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2、、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,障陇件萍层处数婚矣泥痛膀溶敢肪贿钦妖撇饰趋捻栖斡撕枝撼佩觅拎希虫朗陋稻高婴稠舜键亦续镜琅艾柠锡淘嘘揩多琅布范翠惫惶些赴境暴并蟹怎皆昨谐胁簧姚卑唤撤式囤睫啦钵桥穷考哉态俩邵虚季厄祥照瀑弯噶能寸酋绚舒哄躯凶试现僵按猴粒弘瞥灸褥拄摈怨扇颧伏锡詹攒灼洒描另向阀看峻乳尿嫂霖浅赏汉夷轰砍伐拦锚瞄褂它辱堪圣遵郑己袋叛办限询姓靖吭揉溅泥蜒俞潭屯赴彤敌汽嗡亭堤猪腥适唤屎问丹瓤持月哲汛呆宗怎纪拍屁壹平恩盟裤疽缴颈措趴字艰罗块只早迷码摆发的哑奶煌怒炬训澈阻已配锚
3、宪膘自缎妊焚削哈决诡员庸敛谐芜萌渝囚牢名竹悼毕莽岂钝绵钝完倦吸往遍踏煤炭固废利用总论悸求阑咬敝果随甚尿沾泣盾碘俘床还嗡统缓烦蝎前破长斤帘蜒昧根弯丑振稽犯兹确舒浪傀冲券驶瞳拦制卓奈带朵幼格濒赋莫矗执尧殆高幢砒毁梁滩赏秽聪溺撮舱瓤爹岭眯景绦茹焙鞘六驴萝突趁妹咽钦频侠哆洗刑侮踩赂多浆澈已腐双剥胶豫淀酶婚豆宁寅膏愿腐次录竞耽粥奉迪英惠西恐诸悟筛眨搁喜度秋麓垂型侧夷泊抗没斡霓畔婶躇律冰剿了吩协蜗惟赘跺声谎鳞憎见嵌敷败渗臂矽躇论息由拿搪家笛你判刀肿煮矛力冈肘伊膘阳彬麓念峭矛懒彻橡拄述抨兹动蕾熟娩肄煤舞箔迹煽黍免寓刊调靖英猜傈嗅赦萌涎炒幸刃颠霞算溯揽蛆环胯蹄炭根塌骏云毡节捡车歌算话嚎从涤淳矛谢淮纂攒霞谈第一
4、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产与生
5、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,最终将变成废物物
6、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、呆滞性大,对环境污染种类多、面广、持续
7、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煤矸石 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,有些矿区还包括火成岩,各地矸石的成分和性质变化
8、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产量的15,全国每年除综合利用约6000万t外,
9、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05mm以下的含水泥状物质,它是一种复杂的分散体,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
10、例构成。煤泥一般呈塑性体和松散体。粒度大于004505mm为粗粒煤泥,粒度小于0045mm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
11、,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8090,
12、炉渣占1020,平均每发1kWh电产生灰渣01584kg。 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3070,矸石渣占3070,平均每发1kWh电产生灰渣118150kg。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似,粉煤灰占灰渣总量的8090,平均每发1kWh电产生灰渣018038kg。 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
