焦化废水 煤气化废水 煤化工废水 各有什么不同

众所周知，煤是由植物变成的，但怎么证明煤是植物变成的呢？

地质学家在煤层的顶板、底板与煤层中找到了大量的植物化石，还发现了被压扁了的煤化树干，在其横断面上可以看到十分清晰的植物年轮。如果把煤做成薄片在显微镜下观察，还可以看到植物细胞组织的残留痕迹以及孢子、花粉、树脂、角质层等植物遗体。在我国东北著名的抚顺煤矿的煤层中发现有大量的琥珀，有的当中还包裹着完整的昆虫化石。这些琥珀就是由原来的树林分泌的树脂变成的。所有这些都有力地证明了煤是由植物遗体堆积转化而来的。因为煤是由植物演变而成，所以还应当进一步了解植物又是怎样形成与演化的，这对理解煤的生成过程会更深刻。

（一）植物的形成、发展与演化

植物的形成与演化在地球发展历史上经历了一个漫长的时期。地球的诞生距今已有 46 亿年了，经历了不同的发展阶段。46 亿年到 38 亿年期间是地球的天文演化阶段，是地球原始地壳的形成阶段，是特殊的地球早期史时期，从生物演化角度在地质历史上称作冥古宙，迄今了解程度最差，对地球的了解多数只是推测。38 亿到 25 亿年期间是具有明确地史纪录的初始阶段，地质历史上称作太古宙，地球上诞生了生命。关于生命的起源问题，目前仍然处于不断探讨和逐步深入阶段。基本有两种倾向性认识：一种认为是起源于地球自身的演化过程，由无机物 C、H、O、N、S 等元素逐步演化而成；另一种认为生命起源于其他星体，后来才被带到地球上来的。生命出现后，经历了漫长的演变进化，逐渐出现了动植物。在漫长的不同地质历史时期，曾出现过千姿百态的植物，有的已经绝灭了，成为地史上的过客，有的延续至今，一直为我们的地球披着浓重的绿装。古生物学家把植物的演化和发展划分成四个阶段。

1. 菌藻植物阶段

在西澳大利亚 34 亿～ 35 亿年的沉积岩中发现的丝状、链状细胞，可能代表了最早的菌、藻类生物体。25 亿至 5.7 亿年间，地史上称作元古代，经过漫长的生物进化过程，出现了大量的微古植物和叠采石，既有原核生物又有真核生物。在元古代的末期地史上称作震旦纪时期出现了动物，各种藻类进一步发展，有的地区由此而形成了最初的低级煤线层。到了大约 5.7 亿年至 5 亿年间，地史上称作寒武纪，藻类有了更大的发展，不仅在种类上繁多，有蓝藻、红藻和绿藻，而且在数量上更加繁荣，足可以形成一定规模的藻类煤层。

2. 蕨类植物阶段

藻类植物的演化进步，在地史大约4.4亿年的奥陶纪末期出现了蕨类植物；到了4亿～3.5亿年间的志留纪末泥盆纪初，蕨类植物得到了大发展，从海生转到陆生，裸蕨植物是世界上第一个登上陆地的植物群。自晚泥盆世至早二叠世，裸蕨植物的后代壮大发展，出现了石松植物、真蕨植物等，它们开始有明显的根、茎、叶的分化，输导系统进一步发展为管状中柱和网状中柱。有些植物（如种子蕨）具有大型叶，从而扩大了光合作用的面积。晚泥盆世地球上已出现大面积的植物群，乔木型植物比较普遍。石炭纪全球出现了不同的植物地理区，地层中还可发现苏铁、银杏、松柏等裸子植物化石。当时的各种植物在适宜的环境中大量繁殖堆积，形成煤层。中石炭世至早二叠世是全球最重要的成煤时期（图 5-1-1）。

3. 裸子植物阶段

晚二叠世至早白垩世，裸子植物获得空前发展。由于地壳运动加剧，古气候、古地理环境发生明显变化，蕨类植物和早期裸子植物衰减，新生的裸子植物逐渐繁荣起来。它们一般都具有大型羽状复叶，树干高大。在所发现的松柏类化石中，科达树高度可达 20 ～ 30 米，树顶浓密的枝叶组成茂盛、庞大的树冠。这一时期也成为地史上重要的聚煤阶段。

4. 被子植物阶段

在植物界的家族中，被子植物是出现较晚的成员。可靠的被子植物化石见于早白垩世的晚期，到晚白垩世被子植物化石已很普遍，说明它们对陆地环境有很强的适应能力。进一步进化发展，被子植物逐渐开始排挤裸子植物，进入第三纪就占有绝对统治地位了。被子植物已经具有完善的输导组织和支持组织，生理机能大大提高了。今天的被子植物分布极其广泛，无论是寒带还是热带，到处都可以找到被子植物的踪迹，被子植物约有 27 万多种，数量占整个植物界的一半还多。

植物的繁盛，为煤层的形成提供了物质条件，是先决因素。但有了植物不一定就能变成煤。煤的形成是有条件的，是许多地质因素综合作用的结果。既要有适宜的气候，大量植物繁殖的条件；又要有适宜的堆积场所，有很好的覆盖层把它盖起来，处在一个缺氧的还原环境下。所有这些条件缺一不可，而这些条件都是受到地壳运动控制的，大致可从成煤环境和成煤过程两方面来说明。

