CN107080916A

CN107080916A - 用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法

Info

Publication number: CN107080916A
Application number: CN201710332923.0A
Authority: CN
Inventors: 罗有发; 吴永贵; 付天岭; 王虎; 邢容容; 舒洁; 万祖容; 吴芷雪
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2017-08-22
Anticipated expiration: 2037-05-12
Also published as: CN107080916B

Abstract

本发明公开了一种用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法，该控制材料为脯氨酸物质，该方法是通过添加控制材料对煤矸石进行浸没覆盖处理，实现煤矸石堆场污染释放原位的控制。本发明能有效抑制在煤矸石大量堆放过程中氧化产酸，防止多种污染物质溶出，从而保护周边生态系统，而且价格低廉、施工工艺简单，效果显著，可操作性强。

Description

用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法

技术领域

本发明涉及一种工矿固体废弃物污染控制技术，特别是用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法。

背景技术

煤矸石是煤炭开采和洗选过程中产生的固体废弃物，目前我国堆积量近50亿吨，规模较大的煤矸石山有1600多座，占用土地约1.5万hm²，而且每年还以1.5~2.0亿吨的速度增加。由于我国的煤矸石资源化综合利用水平不足30%，致使大量的煤矸石堆积于环境中。由于煤矸石中常常富含硫、铁以及伴生锰、铜、锌、砷、铬、镉、汞等元素，煤矸石在雨雪淋溶，大气中的氧、微生物的联合作用下会氧化产酸形成大量含有重金属的酸性矿山废水（AMD），严重污染周围农田、下游水生生态系统。另外，煤矸石在堆积过程中不仅占用大量土地，产生扬尘，还会在自燃过程中产生的有毒气体等污染物污染环境。煤矿区已成为当今世界陆地生物圈最为典型、退化最为严重的生态系统，矿区生态环境问题已受到国内外的高度重视，传统上对于煤矸石污染主要倾向于末端治理已产生的酸性矿山废水。然而，煤矸石风化是一个缓慢产酸的过程，其污染物的释放也是一个缓慢的、源源不断的过程，且末端治理酸性矿山废水是一个旷日持久的漫长过程，这必将导致末端治理需要更长的周期以及付出更高的人力、物力。因而，在经济贫困、生态脆弱的喀斯特煤矿区，积极研发煤矸石污染释放的源头控制理论和技术就显得尤为必要和迫切。

尾矿污染原位控制需采取合适的措施抑制尾矿堆积池中含硫矿物的氧化及AMD的产生。采取的许多措施主要是控制尾矿氧化的影响因素（水、铁、氧、细菌和硫化物矿物），有研究表明，通过添加覆盖材料控制大气中的氧气向含硫尾矿内部扩散是比较有效的方法，已被许多研究者提出或广泛应用的物理屏障包括使用纹理致密的材料进行干覆盖维持尾矿内部高含水量，土工合成材料，耗氧材料，另外，为了限制氧的扩散，尾矿渣也用于含硫尾矿覆盖材料阻止尾矿发生风蚀及水蚀作用。利用水覆盖尾矿作为一种能够使尾矿最低程度发生氧化产酸及释放重金属的有效方法而被提出，水覆盖技术是基于溶解氧在水中的溶解度及扩散系数（8.6 mg/m³、2×10^-9m²/s，25℃）较大气（285 mg/m³、1.78×10^-5 m²/s，25℃）低，AMD形成速度比较缓慢。但由于仍存在空气中氧气持续不断输入上覆水体，且随着时间的推移，水覆盖下的尾矿会在其已有的氧化产物（硫酸根、高价态铁离子）及大气复氧作用下发生催化氧化，导致水覆盖技术在煤矸石氧化产酸及污染物控制效果方面存在一定局限。因此，在煤矸石大量堆放过程中，煤矸石易氧化产酸，溶出多种特征污染物质形成的强酸高毒污水，造成周边生态系统破坏。

