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1、第一章总论中国是世界上以煤为主要能源的国家之一（经济发达国家的能源消费结构是以石油、 天然气等为主要能源），并且中国以煤为主的能源消费结构仍将持续相当长的时期。在煤 炭开采和消耗的同时，煤炭固体废物随之大量产生。堆存这些固体废物不仅侵占农田， 污染环境，还会破坏生态平衡。21世纪是可持续发展的世纪，唯一可以解决经济发展和 环境保护之间矛盾的方法便是走可持续发展道路。通过可持续发展，使这些固体废物在 一定的场合是废物，在另一设计环节中就是自然资源，实现固体废物“资源化”，或经适 当处置，实现难利用固体废物的“无害化”。第一节煤炭固体废物的概念、来源与分类一、煤炭固体废物的概念固体废物是指人类在生
2、产与生活活动中产生，在一定时间和地点无法利用而被丢弃 的污染环境的固体和半固体废弃物质。固体废物中的“废”具有鲜明的时间和空间特征。 从时间方面看，生物资源滞后于人类需求，昨天的废物势必又将成为明天的资源。从空 间角度看，废物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值，而并非在一切过程或一 切方面都没有使用价值，某一过程的废物，往往是另一过程的原料。我国目前已建立了 许多废物回收利用工厂，如利用粉煤灰制砖、生产水泥，利用煤矸石制砖以及发电等。 所以固体废物又有“放错地方的资源”之称。固体废物主要来源于人类的生产和消费活动，人们在开发资源和制造产品的过程中， 必然产生废物；任何产品经过使用和消耗后
3、，最终将变成废物.物质和能源消耗量越多， 废物产生量就越大。根据中华人民共和国固体废物污染环境防治法，固体废物被分为 城市生活垃圾、工业固体废物和危险废物。城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为 城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政规定视为城市生活垃圾 的固体废物；危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标 准和鉴别方法认定具有危险特性的废物。煤炭固体废物属于工业固体废物这一类。煤炭固体废物是指煤炭在生产、加工和消费过程中产生的不再需要或暂时没有利用 价值而被遗弃的固态或半固态物质。煤炭固体废物是排放量最大的工业固体废物，具有 排放量大、分布广、呆滞性
4、大，对环境污染种类多、面广、持续时间长的特点。这些主 要体现在煤炭固体废物产生方式和贮存方式两个方面。煤炭固体废物在整个生产过程中 是连续产生的。固体废物连续不断地产生出来，通过输送泵、管道和传送带等排出，它 们在生产过程中，物理性质相对稳定，化学性质则有时呈现周期性变化。排放的废物通 常堆积贮存，形成一个散状堆积废物场。二、煤炭固体废物的来源及分类在煤炭固体废物中，煤炭工业的煤矸石和燃煤电厂的煤灰渣是排放量最大最集中的 固体废物。煤炭固体废物主要有煤矸石、露天矿剥离物、煤泥、粉煤灰等。1 .煤砰石煤矸石是煤炭生产、加工过程中产生的岩石的统称。煤矸石主要由各种砂岩、泥质 岩及石灰岩组成，有些矿
5、区还包括火成岩，各地矸石的成分和性质变化很大。就其来源可以分为：煤矿建井时期排出的煤矸石、煤采出过程中排出的煤矸石、原 煤洗选过程中排出的煤矸石。它们或来自所采煤层的顶板、底板与夹层，或来自运输大 巷、主井、副井和风井所凿穿的岩层，即主要来源于相关的煤系地层中的沉积岩层。在 我国，煤矸石大部分自然堆积贮存，堆放于农田、山沟、坡地，且多位于煤矿工业广场 附近。受地形限制堆积形状复杂，多近似呈圆锥体，堆积高度从几十米至一百多米，俗 称矸石堆或矸石山。由于各煤产地的煤层形成地质环境、赋存地质条件、开采技术条件及所采用的开采 方法差别较大，各地煤矸石的排出率也不相同。一般认为，煤矸石综合排放量约占原煤
