根据循环经济的原理，利用废弃物粉煤灰的碱性来解决煤矸石硫污染问题。采用柱状淋溶方法，通过粉煤灰与煤矸石的不同配比工艺来解决煤矸石硫污染，降低煤矸石硫化对土壤和水体产生的污染。不同粒径的煤矸石分别与粉煤灰以等体积分２层（煤矸石为２０ｃｍ，粉煤灰为２０ｃｍ，粉煤灰在下层）配比和以等体积分４层（煤矸石和粉煤灰相间隔成４层，每层厚１０ｃｍ，粉煤灰在下层）配比处理均能有效地提高淋滤液ｐＨ值，降低淋滤液盐离子浓度，减少硫脱出量。对硫污染防治效果中２层配比２０ｃｍ厚粉煤灰处理优于４层配比每层１０ｃｍ厚粉煤灰处理，粉煤灰对淋滤液硫污染防治的贡献率最高达到６４％，显示了粉煤灰在煤矸石硫污染治理中较好的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤系固体废弃物硫污染综合防治工艺及技术，具体涉及粉煤灰对煤矸石硫污染防治不同工艺技术。
技术介绍
高硫煤矸石是高硫煤开采过程中的废弃物，由于受资源性质、经济条件、技术设备以及市场变化的影响，高硫煤矸石的利用率很低，除少部分被生产建筑材料如生产水泥或做燃料等工业发展利用外，大部分仍是露天堆放形成矸石山且比例日益增大。全国已探明原煤储量近1.5×1012t，我国高硫煤储量占全国煤炭总储量的1/3，而煤矸石的生产量约为原煤产量的15％或更多。目前，仅我国统配煤矿就有矸石山1500座左右，若以全国所有煤矿计，则有各种矸石堆积场数万个。国内已积存煤矸石约3.0Gt，占地1.2万ha，我国煤矸石的综合利用尚不到15％，约300万t。高硫煤矸石中含有黄铁矿，易氧化产生热量，导致煤矸石山自燃，释放出H2S、SO2等气体，污染大气，同时矸石山易硫化，产生酸性废水，污染土壤和水体，造成矿区景观破坏。同时粉尘的飘浮，使本已脆弱的矿区生态环境日益恶化，不仅导致工程灾害加剧、资源浪费、环境污染、矿农关系紧张，给矿区工农业生产、人民生活及社会安定造成极大影响，严重制约了矿区经济的可持续发展。粉煤灰是我国目前燃煤电厂排放量最大的废弃物之一，粉煤灰大多呈碱性，利用率只有40％左右，粉煤灰不仅污染环境，而且占用土地，生态恢复难度较大。如何综合利用这两种废弃物，降低环境污染是矿区环境治理的焦点。针对高硫煤矸石中的硫污染问题，通过碱性粉煤灰的不同添加工艺来防治硫污染，实现以废治废，同时也可改善矿区的环境。
技术实现思路
针对现有废弃物利用低，环境污染严重等不足，本专利技术将提供一种能降低高硫煤矸石硫污染的治理技术，即利用废弃物粉煤灰的特性采用不同工艺配比方法来有效地防治硫污染，本技术为综合利用废弃物，实现污染治理提供科学技术与方法。完成上述专利技术任务的方案是煤系固体废弃物硫污染综合防治工艺及技术，包括以下步骤(1)采用不同的粉煤灰和煤矸石处理工艺，粉煤灰与煤矸石分2层装柱，每层厚20cm且粉煤灰在下层(V/V＝1∶1)，粉煤灰与煤矸石相间隔分4层装柱，每层厚10cm且粉煤灰在下层(V/V＝1∶1∶1∶1)，各柱中的样品同体积不同重量，各处理基质高度保持为40cm；(2)加去离子水保持样品处于湿润状态，并达到最大饱和持水量。静置24h后，每间隔72h用去离子水淋溶，连续淋溶直至低硫为止；(3)煤矸石与粉煤灰以等体积分别分2层(煤矸石为20cm，粉煤灰为20cm)配比和以等体积分4层(煤矸石和粉煤灰相间隔成4层，每层厚10cm)配比处理均能有效地提高淋滤液pH值，降低淋滤液盐离子浓度，减少硫脱出量；(4)对硫污染防治效果中2层配比20cm厚粉煤灰处理优于4层配比每层10cm厚粉煤灰处理，粉煤灰对淋滤液硫污染防治的贡献率达到35％以上。本专利技术充分挖掘了煤矸石和粉煤灰理化特性，经过不同层次配比后淋滤，淋滤液的pH显著提高，盐离子浓度降低，硫含量减少，有效地防止了煤矸石的硫污染，实现废弃物综合利用。具体实施方案实施例1培养基质选择粒径＜2mm的煤矸石和粉煤灰试验装置采用柱状淋溶装置，淋溶柱由PVC管制成，尺寸为φ20cm×50cm。在其底部内衬滤布一层，下端开口，淋滤液流入淋溶柱下面的烧杯中。试验方案在淋溶柱中分别装入同体积不同重量的样品，各处理基质高度保持为40cm。加去离子水保持样品处于湿润状态，并达到最大饱和持水量。静置24h后，每间隔72h用去离子水淋溶，连续淋溶直至低硫为止。试验设3个处理，分别是＜2mm小粒径煤矸石、粉煤灰与煤矸石分2层装柱，每层厚20cm且粉煤灰在下层(V/V＝1∶1)、粉煤灰与煤矸石相间隔分4层装柱，每层厚10cm且粉煤灰在下层(V/V＝1∶1∶1∶1)，每种处理8个重复。粉煤灰的初始pH和电导率(EC)分别为8.43和5.8ms/cm。