一中煤重介一浮选工艺流 程。动力煤选煤厂一般采用较为简单的工艺流程( 重介选或跳汰选排矸工艺) ，原 煤入选上限粒度为1 0 0 ( 3 0 0 ) i i i i l ，下限粒度为2 5 ( 1 3 或6 ) 衄( 刘峰，2 0 0 2 ) 。 选煤厂完善的煤泥水系统通常包括以下工艺环节：煤泥分选尾矿浓缩一压 滤，缺少其中任何环节，都不能构成完善的系统。而不完善的煤泥水系统无法实 现洗水闭路循环。我国选煤厂应用的几种典型煤泥水流程及其优缺点比较见表1 - - 1 。 表1 - - 1 我国几种典型煤泥水处理工艺及优缺点比较 资料来源：周春生， 6 的占7 6 4 ；据国外研究表明矸石内俗称为白矸的碳酸盐类以及长石会 在一定条件下发生化学反应，生成c a 2 + 、m 9 2 + 、h c 旷等( h a s s e t t , e t , 1 9 9 4 ； j s z c z e p 锄k a , c t , 1 9 9 9 ) ，这些离子随雨水流入地表或地下水体使水的硬度增加，或 呈酸性，改变水质。 虽然大量的矸石堆存给矿区生态环境带来种种负面影响，但是矸石不是一种 简单的废弃物，而是可以利用的资源。因此，从环保和经济双重意义上考虑，要 对矸石进行资源化利用。 矸石资源化利用的技术和方法可分为直接利用型、提质加工型和综合利用型 三大类，也有按资源回收利用和工程利用方法分类的。矸石的主要利用技术( 郝 巧霞，2 0 0 6 ) 包括用作沸腾炉燃料进行发电；对伴生矿物提质利用，如制取氧化 铝、聚合铝、矾土及硫酸产品等；生产建筑材料，如制造矸石砖、矸石水泥、耐 火材料和陶瓷等。工程利用则是将矸石作为填充材料进行复垦和回填等土工利 用。目前我国矸石资源化利用现状见表1 - - 2 表l 2 我国矸石资源化利用现状 资料来源： 王栋民等煤矸石的矿物学特征及建材资源化利用2 0 0 6 在提质加工方面，利用铝质岩类和含高岭石的粘土岩类为原料开发的铝盐系 列产品已有2 0 多种( 张延莹等，1 9 9 8 ) ，主要的有硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯 化铝、三氧化铝等( 王彩电，1 9 9 8 ；贾宝华等，1 9 9 8 ) ，这些都是重要的基础化工 产品。如玛芳霞等( 1 9 9 9 ) 以高岭石族的矸石为原料，在水热体系中合成丝光沸石 1 0 贵州大学硕士学位论文 ( 化学式为n a 。c ae a l s i 。0 。 。1 2 h ：0 ) ；许卫星等( 2 0 0 0 ) 将矸石经高温活化后，和 盐酸反应生成羟基氯化铝溶液，再加入二定比例的盐基度调整剂进行反应，生成 盐基度为5 0 以上的聚羟基氯化铝；吕淑珍等( 2 0 0 4 ) 采用矿物组成改性技术活化 矸石中的氧化铝，利用硅酸二钙晶相转变制备矸石自粉化料，实现矸石活化烧结 料1 0 的自粉化；鞠馥阳等( 1 9 9 8 ) 利用煤矸石制备硫酸铝。 利用矸石中的s i 如或s i 0 2 - a 1 。0 3 ，与烟煤或无烟煤反应可制取s i c 或 s i c - a 1 2 0 3 等材料。