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    國(guó)外煤碳與環(huán)境及其清潔技術(shù)研究進(jìn)展

    2018-03-06 12:59:26邢良苑雙
    科技資訊 2018年23期
    關(guān)鍵詞:煤炭環(huán)境

    邢良 苑雙

    摘 要:化石燃料,尤其是煤炭,是當(dāng)今世界技術(shù)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步所必需的不可或缺的能源。它們?nèi)紵尫懦鲈S多環(huán)境污染物,如二氧化碳、二氧化硫和一系列有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物。本文綜述了國(guó)外一些國(guó)家關(guān)于煤炭清潔技術(shù)研究方面的最新進(jìn)展,主要紹了印度、克羅地亞和美國(guó)的相關(guān)重要研究。本文介紹了克羅地亞、印度、美國(guó)的領(lǐng)先國(guó)際科學(xué)家在煤炭研究方面取得的最新進(jìn)展,并概述了相關(guān)的研究,以解決環(huán)境污染和廢物處理技術(shù)。

    關(guān)鍵詞:煤炭 環(huán)境 清潔技術(shù)

    中圖分類(lèi)號(hào):TKl6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2018)08(b)-0104-02

    煤是化石燃料中最豐富的標(biāo)本,它是有機(jī)物質(zhì)的沉積物,通常是由粘土礦物、石英粉和沙子組成的無(wú)機(jī)材料,在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生金屬排放負(fù)荷。因此,煤炭的燃燒排放成為人為溫室氣體和氣溶膠的最大來(lái)源。盡管如此,在目前高能源需求的情況下,煤仍然是一個(gè)充滿(mǎn)活力的產(chǎn)業(yè)[1]??肆_地亞最大的煤炭開(kāi)采區(qū)位于伊斯特拉半島東部,該地區(qū)的煤炭具有超高有機(jī)硫組分,S含量高達(dá)13%~14%,燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的污染,富含硫的煤炭開(kāi)采始于18世紀(jì),直到20世紀(jì)90年代末才被限制開(kāi)采??肆_地亞富含S的煤炭主要用于燃煤發(fā)電廠(chǎng),近20年才開(kāi)始使用進(jìn)口的低硫煤[2]。印度擁有大量的煤炭資源,占世界煤炭總儲(chǔ)量的7%左右,煤炭在印度開(kāi)采已有230多年的歷史,印度政府于2004年成立的綜合能源政策委員會(huì)強(qiáng)調(diào)了未來(lái)25年印度能源部門(mén)煤炭的持續(xù)主導(dǎo)地位,根據(jù)印度地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù),印度的煤炭?jī)?chǔ)量估計(jì)約為30880.2億t,延伸至1200m的深度,其中只有12.5%屬于焦化類(lèi)型,而剩余的87.5%屬于動(dòng)力煤。Chikkatur等[3]指出,煤炭目前占該國(guó)主要商業(yè)能源供應(yīng)總量的50%以上,占總發(fā)電量的70%左右。在過(guò)去30年來(lái),印度煤中的灰分含量一直在增加,這主要是因?yàn)槁短觳傻V的增加以及本質(zhì)上較低等級(jí)資源的煤炭生產(chǎn)。由于印度煤炭中灰分含量高,每1MW裝機(jī)容量需要至少4047m2的土地儲(chǔ)存灰燼,而且有許多大型發(fā)電廠(chǎng)擁有超過(guò)4047000m2的土地專(zhuān)用于儲(chǔ)存灰燼。

    1 克羅地亞煤碳、環(huán)境及其清潔技術(shù)

    克羅地亞的煤礦開(kāi)采約在20年前就已經(jīng)停止,因此根本不存在煤巖學(xué)研究。其煤炭研究主要集中在煤炭開(kāi)采和燃燒對(duì)PPP區(qū)域環(huán)境的不利后果。自20世紀(jì)初以來(lái),煤炭一直是克羅地亞能源生產(chǎn)的主要來(lái)源,由于使用的煤炭中含有較高含量的S、PAHs(多環(huán)芳烴),并且具有較高的放射性,PPP周?chē)耐寥辣籗和PAHs以及Ra-226嚴(yán)重污染。Fiket等人確定了研究燃煤地區(qū)土壤樣品中特有的稀土元素,土壤中的PAHs是人為過(guò)程的典型產(chǎn)品,它們?cè)诒韺油寥乐械目倽舛葟膶?duì)照土壤樣品中的31ng/g變化到距離PPP 100m處的13535ng/g,這主要是由含PAHs的煤燃燒以及附近未燃燒煤堆砌共同產(chǎn)生的,此外,F(xiàn)iket等還給出了有關(guān)煤礦開(kāi)采的環(huán)境污染、土壤和煤中硫同位素的分布對(duì)人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指數(shù)。