不同工艺淋滤后pH变化规律相似，其变化范围为1.16～2.34，呈强酸性，随着淋溶次数的增加，酸性略有减弱，不同层次配比的煤矸石与粉煤灰样品淋滤液的pH变化规律相似，其酸性先增强，随后基本稳定。样品淋滤液的电导率(EC)比较稳定，略有下降趋势，但是变化幅度不大。添加粉煤灰后淋滤液中EC值与煤矸石相比明显降低，滤液中离子总浓度降低。煤矸石与粉煤灰以不同分层配比的方式比较，可知4层配比的滤液中EC值均比2层配比的略大，但随着淋溶次数的增加，其值趋于一致。说明粉煤灰能够降低煤矸石中离子进入淋滤液，2层(20cm厚粉煤灰)效果略好于4层(10cm厚粉煤灰)，降低盐离子进入土壤和水体的可能。随着淋溶次数的增加，煤矸石淋滤液的硫酸根浓度都呈下降趋势。其中未加粉煤灰的煤矸石样品硫的析出速度较快。淋溶5次后，煤矸石淋滤液的硫浓度明显降低，淋溶第6次后硫酸根离子浓度逐渐趋于稳定。煤矸石样品硫酸根的浓度由178.75mg/ml下降至76mg/ml；而添加碱性粉煤灰的样品，其淋滤液析出硫酸根的浓度明显低于纯煤矸石的处理。添加粉煤灰的两种不同处理工艺对淋滤液硫酸根浓度影响相对比较稳定，2层配比的淋滤液硫酸根浓度由43.63mg/ml降至27.13mg/ml，4层配比淋滤液硫酸根浓度由34.57mg/ml降至29.57mg/ml。粉煤灰添加降低了淋滤液中硫酸根浓度，即降低了煤矸石对土壤和水体的酸化与硫污染，粉煤灰贡献率达到40％。实施例2，基本试验装置及配比处理同实施例1，煤矸石粒径为2-5mm的大粒径。2层配比煤矸石与粉煤灰较4层配比对硫污染的防治效果好，提高了淋滤液pH值，减少盐离子浓度，降低硫酸根含量，粉煤灰贡献率达到64％。实施例3与实施例2基本相同，试验装置变为φ50cm×50cm，2层配比煤矸石与粉煤灰较4层配比对硫污染的防治效果好，提高了淋滤液pH值，减少盐离子浓度，降低硫酸根含量，粉煤灰贡献率达到38％。实施例4基本试验装置及配比处理同实施例1，在不同配比的基质中粉煤灰添加了解磷细菌，煤矸石中添加了脱硫硫杆菌，2层配比煤矸石与粉煤灰较4层配比对硫污染的防治效果好，提高了淋滤液pH值，减少盐离子浓度，降低硫酸根含量，粉煤灰贡献率达到50％。权利要求1.煤系固体废弃物硫污染综合防治工艺及技术，其特征在于包括以下步骤(1)采用不同的粉煤灰和煤矸石处理工艺，粉煤灰与煤矸石分2层装柱，每层厚20cm且粉煤灰在下层(V/V＝1∶1)，粉煤灰与煤矸石相间隔分4层装柱，每层厚10cm且粉煤灰在下层(V/V＝1∶1∶1∶1)，各柱中的样品同体积不同重量，各处理基质高度保持为40cm；(2)加去离子水保持样品处于湿润状态，并达到最大饱和持水量，静置24h后，每间隔72h用去离子水淋溶，连续淋溶直至低硫为止；(3)煤矸石与粉煤灰以等体积分别分2层(煤矸石为20cm，粉煤灰为20cm)配比和以等体积分4层(煤矸石和粉煤灰相间隔成4层，每层厚10cm)配比处理均能有效地提高淋滤液pH值，降低淋滤液盐离子浓度，减少硫脱出量；(4)对硫污染防治效果中2层配比20cm厚粉煤灰处理优于4层配比每层10cm厚粉煤灰处理，粉煤灰对淋滤液硫污染防治的贡献率达到35％以上。2.按照权利1要求所述的煤系固体废弃物硫污染综合防治工艺及技术，其特征在于，比常规的煤矸石治理添加了燃煤废弃物粉煤灰这一步骤，实现了以废制废。3.本文档来自技高网...
【技术保护点】
煤系固体废弃物硫污染综合防治工艺及技术，其特征在于包括以下步骤： （１）采用不同的粉煤灰和煤矸石处理工艺，粉煤灰与煤矸石分２层装柱，每层厚２０ｃｍ且粉煤灰在下层（Ｖ／Ｖ＝１∶１），粉煤灰与煤矸石相间隔分４层装柱，每层厚１０ｃｍ且粉煤灰在下层（Ｖ／Ｖ＝１∶１∶１∶１），各柱中的样品同体积不同重量，各处理基质高度保持为４０ｃｍ； （２）加去离子水保持样品处于湿润状态，并达到最大饱和持水量，静置２４ｈ后，每间隔７２ｈ用去离子水淋溶，连续淋溶直至低硫为止； （３）煤矸石与粉煤灰以等体积分别分２层（煤矸石为２０ｃｍ，粉煤灰为２０ｃｍ）配比和以等体积分４层（煤矸石和粉煤灰相间隔成４层，每层厚１０ｃｍ）配比处理均能有效地提高淋滤液ｐＨ值，降低淋滤液盐离子浓度，减少硫脱出量； （４）对硫污染防治效果中２层配比２０ｃｍ厚粉煤灰处理优于４层配比每层１０ｃｍ厚粉煤灰处理，粉煤灰对淋滤液硫污染防治的贡献率达到３５％以上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：毕银丽，苏高华，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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