如王晓刚等( 2 0 0 1 ) 利用硅质矸石在1 3 0 0 时可合成1 3 - s i c ， 其合成温度明显低于同等条件下人工混合物料的合成温度，且产率也大幅提高； j i as h ( 2 0 0 5 ) 在矸石中加入5 的碳黑能得到抗弯曲性能达到1 3 7 8 b i p a 的碳化 硅；何恩广等( 2 0 0 1 ) 以硅质矸石和部分弱粘煤代替石英砂和价格较贵的石油焦炭 或资源较匾乏的无烟煤合成了s i c ，大大减低了成本；西安交通大学王晓刚等 ( 1 9 9 8 ) 就用矸石与烟煤合成了b s i c 超细粉；武汉科技大学韩兵强等( 2 0 0 0 ) 用矸 石和无烟煤合成了b - s i c - a 1 ：0 3 复相材料。 。 在综合利用方面，矸石可以用于生产建材类产品，如制砖、水泥、轻骨料、 空心砌块和混凝土等。目前国内矸石制砖工艺技术成熟，能达到用1 0 0 矸石做 原料制取空心砖( 谷胜利等，1 9 9 9 ) ，生产的主要种类有：烧结实心砖、多孔砖、 空心砖、内燃砖、免烧砖、釉面砖、高档瓷质砖等。矸石煅烧后与熟料和石膏按 比例配合磨细生产硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等( 李海珍，1 9 9 9 ) ，南京工业大 学m ol i w u 等( 2 0 0 6 ) 研究发现将矸石、粉煤灰和鼓风炉的炉渣按一定比例加人水 泥浆中，能有效防止由热量变化而引起的建筑物裂缝现象。 矸石中一般含有大量的碳质页岩，其中有机质含量在1 5 2 0 ，并含有丰 富的植物生长所必须的b 、z n 、c u 、c o 、m 0 、等微量元素，一般比土壤中的含 量高出2 - 1 0 倍( 杜忠等，2 0 0 7 ) 。矸石有机复合肥料能增加土壤疏松、透气性， 改善土壤结构，提高土壤肥力，达到增产的目的。如张伟才等( 1 9 9 7 ) 用矸石做主 要原料，配以适量的农家肥、化肥、微肥和添加剂，研制加工而成的西瓜、苹果 专用肥料。 矸石灰分一般为8 0 9 6 左右j 因而矸石中的可燃物比较少，其发热量在3 0 0 2 0 0 0 大卡k g 范围内，特别是洗矸石发热量较高，一般在1 5 0 0 大卡k g 以上， 1 1 贵州大学硕士学位论文 可作为沸腾炉燃料。热电厂燃料根据洗矸石和煤泥的低位发热量( 胡德双等， 1 9 9 9 ) ，以l ：l 比例配成混合燃料，折合低位发热量11 7 5 0k j k g ( 2 8 11 k c a l k g ) ， 适于作为循环流化床炉的燃料( 刘德昌，2 0 0 1 ) 。 矸石是一把“双刃剑 ，弃置是废物，加以综合利用它就是资源。矸石的综 合利用方法较多，具体采用那种方法，需要提前采样、化验、分析其化学成分， 从而确定其工业性能和产品方向，选择最佳的应用途径，使其由废弃物转化为可 利用的资源，实现固体废弃物的无害化、减量化和资源化，将具有显著的经济效 益、社会效益和环境效益，提高产品的附加值，具有很好的前景和重要的意义。 1 5 选题依据及研究方案 选煤厂作为一个独立的工业单元，在洗选原煤的同时，也给周边环境带来不 容程度的污染。随着大批选煤厂的建成及运行，如何减少其造成的二次污染，开 展选煤厂对周围环境的污染及防治研究，变废为宝，为煤泥水的再利用和洗矸石 的资源化利用提供基础资料，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。 