（二）成煤环境

成煤环境大致由沉积环境即煤盆地的形成与发展、气候、植物等条件构成。

1. 沉积环境即煤盆的形成与发展

群山环绕中间低洼的地貌被称为盆地。盆地是地壳运动的历史产物。地壳运动使地壳结构不断地变化和发展，引起各种各样的地质作用，形成各种各样的地壳变形，控制着地球表面海陆的分布。地壳的某些部分受到强烈的构造运动后形成大规模的褶皱中的沉降带，或者形成与一系列隆起带相间排列的沉降带，或者由断裂构造控制的断陷带，统称构造盆地。还有由侵蚀作用形成的侵蚀洼地，称作侵蚀盆地。构造盆地与侵蚀盆地都是地壳相对下陷的沉积盆地。我们把含有煤线或煤层的沉积盆地称为含煤盆地或成煤盆地。含煤盆地是沉积盆地的一种。在新疆，著名的盆地有塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番盆地、伊犁盆地等。由于构造运动的不同而致使盆地类型多种多样。构造盆地大致可分为波状凹陷盆地和断裂凹陷盆地。波状凹陷盆地主要是由震荡为主的运动所造成，其特点是沉降的差异性较小，凹陷盆地的基底连续性较好。断裂凹陷盆地主要是由以间歇沉降为主的运动所造成，沉降运动的差异性比较大，凹陷盆地的基底连续性较差。

波状凹陷盆地内形成的煤及其他沉积层（含煤建造）一般厚度都不大，但比较稳定，常常呈现着自凹陷边缘向中心逐渐增厚的趋势。含煤建造的岩性、岩相和煤层变化也比较少，在大范围内常有一定的变化规律。形成的煤层多以薄煤层和中煤层为主，有时也有厚煤层出现。

断裂凹陷盆地内形成的含煤建造一般岩性、岩相和煤层不稳定，厚度变化比较大，可达数百米至数千米，常形成厚煤层。变化大的原因与凹陷盆地基底的沉降差异有关。如果凹陷盆地的断裂构造比较简单，仅发育凹陷盆地的一侧或两侧，凹陷盆地的基底运动差异比较小，则含煤建造的厚度、岩性、岩相和含煤性变化也不大。如果凹陷盆地的断裂构造比较复杂，不仅发育于凹陷的一侧或两侧，而且在凹陷内部断裂构造的发育也极其复杂，常为一系列的地堑、地垒和各种断块所组成。当凹陷盆地的基底沉降时，由于各个断块沉降不均匀，因而凹陷盆地的基底沉降的差异就比较大，含煤建造的厚度、岩性、岩相和含煤性的变化也就比较大。常常在短距离内就迅速发生变化，煤层层数由几层到数十层，煤层厚度可由几米迅速变化到几十米甚至上百米。煤层的分叉和尖灭现象也很突出，对应煤层的可比性较差（图 5-1-3、图 5-1-4）。

在波状凹陷盆地与断裂凹陷盆地之间往往还存在着一系列的过渡类型，特别是在一些大型的聚煤凹陷盆地多兼有两者的特征。波状凹陷盆地和断裂凹陷盆地在空间的分布上常常结合在一起同时出现，在时间的演变上则相互转化。例如在新疆准噶尔盆地中生代聚煤盆地中，三叠纪和早、中侏罗世含煤建造沉积时，靠近南部天山的山前部分是一个断裂凹陷盆地。但是到了晚侏罗世和白垩纪的地层沉积时，南部的断裂凹陷盆地基本上停止了活动，使原来兼有断裂凹陷和波状凹陷的断裂凹陷盆地，发展成为一个统一的波状凹陷盆地。一般来讲，从盆地边缘到中心成煤的厚度由薄到厚逐渐增加，但由于地壳构造运动的复杂性、不均匀性、时差性，造成聚煤盆地类型的过渡性与多样性，聚煤盆地的中心就发生了迁移变化，形成多个不同的沉积中心，使沉积的煤层厚度也发生了复杂的变化。这种现象不仅在一些大的成煤盆地中有所表现，在一些较小的成煤盆地中也有所显示。比如在大的盆地的中心是一个沉积中心，但随着一侧沉降的较强烈，而另一侧沉降的较缓慢、微弱；或因一侧上升的缓慢、微弱，而另一侧上升的剧烈，沉积中心都向相对沉降较快的一侧迁移，而相对上升的部分较老的沉积物可能遭到剥蚀。还由于在某些盆地的原始基地即盆地的沉积底部初始地形就比较复杂，高低不平，在大盆地内常常形成一些互相隔离的多个小型盆地或谷地；如果又具备了成煤条件，会形成多个聚煤中心，使煤层厚度发生变化（图 5-1-5）。随着沉积的不断进行，致使各个小型盆地填平补齐，构成一个统一大的盆地，形成一个新的统一的沉积中心。由于后来地壳运动的加快，原来多个聚煤小盆地面积不断扩大，形成了更大的统一的聚煤盆地，这也可能形成其上部煤层统一下部分布不连续的多个聚煤中心。聚煤中心的迁移是个多见的现象。在新疆准南煤田，早侏罗纪的聚煤中心在阜康一带，而到了中侏罗纪聚煤中心则向西迁移到乌鲁木齐至玛纳斯一带。一般来说，聚煤中心与沉积中心是一致的，但是由于含煤建造形成时受地壳运动的影响具有分带性，沉积中心随时间的变化具有水平迁移现象。沉积中心的沉降速度大于植物堆积速度时，就会被泥砂所充填，使煤层在沉积中心位置分叉甚至尖灭。而沉积中心的边部沉降速度保持平衡的地方，就是煤层沉积最厚的地方，也就是聚煤中心形成的地方，这样聚煤中心就和沉积中心不一致。

