礦區環境保護與污染治理的新技術
近幾年來，兗州礦業（集團）有限責任公司及其下屬廠礦對水污染、煙塵排放、固體廢棄物和噪聲污染等多個方面進行綜合治理，依靠科技進步加快治理步伐，取得了明顯的效果。
1 依靠科技進步加快污染治理
兗州礦業（集團）有限責任公司認真貫徹執行國務院《淮河流域水污染防治條例》，結合濟寧市“碧水工程”、“藍天工程”的實施，狠抓工業廢物的達標排放工作。
①狠抓水污染治理。他們通過強化檢查和監督，保證了已投運污水處理設施的正常運轉，并新建了北宿礦生活污水處理工程和南屯礦生活污水處理站，擴建了鮑店礦礦井水處理廠，改造了焦化廠生產廢水處理工藝，完成了興隆莊礦礦井水深度處理工程、公司機修廠電鍍廢水處理工程及北宿礦礦井水處理工程。該礦區全年排放礦井水、醫院污水、生活污水及其它廢水21.4Mt，處理13.38Mt，處理率62.54%。礦井水經處理后復用率達50.63%，濟二礦、南屯礦和北宿礦分別達到100%、98%和75%，4個選煤廠的洗煤廢水繼續保持一級閉路循環。生活污水全年處理4Mt，處理能力占排放總量的33.23%。
②嚴格控制煙塵排放。他們結合礦區特點引進4種煙塵治理專利技術，礦區156臺在用工業鍋爐全部完成煙塵治理，3.5Gm3煙氣全部經處理后排放，其中有5家單位的工業鍋爐煙塵林格曼黑度在1級以下、41座工業窯爐煙氣全部達標排放。
③開展固體廢棄物綜合利用。繼興隆莊煤泥熱電廠之后，又在東灘礦、鮑店礦建成2座煤泥熱電廠，年利用低熱值煤泥0.19Mt，發電240MkW·h，可供集中采暖面積1Mm2。南屯礦矸石電廠三期工程、濟二礦矸石電廠、濟東新村三聯供工程年利用矸石8000t，供暖面積1.04Mm2,可替代采暖工業鍋爐20臺，每年還可取得4400萬元的經濟效益。南屯礦利用灰渣做生產、建筑、復墾材料，年利用灰渣0.16Mt。鮑店礦利用煤矸石回填塌陷區示范工程也取得一定成效。
2 污水治理
1）鮑店選煤廠煤泥水閉路循環有經驗
兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦選煤廠的生產能力已經達到設計的300萬t，杜絕了跑黑水和外排水，保持并鞏固了一級閉路循環，洗水濃度始終控制在80g/L以下，實踐證明其近十年來的煤泥水管理是成功的。他們的管理特點如下：①Φ24m細煤泥濃縮機溢流連續出清水?？刂迫肓狭亢腿肓蠞舛瘸^時用循環水或壓濾機的濾液水、事故池的溢流水去稀釋；形成科學合理的藥劑添加和質量保證制度；堅持底流連續排放制度。②實現壓濾機工作效果最佳。由原來1臺入料泵對3臺壓濾機改為對2臺，保證入料壓力；濾布定期沖洗與更換，保證其透水效果，減少單循環時間。③加強沉降機管理，保證粗煤泥的充分回收。0.5～1mm的粗煤泥完全靠沉降機回收，如何最大限度發揮沉降機作用是搞好粗煤泥回收的關鍵。一是形成定期沖洗制度，減少細煤泥對篩網的堵塞；二是通過現場試驗，保證既不切保險銷又能處理量最大，將電流設在一定范圍；三是加強維護，保證5臺設備全部完好。④杜絕撈坑跑粗。撈坑的分級效果如何，對煤泥水管理有著舉足輕重的作用。他們在跳汰機溢流堰到精煤分級篩之間增設了弧形篩泄水，撈坑增加了穩流罩，對跳汰機的用水量作了上限規定，解決了撈坑跑粗問題。⑤搞好洗水平衡。除設備冷卻使用生活水外，打掃衛生一律用生產清水；事故池專門用作事故放水，不再作為煤泥水內部循環的一個環節。⑥檢查科學完整的考核制度。對煤泥水系統的各環節制定了詳細的指標，象濃縮機底溢流濃度、細煤泥濃縮機入料量與入料濃度、壓濾機工作狀況、撈坑溢流粒度等，使煤泥水始終處于穩定受控和良性循環狀態。