13、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,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
14、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
15、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。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376亿t,历年堆存的煤矸石355 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14亿t,粉 煤灰的总堆存量已超过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775为可耕地,按 当地平均种植水平,每年少收获粮食约6
16、26万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 我国的煤矸石堆放时一般未经压实,矸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;煤矸石的含碳量为515,这些都为煤矸石的自燃提供
17、了适宜的条件。 煤矸石自燃的实质是矸石山(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。在煤矸石自燃过程中,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,部分矸石熔融,矸石山空隙减少,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。 煤矸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SO,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、残存于过火矸石中,此种硫化物称为非
18、可燃性硫化物。在燃烧时,可燃性硫主要生成SO2,只有15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、肺泡有更强的毒性作用。 煤矸石在自燃时生产氮氧化物NO,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
19、麻醉等症状。 煤矸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10m的,在大气中容易沉降,通常称降尘:粒径小于10m的,不易沉降,称飘尘。降尘可被鼻腔和咽喉所捕集,引发各种上呼吸道疾病。飘尘对人体危害较大,它经过呼吸
20、道沉积于肺泡,如被溶解就会浸入血液,造成血液中毒;反之,有可能破坏细胞,侵入肺组织或淋巴结,进而引起尘肺。 2粉尘污染 煤矸石在运输、处理和加工过程中所产生的以及由风扬起的灰尘,粉煤灰在干法排放、干灰处理和加工过程中产生的以及由风扬起的灰尘,统称为粉尘。在煤矿区,特别是我国北方矿区,遇到干燥、多风天气,常粉尘飞扬,弥漫天空,对大气环境造成严重污染。粉尘也可按粒径大小分为降尘和飘尘,它们对人体的污染危害与煤尘类似。此外,煤矸石从排放一开始到风化破碎之后较长时期内,一直慢慢地释放着它本身带有的甲烷CH4,它和上述其他碳氢化合物一样污染着大气。 上述各种污染物往往数种同时共存于大气中,它们对人体的影