由于成煤后构造运动的影响，使已经形成的含煤盆地发生褶皱、断裂、甚至隆起。褶皱构造常常表现为背斜和向斜，断裂则使煤层或地层发生错位及位移形成断层。因此形成煤的含煤盆地与现在我们看到的沉积盆地面貌不完全一样，有的甚至是翻天覆地的变化（图 5-1-6、图5-1-7、图 5-1-8、图 5-1-9、图 5-1-10、图 5-1-11、图 5-1-12）。

含煤盆地形成后一般又经历了复杂的变化。这是由于，在地质发展历史中，由于内力与外力的作用，组成地壳的岩层不断地进行着改造与建造。地壳构造运动使部分地壳上升，也使另外部分地壳下降。上升部分的地壳岩层不断遭受到风化剥蚀，被流水冲刷，被风吹蚀；下降部分的低洼盆地不断接收沉积。这种旧岩层的不断毁坏和新岩层的不断形成，可能在同一个盆地中反复进行，形成了具有成生联系的沉积岩系即沉积建造。当盆地具有适宜煤生成的气候、植物条件，就形成了含有煤层的具有成生联系的沉积岩系，称其为含煤建造，有人称为煤系地层。含煤建造有浅海相沉积，很少有深海相沉积；有山麓相、冲击相、湖泊相、沼泽相和泥炭沼泽相，很少有冰川、沙漠相沉积；有滨海三角洲相、 湖海湾相、砂咀、砂坝、砂洲相。所以含煤建造可分为近海型含煤建造和内陆型含煤建造。近海型建造可进一步分为浅海型、滨海平原型、狭长海湾型。内陆型含煤建造可细分为内陆冲积平原型、内陆盆地型、内陆山间盆地型。各种类型的含煤建造都有其自身的特点，组成含煤建造的岩相、岩性、含煤性都不一样。我国除一些早古生代生成的含煤建造为海相外，以后的地质时代绝大多数的含煤建造由陆相所组成，或是由陆相、过渡相和浅海相沉积所组成。因此含有陆相沉积，特别是含有沼泽相和泥炭沼泽相沉积，是我国主要含煤建造岩相组成的一个重要特点。新疆的含煤建造几乎没有浅海相沉积，过渡相沉积也很少见。

从各个含煤盆地的含煤建造的不同，也可以看出煤盆地的形成是复杂的。从含煤建造所反映出的古气候、古植物和古地理环境的不同，可以看出成煤的环境有浅海环境，有内陆湖泊及河流三角洲环境，有海湾、 湖、滨海三角洲等海陆二者的过渡环境；成煤盆地大至海盆，到海盆湖泊的过渡，到湖盆，小到山间洼地，大小悬殊，形态各异，多种多样，盆地环境千姿百态。

盆地为煤的生成提供了环境条件，也就是说煤的生成必须要有盆地的形成，但有了盆地不是都可以形成煤。当地壳强烈运动，快速上升部分就会形成高山峻岭，急剧下降部分就会形成汪洋大海、深水湖泊，都不利于煤的沉积形成。只有在地壳运动处于缓慢下降的小幅振荡过程中，在盆地泥炭沼泽接受植物遗体堆积的速度与盆地下降的速度基本平衡，堆积的植物遗体及时补偿、充填了地壳下降造成的空间，使盆地长期保持泥炭沼泽的条件，才利于煤的形成。这种基本平衡的条件持续的时间越长，堆积的泥煤层就越厚，就可以形成很厚的煤层，有的单层煤厚度可达几十米甚至上百米。如果地壳运动下降速度超过了泥炭堆积的速度，盆地的水就会加深，泥炭沼泽的环境就会转化为湖泊或海洋，不宜植物的生长，缺少成煤的物质条件，形不成煤，而形成泥沙、灰岩等沉积物的覆盖层。如果地壳运动上升的速度超过了泥炭沼泽的堆积速度，不仅不能继续进行泥炭的堆积，而且随着上升的进一步加剧，原已堆积的泥炭层发生剥失而形不成煤层。如果上升、相对稳定、下降交替出现，就能形成多层煤层，有的煤盆可形成几十层煤。因此，一个含煤盆地中的煤层的厚薄、煤层的多少与厚薄的变化，都与成煤时的地壳运动有密切的关系。

2. 气候植物环境

成煤环境必须是在盆地或浅海边缘、海湾、 湖、内陆湖泊及河流低洼泥炭的沼泽中（图5-1-13），既有原地生长的植物，又有从盆地外被流水搬运来的异地植物。在这样的环境中，气候要多雨湿润，适宜各类植物及其他生物的大量繁殖生长。成煤要经历上百万年千万年甚至亿年的过程，在地史上是个较短的阶段，但对于人类来讲是个非常漫长的过程。在这样长的时期，大面积茂密的植物只要生生不息，新陈代谢，一万年长盛不衰，一年堆积 0.1 毫米，10 万年就可堆积 100 米，再经历成煤成岩作用的压缩，形成数米几十米的煤层完全可能，何况成煤的过程往往经历上百万年。新疆大约在一亿九千五百万年前至一亿三千七百万年前的侏罗纪，结束了古海洋和海陆交互环境，形成内陆湖泊环境，尤其在新疆的北部和东部，内陆湖泊更为广泛，气候更加温暖湿润，植物生长茂盛，在河流和湖泊边缘地带，形成大面积的湿地，生长着茂密的植物，以银杏植物门、苏铁植物门和松柏植物门等裸子植物的发展达到了高峰，成为丰富的源源不断的成煤植物主体。当时真蕨植物也很繁盛，锥叶蕨迅速地发展起来，空前茂盛；恐龙等大型动物也很盛行。伴随缓慢下降且频繁振荡的地壳构造运动，在准噶尔盆地、吐鲁番盆地、哈密盆地和伊犁盆地等山间盆地，形成了大面积的沼泽和植物堆积。这些堆积的植物成煤后，在准噶尔盆地南缘形成的煤层有数十层，厚度可达一百多米，有的单层煤厚度就达六七十米。