1 5 1 研究目的及内容 本论文的研究目的是： 1 ) ：调查研究区域的污染现状，找到污染源。 2 ) ：研究选煤厂对周围环境污染程度。 3 l ：研究煤泥水的性质及对河流的影响 4 ) ：研究洗矸石对周围环境的影响 5 ) ：提出治理建议 本论文主要的研究内容包括煤泥水水质的测定，河水水质的测定及水体质量 评价；洗矸石化学成分和物理组成的测定，矸石中重金属元素向环境中迁移的能 力，以及矸石山周围土壤质量评价。 1 5 2 研究方案及技术路线 本论文主要针对选煤厂对研究区域生态环境所造成的污染进行研究。 1 2 贵州大学硕士学位论文 首先，在研究区内进行调查，以找出污染源，初步确定生态环境的受破坏程 度。其次，对采集的样品进行实验分析，了解其性质，并且从实验结果中推断研 究区的污染程度以及发展趋势。最后，根据实验研究的结论，提出治理建议。 具体操作流程见图1 1 。 图1 1 论文研究技术路线图 贵州大学硕士学位论文 21 地理位置 第2 章研究区概况 采样区地处柏果镇，位于盘县西北部，距县城5 8 公里，总面积为1 7 5 5 1 平方公里，东接松河多鸡场坪乡，南接盘江镇，西靠云南省宣威市，北邻洒基 镇。该区域内约有人1 ：27 2 万，其中农业人1 34 8 7 0 0 人。耕地面积为1 8 0 56 4 公顷，人均耕地04 亩。另外，采样区交通便利，现有两水路、盘宣公路、鸡土 公路、贵昆铁路盘西支线穿越镇境，水柏铁路已建成通车。具体位置见图2 - 1 图0 - i 盘县地图( i ：1 5 0 0 0 0 0 ) ( 来源：贵州地图) 贵州大学硕士学位论文 2 2 自然地理概况 2 2 1 气候特征 盘县境内属亚热带湿润季风气候地区，整体气温变化幅度小，冬无严寒，夏 无酷暑，最冷的一月平均气温6 3 ，最热的七月平均气温2 1 3 c ，年均气温 1 5 2 。c ，年均无霜期2 7 1 天，日均温大于或等于l o 的持续期一百八十八天至 二百六十三天，活动积温三千零六至四千九百四十一摄氏度。年均降水量1 3 9 0 毫米，雨热基本同季。5 - - 1 0 月的降雨量占年降雨量的8 8 ，适宜于动植物的繁 衍生长，亦时常出现局部性倒春寒、冰雹、洪涝、秋绵雨等灾害性天气，为湿季； 冬半年降水量很少，十一月至次年四月降水量仅占年总量的1 2 ，为干季。年 相对湿度为6 7 ，日照较多，年平均目照时数一千五百九十四点三小时。 2 2 ：2 地形地貌特征 盘县地处贵州高原西部边缘，地质构造上属于黔西南迭陷褶断束的一部分， 褶皱平缓，主要为北西向、北东向和东西向的短轴背斜与向斜组成，断裂较发育， 以北东向和北西向两组正断层为主，二者常密集成带，互相切割，构成菱形棋盘 格状。地层从泥盆系中统至第四系皆有出露，其中以三叠系分布最广，二叠系次 之，其它地层分布较零星。组成岩石主要以石灰岩、白云岩和白云质灰岩为主， 广泛出露于中部和南部地区；次为砂页岩和玄武岩，它们常与碳酸盐类岩石相间 分布。经南、北盘江上游直流的切割与溶蚀，岩溶较发育，形成以岩溶中山为主 的地貌。 盘县全境地势西北高，东部和南部较低，中南部降起。境内海拔一般为一千 五百至两千米。北部的牛棚梁子主峰海拔2 8 6 5 米，东北部的格所河谷海拔7 3 5 米。相对高差2 1 3 0 米。由于地势的间隙抬升和南北盘江支流的切割，形成了境 内层峦叠嶂，山高谷深的高原山地地貌。