6、 产量的15%，全国每年除综合利用约6000万t外，其余部分作为工业固体废物混杂堆积。 煤矸石是目前我国最大的固体废弃源，占全国工业固体废物的20%以上。随着社会的发 展，既要逐渐增加煤炭产量、提高煤的质量，同时又必须达到空气洁净要求的标准，这 将导致今后煤矸石的排出率将会越来越高。2. 露天矿剥离物露天矿剥离物是指煤炭露天开采时，为揭露所采煤层而剥离覆盖在煤层之上的表土、 岩石和不可采矿体的总称。覆盖岩石一般包括黏土泥质岩、砂岩及石灰岩，其中主要是 泥质岩。剥离物的排放量与露天矿所处的地理位置、剥离深度有关。3. 煤泥煤泥是指湿法选煤过程中产生的粒度在0. 5mm以下的含水泥状物质，它是一种
7、复杂 的分散体，由各种不同形状、不同粒度和不同岩相成分的颗粒以不同的比例构成。煤泥一般 呈塑性体和松散体。粒度大于0. 0450. 5mm为粗粒煤泥，粒度小于0. 045mm的为细粒 煤泥。煤泥的产生是由于煤炭在开采、运输、分选等过程中被破碎、粉碎和磨碎以及在水中 泥化等所致，煤泥的形成还与煤炭及煤矸石的物理性质以及所采用的选煤工艺流程和煤泥 处理系统有关。煤泥中还有一定量的有机物质和矿物质。煤泥对环境的影响主要体现在占 用耕田，影响景观；干煤泥遇风起尘，污染大气环境；湿煤泥中含有有害的有机浮选药剂， 渗入土壤会危害植物生长，随雨水流入江湖会造成河道淤塞，污染水质。4. 粉煤灰和灰渣粉煤灰是指
8、火电厂发电时从烟道气体中收集的粉末，是一种黏土类火山灰质材料。 燃煤电厂一般使用煤粉炉为燃烧装置，资源综合利用电厂则是以煤矸石、煤泥为燃料， 使用沸腾炉、流化床锅炉为燃烧装置。粉煤灰的化学成分和矿物组成与燃料成分、粒度、 锅炉形式、燃烧情况以及收集方式有关。粉煤灰堆放对环境的危害，主要是占地及随风 飞扬、污染大气和周围环境。发电过程中，将煤磨细，用预热空气喷入炉膛悬浮燃烧，产生高温烟气，烟气中带 出的粉状残留物，经除尘器捕集而得粉末（也称飞灰）；部分逃逸的细灰从烟囱直接逸入 大气，称为飘灰；少量煤粉粒子在燃烧过程中，由于熔融碰撞，黏结成块，沉至炉底， 成为底灰（也称炉渣）。由于炉型、燃煤品种及
9、破碎程度等因素影响，灰和渣的比例也有 所变化。目前世界各国使用煤粉炉为燃烧装置，粉煤灰占灰渣总量的80%90%，炉渣 占10%20%，平均每发1kW- h电产生灰渣0. 1584kg。从20世纪80年代起，为了开展煤矸石、中煤与石煤的综合利用，我国煤炭系统相 继建设了一些煤矸石、煤泥等低热值燃料电厂。煤矸石电厂一般使用沸腾炉为燃烧装置， 发电时除了产生粉煤灰、飘灰和底灰之外，还产生直径约2cm的片状矸石渣，这种电厂 排放的灰渣中，粉煤灰占灰渣总量的30%70%，矸石渣占30%70%，平均每发1kWh 电产生灰渣1. 181. 50kg。中煤发电厂一般使用煤粉炉为燃烧装置，灰渣排放与燃煤电 厂相
10、似，粉煤灰占灰渣总量的80%90%，平均每发1kW h电产生灰渣0. 180. 38kg。煤灰渣的收集包括烟气除尘和底灰除渣两个系统。煤灰渣的排输分为湿法和干法两 种方法。湿排是通过管道和灰浆泵组成的排灰系统，用高压水力输送到贮灰场或江、河、 湖、海。湿法又分为灰渣分排和灰渣混排。目前我国绝大多数的燃煤电厂都采用湿法排 输，且以灰渣混排为主，而煤炭系统的煤矸石电厂主要采用灰渣分排法排输灰渣，排粉 煤灰用湿法，排燃烧过的矸石渣用干法。第二节煤炭固体废物的污染途径和危害我国每年产生的固体废物数量巨大、种类繁多、性质复杂，而处置设施严重不足， 处置率低，从而对环境造成了严重的污染和破坏。据资料统计，
11、每年产生的工业固体废物只有约40%进行综合利用，大部分仍处于任意排放，简单堆放的状况。部分废物直接 排入江河湖海，不但污染水体，也使江湖的面积不断缩小。矿区的固体废物随着经济的发展在逐年增多，由于受技术、资金和管理水平等因素 的影响，无害化处理率低，只有少数有固定堆放场地，大部分进行自由堆放，或直接排 进河沟。矸石山侵占大量土地，随着风化、雨水淋溶作用重金属离子下渗污染土壤及水 体，矸石的自燃散发大量的有害气体，严重污染大气；湿排粉煤灰需要消耗大量的水资 源、干涸的储灰场会随风飘扬、灰坝崩塌等。这些都会导致人类赖以生存的环境质量不 断恶化。一、煤炭固体废物的污染途径我国煤炭工业、电力工业是固体