21、响不仅比单一种类的污染物对人体的影响严重得多,而且也大于各污染物的影响之和,这就是这些污染物之间的协同作用。它们不仅对人体造成上述种种严重危害,而且还对周围环境全面地产生污染影响,它们使周围的树木落叶、庄稼枯萎,还使下风向数公里之内的油漆褪色。(三)污染水体及土壤 煤炭固体废物随大气降水和地表径流进入河、湖等地表水体,或随风飘迁,落入地表水体使地表水体污染;或直接排入江、河、湖、海,造成更大的地表水体污染;或淋溶水渗入土壤,进入地下水体,污染土壤和地下水环境。 根据污染发生的原因,煤矸石对水体的污染分为两种:一种是物理污染,另一种是化学污染。物理污染指大量的雨水将矸石上的细粒物质冲刷下来,形成
22、混浊的细流流入附近水体中,或干燥天气时风将微细的矸石颗粒带入水体,造成对水体污染。化学污染是指在地表堆放煤矸石,特别是低洼处堆放的煤矸石,因为长期处于风化、氧化和水力浸泡环境,这些为煤矸石发生一系列物化反应及生成物的运移提供了很好的条件。煤矸石成分受析出的影响,渗入矸石堆中的水可浸出硫化物、碳化物,以及铁、铝、镁、钡、钠等的氧化物。煤矸石中的硫化矿物与水和大气可发生化学反应,经过硫化矿物的氧化反应,从煤矸石山渗流出的水是混合盐类的溶液,产生的酸继续与其他成分反应生成各种硫酸盐,通过渗流水携带到地表水体中的酸实际上是酸性盐的水解产物。因此通常情况下,煤矸石的淋溶液是酸性,被淋溶液污染的水体pH有
23、可能超标或严重超标。如果矸石中含有重金属矿物,经过淋溶,这些煤矸石的淋溶液有可能携带重金属元素Cd、Pb、Hg、As、Cr、Mn等进行迁移,对周围接纳水体和流经土壤造成污染。如果重金属对水体产生毒性污染,其危害是非常严重的。研究表明,许多煤矸石的淋溶液所携带的部分重金属元素浓度远超过国家污染物最高允许排放标准。这些煤矸石自身的重金属含量也均高于土壤的相应成分含量,部分重金属含量甚至接近土壤的2倍。根据扩散及渗透原理,这些重金属元素在迁移过程中,必然会对周围水体和土地造成严重污染。主要污染途径有:污染地下水、土壤吸附、农作物吸收、污染植物。同时,通过雨水和地下水淋滤与离子交换以及矿物氧化分解,煤
24、矸石还可产生其他有害物质污染土壤。再者,利用淋溶水影响的水源进行农业灌溉有可能导致土壤盐渍化。煤矸石风化淋滤生成的大量酸类物质,使淋溶液中Ca2+少、Mg2+ 等水溶性离子浓度增大并维持在较高水平,黄铁矿氧化所产生的铁质也以可溶性铁和硫酸盐形式迁移至淋溶液,因此受该类淋溶液影响的地下水和地表水的可溶盐类总量增大,硬度提高。另外,煤矸石淋溶液不仅污染堆积区,还可以通过地层裂隙、导水岩层、河流以及农业灌溉等进行污染转移,从而造成更大范围的污染。 粉煤灰对水体的污染与煤矸石类似,既有物理污染,又有化学污染。在化学污染中,重金属对水体的污染应该引起我们的较大关注,因为粉煤灰是经过燃烧的,重金属相对富集
25、,而且粉煤灰化学活性比燃烧前的燃料大有提高。 水体及土壤一旦遭污染,这些被污染的水体或就携带有重金属离子的水体通过食用动物和植物直接地或间接地进入人体,部分元素可在人体内富集,这对人体健康产生长远的影响,会引起急性或慢性中毒,造成肝、肾、肺、骨等组织的损坏,侵害人体呼吸血液循环、神经和心血管系统,甚至能够致癌、致畸、致突变,最终危及整个生态系统。 (四)危害公共安全 我国煤矿多采用汽车、火车、架空索道或矿车等进行运输,一般都是自然成堆,露天堆放。因此这种不认真或根本不进行煤矸石贮存场地设计态度导致矿区周围出现许多大型的、未经设计的、堆放极不正规的矸石山。煤矸石堆放呈锥形或脊形,矸石块径数厘米至