山地面积占总面积的8 2 4 ，丘陵地占 9 2 ，坝地占2 4 。宜林宜牧土地3 7 3 5 万亩( 量算亩，下同) ，占土地总面积 的6 1 3 ，宜耕地面积1 4 5 5 亩，占土地总面积的2 3 9 。其中较好的耕地仅4 7 万亩，占耕地面积的1 0 ，多分布在海拔1 0 0 ( - - - 1 9 0 0 米之间。 贵州大学硕士学位论文 2 2 3 水文特征 全县境内有大小河流一百余条，属珠江流域。较大河流在北部有北盘江支流 拖长江、乌都河，南部有南盘江水系楼下河河小黄泥河。拖长江下游称清水河， 为西部界河乌都江下游称格所河，为东部界河，楼下河系马别河的上游。境内岩 溶泉水较多，为农田灌溉提供了有利条件。全区水资源总量二十七点八七亿立方 米，水利资源可开发量三十六点八万千瓦。 2 2 4 区域生态特征 地带性植被为亚热带常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林。原生植被多已遭破 坏，仅在边远山地河谷和村庄附近有分布。常绿阔叶树种以干性种类为主，如滇 栲、滇黄栎、猪石栎、滇青冈、滇锥栎、银木荷等，并混生有云南松、华山松等 针叶林及灰毛高山栎、杜鹃等多种灌木。但也有湿性种类，如大叶栲、青栲、木 荷等。人工栽培的杉木林、落叶阔叶树种以及麻栎、滇朴、栓皮栎、化香树等为 常见。此外，还有柏、冬瓜、椿、毛柏杨、枫香、桦、马尾松、罗汉松、樟、泡 桐、梧桐、苦栎、皮塔山红花、油茶。砂页岩和石灰岩山地中还有大面积以禾本 科为主的草坡和藤刺灌丛。 由于盘县地势起伏较大，土壤分布具有明显的高度变化。海拔两千五百米以 上的平缓山顶和山脊为山地灌丛草甸土；海拔一千九百米至两千五百米为黄棕 壤；海拔一千五百米至一千九百米为黄壤：海拔九百米至一千五百米为黄红壤； 海拔九百米以下为红壤。在紫红色砂页岩和石灰岩地区有紫色土、黄色石灰土、 红色石灰土。耕作土壤以旱作土面积大，有灰泡土、黄泥土、红泥土、大土泥、 紫泥土等，主要分布在山地丘陵中下部和水源缺乏的汗坝内。水稻土有潮泥田、 黄泥田、红泥田、大眼泥田、紫泥田等，分布在河谷、山间盆地、岩溶洼地和漕 谷内，质地较粘重呈酸性反应。 1 6 贵州大学硕士学位论文 2 3 选煤厂概况 2 3 1 基本概况 该选煤厂位于贵州省盘县县城西北面5 4 公里的柏果镇西面，拖长江下游右 岸土城台地上的三家寨处，为盘江煤电集团的下属企业，由原煤炭工业部重庆煤 炭设计研究院设计。设计工作开始于1 9 7 8 年，1 9 9 8 年建成投产。该选煤厂设计 入选原煤能力为2 4 万t a ，采用跳汰主选重介旋流器分选煤泥浮选的联合 工艺流程，入选集团公司所属的土城矿原煤，属矿区型炼焦煤选煤厂。 该选煤厂现有职工7 0 0 人左右，采用2 4 小时全天运行，职工三班导制度。 目前一天最多入洗原煤5 0 0 吨，精煤率约为3 0 ，月生产成本为4 5 0 万。 2 3 2 选煤厂工艺存在的问题 该选煤厂由于设计和建设周期过长，所以其工艺流程和设备存在一定的问 题。首先，从设计工作开始到建成投产中间相隔2 0 年，这必然造成所选设备过 时，无法达到正常使用要求。其主要存在问题如下： ( 1 ) ：底流池体积过大，易造成煤泥堆积、重介磁选尾矸直接进入底流池。另外， 脱水筛和倾斜板处理能力不足，易造成溢流和跑粗。 ( 2 ) ：浮选机脱水能力不足。浮选脱水设备为2 台g p y 二2 0 0 型真空过滤机，处理 能力不足，制约了浮选机的处理量，造成浮选尾矿带煤，使煤泥在浓缩机滞留时 间延长，煤泥泥化程度加重，浓缩机溢流浓度增高，煤泥水处于恶性循环状态。 另外，由于浮选之后的滤液水进入浓缩机，而且因为入选原煤煤泥量打，浮 选药剂消耗量相应增加，造成循环水内大量泡沫堆积，生产无法进行。 ( 3 ) ：该选煤厂所选用的斜板浓缩机，倾斜板易被煤泥压塌，影响浓缩机沉淀效 果，中心传动系统故障率高，靶子易糊煤泥，造成浓缩机溢流水浓度高。 ( 4 ) ：尾煤处理能力严重不足。原来采用6 台四缸 l z 5 0 0 1 5 0 0 型压滤机，故障率 高，处理能力低。 1 7 贵州大学硕士学位论文 其次，由于选煤厂工艺系统不完善( 见图2 2 ) ，且入选原煤煤质变化较大， 给煤泥水治理带来较大困难，造成了循环水浓度偏高。其工艺中存在的主要问题 如下： ( 1 ) ：由图2 2 可见，精煤筛下水通过水力分级设备后，其底流通过煤泥筛回收， 煤泥筛筛下水返回水力分级设备。在这种情况下，圆锥沉淀塔和倾斜版沉淀槽的 处理负荷大约8 0 0 m 3 h ，降低了分级效果。另外，经旋流筛、煤泥筛脱泥后的高 灰细泥在系统中不断积聚，污染了精煤。且由于煤泥水中物料的不断输送，使极 细粒级的物料增多，不利于浮选和过滤机的回收。 ( 2 ) ：当跳汰机分选后的粗精煤进入重介系统再分选时，易造成重介分选工艺悬 浮液中非磁性物含量增多，不易控制悬浮液的稳定性，降低了脱介筛的脱介效果， 介耗增大。如不经重介旋流器分选进入最终产品，则灰分会很高，会污染最终精 煤。 ( 3 ) ：由于压滤机存在不同步工作现象，经常喷黑水，使高灰煤泥重新进入集中 水仓，集中水仓的水返回生产系统易造成精煤污染。一 由于该选煤厂的选煤工艺和设备存在以上问题，因此造成了选煤系统中的水 量的不平衡，导致煤泥水大量外排。在给企业带来极大的经济损失之外，还对当 地生态环境带来了危害。 2 4 研究区环境污染现状调查 在煤炭洗选过程中，该选煤厂造成了对于周围自然环境的干扰和生态平衡的 破坏。在采掘出的大量矿石中，经过洗选，最终洗选出的精煤量只有3 0 左右， 大部分成为洗矸被丢弃，还有一定量的泥渣和灰分进入到水中和大气中，造成选 煤厂周围生态环境恶化。研究区存在的生态环境问题表现在下列几个方面： 2 4 煤泥水对研究区环境的影响 该选煤厂的煤泥水以碱性为主，含有大量有毒、有害元素以及c o d 、悬浮 物等，这些污染物质排入拖长江中，不仅破坏了该河的生态系统，还给当地居民 的生活带来了极大不便。 1 8 贵州大学硕士学位论文 受臻境 蕾环永 图2 - 2 ：该选煤厂工艺流程图 贵州大学硕士学位论文 首先，对于当地居民来说，虽然拖长江不是他们饮用水源，但是该河仍然与 他们的生活息息相关例如对于当地农民来说，河水是他们灌溉用水的来源之一。 而被煤泥水所污染的河流，很容易导致庄稼产量减少乃至死亡。 其次，对于河流本身来说，由于河水的悬浮物含量增大，导致了河道淤积， 流速减缓，致使河流的自净能力减弱、环境承载能力降低，造成河流散发恶臭， 尤其是夏秋季节，更是滋养了大量的蚊虫，成为疾病传播的温床。另外，该厂煤 泥水排入河流还使河水变黑，影响了人的视觉感受。 