【摘 要】
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选煤是煤炭生产中不可或缺的一个阶段,通过选煤,原煤被加工成精煤,同时产生选煤副产品(煤矸石、煤泥和中煤)。选煤副产品是含有少量煤和许多杂质的复杂混合物,因其富集灰分、硫分和微量元素,热值低,被认为是劣质燃料。近年来,为处置日益增多的选煤副产品,同时也为缓解能源短缺问题,选煤副产品综合利用被大力倡导,其中燃用选煤副产品发电是选煤副产品综合利用的主要途径之一。然而,选煤副产品综合利用过程中引发的二次环
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选煤是煤炭生产中不可或缺的一个阶段,通过选煤,原煤被加工成精煤,同时产生选煤副产品(煤矸石、煤泥和中煤)。选煤副产品是含有少量煤和许多杂质的复杂混合物,因其富集灰分、硫分和微量元素,热值低,被认为是劣质燃料。近年来,为处置日益增多的选煤副产品,同时也为缓解能源短缺问题,选煤副产品综合利用被大力倡导,其中燃用选煤副产品发电是选煤副产品综合利用的主要途径之一。然而,选煤副产品综合利用过程中引发的二次环境污染长期以来被忽视,关于此类问题的研究十分有限。不同类型选煤副产品(煤矸石、煤泥和中煤)的品质(热值、灰分和微量元素含量等)存在较大差异,为全面了解、同时也为横向比较分析不同类型选煤副产品燃用企业周边环境污染状况,本文选取六盘水某煤矸石电厂、萍乡某煤矸石电厂、济宁某煤泥电厂和大同某中煤电厂(涵盖不同类型的选煤副产品燃用电厂)这类代表性的选煤副产品燃用企业周边区域作为研究区,采集土壤和农作物样品,基于11种环境敏感微量元素(Be、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Sb、V和Zn)在土壤中含量、形态分布特征以及农作物各组织中分布规律,分析土壤样品中各微量元素间的关联特征以及农作物对元素的富集特征,揭示微量元素迁移转化特征,评估研究区周边土壤及农作物污染状况和健康风险,对比选煤副产品燃用电厂和燃煤电厂,以及不同类型选煤副产品燃用电厂周边环境污染特征,总结选煤副产品综合利用存在的主要问题并提出相关改进建议,结论概括如下:(1)结合各研究区土壤样品环境敏感微量元素描述性统计结果,总量和形态分布特征,以及Pearson相关性分析和聚类分析(Ward法)结果,选煤副产品燃用电厂对周边土壤环境产生了不利影响,微量元素已在研究区土壤中不同程度累积。土壤微量元素Sace(酸可提取态)能反映人类活动尤其是近期污染行为对环境的影响,而研究区土壤大部分元素的Sace随距离变化曲线规律大体符合高架点源排放污染物的地面浓度分布规律。选煤副产品燃用电厂尾气排放及其干湿沉积,作为研究区土壤的稳定外源,使得土壤中的微量元素脱离原有的集群,形成新的集群,这些集群可以用选煤副产品中元素的不同赋存模式来解释。(2)结合单因子标准指数法、内梅罗综合指数法、风险评价编码法和潜在生态风险指数法(综合考量元素总量、形态和毒性)的评价结果可知,研究区土壤受到不同程度的元素污染,污染程度依煤矸石电厂>煤泥电厂>中煤电厂递减。随着电厂用煤品质的提高,电厂微量元素排放物对环境的不利影响可得到有效降低。此外,电厂的运行时间及污染物治理情况亦是影响电厂周边土壤环境污染程度的重要因素。电厂污染物排放情况虽受其时代背景影响,差别较大,但随着我国政府对电厂排放管理的日趋严格,电厂污染物减排卓有成效。(3)选煤副产品燃用电厂周边部分农作物样品可食用组织中部分元素含量超过食品安全标准,健康风险评估表明长期摄入这些农作物会给居民带来健康风险。农作物玉米中微量元素的含量在很大程度上取决于土壤中相同元素的生物有效组分,而不是它们的总含量。农作物不同组织对同一元素的积累能力不同,且同一农作物组织对不同元素的积累能力也有差别。(4)相较文献已报道的国内外燃煤电厂周边土壤环境污染状况,本文研究的六盘水和萍乡两个煤矸石电厂周边土壤微量元素污染程度处于相对高位,而大同某中煤电厂和济宁某煤泥电厂周边土壤环境污染程度一般。因选煤副产品燃用电厂装机容量远小于一般燃煤电厂,其引发的环境污染尤其值得重视。(5)选煤副产品燃用电厂和燃煤电厂周边农作物均呈现出污染态势,农作物自身的生理特性是影响其吸收微量元素能力的重要因素之一,在监管电厂这类大气污染型企业周边农业活动时,应有意识地规避那些富集吸收重金属类元素能力强的农作物,如叶菜类。(6)综合考虑元素总量、形态和毒性评价表现,Co、Cd、Mn、Pb和Sb是选煤副产品燃用电厂和燃煤电厂周边土壤环境中存在较大环境风险的几种元素,需要重点关注。(7)选煤副产品综合利用是一把双刃剑,利用不当必然造成二次环境污染。以环境友好的方式利用选煤副产品显然比追求经济利益更重要。针对选煤副产品综合利用存在的问题提出了相关改进建议,包括:建立选煤副产品标准化检验方法和分类指南;科学规划,合理选址;制定选煤副产品综合利用企业的污染物行业排放标准,实施总量控制;优化管理体系;建立全过程跟踪管理系统;制定鼓励选煤厂技术创新的政策。世界各国正积极尝试从选煤副产品这类劣质燃料中收获能源,然而,本论文显示不同类型选煤副产品燃用电厂均对周边环境造成了微量元素污染,其中煤矸石电厂尤为严重,对比选煤副产品燃用电厂和燃煤电厂的装机容量,这值得引起重视。选煤副产品综合利用存在诸多问题,其燃用需慎重。不建议不经预处理就直接燃用选煤副产品,需要通过更合适的技术来利用它们。
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