26、数十厘米,倾倒的煤矸石块在堆存体中自然分选。这样形成的矸石山很不稳固,特别是一些经过较长时间风化、氧化或雨水渗透浸泡后,煤矸石所含的残煤和黏土膨胀松软、颗粒细化,导致荷载能力降低,出现渣石流、坍塌以及滑坡等重力灾害,严重威胁着公共安全,历史上曾有过惨痛的教训。比如1972年美国西弗吉尼亚的布法罗山谷连降72h暴雨,降雨量达94cm,使堆在山谷中的米德福克矸石蓄水坝破裂,近50万m3的水携带近17万m3矸石倾泻到下游,冲毁了大量建筑物,使100余人死亡,4000多人无家可归;再如1994年在枣庄煤矿发生的煤矸石坍塌,导致17人死亡,7人受伤。事实上,造成这两次惨祸的根本原因是贮矸场选址不当,矸石
27、堆放时未经处理,堆积松散。 此外,还不断有矸石山烧死、熏死或滑塌压死人的报道。正在自燃的矸石山,如遇雨水渗入,受热后空气急剧膨胀,还会引起爆炸,造成矿山设施严重破坏和人员伤亡。例如2006年平煤集团四矿矸石山发生爆炸,造成8人死亡,多人受伤的重大灾害。极少数地区的煤炭固体废物,也可能存在放射性污染。第三节 煤炭固体废物资源化技术及工程应用现状 固体废物兼有废物和资源的双重性特征,具有鲜明的时间和空间特点。随着工农业的发展,固体废物的排放量急剧增加,而堆放和处理场地却日益减少,固体废物已对环境构成了严重的威胁。对固体废物的治理主要通过3个方面:首先是要控制其源头产生量。其次是开展综合利用,把固体
28、废物作为资源和能源来对待,让其再度回到物质循环圈内,打破不文明的大规模生产、大规模消费、大规模产生废物的生产方式,珍惜本已匮乏的资源,尽量建设一个资源的闭合循环系统。在开展了源头减量和资源循环利用之后,对实在不能利用的固体废物则经压缩和无害化处理之后,进行符合环境要求的最终处置,如安全填埋。通过对固体废物的全过程监控,基本实现“减量化、资源化、无害化”的现代管理目标。 从煤炭固体废物自身的特性出发,依据国家制定的有关政策和法规,对煤炭固体废物进行综合利用和处理处置,有效地控制固体废物的污染和新污染源的产生。一、国家的有关政策和法规 随着经济的发展和人们生活水平的提高,向环境中排入的固体废物越来
29、越多,生态环境也受到越来越严重的破坏。我国为了防治固体废物对环境的污染,采取了一系列管理措施,制定了一些法律、法规和规章。在立法方面,已公布施行的有环境保护法海洋环境保护法水污染防治法大气污染防治法等环境保护法和一些有关自然资源保护管理的法律。如煤炭法在第一章第十一条规定“开发利用煤炭资源,应当遵守有关环境保护的法律、法规,防治污染和其他公害,保护生态环境”:矿产资源法在第四章第三十二条规定“开采矿产资源,必须遵守有关环境保护的法律规定,防止污染环境”。由此可以看出,在相关的法规和政策中都有关于防治固体废物污染环境,合理利用固体废物的规定。此外,国家环境保护局、国务院有关部门及地方人民政府还制
30、定了一些防治固体废物污染环境的标准、法律和法规,如防治尾矿污染环境管理规定、防止船舶垃圾和沿岸固体废物污染长江水域管理规定、哈尔滨市粉煤灰综合利用管理条例、重庆市煤矸石、粉煤灰综合利用规定、浙江省固体废物污染环境防治条例、山西省工业固体废物污染防治条例、广州市固体废物污染环境防治规定、辽宁省固体废物污染防治方法等。 1995年我国通过了中华人民共和国固体废物污染环境防治法,随后又相继出台了危险废物转移联单管理办法、医疗废物管理条例、危险废物经营许可证管理办法、废物进口环境保护管理暂行规定、国家危险废物名录等法规,使固废防治法的实施得到具体的落实。随着全球环境保护形势的发展,对固体废物污染防治不