除此以外，对于拖长江的最大影响则是几乎造成该河的生态系统完全被破 坏。当煤泥水被排入河流后，使鱼类迁移回避或者死亡，使得该河鱼类的品种及 数量日趋减少，到现在基本完全消失。 2 龟2 洗矸石对研究区环境影响调查 该厂选煤厂目前平均洗煤能力为4 0 0 t d ，洗煤效率约为3 0 ，因此每天产 生洗矸石约为2 8 0 t ，年积累矸石达到1 0 万吨。这样大量的矸石未经处理即堆放 在研究区内，对周围环境造成了极大的危害。 第一，大量的洗矸石对矸石山周围的土壤造成了污染。由于矸石中含有大量 对人体有毒有害的元素，尤其是重金属元素，它们随着风化作用和雨水的淋溶作 用而迁移进入土壤里，并在土壤中富集，最终导致土壤中重金属含量严重超标。 第二，由于恰好有一条河流经过矸石山，所以随着河流的不断冲刷作用，一 部分矸石进入河流，导致河水变黑、水中悬浮物含量增大。 2 4 3 选煤厂粉尘对于研究区环境的影响 该选煤厂粉尘的污染表现在两个方面：一是对大气的污染。由于条件限制， 运送来的原煤无法完全进入原煤罐，只能露天堆放。但因为没有防尘措旄，从而 造成粉尘飞扬。另外，洗矸石的堆放也同时增加了大气的污染程度。二是对于地 面的污染。部分颗粒较大的粉尘，随风飞散之后降于地面，造成地面遍布灰尘。 尤其是在雨天，雨水与地面灰尘混合，造成道路泥泞不堪，给人们行走带来极大 贵州大学硕士学位论文 不便。不过，由于该选煤厂地处镇郊，周围居民不多，所以粉尘污染对于当地居 民的危害没有洗矸石和煤泥水造成的危害大。 2 摩幸选煤厂噪声对于研究区环境的影响 、 由于工厂内各种设备的运行，产生了极大的噪音，长期在这种环境下工作 生活，对身心健康造成了极大的破坏。但同样是由于该厂在镇郊，噪声对于镇内 居民生活影响不大，它的危害主要是针对在厂内工作的工人。因此，它也不是当 地的主要污染源。 综上所述，该选煤厂的存在，已经影响到当地居民的正常生活，尤其是煤 泥水和洗矸石对周围的生态环境造成了极大的破坏。所以。研究该选煤厂对周匿 环境造成的污染程度，并对它进行治理是至关重要的。 z & 样品的采集 本人于2 0 0 6 年n 月在研究区进行了包括土壤、矸石、地表水等样品的的野 外采集工作。 2 - 5 售水样的采集 ( 1 准备工作： 在水样采集过程中使用的器皿，均为四氯乙烯瓶。采样前所有器皿均需要进 行净化处理，具体过程如下： a ：在1 的盐酸溶液中浸泡2 4 小时，用清水洗净，再用去离子水润洗数遍。 b ：在1 0 5 的烘箱中烘干2 小时，之后干燥1 小时，最后装上双层保鲜袋备 用。 ( 2 ) 采集方法： 试验所需的水样为两部分，一部分为选煤厂的煤泥水，另一部分为选煤厂废 贵州大学硕士学位论文 水所排入河流的河水。 a ：煤泥水的采集：由于该选煤厂选煤工艺采用的是以跳汰为主、浮选分离的 方式进行洗煤，所以本次试验研究煤泥水主要采集跳汰机出水的水样、浮选后的 水样及浓缩机出水水样。采用直接采集方式，采集时注意避开污染带。 b ：河水的采集：根据河水的流量及煤泥水排入河流的位置，分别在煤泥水入 河口上游断面( s 1 ) 、入河口下游断面( s 2 ) 及下游远端处断面( s 3 ) 布置采样点。具 体位置见图2 - - - 3 。为保证所采样品具有代表性，在各断面进行采集时分别采集 3 , - 一4 个样品。 