2）東灘選煤廠洗水閉路循環效果好
兗州礦業（集團）公司東灘煤礦選煤廠投產初期，由于設備、工藝環節等方面的原因，致使洗水濃度高達500g/L，不得不利用事故沉淀池及外排水的方式組織生產，既破壞了環境，又制約著生產。后來，他們對工藝設備及環節進行了改造與調整，洗水濃度有了極大降低，實現了洗水閉路循環。這個廠的煤泥水處理系統采用三段濃縮分級、三段回收的工藝本著“該在哪一環節回收的一定在哪一環節回收”的原則，對工藝環節采取了以下措施：
（1）絮凝劑的添加。原設計僅添加一種有機PAM絮凝劑，但是細煤泥濃縮機溢流中粘土多，濃度達到20～30g/L。經過大量的絮凝劑優化試驗，最終選定聚合鋁鐵與PAM共用，使得細煤泥濃縮機的溢流得到了清水，并且保證濃縮機的工藝效果為較佳狀態。
（2）水環節的調整。①循環水用量調整。設計為3臺500S-59清水泵，每個系統開1臺，每臺最大流量為2200m3/h。生產初期，跳汰機大風大水，用水量達到4.5m3/t原煤。后來對跳汰機作了調整，1臺循環泵就能夠滿足2臺跳汰機的用水，用水量降為2.7m3/t原煤，保證了分級設備的工藝效果。②粗煤泥濃縮機的入料方式。初期生產的時候，粗煤泥濃縮機的煤泥水在池內呈波浪式運動，加了穩流罩以后效果仍然不明顯，經過分析以后認為原因在入濃縮機的煤泥水本身。將沉降離心機的溢流管和循環水的溢流管進入永田槽的溢流槽，由于均為明槽流動，解決了濃縮機池內“噴氣”、水面不穩的問題。③離心機離心液去向調整。原先設計離心掖直接至粗煤泥濃縮機，若離心機篩網破損出現跑粗，勢必造成下道回收工序的沉降離心機篩網破損。后將離心液改至永田沉淀槽，保證了濃縮機中不進粗粒。
3）電廠輸灰管不停運清洗
兗州礦業（集團）公司南屯煤礦矸石熱電廠通過對管道結垢的成分分析，采取了添加除垢劑、緩蝕劑來調節酸量的不停運酸洗除灰管道實踐，并且獲得了成功。我國絕大多數燃煤電廠采用的濕式除灰系統存在著嚴重的結垢問題，不僅給電廠的安全和經濟運行帶來危害，而且灰漿外排還嚴重污染環境，因此必須對除灰系統進行除垢清洗。目前，管道除垢常用方法主要有重力敲打或停運酸洗。重力敲打法耗費人力且效果不佳；酸洗方法雖費用較高，只要運用得當，效果較為明顯。
該廠原采用水力輸灰系統，輸送灰水的灰管Φ219mm，總長1250m，存在著嚴重的結垢問題。經測定，管線底部平均垢厚80mm，頂部平均厚度為40mm，總垢量約為70t。由于管道的通容量大為減少，導致系統出力下降。灰渣泵電動機的額定電流由84A降低為45A左右，泵的效率明顯下降，嚴重影響系統的正常運行。為此，他們對灰垢的成分進行了分析，結果發現SiO2含量占灰垢總量近50%。這些硅酸鹽灰垢及混合灰垢比較致密、堅硬，鹽酸對其難以有效溶解。
為了徹底去除輸灰管中的灰垢，保證電廠的正常運行，他們在酸洗的過程中添加了高效的灰垢清洗劑和緩蝕劑，實施不停運清洗除垢。根據垢層厚度、管徑、流量和長度等實際情況，清洗時可采取調節吸水井水位和灰漿出口閥門等措施來控制灰水的pH值大小，使之達到最佳效果。一般情況下，pH值保持在3左右時除垢效率可達到95%以上。若采用常規的停運換管路方法，費用為1.8萬元，需7天才能完成，電廠少發電而損失20.16萬元；現采用不停運酸洗管道，3天就完成，總費用9萬元，直接經濟效益十分可觀。