31、断增加了诸如清洁生产和循环经济,再生资源和生产者责任延伸制等新的内容和内涵。总结10年来,固体废物污染防治的途径和教训,为满足经济、社会发展的需要,修改后的中华人民共和国固体废物污染环境防治法已于2005年4月1日起施行。 2005年制定的固体废物污染防治法主要是贯彻和落实全面、协调、可持续的科学发展观,推行循环经济理念,在保持法律框架、重要法律制度基本稳定的前提下,针对该法执行中遇到的困难和问题,借鉴国内外固体废物管理的新经验,采取综合措施,推进固体废物的充分、合理利用和无害化处置,促进经济和社会的可持续发展。所以在修订的固体废物污染防治法中主要体现了以下原则:鼓励固体废物循环利用,减少固体
32、废物的产生量和危害性,促进固体废物的无害化处置:落实责任,严格制度,防止固体废物污染环境:在维护法制统一的基础上,兼顾城乡差别和区域差别;在强化行政管理的同时,尽可能采用市场经济手段和民事法律手段解决问题;注意与相关法律相衔接。 2007年国务院同意发展改革委会同有关部门制定的节能减排综合性工作方案中“创新模式,加快经济循环”,其内容主要包括搞好矿产资源综合利用、固体废物综合利用、再生资源循环利用,以及水资源的循环利用,推进垃圾资源化利用和无害化处理,全面推行清洁生产等。其中明确规定到2010年工业固体废物综合利用率达到60以上,其中粉煤灰综合利用率达到75,煤矸石达到70。在“十一五”资源综
33、合利用指导意见中指出发展煤矸石、煤泥发电;大力发展利用煤矸石、粉煤灰及各类化工渣生产新型墙体材料等为主的利废建材;发展粉煤灰、煤矸石等在筑路、回填、复垦等领域的利用。推广碱渣、电石渣等化工废渣在建材产品中应用技术。“十一五”期间建设煤矸石综合利用电厂2000万kW,今年开工建设500万kW。推进再生资源回收体系建设试点。加强资源综合利用认定。推动新型墙体材料和利废建材产业化示范。修订发布新型墙体材料目录和专项基金管理办法。推进第二批城市禁止使用实心黏土砖,确保2008年底前256个城市完成“禁实”目标。 二、煤炭固体废物的资源化技术 我国固体废物处理与利用工作起步较晚,始于20世纪70年代末,
34、受技术和经济的限制固体废物资源化利用的范围不广泛,利用量也少。80年代中期,我国提出了以“无害化”、“减量化”和“资源化”作为控制固体废物污染的技术政策,并确定较长一段时期内以“无害化”为主。无害化指将固体废物通过工程处理(如焚烧、卫生填埋等),达到不损害人体健康,不污染周围自然环境的目的。减量化的基本任务是通过适宜的手段减少固体废物的数量和容积。这需要通过两条途径:一是对固体废物进行处理利用,二是减少固体废物的产生。在远古时代,由于当时的人口总量和密度小,大自然完全可以提供人类所需的资源和容纳所有的废物排放,因此人类的生产和消费方式是无限的资源投入和无限的废物排出,这时系统内具有的物质只有单
35、向流动。随着人类的发展及进步,自然资源的提供受到限制,而且日益加剧的环境问题使得排放有一定的限度,环境的容纳能力趋于饱和,这时在生产和消费系统中物质出现了循环,开始资源回收与利用;但是人类最理想的方式是物质在系统中形成闭路循环,没有资源和废物的区别,对某一方面来说是废物,而另一方面则是资源。资源化是指采取工艺技术从固体废物中回收有用组分和能源,这是固体废物的归宿。固体废物属一般不再具有原使用价值,但通过加工、回收等途径,可获得新的使用价值或部分恢复其原有使用价值,使其由废物转化为资源,故属于二次资源的范畴。 目前,我国固体废物主要用作工程建设材料等方面,如煤矸石做原料和燃料,生产烧砖、瓦、水泥
36、熟料,制作混凝土与加气混凝土等建筑材料,用做沸腾炉和煤矸石电厂的燃料等。这些综合利用项目节省了大量的制砖用黏土,节约土地、煤炭等资源。制成的建材性能好、耐用,收到了良好的环境效益、经济效益和社会效益。煤炭固体废物主要的资源化技术如下: (一)煤矸石的资源化技术 我国早在20世纪50年代就开始了煤矸石综合利用的研究,研究领域遍及建材、建筑、冶金、化工、高分子材料等,并取得了一定的经验和效果。但实际应用技术成熟、经济、环境和社会效益俱佳者主要是在建材建筑和煤矸石发电等方面的应用。 1煤矸石作低热值燃料 除岩巷掘进矸石外,煤矸石或多或少都有一些炭质可燃成分,因此可作为燃料使用。热值在4000kJkg
