煤矸石（含煤泥）治理實(shí)踐與總結(jié)

【摘 " "要】：針對煤矸石（含煤泥）污染土壤和水體等問題，以魚洞河流域煤矸石堆場為例，根據(jù)堆積現(xiàn)狀及污染特點(diǎn)，結(jié)合一般工業(yè)固廢廢物處置的工藝和方案，按照“源頭控制、一點(diǎn)一策、先行先試”的原則，因地制宜地選擇堆渣場建設(shè)、滲濾液收集、生態(tài)修復(fù)等措施進(jìn)行治理，有效控制煤矸石（含煤泥）中的污染物氧化、淋溶和釋放，減少矸石（含煤泥）堆場中污染物的遷移擴(kuò)散和毒害作用。

【關(guān)鍵詞】：煤矸石；滲濾液；堆渣場；生態(tài)修復(fù)

【中圖分類號】：X171.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）05-78-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.05.021

Practice and Summary of Coal Gangue （Including Coal Slime） Treatment

ZHANG Huifen

（North China Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.Ltd.，Tianjin 300074，China）

【Abstract】： In view of coal gangue （including coal slime） pollution of soil and water bodies and other issues，base on coal gangue piles of the Yudong River Basin，according to accumulation status and pollution characteristics，combined with theprocess and scheme for the disposal of general industrial solid waste，and in accordance with the principle of \"source control， one site one policy， first trial first\"， the construction of the slag yard， leachate collection， ecological restoration and other measures have been selected according to local conditions for treatment. Effectively control the oxidation， leaching， and release of pollutants in coal gangue （including coal slime）， and reduce the migration， diffusion， and toxic effects of pollutants in gangue （including coal slime） yards.

【Key words】： coal gangue；leachate；slag yard；ecological restoration

無序采煤和洗煤活動(dòng)致使凱里市魚洞河流域遭受嚴(yán)重的煤礦污染[1]。煤矸石（煤泥）分布總體為面源，又兼有點(diǎn)源特征，煤矸石（在洗煤廠區(qū)還夾雜少量煤泥）大量無序堆放至流域山體，易局部發(fā)生崩塌形成堰塞湖影響行洪，危及生態(tài)安全；煤矸石煤泥的酸性滲濾液、礦井酸性廢水長期肆意流淌，腐蝕和毒害植被，污染土壤、地表水和地下泉水，破壞水生態(tài)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響水體景觀及當(dāng)?shù)厝罕姷娘嬘盟踩玔2]。煤矸石的綜合利用[3]在該地區(qū)尚未形成規(guī)模效益。本項(xiàng)目將煤矸石處理歸納到末端生態(tài)處理環(huán)節(jié)，從一般工業(yè)固廢堆渣場建設(shè)、污染釋放原位控制及無土生態(tài)修復(fù)等方向開展研究，達(dá)到一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制[4]的要求。

1 工程概況

魚洞河流域位于貴州省黔東南苗族侗族自治州凱里市西北部，煤矸石（煤泥）露天無序堆存，數(shù)量龐大、分布面廣，與空氣中氧接觸，在水和硫細(xì)菌的作用下，產(chǎn)生大量的有毒、有害金屬離子和氫離子；在雨水作用下，形成紅褐色酸性礦山廢水。

治理魚洞河流域17處煤矸石（含煤泥）堆放區(qū)（包含33個(gè)堆渣點(diǎn)），總計(jì)治理煤矸石（含煤泥）156.1萬m3：1處堆渣點(diǎn)場址污染釋放原位控制及無土生態(tài)修復(fù)，9個(gè)堆渣點(diǎn)場址一般工業(yè)固廢堆渣場建設(shè)，23個(gè)堆渣點(diǎn)場址開挖運(yùn)輸及跡地景觀修復(fù)。

2 治理目標(biāo)

1）煤矸石堆渣場滲濾液達(dá)標(biāo)排。經(jīng)過治理后，煤矸石（含煤泥）場滲濾液處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[1，4～5]，后期基本無污染物產(chǎn)生。見表1。

2）煤矸石堆積占地面積較治理前相對減少；廢渣堆的穩(wěn)定性提高；減少水土流失風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

3）降低滲濾液的產(chǎn)生量，控制廢渣中污染物的遷移量，降低廢渣中重金屬污染物的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

4）改善廢渣堆積區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，植被覆蓋率及環(huán)境、民生安全性。