发明内容

本发明的目的在于，提供用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法。本发明能有效抑制在煤矸石大量堆放过程中氧化产酸，防止多种污染物质溶出，从而保护周边生态系统，而且价格低廉、施工工艺简单，效果显著，可操作性强。

本发明的技术方案：用于煤矸石堆场污染释放原位控制所用的材料，该控制材料为脯氨酸物质。

前述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制所用的材料中，所述脯氨酸物质包括DL-脯氨酸、D-脯氨酸和L-脯氨酸。

前述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，该方法是通过添加控制材料溶液对煤矸石进行浸没覆盖处理，实现煤矸石堆场污染释放原位的控制。

前述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法中，所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=0.5%~10%。

前述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法中，所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=1%~5%。

前述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法中，所述煤矸石浸没覆盖处理的质量比例为煤矸石：控制材料溶液=1:2~20。

与现有技术相比，本发明通过添加脯氨酸物质作为控制材料，实现对煤矸石堆场污染释放原位控制，可同时在环境氧化还原电位控制、功能微生物活性抑制和能源物质（电子受体）供应等三个方面实现综合作用，具体表现为：在煤矸石中添加控制材料后，羧基、羟基和氨基等官能团易附着在煤矸石表面形成一层保护膜，可有效阻止煤矸石中还原性硫化物和其他污染物质的溶解释放及阻止污染物质与体系中溶解氧发生反应；控制材料（脯氨酸）的添加，可在尾矿-水体系中稳定陈化过程中形成氧化还原电位较低的还原环境，减少煤矸石中污染物质的氧化作用；同时，控制材料（脯氨酸）的添加，可明显抑制煤矸石中化能自养型的好氧嗜酸微生物的活性，降低煤矸石的生物氧化作用；实现多因子的共同作用，不仅施工工艺简单，而且还有的效抑制煤矸石氧化产酸及有毒有害污染物质的溶出，效果显著；本发明控制材料来源广泛，成本低廉，无二次污染风险，适宜大面积运用实施，在矿山环境治理中应用后具有显著效果，防止周边生态系统受到破坏。

申请人进行了以下实验，以验证本申请方案的有效性：

实验例，采集废弃煤矿煤矸石堆场的煤矸石样品，将样品于实验室内风干，破碎过2mm尼龙筛备用。

实验装置采用直径为6 cm，高为20 cm的聚乙烯塑料瓶，分别称取50 g煤矸石样品于塑料瓶1、塑料瓶2和塑料瓶3中，在塑料瓶1和塑料瓶2中设置脯氨酸溶液浸没实验：选取L-脯氨酸，按固液质量比为1：10分别向塑料瓶1和塑料瓶2中添加1%和2%的脯氨酸溶液，同时设置对照实验，向塑料瓶3中添加相同体积的自来水，每组实验处理设置3个平行，共计54个塑料瓶，分别于30、60、120、180、270、360天后分批次测定上覆水样中的pH、Eh、EC、总铁、亚铁、硫酸盐，并分别绘制塑料瓶1（PAS 1%）、塑料瓶2（PAS 2%）和塑料瓶3（CK）中pH、Eh、EC、总铁、亚铁和硫酸盐的曲线。

如图1至图6所示，经过前360 天的连续监测结果表明煤矸石在脯氨酸溶液浸没处理后的360天内，覆水样的pH逐渐上升并保持中性偏碱环境，添加控制材料可显著降低煤矸石-水体系中的氧化还原电位，同时也可显著降低煤矸石上覆水体中Fe及SO₄ ^2-的浓度，因此，脯氨酸作为控制材料可显著抑制煤矸石的氧化产酸及多种特征污染物质的溶出释放。