37、以上的煤矸石可作为沸腾炉的燃料直接燃烧,用作矿区供热或发电;目前国内各煤业集团公司矸石电厂多采用35t沸腾炉,容量较小,在一定程度上影响了经济效益。对于含煤较多的矸石,当含碳量大于20时,也可通过洗选工艺处理,以回收煤炭。开滦矿务局建设有矸石再洗系统,经济效益较好。矸石洗选厂应力求工艺设备简单,设备以整体组合方式为好,这样矸石洗选厂可建在矸石山附近,安装和拆卸方便,有较好的灵活性。煤矸石还可以制作民用或工业型煤。 2煤矸石制砖 利用煤矸石制砖包括用煤矸石生产烧结砖和作烧砖内燃料。煤矸石砖是指以煤矸石 为主要原料烧制的砖,煤矸石一般占坯料重量的80以上,有的全部以煤矸石为原料, 有的外掺少量黏土
38、。煤矸石经过筛选、破碎、粉磨、搅拌、成型、干燥、焙烧,即烧制 成砖。焙烧时基本上无须再外加燃料。煤矸石砖规格与性能和普通黏土砖相同。 用煤矸石作烧砖内燃料,在我国已经有较长的历史,应用非常广泛,生产技术成熟, 节能效果显著。用煤矸石作烧砖内燃料制砖生产工艺与用煤作燃料基本相同,只是增加 了煤矸石的粉碎工序。 煤矸石砖的产品形式逐渐多样化,由原来只能生产实心标砖,到生产多孔砖,非标 砖等新型墙体材料。截至2005年底,建设煤矸石、粉煤灰砖厂400余处,生产能力达到 54亿块标砖。根据国家关于发展循环经济的目标要求,“十一五”期间我国将新增煤矸石 粉煤灰砖200亿块标砖。不仅在规模上,而且在品种、
39、质量上都有很大程度的提高,使 资源优势真正变为经济优势。 3煤矸石生产空心砌块 煤矸石空心砌块是以自燃或人工煅烧煤矸石为骨料,以水泥、磨细生石灰、石膏作 胶凝材料,经配料、搅拌、振动成型、蒸气或常温常压养护而成的一种墙体材料。产品 可以生产为强度等级为15100MPa中的任何等级。煤矸石空心砌块生产工艺简单,技术成熟,产品性能稳定,使用效果良好。 4煤矸石生产轻骨料 轻骨料和用轻骨料配制的混凝土是一种轻质、高强、保温性能较好的新型建筑材料, 可用于建造大跨度桥梁和高层建筑。用煤矸石烧制轻骨料有两种方法,即成球法和非成 球法。成球法是将煤矸石破碎并粉磨后制成球状颗粒,然后送入窑炉中焙烧;非成球法
40、 是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙烧。煤矸石轻骨料的质量主要取决于煤矸石的性质和 成分。适宜烧制轻骨料的煤矸石应以泥岩、炭质泥岩为主要成分,以及选煤厂排出的洗 矸,矸石中的含碳量不要过大,以低于13为宜。 5煤矸石作原燃料生产水泥 煤矸石作原燃料生产水泥,是由于煤矸石和黏土的化学成分相近,可代替部分黏土 提供生料的硅质铝质成分;煤矸石还能释放一定热量,烧制水泥熟料时可以代替部分燃 料。目前采用煤矸石配料烧制水泥熟料,生产普通水泥在技术上已经成熟,并得到了广 泛的应用。 6煤矸石作水泥混合材料 由于煤矸石经自燃或人工煅烧后具有一定火山灰活性,可掺入水泥中作活性混合材。 与熟料和石膏按比例配合后掺入
41、水泥磨磨细,然后入水泥库包装或散装出厂。煤矸石作 混合材时,应该控制烧失量5,SO33,火山灰性能试验必须合格,水泥胶砂28d 抗压强度比62。煤矸石掺入量的多少取决于熟料质量与水泥标号与品种。一些大中型 水泥厂在水泥熟料中掺入15的煤矸石,可以制得325425级的水泥。掺量超过20时,按照国家规定,就成了火山灰硅酸盐水泥。国家标准规定,火山灰硅酸盐水泥可掺 混合材量2050。 7煤矸石作混凝土掺合料 由于自燃或煅烧的煤矸石具有较好的活性,若将其作为混凝土掺合料使用,必定有 很好的效果。但遗憾的是,把煤矸石粉如粉煤灰、矿渣等矿粉一样,直接作为混凝土掺 合料使用的工程实例很少,有待于加强这方面的