（三）成煤过程

植物之所以能变成煤，要在特定的条件下经过一系列的演化过程。这个过程叫成煤过程，大体分为三个阶段。

1. 泥炭化作用阶段

在温暖潮湿的适宜气候条件下，在相对稳定的大面积的近海、滨湖、 湖、沼泽盆地环境中，植物不断地繁殖、生长、死亡，其遗体堆积在水中。生物（也有少量动物）遗体受到水体的浸没与空气隔绝，在缺氧的还原环境下，不会很快腐烂掉，因而日积月累，层层叠叠，厚度不断增加，不断地压实。压实的植物堆积层在微生物的作用下，植物遗体不断地分解、化合，就形成了泥炭层。植物形成泥炭的生物化学过程大体分为两个阶段，先是植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用，化为简单的化学性质活泼的化合物；之后是分解物进一步相互作用形成新的较稳定的有机化合物，如腐殖酸、沥青质等。植物的分解、合成作用是相伴而行，在植物分解作用进行不久，合成作用就开始了。植物的氧化分解和水解作用是在大气条件和微生物的作用下，在泥炭的表层进行的。在低位泥炭沼泽的表面含有大量的喜氧细菌、放线菌、霉菌，而厌氧菌很少，随着深度的增加，霉菌很快绝迹，喜氧细菌和放线菌减少，厌氧菌很快增加。在微生物的活动过程中，植物的有机组分被合成为新的化合物。当环境逐渐转为缺氧时，纤维素、果胶质又在厌氧细菌的作用下，产生发酵作用，形成甲烷、二氧化碳、氢气、丁酸、醋酸等产物。随着植物遗体的不断分解和堆积，在堆积的下层，氧化环境逐渐被还原环境所代替，分解作用逐渐减弱；与此同时，在厌氧菌的参与下，分解产物之间的合成作用和分解产物与植物残体之间的相互作用开始占主导地位，这种合成作用就形成了一系列新的产物。植物转化为泥炭后，主要成分是腐殖酸和沥青质，在化学成分上发生了变化。植物的角质层、孢粉壳、木栓层是稳定的，所以常常能完整地保存在煤层中。

2. 煤化作用阶段

由于地壳不断地运动，泥炭层形成后继续下沉，在盆地相对较高的地段风化剥蚀的泥沙被水和风带到盆地的低洼泥炭沼泽，将已堆积的泥炭层覆盖起来。覆盖的泥炭层随着进一步的下沉，覆盖层的进一步的加厚，环境就发生了显著的变化。首先，它要经受上覆岩层压力的不断增大；在压力不增大下不断地发出热量，使其温度不断地升高。在压力与温度的共同作用下，泥炭层开始脱水，进而固结压实。在生物化学作用下，氧含量进一步减少，而含碳量逐渐增加，腐殖酸降低，比重增加。经过这样一系列的复杂变化之后，泥炭就变成了褐煤。

3. 变质作用阶段

褐煤继续受到不断增高的温度和压力的影响，引起内部分子结构、物理性质和化学性质的不断变化，使其发生了变质而成为烟煤。温度、压力与时间是褐煤变质的三要素，其中以温度最为重要。地球有地温递增现象，即地球的温度由表及里，由上至下温度是逐渐递增的。地球向深部每增加 100 米温度增加 3 度。地温这种有规律的递增现象称作地温梯度。虽则是地球的普遍现象，但各地由于地壳结构的不同，地下岩浆分布的不同，梯度的幅度还是有区别的。当成煤区附近有岩浆体存在时，对煤的变质将产生显著的影响。

温度对煤的变质作用虽然占据了主导地位，但是如果温度不断升高，加之如果密闭条件不好，超过一定的限度就可能把煤烧掉。因此还一定要在密闭的条件下和适当的压力下，煤才能得到适度的变质。时间的长短与温度的高低也有关系，如果煤化作用处在 150℃～ 200℃较低温度，但持续的时间长，持续两千万年至一亿年，就足够形成高变质的烟煤和无烟煤。温度、压力和时间对煤的变质起着综合的作用。在温度和压力不变的情况下，时间越长煤的变质作用越强。但也有人认为，只有当温度超过 150℃时时间才起作用，否则时间再长也不会对煤的变质产生显著影响。压力对煤的变质作用也有两种不同的认识，一种认为压力增加后气体不易逸出，挥发分不能改变，从而阻碍了煤的变质程度的加深；另一种则认为无烟煤及石墨有定向的晶格，单纯的加热不会产生这种结果，而是压力促使煤的结构发生了变化。

