论文总字数：22951字

摘 要

随着科学技术的快速发展，能源消耗量日益增加。煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣，其排矸率约占煤炭开采量的12%，由于煤矸石其产量大，难以回收利用，堆放随意，受水淋滤时析出重金属等有害物质的特性，它已成为工业中生产量、累积量、占地面积最大的固体废料。煤矸石受水淋滤时析出重金属等有害物质是其污染环境最主要途径。本文研究了两种复垦地煤矸石在淋滤和浸泡以及蒸馏水和雨水淋滤过程中重金属的释放规律，同时考察了煤矸石淋滤浸泡液对地表水环境的影响。结果表明，煤矸石中镉、砷、铅、铬四类重金属在淋滤释放时具有不同的释放规则，这主要与重金属在煤矸石中的主要赋存状态以及淋滤强度有关，且浸泡时同种重金属的释放浓度是大于淋滤的；经蒸馏水和雨水淋滤时同种重金属释放具有相似的规律。同时上述四种重金属中As和Hg在淋滤出液和浸泡液中的释放浓度均明显超过了地表水环境质量Ⅱ类标准的最大值，对地表水环境的威胁较大。

关键词：煤矸石，重金属，淋滤，浸泡

随着科学技术的快速发展，能源消耗量日益增加。煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣，其率约占煤炭开采量的12%，由于煤矸石其产量大，难以回收利用，堆放随意，受水淋滤时析出重金属等有害物质的特性，它已成为工业中生产量、累积量、占地面积最大的固体废料。煤矸石受水淋滤时析出重金属等有害物质是其污染环境最主要途径。因此本文参考了之前的文献，对比研究了两种复垦地煤矸石在淋滤和浸泡以及蒸馏水和雨水淋滤过程中重金属的释放规律，同时考察了煤矸石淋滤浸泡液地表水环境的影响。结果表明，对于煤矸石中镉、砷、铅、铬四类重金属来说，这四种重金属在淋滤释放时具有不同的释放规则，这主要与重金属在煤矸石中的主要赋存状态以及淋滤强度有关，且浸泡时重金属的释放浓度是大于淋滤的；经蒸馏水和雨水淋滤时同种重金属释放具有相似的规律。同时上述四种重金属中As和Hg在淋滤出液和浸泡液中的释放浓度均明显超过了地表水环境质量Ⅱ类标准的限值，对地表水环境的威胁较大。随着科学技术的快速发展，能源消耗量日益增加。煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣，其率约占煤炭开采量的12%，由于煤矸石其产量大，难以回收利用，堆放随意，受水淋滤时析出重金属等有害物质的特性，它已成为工业中生产量、累积量、占地面积最大的固体废料。煤矸石受水淋滤时析出重金属等有害物质是其污染环境最主要途径。因此本文参考了之前的文献，对比研究了两种复垦地煤矸石在淋滤和浸泡以及蒸馏水和雨水淋滤过程中重金属的释放规律，同时考察了煤矸石淋滤浸泡液地表水环境的影响。结果表明，对于煤矸石中镉、砷、铅、铬四类重金属来说，这四种重金属在淋滤释放时具有不同的释放规则，这主要与重金属在煤矸石中的主要赋存状态以及淋滤强度有关，且浸泡时重金属的释放浓度是大于淋滤的；经蒸馏水和雨水淋滤时同种重金属释放具有相似的规律。同时上述四种重金属中As和Hg在淋滤出液和浸泡液中的释放浓度均明显超过了地表水环境质量Ⅱ类标准的限值，对地表水环境的威胁较大。随着科学技术的快速发展，能源消耗量日益增加。煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣，其率约占煤炭开采量的12%，由于煤矸石其产量大，难以回收利用，堆放随意，受水淋滤时析出重金属等有害物质的特性，它已成为工业中生产量、累积量、占地面积最大的固体废料。煤矸石受水淋滤时析出重金属等有害物质是其污染环境最主要途径。因此本文参考了之前的文献，对比研究了两种复垦地煤矸石在淋滤和浸泡以及蒸馏水和雨水淋滤过程中重金属的释放规律，同时考察了煤矸石淋滤浸泡液地表水环境的影响。结果表明，对于煤矸石中镉、砷、铅、铬四类重金属来说，这四种重金属在淋滤释放时具有不同的释放规则，这主要与重金属在煤矸石中的主要赋存状态以及淋滤强度有关，且浸泡时重金属的释放浓度是大于淋滤的；经蒸馏水和雨水淋滤时同种重金属释放具有相似的规律。同时上述四种重金属中As和Hg在淋滤出液和浸泡液中的释放浓度均明显超过了地表水环境质量Ⅱ类标准的限值，对地表水环境的威胁较大。随着科学技术的快速发展，能源消耗量日益增加。煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣，其率约占煤炭开采量的12%，由于煤矸石其产量大，难以回收利用，堆放随意，受水淋滤时析出重金属等有害物质的特性，它已成为工业中生产量、累积量、占地面积最大的固体废料。煤矸石受水淋滤时析出重金属等有害物质是其污染环境最主要途径。因此本文参考了之前的文献，对比研究了两种复垦地煤矸石在淋滤和浸泡以及蒸馏水和雨水淋滤过程中重金属的释放规律，同时考察了煤矸石淋滤浸泡液地表水环境的影响。结果表明，对于煤矸石中镉、砷、铅、铬四类重金属来说，这四种重金属在淋滤释放时具有不同的释放规则，这主要与重金属在煤矸石中的主要赋存状态以及淋滤强度有关，且浸泡时重金属的释放浓度是大于淋滤的；经蒸馏水和雨水淋滤时同种重金属释放具有相似的规律。同时上述四种重金属中As和Hg在淋滤出液和浸泡液中的释放浓度均明显超过了地表水环境质量Ⅱ类标准的限值，对地表水环境的威胁较大。