3 技術(shù)路線

1）煤矸石（含煤泥）堆渣點(diǎn)治理原則“集中治理、集中防護(hù)”。利用現(xiàn)有堆渣點(diǎn)作為堆場；涉及侵占河道、影響行洪，或者存在滑坡、泥石流重大安全隱患，經(jīng)過評估后確需轉(zhuǎn)移的煤矸石（含煤泥）堆渣點(diǎn)，就近堆放至已有煤矸石（含煤泥）堆渣點(diǎn)，原則上不新增煤矸石（含煤泥）堆渣點(diǎn)，避免造成新的擾動(dòng)和污染。

2）小集中、大分散，變分散面源治理為集中點(diǎn)源處理。煤矸石（煤泥）分布總體為面源，又兼有點(diǎn)源特征，對于零星分布的矸石，盡可能小距離搬遷從而收縮成點(diǎn)源，變分散治理為集中治理，以節(jié)約投資。

3）源頭控制為主，輔以末端治理措施。

（1）覆膜型堆場：表面覆蓋防滲膜及堆場外圍設(shè)置截洪溝，排出進(jìn)入煤矸石（含煤泥）堆渣點(diǎn)的雨水。

（2）新技術(shù)型堆場：通過在渣體表面使用鈍化劑、抑制劑等，切斷污染物的生物化學(xué)反應(yīng)途徑。

4）安全防護(hù)與污染治理并重。煤矸石（含煤泥）既是一般工業(yè)固體廢棄物，又是松散渣體，容易發(fā)生水土流失，甚至誘發(fā)滑坡、泥石流。根據(jù)各煤矸石（含煤泥）堆渣點(diǎn)的微地形地貌條件，采取搬遷、攔擋、地表防洪截排水、邊坡防護(hù)等措施，必要時(shí)采取削坡減荷等工程措施，確保生態(tài)安全。

5）魚洞河流域各煤矸石（煤泥）堆放點(diǎn)的情況極其復(fù)雜，生態(tài)修復(fù)措施不能單一，必須一點(diǎn)一策，綜合考慮地形地貌、周邊水系條件、原始下墊面與地下水的水力聯(lián)系、環(huán)境敏感性、環(huán)境危害程度等各種因素，因地制宜的選擇合理措施，確保單個(gè)治理點(diǎn)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，又要整體達(dá)到最佳組合狀態(tài)，有效削減滲濾液污染物入河量。

6）積極引入新技術(shù)、新工藝。污染釋放原位控制及無土快速生態(tài)修復(fù)技術(shù)，雖然在貴州其他地方有成功案例，但在魚洞河流域還需要進(jìn)一步驗(yàn)證、評估和調(diào)試參數(shù)，以取得更多的可推廣的經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)，試點(diǎn)成功后，可作全面推廣。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 堆渣場

4.1.1 工藝方案的確定

根據(jù)煤矸石（含煤泥）填埋量及場區(qū)的整體穩(wěn)定性確定合理的填埋高度，選擇專用的填埋壓實(shí)機(jī)械。

4.1.2 堆渣場庫容計(jì)算

堆渣場的容積采用方格網(wǎng)法進(jìn)行的計(jì)算。場地按10 m×10 m劃分方格網(wǎng)，每個(gè)方格網(wǎng)角點(diǎn)設(shè)計(jì)地面標(biāo)高與自然地面標(biāo)高之差，是以角點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為基準(zhǔn)的挖方或填方的施工高度。

[hn=Hn-H] （1）

式中：hn為角點(diǎn)施工高度即填挖高度（以“+”為填，“-”為挖），m；n為方格的角點(diǎn)編號（自然數(shù)列1，2，3，……，n）；Hn為角點(diǎn)設(shè)計(jì)高程，m；H為角點(diǎn)原地面高程，m。

4.1.3 擋土墻

擋土墻或擋渣壩是堆體填埋的重要構(gòu)筑物，現(xiàn)場地形地貌，在堆場下游設(shè)置擋土墻，有重力式擋墻或衡重式擋墻兩種形式。

1）重力式擋墻。擋墻高度≤5 m時(shí)，采用重力式擋墻結(jié)構(gòu)；墻身面坡坡率1∶0.05，背坡坡率1∶0.35，基底坡率1∶0.1。

2）衡重式擋墻。高度＞5 m時(shí)，采用衡重式擋墻結(jié)構(gòu)，墻身面坡坡率1∶0.10，上墻背坡坡率根據(jù)計(jì)算確定，下墻背坡坡率1∶0.25。

4.1.4 防滲系統(tǒng)