3 煙塵治理
1）矸石電廠復合濕式除塵
兗州礦業（集團）公司南屯煤礦矸石熱電廠對機組增容改造后，原先配置的除塵器不適應鍋爐增容后的環保要求，煙塵排放濃度超標，以致機組時常壓負荷運行。為此，該廠將原有的文丘里水膜除塵器改造為復合濕式除塵器，鍋爐運行低、中、高負荷時的除塵效率為98.5%～98.8%，林格曼黑度為一級，脫硫率為25%，顯著提高了除塵效率。該除塵器是集水膜噴淋和泡沫除塵于一體的高效脫硫除塵器，外形為圓筒體，采用新型的復合材料做成。圓筒的底部為集灰水區，下部為水膜噴淋段，中部為泡沫段。為了保證塔內的氣流分布均勻，其間在水平設置了多層篩板，篩板的上部為氣水分離區并且安裝有脫水器。
針對使用中出現的問題，他們進行了幾項改進：拆除現有除塵器和副筒內的2個脫水裝置，降低了篩板段的高度，在除塵器的上部重新設計安裝高效脫水除霧裝置，增加脫水以后的干段高度，提高脫水效果；縮短噴淋段的高度，減少在噴淋段的降溫，有利于克服尾部結露帶水；減少曬板的面積，既有利于泡沫的形成，又減少煙氣與水的熱交換時間，可以提高尾部的煙氣溫度，消除結露現象；改革布水方式，增加調節彈性，保證篩板上布水均勻，改善了篩板段的工作狀態；對于進口處的煙道底部和風機的外殼進行保溫，防止水蒸氣因為溫度過低而結露，對副筒的表面抹灰，提高其密封性，減少煙氣的帶水率，使得風機葉輪的積灰和腐蝕減輕，風機的異常振動現象基本消除；在除塵器與煙道水平部分的交接處增設擋水沿，減少水平煙道因沾水受潮而積灰結塊；在對除塵效率影響不大的情況下，將篩板的孔徑加大2mm，減少系統的壓力，除塵水改用水質比較好的循環冷卻水，并且用管道泵增加水壓，防止篩板的孔堵塞。
2）靜電除塵器在煤泥鍋爐的首次使用
兗州礦業（集團）公司東灘煤礦煤泥熱電廠的鍋爐是國內首臺75t/h煤泥循環流化床鍋爐。為了滿足環保的要求，在國內第一個為煤泥鍋爐選配了靜電除塵器。經過幾年的使用和摸索，取得了滿意的效果，煙塵排放濃度不大于150mg/m3，除塵效率在99%以上。
為確保首臺靜電除塵器的除塵效果，針對煤泥及煤泥鍋爐的特點在電除塵設計上采取了以下措施，如陽極板采用C型收塵板和BS管型芒刺電暈線，在高含塵量情況下不會產生電暈封閉，可保持運行電壓不低于60kV，保證電除塵器高效運行；設置阻流加導流型氣流分布裝置，確保在強烈渦流作用下不會象一般平板那樣撕裂；增設迷宮型槽形板，既有利于氣流分布，還能對逸出電場的荷電粉塵再捕集；采取防止陽極板和陰極線粘灰的技術措施，確保極板和極線表面的灰塵以片狀下滑并剝離極板；采用戶外高壓供電，變壓器在戶外近距離向陰極供電，減少高壓電纜造成的故障。
影響除塵效率的因素很多，對一些重要因素需要重視。①振打裝置。要根據實際運行效果適當調整振打時間，振打減速機和電暈極振打裝置的電瓷軸間要安裝保險片，防止電瓷軸斷裂。②鍋爐。要考慮鍋爐負荷變化、鍋爐健康狀態不良、燃燒工況不好使煙塵含碳量高、鍋爐投柴油助燃的影響。③保溫。最大限度減少在電除塵器內煙氣的溫降，以確保煙氣溫度高于露點溫度，防止局部結露造成粘灰或鋼結構腐蝕。④除灰系統?；叶芳訜?、保溫不良、插板門漏風或采用水力沖灰時潮氣沿落灰管上升都會使積灰吸潮結塊，引發排灰不暢等故障。⑤運行、維護不當。除塵器投用前4h對絕緣套管加熱，確保升壓正常；投用半小時前打開放灰閥，啟動振打裝置，確保無積灰；停機后繼續開動振打和排灰裝置30min。