（四）煤的区域变质、接触变质、动力变质作用

1. 区域变质作用

随着煤沉降深度的增加，含煤岩系被其他地层所覆盖，受地球内部热量和压力的长期影响所引起的变质作用称煤的区域变质。在区域变质作用的影响下，煤的变质常常呈现出一种有规律的变化。首先煤变质具有垂直分带的规律，在同一煤田内随着深度的增加，煤的挥发分逐渐减少，变质程度逐渐升高。这个规律是在 1873 年希尔特研究德国鲁尔煤田、英国威尔斯煤田和法国比来煤田时发现的，后来就称为“希尔特定律”。例如在鲁尔煤田，含煤地层厚 3000 余米，煤种自上而下为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤带，分带性很明显。我国的鸡西煤田煤种也有很好的分带性。由于目前确定煤质牌号的主要指标是煤中挥发分的百分含量，所以希尔顿定律可以用挥发分的变化来表示。每下降 100 米所引起的挥发分含量的变化称为“挥发分梯度”。挥发分梯度受地热梯度的控制，由于各地的地热梯度不一致，挥发分梯度也就因地而异。区域变质作用的另一个重要特点就是煤变质程度的水平分带规律。因为在一个煤田中，同一煤层原始沉积时的沉降幅度可以不同，而且成煤以后因构造变动而发生的下降深度也不一样，这种关系反映到平面上就表现为不同地段有不同的变质程度，即为煤变质的水平分带现象。由于沉降并不一定呈现为均匀的幅度，所以水平分带也可以宽窄不一。宽的地方代表沉降幅度变化较缓的地段，窄的地方代表沉降幅度变化较急的地方。

2. 接触变质作用

当岩浆侵入或靠近煤层及含煤建造时，由岩浆带来的高温、挥发性气体和压力，使煤的变质程度升高的作用称煤的接触变质作用。接触变质作用的一种是热力变质，是由侵入在煤系下部的岩浆体析出的热量对煤产生影响所引起的变质作用。变种变质作用是岩浆不直接接触煤层，由岩浆的热量引起含煤地层温度升高而使煤发生变质，往往影响的范围较大。具体影响范围因岩浆规模不同而影响范围不同，岩浆侵入的规模大影响的范围就大。接触变质作用另一种是由火成岩岩体直接侵入煤层中发生的变质作用。这种变质作用影响范围往往较小，岩浆接触煤层的地方常常形成天然焦，煤层的围岩亦具有某些变质现象。远离岩浆岩体，煤的变质程度则逐渐降低。煤的变质带常常围绕岩浆岩体呈环状分布，或者靠近岩浆岩体的一侧呈带状或环状分布。

3. 动力变质作用

由强烈的构造运动如挤压褶皱等产生的区域温度增高所引起的煤化过程，称煤的动力变质作用。动力变质作用常常发生在构造变动强烈的地区，如新疆的库拜煤田、准南煤田东段阜康大黄山一带、哈密野马泉一带、艾维尔煤田一带等，同属侏罗纪煤田，但变质程度比其他煤田高出许多。

1、地面水下跌

由于在煤炭开采过程中矿井水大量外排,导致地下水位下降,引起地面水下跌.

2、地层错动与地表下沉

由于煤矿井下水大量外抽,矿井上底承载能力下降,加上大部分小窑煤井在开采过程中,没有采取预留煤柱等预防措施,有的小窑煤井甚至对国有煤矿预留煤柱肆意采挖、破坏,导致地层错动,地表下沉.

3、地面水受到污染

矿井废水不经处理就外排,严重污染地面水体,淤塞河道和农田渠道,造成土壤板结,对农作物影响很大.

4、煤矸石占地及风化污染问题

5、对森林植被的破坏

煤炭开采需要大量木材,按万吨煤炭产量平均消耗坑木150立方；

6、二次扬尘污染问题

煤炭有相当一部分靠汽车运输,撒漏现象非常严重,大量煤炭流失,使街道煤尘飞扬.

1、煤化工是耗水量巨大产生的废水量也大，水质复杂的产业，而我国，煤化工企业和项目的主要分布地区，往往是水资源短缺的地区。

2、在山西、内蒙古、陕西、宁夏等省市，储藏的煤炭量约为我国已知储量的67%，以上几个省市的水资源却只占水资源总量的3.85%左右需要及时解决问题。

煤炭在我国能源结构中占70％以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计我国40％的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。

1、煤废水污染严重

据包括10多位院士在内的专家学者鉴定通过的一项课题研究表明，山西每年挖5亿吨煤，使12亿立方米的水资源受到破坏。这相当于山西省整个引黄河水入晋工程的总引水量。专家呼吁，应当从技术、人才、资金投入和经营机制等多方面解决这一世纪难题，帮助山西省等煤炭主产区摆脱“产煤致旱、因煤致渴”的困扰。

这项关于山西省煤炭产业可持续发展的研究表明，山西省采煤造成严重的水资源破坏，加剧了水资源短缺问题。这项课题研究表明，山西每挖1吨煤损耗2.48吨的水资源。每年挖5亿吨煤，使12亿立方米的水资源受到破坏。这相当于山西省整个引黄工程的总引水量。因此，这对于山西这个人均水资源量仅占全国平均水平不到五分之一的地区来说是个非常严重的问题。

目前，由于煤炭开采对地下水系破坏非常严重。据统计，山西采煤对水资源的破坏面积已达20352平方公里，占全省总面积的13％。山西省大部分农村人畜吃水靠煤系裂隙水，而煤矿开采恰好破坏了该层段的含水层。据统计，全省由于采煤排水引起矿区水位下降，导致泉水流量下降或断流，使近600万人及几十万头大牲畜饮水严重困难。