堆渣場施工期間對客水采用導(dǎo)排的方式，避免進(jìn)入堆內(nèi)部。已完成的堆渣及時(shí)覆蓋，堆場內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液集中收集后運(yùn)污水處理廠處理。

在堆渣場封場以后，滲濾液產(chǎn)量較少，配合防滲措施和滲濾液收集系統(tǒng)，在保證施工質(zhì)量的前提下，可基本消除堆渣場對周邊環(huán)境的污染。

4.2 滲濾液收集及存儲

4.2.1 滲濾液產(chǎn)生量計(jì)算

由于GB 18599—2020《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》沒有規(guī)定渣場滲濾液產(chǎn)生量計(jì)算方法，參考與工業(yè)渣場類似生活垃圾填埋場的規(guī)范HJ 564—2010《生活垃圾填埋場滲濾液處理工程技術(shù)規(guī)范（試行）》第5.1.3條計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算

[Q=I×C1A1+C2A2+C3A3/1 000] （2）

式中：Q為滲濾液產(chǎn)生量，m3/d；I為多年平均日降雨量，mm/d；C為填埋區(qū)的降雨下滲系數(shù)；A為堆渣場區(qū)域匯水面積，m2。

4.2.2 滲濾液收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了及時(shí)排出場內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液，減小堆渣場內(nèi)滲濾液對土壤和地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)，在堆渣場設(shè)置滲濾液導(dǎo)排系統(tǒng)，設(shè)置在堆場下游低點(diǎn)。滲濾液導(dǎo)排盲溝尺寸為500 mm×800 mm，變坡系數(shù)1∶0.5，盲溝內(nèi)敷設(shè)粒徑30～50 mm的卵石，外部由600 g/m2聚丙烯有紡?fù)凉V網(wǎng)包裹，主盲溝內(nèi)鋪設(shè)DN315 mmHDPE導(dǎo)排穿孔管。產(chǎn)生的滲濾液經(jīng)碎石導(dǎo)流層收集流入盲溝，然后自流至滲濾液調(diào)蓄池中，最終運(yùn)送至污水處理廠。

4.3 堆渣場終場覆蓋與生態(tài)修復(fù)

堆渣場到庫容填滿后，需要按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行封場和后期管理。煤矸石雖為一般工業(yè)固廢，但是其容易與滲入的雨水及氣體反應(yīng)形成酸性滲濾液，因此需提高封場覆蓋層的防滲結(jié)構(gòu)等級。堆渣場頂部和各級平臺應(yīng)建立完整的封場覆蓋系統(tǒng)，從下至上為隔離層、防滲層、排水層、植被層[4]。

1）隔離層：在煤矸石堆體表面撒生石灰對煤矸石與上部覆蓋層分隔。

2）防滲層：為了防止固體廢物直接暴露和雨水深入堆體內(nèi)，在堆體覆蓋400 mm黏土層。

3）排水層：采用6.3 mm土工復(fù)合排水網(wǎng)作為保護(hù)層及覆蓋土下排水層。

4）覆蓋層：排水層上方鋪設(shè)200 mm覆蓋土和200 mm種植土種植適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的草籽進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

5 結(jié)語

對魚洞河流域煤矸石（含煤泥）污染進(jìn)行治理，全面有效地控制煤矸石（含煤泥）中的污染物質(zhì)氧化淋溶和釋放，顯著減少矸石（含煤泥）堆場中污染物的遷移擴(kuò)散和毒害作用，對已有的環(huán)境資源起到了保護(hù)和擴(kuò)容的作用；鈍化劑、脫毒劑、植生改良劑的使用及在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的豐富多樣的生態(tài)植被，可以大大增加區(qū)域環(huán)境承載力和環(huán)境容量，大幅度地增加了環(huán)境資源；在保護(hù)了周邊的水環(huán)境質(zhì)良和土壤環(huán)境質(zhì)良的同時(shí)，為當(dāng)?shù)仫嬘盟吹仫嬎踩稗r(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供了強(qiáng)有力的、可持續(xù)的綜合保障。

項(xiàng)目建設(shè)完成以后，可減少對周邊環(huán)境的污染；對廢渣場進(jìn)行復(fù)墾后，可以改善當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，補(bǔ)充、增加耕地面積。通過項(xiàng)目的實(shí)施，可改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障人民群眾身體健康，有利于建設(shè)和諧社會(huì)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[5]貴州省生態(tài)環(huán)境廳，貴州省市場監(jiān)督管理局.貴州省環(huán)境污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：DB 52/864—2022[S].2022.