3）PLC在焦爐除塵控制系統中的應用
焦爐出焦除塵是焦化廠生產必備的環保設施，直接影響到煉焦工藝的生產和焦化廠存亡的關鍵環節。由于此除塵系統具有爆炸的危險，兗州礦業（集團）公司焦化廠采用PLC控制技術實現了除塵系統在7.63m焦爐無人值守的自動運行。
⑴控制功能的實現。①硬件部分。遠程監控對生產過程相關靜態或動態數據由主控室集中操作、集中監控。運輸設備既可在自動控制方式下任意組合聯鎖，也可以在手動方式下獨立操作。主控室PC監控機同樣具有此功能，且互為熱備。聯鎖控制系統設備運行狀態、位置等所有相關信息，如除塵器進口溫度、除塵倉料位、四大車除塵運行狀況等都可通過自動化網絡自動識別，并將聯鎖信息傳遞至電氣系統，實現設備聯鎖控制。主要工藝參數變化趨勢可根據生產條件自動調節和整定，以滿足控制要求。故障診斷與報警處理系統硬件、應用軟件及網絡軟件都具有強大的故障自診斷報警功能。當設備發生故障或參數異常時，控制中心監控畫面立即報警閃爍，操作人員即可根據報警點分析和維護。自動模式時，系統還可在線分析報警的設備，自動處理故障并在上位機顯示。權限管理網絡系統設置了操作人員或系統管理員在不同安全應用層操作權限和管理權限，進入網絡時必須登錄，從而保證系統安全正常運行和防止越權。②軟件部分。上位機監控編程軟件采用BSView32，下位機控制編程軟件采用RSLogix5000。
⑵關鍵問題設計。①除塵控制系統以摘爐門和推焦信號作為整個系統的起停標志。通過在推焦車和攔焦車的無線以太網發射接收裝置同地面建立的四大車協調站實現通訊來處理每個車發出的數據，地面協調站通過分析數據分別將每個設備所需信號送至現場。這兩個信號是從協調站發送給除塵控制系統的。②采用阻力清灰工藝，確定一個阻力的上限和下限。阻力大于上限時開始清灰，直到阻力小于下限時停止；系統阻力恒定不變時采用定時清灰，同時系統發出報警信號。這種方式實現了阻力的簡單閉環控制。
4 矸石治理
1)煤礦矸石山污染監測方法研究
兗州礦業（集團）公司環保中心在開展矸石山對周圍環境空氣、地表水及地下水造成污染現狀研究的基礎上，完成了對煤矸石及其滲透液、其附近地下水的采樣、制樣、樣品保存和監測方法的制定。兗州礦區目前共有8個生產礦井、12座矸石山，矸石總量1.2Mm3。這些矸石山既占用了大量耕地，又對周圍的環境空氣、地表水與地下水造成了污染，破壞了礦區的生態環境。
煤矸石污染監測分為三部分：
① 煤矸石。份樣量的大小取決于矸石的粒度上限。粒度越大，均勻性越差，份樣量就越多。煤矸石的粒徑大小差別較大，要照顧到不同的類型和粒度。錐形矸石山按分層采樣法在頂部、腰部和底部距地面1m以上分別采樣。平面形矸石山按其面積均勻劃分若干區域分別采樣。在制樣過程中應防止樣品產生任何化學變化和污染。若可能對樣品質量產生顯著影響，則應盡量保持原態。對煤矸石浸出液分別進行腐蝕性鑒別，其中浸出毒性鑒別包括汞、鉛、鎘、銅、鋅、砷、氟化物與硫化物。
② 煤矸石滲濾液。采樣點設在排放口。為了解對污水的處理效果，也可在進水口和出水口同時采樣。污水采樣記錄表中應有污染源名稱、監測目的、監測項目、采樣點位、采樣時間、樣品編號、污水性質、污水流量、采樣人姓名及其它有關事項。凡需現場監測的項目應進行現場監測，需要固定的水樣必須現場固定。測試分析時選擇一般工業固體廢物的特征組分作為控制項目，包括pH值等。