2、煤炭采掘业废水治理技术问题

99%的采煤项目废水没有进行治理，从主观上应该说是环保监管不力。从客观上说是我们环保部门对采煤项目废水治理技术持谨慎态度。采煤废水治理技术多如牛毛，那种技术最适用、工艺最成熟、操作管理最方便、投资最省、运行费用最低，一直是我们环保部门在寻求的。由于采煤废水复杂多变，在同一矿井废水中，同时含有铁、锰等重金属，硫、氟、氯等非金属及有机污染物和悬浮物，有的矿井废水呈弱酸性（如织金县珠藏、凤凰山等），再就是即使是同一矿井，所采层不同，废水性质也不同，甚至是差别很大。这就给煤矿废水治理技术的选用带来很大的困难。通常情况是某一技术只能有效处理某一污染物，不可能把所有超标的污染物都处理好。一个煤矿不可能投入很多资金对污染物进行单项处理，这就是采煤废水治理在技术上的难点。有的业主自行修了一两个池子，把矿井废水往池子一放，就是对废水进行处理了。事实上不是这样简单，可能连悬浮物也处理不了，金属和非金属就更不可能处理了。

3、煤矿废水处理要求

1.1煤矿废水包括矿井涌水、煤场和矸石场淋溶废水等。在进行处理前，应先委托地区环境监测站进行监测，以监测资料作为废水处理工程设计的依据。DFMC煤矿废水治理技术和成套设备是目前经实践证明的实用技术，50万吨以下、小时涌水量50m3以下的煤矿可采用此技术和设备。对于酸性煤矿废水还需新增设备和药剂。煤矿废水经处理达标后尽可能循环使用，循环使用率不低于50％，经处理后排放的废水列为总量控制指标进行考核。

1.2新建煤矿必须执行“三同时”规定，试产三个月必须申请地区环保局验收，验收达标的发给排污许可证，不达标的停产治理。

1.3原有煤矿分期分批进行治理，2005年50%左右的原有煤矿治理完工并通过达标验收。列入家2005年治理计划的煤矿不治理的，依法予以处罚；治理不达标的，停产治理。治理计划由各县市环保局商煤炭局提出，报地区环保局综合平衡后以治理计划下达执行。

表1 某A煤矿废水处理监测结果 单位：mg/l

指标 排放

标准 处理前

浓度 超标倍数（倍） 处理后

浓度 比排放标准低（%） 悬浮物 70 258 2.7 11.5 83.6 铁 1 2.58 1.6 0.68 32 硫化物 1 2.8 1.8 0.5 50 COD 100 281.9 1.8 7 93 锰 2 0.13 未超标 0.1 —

表2某B煤矿废水处理监测结果单位：mg/ l

指标 排放

标准 处理前

浓度 超标 倍数 （倍） 处理后

浓度 比排放标准低（%） 悬浮物 70 318 3.5 4.5 93.6 铁 1 2.28 1.3 0.74 26 硫化物 1 3.21 2.2 0.5 50 COD 100 228.4 1.3 18.8 81.2 锰 2 0.37 未超标 0.18 — 1.4、煤矿废水中铁含量高，如浓度大于100mg/l，其处理设备投资和运行费用将要增加。因为铁含量过高，要达到1mg/l的排放标准，一级除铁是不行的，必须三至四级除铁。

1.5、酸度高的煤矿废水应使达标（6～9）。

1.6、煤矿要对煤场、矸石场进行硬化处理，建导流沟，把因大气降水产生的这一部分淋溶水引入废水处理系统进行处理。

1.7、 预防事故和自然因素引起的非正常排放

为预防因降暴雨致使废水次理池溢流，工程设计必须考虑废水处理池有足够的容积。为防止事故性排放，必须建事故调节池。四、煤矿生活废水处理要求洗煤厂和煤矿生活废水处理采用深圳开发研制的微型生活废水处理装置进行处理。生活废水经处理达标后可排放。五、煤矿废水治理技术选用

实践证明是可行的 DFMC煤矿废水治理技术和成套设备可选用。未经试点的技术只能试点，不能推广。经试点并由A地区环境监测站监测、提出监测报告，从治理效果、投资、运行费用等全面评价后由地区环保局决定是否推广。

二、废水主要处理技术

我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高 ，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。

三、矿井水处理回用的条件

1、矿井废水的产生及特点

煤矿矿井废水包括：煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。因此，它既具有地下水特征，但又受到人为污染。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。因此，对矿井废水处理要考虑开采过程中水质、水量的变化。某矿区M煤矿矿井废水水质取矿井正常排水时井口水样，结果见表1。

M煤矿矿井废水污染物监测表

表1 单位：mg/L

序号 监测项目 日均值浓度范围 序号 监测项目 日均值浓度范围 1 肉眼可见物 微粒悬浮物 9 总氮 5.600～5.854 2 PH值 8.41～8.55 10 砷(ng/L) 3.4～5.2 3 CODcr 66.4～131.7 11 总磷 0.085～0.104 4 硫化物 1.09～1.67 12 粪大肠菌 260～393 5 悬浮物 360～500 13 铜 0.0207～0.0294 6 酚 0.006～0.051 14 铅 -- 7 BOD5 14.10～24.73 15 镉 -- 8 LAS 0.198～0.220 16 锌 0.0381～0.0407