12、废物的主要发生源，是城乡环境的主要污染源。煤 矸石、粉煤灰是两种排放量最大的工业固体废物，它们含有多种化学成分及有机质，处 理处置不当，会形成污染，通过不同途径危害人体健康。煤炭固体废物污染致病的途径 主要有3个方面：土壤、大气以及水体。具体见图1-1。江、河、湖、地 下水、固废是理 处一置场地煤炭固怵废物T肥料、改良土壤直接接艇图1-1煤炭固体废物污染致病途径二、煤炭固体废物的危害（一）侵占土地据统计，截至2005年底，排放煤矸石、洗矸、煤泥3. 76亿t,历年堆存的煤矸石35. 5 亿t,大小矸石山2 600多座，占压土地11万多亩；我国粉煤灰的排放量达1. 4亿t,粉 煤灰的总堆存量已超
13、过10亿t。煤炭固体废物的排放和堆存侵占大量的土地，其中有相 当部分为可耕地。例如，平顶山矿区开发的50年内，仅平煤集团总公司所属煤矿及选产 厂排放煤矸石山31座，矸石积存量5000万t，占地1470亩，其中77. 5%为可耕地，按 当地平均种植水平，每年少收获粮食约62. 6万kg，相当于1 500多人的粮食占有量。煤 炭、电力工业还要大力发展，排放的煤矸石和煤灰渣会越来越多，压占的土地也将越 占越多。（二）污染大气当前对我国大气环境造成污染的最主要、最具普遍影响的污染物有5种：飘尘、二 氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和总氧化剂。煤炭固体废物在堆放及处理过程中不同程度 地排放出这5种污染物，有的
14、地区在一定时期内，其排放量还比较大，因此对大气环境 的污染也比较严重。1. 煤矸石自燃对大气环境的污染我国的煤砰石堆放时一般未经压实，砰石颗粒之间有较大的空隙，具较高的透气透 水性；许多煤层形成于还原的地质环境，含有黄铁矿；煤砰石的含碳量为5%15%，这 些都为煤砰石的自燃提供了适宜的条件。煤砰石自燃的实质是砰石山（堆）中炭的燃烧，与其他含碳物质的燃烧一样，符合 燃烧物理学原理，是个氧化过程。在煤砰石自燃过程中，根据燃烧情况，碳氧化成CO2 或CO或两者混合物，此外，还产生游离碳（表现为黑烟）。随着温度增高，部分砰石熔 融，砰石山空隙减少，供氧出现不足，CO的产生量相对增多。CO的增多会对人体
15、产 生危害，严重者甚至危及人的生命；大气中CO2浓度的增加会加剧温室效应，破坏生态 平衡。煤砰石中的硫分以有机硫化物和无机硫化物的形式存在。在燃烧过程中，有机硫化 物分解、氧化生成SOx，故有机硫化物称为可燃性硫化物；无机硫化物多为硫酸盐，燃烧 时不分解、残存于过火砰石中，此种硫化物称为非可燃性硫化物。在燃烧时，可燃性硫 主要生成SO2，只有1%5%氧化成SO3。排放到大气中的SO2在空气湿度较大的情况下 很容易氧化成SO3，从而产生硫酸雾。SO2无色，但具有特殊臭味的刺激性气体。当人体 吸入后会引发呼吸道疾病，当浓度过高时会引起肺组织障碍、呼吸困难等严重疾病，当 形成硫酸雾时，对呼吸道、肺泡
16、有更强的毒性作用。煤砰石在自燃时生产氮氧化物NOx，引起大气污染的氮氧化物主要是NO和NO2， 在一定的条件下，NO很容易氧化成NO2。NO2是一种对呼吸器官有刺激性的气体，急性 高浓度NO2中毒可引发肺水肿，慢性中毒可引发慢性支气管炎和肺水肿，还可表现出血 压降低、血管扩张、血液中生成变性血红素及神经系统麻醉等症状。煤砰石中含有大量的有机质，在其自燃过程中产生多种碳氢化合物。当燃烧不充分 时有挥发性烃生成，它是形成光化学烟雾的重要物质，光化学反应产生一些其他的衍生 物，如甲醛、丙烯酚等，都对眼睛有刺激作用。燃烧时有机质分解生成多环芳烃，其中 不少是致癌物质。在自燃过程中，除了产生上述有害气体外，还产生煤尘（也称烟尘），主要是可燃性 碳氢化合物在高温下，经氧化、分解、脱氢、缩合及聚合等一系列复杂反应形成的含有 炭黑、飞灰等的粒状悬浮物。其中，粒径大于10 rm的，在大气中容易沉降，