Abstract

With the rapid development of science and technology, energy consumption is increasing. Coal gangue is a solid waste discharged during the process of coal mining and washing. Its drainage rate accounts for about 12% of coal extraction. Having the characteristics of large output, difficulty in recycling, random deposition, and precipitation of heavy metals and other harmful substances when it is leached by water, coal gangue has become the solid waste with the largest amount of production, accumulation, and land occupation in the industry. The most important way for coal gangue to pollute the environment is the precipitation of heavy metals and other harmful substances when it is leached by water. This article comparatively studies the release of heavy metals in the process of leaching and soaking, as well as the leaching of distilled water and rainwater from two reclaimed coal gangues, at the same time, th effects of coal gangue leachate and soaking solution on surface water environment were investigated. The results show that for the four heavy metals such as Cadmium, Arsenic, Lead and Chromium in coal gangue, these four heavy metals have different release rules when released by leaching, which is mainly related to the main occurrence of heavy metals in coal gangue and the leaching strength, and the concentration of heavy metals released during soaking is greater than when leaching; The similar heavy metals released during the leaching of distilled water and rainwater have similar patterns. At the same time, the release concentrations of As and Hg in the leachate and soaking solution of these four heavy metals significantly exceed the limits of Class II standards for surface water environmental quality, which poses a greater threat to the surface water environment.

KEY WORDS: coal gangue; heavy metals; leaching; soak

随着科学技术的快速发展，能源消耗量日益增加。煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣，其排煤炭开采量的12%，由于煤矸石其产量大，难以回收利用，堆放随意，受水淋滤时析出重金属等有害物质的特性，它已成为工业中生产量、累积量、占地面积最大的固体废料。煤矸石受水淋滤时析出重金属等有害物质是其污染环境最主要途径。因此本文参考了之前的文献，对比研究了两种复垦地煤矸石在淋滤和浸泡以及蒸馏水和雨水淋滤过程中重金属的释放规律，同时考察了煤矸石淋滤浸泡液对地表水环境的影响。结果表明，对于煤矸石中镉、砷、铅、铬四类重金属来说，这四种重金属在淋滤释放时具有不同的释放规则，这主要与重金属在煤矸石中的主要赋存状态以及淋滤强度有关，且浸泡时重金属的释放浓度是大于淋滤的；经蒸馏水和雨水淋滤时同种重金属释放具有相似的规律。同时上述四种重金属中As和Hg在淋滤出液