图2 - _ 3 河水采样点示意i 虱( a ：l o o o o ) 表2 1 各断面与煤泥水入河口距离 ( 3 ) 样品的保存： 将水样装入采样瓶后，密封，带回实验室置于冰箱中保存。样品的各种分析 贵州大学硕士学位论文 工作，在一周内完成，以避免水样变质。 2 5 2 固体样品的采集 ( 1 ) 采集方法： 固体样品指矸石样品和土壤样品。采用四分法，每个样品在5 0 c m 5 0 c m 的 正方形四个顶点和中心点2 0 c m 处各采集l k g 样品，均匀混合后采用四分法从中 选取l k g ，作为代表该点的样品，以聚乙烯塑料袋封装保存。 ( 2 ) 采样点的布置： a ：洗矸石样品的采集：在矸石山的不同位置采集多个样品，然后按四分法 混合。 b ：土壤样品的采集：分别在矸石山周围、距矸石山一定距离处收集样品。7 采样点具体分布见图2 - - 4 、表2 - - 2 。 ( 3 ) 样品的保存： 将矸石样品破碎至2 r a m 以下，在实验室内自然风干，装好以待后用。 贵州大学硕士学位论文 图 _ 4 固体样品采样示意图0 ：2 0 0 0 0 ) 表务_ 2 采样点与矸石山距离 贵州大学硕士学位论文 第3 章煤泥水环境影响实验研究 前文已经分析过，该选煤厂煤泥水给研究区的生态环境造成了影响。因此， 有必要对该厂煤泥水水质进行分析，了解其性质，并分析其对周围河流产生的影 响，确定河水受污染程度，作为将来治理工作的理论依据。 、 ， 鬟套外排煤泥水来源 图3 - - 1 为该选煤厂煤泥水的水力循环图。由图可见，再该厂设计的工艺流 程中，煤泥水是完全闭路循环的、没有外排的。但是结合2 3 章节中对于该厂选 煤工艺和设备所存在问题的分析，可以发现为保证整个选煤工艺系统可以正常运 行，在浓缩机处，煤泥水不得不定时对外排放，以减小系统负荷，否则将可能引 起整个选煤工艺的瘫痪。所以，选煤厂外排煤泥水主要来源于浓缩机溢流水。 3 - 2 分析项层及测定方法 为了解煤泥水的水质、煤泥水对河流的污染程以及确定影响水体质量因素的 代表值，为续后的治理提供依据，对煤泥水及河水的性质做如下测试： 表争_ 1 水质测定项目及使用方法 匝旨姆r*_匝 拭喾攀瓣毫器磐曩懿 贵州大学硕士学位论文 其中，m l 、m 2 、m 3 分别代表跳汰机处、浮选机处和浓缩机处煤泥水水样 表3 _ - 2 为煤泥水水质的测定结果，从测定结果来看，煤泥水的各项指标在 不同工艺流程处都发生了变化。从图3 - - 2 、图3 - - 5 可以看出，煤泥水的p h 值 和硫化物含量都是呈现一直增大趋势。p h 值从8 3 8 增加到8 5 8 ，增加幅度为 2 3 9 ；硫化物含量从7 7 0 m g l 增加到7 9 0 m g l 。另外，c o d 、悬浮物、挥发 酚的变化趋势相似，都是先增大再变小。从图3 3 、图争_ 4 和图3 七可以看 出，三者的含量都是在蝇处到达最大，即浮选机处到达最大值。随后，逐渐减 少，直到浓缩机。 8 6 0 8 5 5 8 5 0 8 4 5 8 4 0 8 3 5 8 3 0 8 2 5 图3 _ - 2 p h 值变化量 由图3 - 2 可见，选煤厂煤泥水的p h 值都大于7 ，呈碱性，而且随着煤 泥水在洗煤工艺中的循环，p h 值呈增大趋势，说明其碱性不断增大。