通过网络调查和资料查找，收集了多年来某矿区有关矿井水和地下水的化验数据资料，以及环境监测站监测数据（表1）综合分析，该煤矿矿井废水含煤泥为主要悬浮物，有机物略有超标，粪大肠菌群超标，挥发酚超标。

2、矿井废水回用途径

煤矿矿井水处理后可作生产用水或生活用水，矿井生产用水主要是井下采掘设备液压用水、消防降尘洒水，生活用水主要是冲厕、洗浴水以及深度处理后用于饮用水。水质标准分别为：

a、防尘洒水《煤矿工业矿井设计规范》（GB50215－94）

SS≤150mg/L，粒径d<0.3mm；PH值为6～9；大肠菌群≤3个/L。

b、空压机、液压支柱用水水质SS≤10～200mg/L，粒径d <0.15mm；硬度（碳酸盐）2～7mg/L；pH值为6.5～9；浊度<20。

c、矿井洗浴水水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的Ⅲ类水体标准。

d、中水水质达到《生活杂用水水质标准》（CJ/T 48-1999）。

5、生活饮用水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。

四、处理工艺

从上表可知，M煤矿矿井废水处理工程的设计处理能力为800～1000m3/d，处理后作为生产和生活用水，采用混凝反应、过滤、活性炭吸附及消毒工艺，流程见图1。

图1　矿井废水处理工艺流程

矿井废水由井下排水泵提升至灌浆水池，部分用于黄泥灌浆，其余废水自流进入曝气池，气浮除油后进入斜板沉淀池进行初步沉淀，由提升泵提升进入混凝沉淀设备，同时加入混凝剂，经过斜管沉淀后，将絮状物沉淀到底部而被去除，清水从上部溢流出水自流进入砂滤罐，出水自流进入清水池，清水池前投加二氧化氯进行杀菌消毒。砂滤罐的反冲冼水自流进入污泥池，上清液自流进入曝气池，以提高矿井废水资源的利用率。出水若用作生活用水，则砂滤罐出水进入活性炭吸附装置处理后流入清水池用作生活用水。

五、主要处理单元

1、预沉池曝气

矿井废水中含有少量的有机物，通过曝气接触氧化去除废水中的有机物。另外，井下液压支柱等设备产生少量油类，通过气浮除油，使废水中油类达标。

2、混凝沉淀

煤矿矿井水主要污染物为悬浮物，处理悬浮物主要采用混凝沉淀法，用铝盐或铁盐做混凝剂，混凝剂混合方式采用管道混合器混合。混凝沉淀装置采用倒喇叭口作为反应区，水流在反应区中流速逐渐降低，使废水和混凝剂药液的反应在反应器中逐渐全部完成。完全反应的废水流出反应区后开始形成混凝状物质，经过布水区进入斜管填料，由于斜管填料采用PVC六角峰窝状填料，利用多层多格浅层沉淀，提高了沉淀效率。将絮状物沉淀到底部而被去除，清水从上部溢流排出。

3、砂滤净化

矿井废水经混凝沉淀后，水中还含有较小颗粒的悬浮物和胶体，利用砂滤设备将悬浮颗粒和胶体截留在滤料的表面和内部空隙中，它是混凝沉淀装置的后处理过程，同时也是活性炭吸附深度处理过程的预处理。砂滤罐为重力式无阀滤池，采用自动虹吸原理达到反冲洗，不需要人工单独管理，操作简便，管理和维护方便。砂滤罐通常采用不同等级的石英砂多层滤料。

4、活性炭吸附

该煤矿矿井废水主要含有挥发酚，酚类属于高毒物质，它可以通过皮肤、粘膜、口腔进入人体内，低浓度可使细胞蛋白变性，高浓度可使蛋白质沉淀。长期饮用被酚污染的水源，会引起蛋白质变性和凝固，引起头晕、出疹、贫血及各种神经症状，甚至中毒。处理中水用作生活饮用水，必须用活性炭吸附装置处理。活性炭的比表面积可达800～2000m2/g，具有很强的吸附能力。该装置采用连续式固定床吸附操作方式，活性炭吸附剂总厚度达3.5m，废水从上向下过滤，过滤速度在4～15m/h，接触时间一般不大于30～60min。随着运行时间的推移，活性炭吸附了大量的吸附质，达到饱和丧失吸附能力，活性炭需更换或再生。

5、消毒

废水中含有一定的病菌、大肠菌群，处理后回用于洗浴时，若不经过消毒，对人体皮肤伤害严重。所以矿井废水处理后作为生活用水必须经过消毒处理，本工艺采用二氧化氯消毒，现场用盐酸和氯酸钠反应产生二氧化氯，二氧化氯无毒、稳定、高效、杀菌能力是氯的5倍以上。

六、处理工艺特点

1、以上可知A煤矿矿井废水处理工程是根据矿井水水质特点确定工艺技术参数，采用一次提升到混凝沉淀装置，再自流进入后续各处理构筑物，出水水质稳定可靠，动力设备较少，能耗较低。

2、采用混凝沉淀装置与砂滤罐相结合的工艺技术，主要处理构筑物采用组合式钢结构，具有占地面积小、使用寿命长、工程投资省、工艺简单、操作管理方便、运行成本低等特点。砂滤罐设计采用重力式无阀滤池，反冲洗完全自动，操作管理方便。

3、该煤矿矿井废水处理系统实现了自动加药、自动反冲洗的全过程监控，包括电控系统、上位监控系统和仪表检测系统。仪表检测系统包括加药流量、处理流量 、水池液位和加药箱液位、进水和出水浊度等连续自动检测。