和浸泡液中的释放浓度均明显超过了地表水环境质量Ⅱ类标准的限值，对地表水环境的威胁

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 研究意义 3

1.2 研究进展 4

1.2.1 淋滤装置改进 4

1.2.2 煤矸石回填复垦利用 6

第二章 实验设备与实验方案 7

2.1 实验样品与实验器材 7

2.1.1 实验样品收集 7

2.1.2 实验样品处理 7

2.1.3 实验器材 7

2.2 实验方案 7

2.2.1 淋滤实验 7

2.2.2 浸泡实验 8

2.2.3 消解实验 8

第三章 实验结果与数据分析 9

3.1 消解实验 9

3.2 淋滤实验及浸泡实验数据 9

3.3 淋滤浸泡实验重金属释放浓度规律分析 12

3.3.1 煤矸石浸泡淋滤重金属释放浓度规律对比 12

3.3.2 煤矸石蒸馏水及雨水淋滤重金属释放浓度规律对比 14

3.4 淋滤作用下煤矸石重金属Hakanson生态风险评价 16

3.5 实验结论 17

致谢 18

参考文献 19

绪论

背景知识

随着科学技术的快速发展，人们对于能源消耗量日益增加，同时环境污染问题日趋严重。煤矸石^【1】是在煤炭采掘和洗选过程中排放出的固体废渣，其排矸率（煤矸石排放量与煤矿产量的比值）约占煤炭开采量的12%，是工业生产中产量、累积量、占地面积最大的固体废料。每年我国产生的煤矸石总量高达 1.8亿吨，同时历年累积下来的煤矸石超过45亿吨，而它的利用率很低仅为 30％左右，这些开采出来的煤矸石绝大部分都露天堆放，形成了1600座煤矸石山。大量的煤矸石不加处理长期露天堆放，不仅侵占了许多耕地资源，破坏生态平衡，而且煤矸石山经雨水淋溶后会浸出有害物质^【2】，严重污染地下水和周边土壤环境^【3】，因此研究煤矸石污染物在淋滤浸泡条件下的析出规律对环境治理具有重要的意义。

煤炭是我国的最主要能源，2015年，世界煤炭总产量约80亿吨，我国总产量达37.5亿吨，虽同比减少3.3%，但仍占世界的47%；而在“十三五”期间，控制能源消费总量成为我国的重要任务，同时商品煤系列标准和煤炭清洁利用标准相继出台。煤炭的高产量同时也造成了煤矸石的高产量。露天堆放的煤矸石山会在大气中产生大量的粉尘、悬浮，若被人类吸入肺中，会导致多种呼吸系统疾病的发生；其次煤矸石中含有的硫可能造成煤矸石的自燃，并释放出大量含有二氧化硫、硫化氢的有毒有害气体，对大气环境及人身安全危害极大^【4】。煤矸石山在雨水的长期淋滤作用下，煤矸石中会析出重金属元素，同时在流水的运输作用下渗透到地下周围的土壤中，导致煤矸石附近F、As、Cr、Pb、Cd、Hg 等元素含量超过地表水环境质量标准GBZB1-1999 及地下水环境质量标准GB/T14848-1993 中Ⅲ类标准，其中部分重金属毒性较强，会使周围的土壤、动植物受到难以估量的危害。若煤矸石含有较高含量的硫组分^【5】，受到风化及降雨的淋滤作用后，其硫组分易导致生成危害性极大的酸性废水，并使地表水及浅层地下水受到污染。在经历长期的风化及降雨淋滤后，煤矸石中含有的可溶性无机盐也会随流水析出，在地表形成矿化度较高的卤水。另外煤矸山多为形状不同、大小不一的颗粒或块状煤矸石自然堆积而成^【6】，由于其疏松的结构，较差的稳定性，在大流量降雨等因素的影响下，易发生滑坡、崩塌等地质灾害，对人民的生命、财产安全造成威胁。

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