③ 矸石山地下水。地下水監測常以淺層為主，應盡可能利用各水文地質部門的原有水井。污染監控井沿地下水流向設在貯存場下游。當地質和水文地質資料表明含水層埋藏較深，經論證認定地下水不會被污染時可不設監控井。每年按枯水期和豐水期分別采樣，對有異常情況的監測井適當增加采樣次數。
2）地面排矸系統的技術改造
兗州礦業（集團）公司南屯煤礦在山東科技大學的支持下，研究設計出一種新型的“礦內膠帶運輸矸石排放系統”，使該礦的矸石車輛不用再出礦井即可通過汽車直接運往礦外的塌陷區排放，而且還便于對塌陷區進行綜合治理。新研制的“礦內膠帶運輸矸石排放系統”工藝流程如下：副井、混合井的升井矸石車→左側式3t翻車機→K-4型往復式給煤機→膠帶輸送機→揀雜→儲矸倉→汽車→塌陷區。
與過去的矸石山排放矸石系統相比，新的地面排矸系統具有以下優點：徹底消除矸石山因堆積煤矸石太多而出現自燃、塌方和環境污染現象意見因滅火而造成的大量水資源浪費，避免了因易出現山體滑坡、塌方而對施工人員和周圍群眾造成人身傷害；矸石回填塌陷區，使塌陷區得到了有效的治理，大部分可以恢復為良田耕種作物，彌補了因矸石山堆放矸石太多而占用大量耕地的損失；自從該新系統投入使用以來，省下了矸石山2m雙筒提升絞車與電氣控制系統的維修費用、每兩個月更換一次2000mΦ21.5mm鋼絲繩的費用，為礦井節約了大量的資金，同時還取消了原矸石山絞車司機9人、機電設備專職維修工6人，實現了減人提效；由于在新排矸系統的皮帶走廊中安設6個揀雜口，使得混在矸石中的大量塊煤、廢鐵、舊錨桿、舊鋼絲繩及其它可回收物資能得到全面回收，經濟效益非常顯著；在新的排矸系統中，矸石車輛上井后，電機車拉運距離僅為150m就可進行翻罐，運輸距離的大大縮短使得礦車周轉更加快捷方便，扭轉了礦車使用緊張的被動局面。
5 噪聲治理
1）選煤廠主洗車間噪聲控制
南京煤礦設計研究院和兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦對選煤廠主洗車間噪聲采取集氣消聲、隔聲屏、隔聲罩、阻尼減振以及墻面吸聲處理等方法，顯著地降低了作業場所噪聲及廠區環境噪聲。該車間共有5層安裝設備，各層噪聲均嚴重超標，主要噪聲源是振動篩、破碎機、跳汰機鼓風機、溜槽、離心脫水機、輸送機等設備。設備附近的噪聲呈寬頻帶和以中低頻為主的特征，各層混響嚴重，不僅對操作人員產生很大危害，而且高噪聲透過門、窗、墻體向外輻射，使附近的礦井辦公區域也受到嚴重影響。由于主洗車間二至四層設備多、作業人員多、噪聲級高、污染嚴重，因此治理重點為二至四層。噪聲控制措施以不妨礙生產設備操作、觀察、檢修及滿足通風散熱為原則，既要開啟靈活、施工方便，又要有明顯的降噪效果。
根據主洗車間設備布置的特點、噪聲狀況以及對車間內外的影響程度，對各種膠帶輸送機機頭、離心機、破碎機、振動篩、給煤機、刮板機等機械性噪聲為主的設備設置了不同型號的隔聲屏、隔聲罩，對跳汰機、鼓風機等空氣動力性噪聲為主的設備設置了氣流匯總系統及消聲器，對以撞擊振動噪聲為主的矸石、塊煤溜槽等采取阻尼減振處理，以有效降低聲源噪聲；在適當的層面幾車間辦公室等功能性房間作吸聲處理，以降低混響噪聲；在個別高噪聲作業點設置隔聲值班間；在車間的適當位置設置隔聲門、窗，以減少噪聲對外部環境的影響。各種隔聲罩整體結構均設計成組合開啟式，以利設備檢修；有散熱要求的隔聲罩設有進、出風口，便于通風散熱；為了滿足加油、觀察、日常維護和使用的要求，在適當的位置均設有門、窗、洞等。