2、水体污染。例如煤化企业所排放出来的废水

3、大气污染。例如CO2、SO2、NO、H2S等

4、噪音污染。煤化企业的机器轰鸣声

这些回答都是我们看得到的污染，还有那些我们看不到的污染，比如，生态的破坏等，这些都是隐性的污染。。。。

赋存于煤层中的瓦斯，由于前述各种原因，通过各种方式由地下深处向地表流动。而在地表的空气和生物化学作用下所生成的气体则沿着煤层和煤层围岩向下运动，使地壳浅部的气体形成相反方向的交换运动，因此造成了煤层中各种瓦斯成分由浅到深有规律地变化，这就是煤层瓦斯的带状分布。根据黎金对苏联顿巴斯煤田的研究，煤层中瓦斯的分布状况由浅到深可划分为4个带（图5.8），自上而下依次为：①二氧化碳-氮气带；②氮气带；③氮气-甲烷带；④甲烷带。前3个带统称为瓦斯风化带（表5.11）。

图5.8 瓦斯分带

（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）

A—含量（m3/t）；B—占总瓦斯的百分比（%）；1—二氧化碳-氮气带；2—氮气带；3—氮气-甲烷带；4—甲烷带

瓦斯风化带下部界线的确定主要是依据瓦斯成分。但如果一些矿井缺乏瓦斯成分资料，也可借助于其他一些指标。确定瓦斯风化带下部界线的指标有：①煤层中所含瓦斯的沼气成分大于80%；②煤层瓦斯压力为1～1.5 kg/cm2；③在同样的自然条件下（水分和温度等），与瓦斯压力1～1.5 kg/cm2相当的瓦斯含量，或瓦斯含量大于2 m3/t；④矿井相对瓦斯涌出量大于2 m3/t。

表5.11 根据瓦斯成分划分瓦斯带标准

由于各个煤田的地质条件不同，瓦斯带的发育情况和瓦斯成分变化情况也不相同。为了合理地划分煤层瓦斯带，一般采用绘制三角图的方法，将一个区域的煤样瓦斯化学成分资料点标在三角坐标图上，分析其变化规律（图5.9，图5.10），反映出煤层瓦斯成分两种不同的变化特点。

图5.9 煤层气主要化学成分图之一

（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）

1—二氧化碳-氮气；2—氮气；3—氮气-甲烷；4—甲烷

图5.10 煤层气主要化学成分图之二

（据焦作矿业学院瓦斯地质研究室，1990）

1—二氧化碳-氮气；2—氮气；3—氮气-甲烷；

4—甲烷；5—甲烷-二氧化碳；6—二氧化碳；

7—氮气-甲烷-二氧化碳

我国各煤田瓦斯风化带的深度差异很大。开滦赵各庄矿瓦斯风化带深达480m；湖南红卫、马田、立新等矿不到100m；焦作焦西矿90m；抚顺龙凤矿200m；我国北方各矿区一般为200～300 m。

影响瓦斯风化带深度发生差异的主要原因是化学风化作用和水的循环一般是沿着煤层及其围岩渗透性较大的部分进行的，它对瓦斯的循环运移起着积极的影响。这种作用不仅在不同煤田有显著差异，即使在同一煤层同一深度瓦斯风化的程度往往也不同，以致各瓦斯带之间的界线不很明显，呈犬牙交错状态。就是在同一水平上也存在着瓦斯带的过渡现象。

1、 按污染物性质分类

通常分为有机废水、无机废水、重金属废水、放射性废水、受热污染废水等。有时还可根据废水中主要污染物种类命名，如含酚废水、含丙烯腈废水、酸性废水、含铬废水等这种分类方法主要用于废水处理技术的研究与讨论。例如，低浓度有机废水常用好氧生物处理技术。高浓度有机废水常采用厌氧生物处理法与好氧生物处理法结合处理，酸、碱废水用中和法处理，重金属废水用离子交换、吸附法等物化法处理。

2、 按产生废水的工业部门分类

通常分为冶金工业废水、化学工业废水、煤炭工业废水、石油工业废水、纺织工业废水、轻工业废水和食品工业废水等。有时也按产生废水的行业分类，如制浆造纸工业废水、印染工业废水、焦化工业废水、啤酒工业废水、乳品工业废水、制革工业废水等。这种分类方法主要用于对各工业部门、各行业的工业废水污染防治进行研究与管理。

3、按废水的来源与受污染程度分类

(1)生活污水 来源于为职工设置的卫生设备、洗涤设备与食堂。生活污水水质与城市污水区不大，目前主要采用生物膜法处理。

（2）冷却水 来源于去除反应热或冷却器、泵、压缩机轴的冷却。冷却水在工业废水中占的比例最大，正常情况下比较清洁，但因受到热污染，直接排放会增加受纳水体的热量。大多数工业部门都在工厂内将其循环在用，冷却水循环系统产生的浓缩废水（排污）受盐类和缓蚀剂的污染严重，通常需要进行处理。

（3）洗涤废水 洗涤废水来源于原材料、产品与生产场地的冲洗。

（4）工业废水工艺废水通常受到较严重的污染，是工业废水的主要污染源，需要进行处理，因各行业的生产工艺不一样，所产生的废水也有很大差别。

（5）地表径流（雨水） 许多工业企业（如炼油工业、化学工业、铸造冶炼工业以及一些其它工业）所在地的地表径流常受到污染，含有与工业废水一样的污染物，需考虑进行处理可和工艺水一并处理。