添加脯氨酸溶液作为控制材料，对煤矸石处理360天检测得控制效果为：

1)pH：增加幅度为292%~293%；

2)EC：降低幅度为64%~71%；

3)Eh：降低幅度为81%~84%；

4)硫酸根：降低幅度为96%~100%；

5)TFe：降低幅度为99.5%~99.6%。

按照申请号为201310185092.0的专利“一种有机水系覆盖实现原位控制煤矸石污染的方法”，添加固液比为1:10添加30%的奶牛养殖废水、沼液、垃圾渗滤液，对煤矸石进行处理360天检测得控制效果为：

1)pH：增加幅度为173%~248%；

2)EC：沼液及养殖废水处理降低幅度57%~62%，垃圾渗滤液处理增加幅度为67%；

3)Eh：降低幅度为51%~65%；

4)硫酸根：降低幅度为66%~91%；

5)TFe：降低幅度为9.82%~99.99%。

经效果对比，本发明对煤矸石的处理效果总体上优于现有技术。

综上所述，本发明能有效抑制在煤矸石大量堆放过程中氧化产酸，防止多种污染物质溶出，从而保护周边生态系统，而且价格低廉、施工工艺简单，效果显著，可操作性强。

附图说明

图1是上覆水样中的氢离子浓度指数（pH）的曲线图；

图2是上覆水样中的氧化还原电位（Eh）值的曲线图；

图3是上覆水样中的电导率（Ec）值的曲线图；

图4是上覆水样中的总铁（TFe）含量的曲线图；

图5是上覆水样中的亚铁（Fe²⁺）含量的曲线图；

图6是上覆水样中的硫酸盐（SO₄ ^2-）含量的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法，所述控制材料为L-脯氨酸，所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=0.5%；所述煤矸石浸没覆盖处理的质量比例为煤矸石：控制材料溶液=1: 10。

用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，包含以下步骤：

a、在煤矸石堆场周边选择低凹地、废弃矿坑等场地作为煤矸石处理处置场地，并采取环保防渗处理，使场地达到防渗要求；

b、对已进行环保防渗的煤矸石处理处置场地，将L-脯氨酸调配成合适浓度的溶液或与水配施对煤矸石进行浸没覆盖处理；

实施例2。用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法，所述控制材料为D-脯氨酸，所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=3%；所述煤矸石浸没覆盖处理的质量比例为煤矸石：控制材料溶液=1: 2。

用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，包含以下步骤：

b、对已进行环保防渗的煤矸石处理处置场地，将D-脯氨酸调配成合适浓度的溶液或与水配施对煤矸石进行浸没覆盖处理；

实施例3。用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法，所述控制材料为DL-脯氨酸。

用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，包含以下步骤：

b、对已进行环保防渗的煤矸石处理处置场地，将DL-脯氨酸调配成合适浓度的溶液或与水配施对煤矸石进行浸没覆盖处理；

所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=5%；所述煤矸石浸没覆盖处理的质量比例为煤矸石：控制材料溶液=1: 20。

实施例4。用于煤矸石堆场污染释放原位控制的材料及方法，所述控制材料为L-脯氨酸。

用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，包含以下步骤：

所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=10%；所述煤矸石浸没覆盖处理的质量比例为煤矸石：控制材料溶液=1: 15。

Claims

1.用于煤矸石堆场污染释放原位控制所用的材料，其特征在于：该控制材料为脯氨酸物质。

2.根据权利要求1所述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制所用的材料，其特征在于：所述脯氨酸物质为L-脯氨酸、D-脯氨酸或DL-脯氨酸。

3.一种如权利要求1或2所述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，其特征在于：该方法是通过添加控制材料溶液对煤矸石进行浸没覆盖处理，实现煤矸石堆场污染释放原位的控制。

4.根据权利要求3所述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，其特征在于：所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=0.5%~10%。

5.根据权利要求4所述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，其特征在于：所述控制材料溶液配制质量比例是控制材料：水=1%~5%。

6.根据权利要求3所述的用于煤矸石堆场污染释放原位控制的方法，其特征在于：所述煤矸石浸没覆盖处理的质量比例为煤矸石：控制材料溶液=1:2~20。