2）離心風機噪聲控制研究
山東科技大學和兗州礦業（集團）公司職工大學從如何改進風機本身的結構參數，而不是采用消音器來降低風機噪聲的角度開展了離心風機噪聲控制的研究。他們提出的降噪方法如下：①增加風舌與葉輪之間的間隙。風舌與葉輪之間的距離愈近，噪聲愈大。但是，根據有關資料進行試驗，當間隙大到一定程度后，噪聲不再降低，卻使風機氣動性能變壞。實驗表明，風舌間隙δt/R=0.25和風舌半徑r/R=0.2時,具有最大風機效率和最小噪聲(R為葉輪半徑)。②傾斜風舌。研究表明，對于恒定轉速、前后傾斜的葉片可以使基頻降低12dB；風舌傾斜角大小依賴于葉輪葉片多少，葉片愈多則包圍葉片間隙所需風舌傾斜角愈小。③風機和管道系統聲阻抗匹配。改變出口管道長度可使進口輻射的噪聲降低17dB；反之，改變風機進口形狀可使出口聲級減少。④轉子葉片前后緣家網格（金屬網）。網格改進了平均氣流，減少了管道內與轉子外的湍流，使出口有一個平滑的速度場，從而降低寬頻噪聲。對于空氣動力性能不好的風機，即效率低噪聲大的風機，使用網格可收到最好的效果，不但對基頻而且在整個寬頻范圍內都能明顯降低噪聲；但對空氣動力性能較好的風機，網格降低噪聲效果減低，然而可使頻譜往高頻方向變動，以便采用其它控制噪聲措施。當葉輪管道中的平均氣流條件不好時，使用網格降低噪聲是最有效的。但是，由于網格引起附加阻力，導致風機效率略有降低。⑤修改風殼。研究表明，寬頻噪聲主要聲源不是來自旋轉葉輪，而是來自風機的機殼，機殼取對數螺旋或蝸殼效率高、噪聲低的螺旋角α=65°，在機殼內貼一定厚度的吸聲材料可降低寬帶噪聲。
3）噪聲綜合治理工藝
兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦家屬區的鍋爐房噪聲污染嚴重，一直未能達標。他們在原先單項治理的基礎上，采取了吸、隔、消、降于一體的綜合噪聲治理工藝，取得了較好的結果。該礦家屬區有2座鍋爐房。東鍋爐房有2臺6t換態t冬季取暖鍋爐；西鍋爐房有2臺2t蒸汽鍋爐，其中1臺工作1臺備用，常年運轉。作為鍋爐的輔助設備，引風機、鼓風機在運轉時產生強烈的噪聲。經過測試，東鍋爐房的風機噪聲高達102dB（A），西鍋爐房約為95～98dB（A）。而且住宅樓內的噪聲達到69～71dB（A），超過了國家有關標準，影響了職工的生活。
他們對噪聲源進行分析并制定了治理原則：不破壞機房主要結構；不影響鍋爐正常運轉；不涉及風機氣流系統，即不改變風機運轉工況參數；消聲設備安裝簡單、阻燃、防腐、無污染。據此，東鍋爐房白天達到60dB（A）的治理方案為：將現有風機房改造成隔聲間，不改變主體結構；現有門窗部分設計安裝隔聲門和隔聲窗，部分封堵；機房內設50mm的吸聲結構；機房設計安裝通風系統，并設計通風換氣消聲器。在此基礎上，夜間達到50dB（A）的治理方案為：鼓風機、引風機進行檢修，最大限度地減少噪聲，或者將機房的結構適當加厚。西鍋爐房的治理方案為：將現有的風機房改造為隔聲間，不改變原主體結構；拆檢引風機、鼓風機，最大限度降低噪聲；現有門窗設計安裝隔聲門和隔聲窗；機房內增設厚50mm吸聲結構；機房設計通風系統且進行強制通風。工程竣工后經現場監測，廠界噪聲白天52.6～58.3dB（A）、夜間43.4～46.2dB（A），達到了排放標準。工程總投資15萬元。