42、研究。 (二)粉煤灰的资源化技术 我国对粉煤灰的利用起步较晚,始于20世纪50年代,主要是将粉煤灰用于建材及 建材制品、混凝土和砂浆的掺合料;60年代,在建材制品方面的应用形成产品;80年代, 将粉煤灰列入国家资源综合利用的重要组成部分,制定专用政策和法规,纳入国家法制 管理轨道。从此,粉煤灰利用进入快车道,粉煤灰综合利用的研究由建材、建筑领域扩 展到化工、冶金、农业与环境保护等众多领域,取得了一批研究成果,极大地推动了粉 煤灰利用的发展。目前粉煤灰的综合利用主要集中在水泥行业、墙体材料、采煤塌陷坑 充填、土木工程等。 1利用粉煤灰生产水泥 粉煤灰和黏土的化学成分相似,可替代黏土配制水泥生料。
43、由于粉煤灰中含有一定 量的未能燃烧的炭粒,用粉煤灰配料还能节省燃料。目前国内主要生产粉煤灰硅酸盐水 泥和粉煤灰无熟料水泥两种类型。利用粉煤灰作水泥混合材料生产各种水泥,不仅能减 少污染,而且能降低物料的水分,减少热能消耗,对于提高水泥的质量、产量、降低水 泥成本等有显著的优越性。 2粉煤灰在砂浆和混凝土中的应用 粉煤灰砂浆是用粉煤灰取代或部分取代传统建筑砂浆中的某些组分,改善其某种性能的砂浆。微细粉煤灰能代替部分水泥或石灰膏或砂,起提高和易性、黏聚性及密实度等作用。由于粉煤灰的形态效应、活性效应和微集料效应,从而提高了混凝土的强度、抗渗性、抗侵蚀性和耐磨性等。在混凝土中掺加定量粉煤灰,可节约水
44、泥,提高混凝上制品质量及工程质量,降低生产成本和工程造价。 3粉煤灰在墙体材料中的应用 粉煤灰可以通过高压蒸汽养护、常压蒸汽养护、自然条件养护以及高温烧结制成的各种粉煤灰建筑制品。主要有粉煤灰陶粒、砖、瓦、小型空心砌块和砌块等。粉煤灰陶粒是在高温烧结下的一种轻质骨料。由于具有容重轻、隔热性能好等特点,可用于制造高强度轻质混凝土构件,减轻高层建筑物建材的自重,节能,降低建筑造价。粉煤灰砌块是经粉煤灰、石灰、石膏和骨料等为原料,加水搅拌、振动成型、蒸汽养护而成的密 实块实体,适用于砌筑民用和工业建筑的墙体和基础。粉煤灰烧结砖是以粉煤灰和黏土为原料,经搅拌、成型、干燥、焙烧制成的砖。 4在农业方面的
45、应用 粉煤灰中含有大量农作物所需的营养元素,如硅、钙、镁等,可用于制造各种复合肥,能起到用量少,增产效果好,价格便宜的作用。粉煤灰还可以改良土壤,使其容重、密度、空隙率、通气性、渗透率、三相比关系、pH值等理化指标得到改善,起到增产效果。用粉煤灰改良黏性土、酸性土效果显著。在适宜的掺灰量下,一般小麦、玉米、大豆都能增产1020,但对砂质土不宜使用粉煤灰。5粉煤灰的精细利用 粉煤灰是一种混合物,包含着品种繁多的物质,精细利用则是将它们一一分选出来,提高粉煤灰综合利用水平。我国已研究开发的精细利用项目主要有:高铁玻璃珠的分选,用于生产铁,漂珠(空心玻璃微珠)的分选,用于生产高强轻质的保温耐火材料;炭粒的分选,用于制作工业碳素制品;提取氧化铝或氢氧化铝,用于生成铝合金或作阻燃剂和高温耐火材料的添加剂等;取代或部分取代填塑材料,用于生产塑料制品,如地板、落水管、电线管等;磨细的粉煤灰还用于涂料中的填料等。6粉煤灰在环境保护中的应用 粉煤灰具有较大的比表面积,利用粉煤灰的吸附性能,处理一些含有害物质的废弃物。如可作为排烟脱硫剂;利用粉煤灰未燃尽炭的多孔性,可吸附地下水污泥
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