这可能 是由于以下因素造成的： 贵州大学硕士学位论文 在原煤的洗选过程中，为保证煤的浮选活性最大，一般把水的p h 值调整在 中性。但是随着水的循环利用及添加的浮选药剂不断增多，导致了煤泥水p h 值 的不断增大。这是因为当p h 大于颗粒零电点时，水中颗粒吸附盯，使得o h 增 多。而煤泥水的闭路循环会使原本很小的效应积累起来，并最终导致该厂煤泥 水的p h 值呈碱性。 【i ：名震鬈；僦翟譬鼍穆够黟男挥”：鬣谨鬈纛 “易”。”。鬈7 “了。学。j ”：”o 驾 。麓翰编啭赣鹈。 荔， 卜 ，凄 雾 毵c 黪 。 l ， ， io 囊 私 铭 删 群 y 爹 - 、 f 爹 ， l 翻渤妇晶毳秀 彰 参l嬲羼渤磊螽氢盔。翰豁。燃 箩么震塞塑縻l 。i 。i 越豳豳隧二釜：惠豳爹厂 臣3 - - - 3 c o d 变化量 图3 - - 4s s 变化量 由图3 - - 3 、图3 _ 4 可以发现，煤泥水循环过程中，悬浮物和c o d 的变 化趋势极为相似。煤泥水中，s s 高，c o d 也高；s s 达最大值( 1 3 5 2 2 m g l ) ， c o d 在同一处也达最大值；s s 减少，c o d 也随之减小。这说明煤泥水中的c o d 和s s 之间存在一定关系。据分析，煤泥水中c o d 主要来源于两方面：一是 2 8 贵州大学硕士学位论文 选煤时投加药剂产生的：二是煤泥颗粒本身产生的。因此，才会出现煤泥水 中c o d 含量跟随s s 含量而变化的情况。 m o 0 5 0 0 0 4 5 o 0 4 0 o 0 3 5 o 0 3 0 m0 2 5 0 0 2 0 o 0 1 5 一 o 0 1 0 o 0 0 5 0 0 0 0 图3 一- 5 硫化物变化量 m 1 m 2m 3 水样 3 ：& 銮河水水质分析 图3 _ 6 挥发酚变化趋势 表3 - - 4 河水水质实测值吼 其中，s 。、s 。、s 。分别代表煤泥水入河口上游水样，入河口下游水样以及该河下游远端处 水样 贵州大学硕士学位论文 表卜_ 4 为河水水质的实测值。从测定结果来看，煤泥水加入前后，河水水 质发生了明显变化。在煤泥水进入河流前，河水的p h 值、c o d 、s s 、硫化物、 挥发酚分别为8 2 0 、8 0 6 9m g l 、1 5 4 3 9 l 、1 1 6m g l 、0 0 0 3 1m g l 。而在 河水进入河流后，河水水质的各项指标相应的变为8 2 4 、8 4 3 7m g l 、1 8 3 5m g l 、 3 8 7m g l 、0 0 0 8 5m g l 。两者对比明显可以发现煤泥水加入后的各项指标均 大于河水加入前的各项指标。这说明煤泥水对河水水质产生了影响。 s ls 2s 3 才( 样 图3 - - 7 p 畦值变化量 4 3 2 l o 9 8 g 2 2 2 2 2 1 1 珂& & 戬 良 & & & 贵州大学硕士学位论文 m g 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 0 5 0 0 o o 图3 - - 9s s 值变化量 s ls 2 s 3 图3 - - - 1 0 硫化物变化量 图3 1 1 挥发酚变化量 由图3 - 7 图3 一1 1 可以看出，由于各项污染指标严重超标的煤泥水进入 河流，因此导致入河口下游采