关键词:
宁东能源化工基地
煤基固废
资源化
重金属
风险评价
摘要:
煤炭开采在推动国民经济发展的同时,不可避免地引发了地表沉陷、固废堆积等环境问题。为减少煤基固废堆存,实现其资源化利用,本文以宁夏宁东能源化工基地的典型煤基固废粉煤灰、煤矸石、脱硫石膏、气化渣和炉底渣为研究对象,研究其理化特性,并对其重金属赋存特征和重金属浸出毒性特征进行分析,并基于重金属风险评价编码法(RAC)、次生相与原生相比值法(RSP)和潜在生态风险指数法对其重金属环境风险进行评价,评估这5种煤基固废应用于建筑材料、农业和矿井胶结充填领域的资源化潜力。该研究成果为宁东能源化工基地煤基固废的资源化利用提供理论依据和数据参考。研究主要结论如下:
(1)煤基固废的理化特性表明,其养分含量丰富,粉煤灰含有丰富的速效磷,为81.05 mg/kg,煤矸石和炉底渣含有丰富的有效钾,分别为588.08 mg/kg和268.16mg/kg,气化渣中含有较丰富的有机质,为120.77 g/kg。X射线衍射(XRD)结果显示5种煤基固废矿物晶相稳定,主要以莫来石和石英为主,化学成分主要为Si O2和Al2O3。扫描电子显微镜(SEM)结果显示,粉煤灰主要由球形微珠和多孔颗粒组成,煤矸石结构紧密,气化渣表面粗糙,炉底渣表面不规则且多孔,脱硫石膏形态为棱形块状晶体。
(2)煤基固废材料的重金属赋存特征表明,Pb、Cr、Ni、Cu、Cd、Zn和As 7种重金属全量和有效态含量均低于农用地土壤污染风险筛选值的基本标准,有效态含量均值还低于宁夏土壤环境背景值。5种煤基固废中的Pb、Cr、Ni、Cd、Zn主要呈现为残渣态,稳定存在于石英晶格中,对重金属迁移及生物利用性影响较小,As主要以可交换态存在,易从固废释放至环境。
通过4种毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557-2010)、硫酸硝酸法(HJ/T 299-2007)、醋酸缓冲溶液法(HJ/T 300-2007)、TCLP法(Method 131l)对5种煤基固废进行浸出毒性分析。浸出液中7种重金属元素总浓度分别为2.1386 mg/L、0.8481 mg/L、0.2438 mg/L、0.1703 mg/L,顺序为HJ/T 300-2007>Method 1311>HJ/T 299-2007>HJ 557-2010。基于水平振荡法,粉煤灰、气化渣、炉底渣、煤矸石中Pb浸出浓度最高,分别为0.0263 mg/L、0.0022 mg/L、0.0130 mg/L、0.0110 mg/L,脱硫石膏中Ni和As浸出浓度最高,为0.01 mg/L、0.0041 mg/L,均低于标准值,不属于危险固体废物。
(3)基于改进的潜在生态风险指数法,5种煤基固废材料中Cd元素的潜在生态风险最高,粉煤灰和脱硫石膏处于Ⅱ级中等生态危害水平,RI分别为90.33、74.65,其他3种煤基固废均处于Ⅰ级轻微生态危害水平,RI都小于65。基于RSP法,脱硫石膏和煤矸石中Cu、As元素的生态风险相对较大。
(4)结合资源化属性和重金属环境风险评价,宁东能源化工基地5种煤基固废均适用于矿井胶结充填领域;粉煤灰、气化渣和炉底渣适用于制砖和生产水泥等建材领域;粉煤灰、气化渣和炉底渣还适用于改良土壤和制作肥料等农业领域,若要使用煤矸石应用于农业领域,建议利用有机酸、螯合剂等环保型淋洗剂对其进行化学淋洗处理。
图[17]表[24]参[162]