    Franikoviü-Bilinski等描述了煤灰底灰和灰分排放污染的喀斯特河沉積物的磁化學(xué)性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)接近污染源的磁化率很高,與Co、Fe、Sr、Al、U和B有很強(qiáng)的相關(guān)性。Oreanin等分析了前硫酸鹽漿廠(chǎng)的煤灰底和灰分,與世界平均土壤濃度相比,U和Th值分別增加了3.7倍和1.7倍。在土地吸收的影響下,所有灰分和土壤樣本在空氣中1m高處測(cè)得的總有效劑量率的平均值為1.60mSv/a,與克羅地亞平均值(0.7015mSv/a)相比,該地區(qū)的污染是雙倍的。然而,在土地上方測(cè)量的總有效劑量率的平均值是當(dāng)?shù)氐?1.4倍(0.14mSv/a)。因此,Oreanin等建議使用10cm厚的低滲透率材料密封地下煤灰底和灰分,以防止放射性核素和重金屬?gòu)某练e物質(zhì)重新分布到環(huán)境中。

    2 印度煤碳、環(huán)境及其清潔技術(shù)

    與克羅地亞不同,印度的煤巖石學(xué)和煤炭地球化學(xué)研究是一個(gè)非?;钴S的科學(xué)學(xué)科,Singh等人采用綜合方法研究了印度西部Saurashtra盆地與喀沙利耶粘土相關(guān)的褐煤礦床,獲得并討論了連續(xù)取樣的有機(jī)巖相學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)。此外,Singh等使用孢粉學(xué)和生物標(biāo)志物證據(jù)來(lái)推斷褐煤礦的有機(jī)成分、質(zhì)量、熱成熟度、起源和沉積環(huán)境,包括含褐煤的序列烴源潛力。Singh等人調(diào)查了古吉拉特邦坎貝盆地的褐煤沉積物,以了解它們的巖石學(xué)和地球化學(xué)屬性,因?yàn)榕c印度岡瓦納煤炭上的大量文獻(xiàn)相比,它們的巖石學(xué)數(shù)據(jù)很少。Singh等人對(duì)Kachchh盆地的褐煤礦床進(jìn)行了調(diào)查,褐煤的巖相學(xué)分析表明,該組織的輝綠巖群具有優(yōu)勢(shì)。礦物質(zhì)以中等濃度存在,而S含量高。該研究表明了幾個(gè)較干燥時(shí)期的森林沼澤狀況。

    3 美國(guó)煤碳、環(huán)境及其清潔技術(shù)

    美國(guó)領(lǐng)先的煤巖石學(xué)和煤炭地球化學(xué)研究員James C. Hower和他的國(guó)內(nèi)和國(guó)際合作者正在積極研究來(lái)自全球各地的煤炭。他們研究了稀土元素、U和放射性核素在煤中的分布,以及其灰分中的汞含量。此外,他還參加了由Wang等人進(jìn)行的多學(xué)科研究。Hower等對(duì)來(lái)自鏈霉菌屬的新四環(huán)聚酮化合物進(jìn)行了分離和結(jié)構(gòu)鑒定,這是一種細(xì)菌(RM-4-15),位于肯塔基州東部的Ruth Mullins地下煤礦的熱通風(fēng)口附近。初步的體外抗菌、抗癌和抗真菌測(cè)定顯示RM-4-15具有中度抗真菌活性。由國(guó)際研究小組進(jìn)行的一項(xiàng)多學(xué)科研究報(bào)告稱(chēng),由于于煤中存在大量的TiO2礦物,煤炭燃燒生成大量稀有的Magnéli相物質(zhì)(TixO2x-1,4≤x≤9)。筆者指出,這為跟蹤工業(yè)燃煤的全球固態(tài)排放提供了新的方法。在其第一次毒性試驗(yàn)中,他們已經(jīng)證明納米級(jí)Magnéli相物質(zhì)具有潛在的毒性,不像TiO2相那樣具有光活性,似乎在沒(méi)有光刺激的情況下仍具有生物活性。

    4 結(jié)語(yǔ)

    本文介紹了國(guó)外一些主要國(guó)家的煤炭清潔技術(shù),綜述了其中最具吸引力和最先進(jìn)的幾個(gè)主題,本文從多個(gè)方面和領(lǐng)域總結(jié)了印度和克羅地亞最新的煤炭,環(huán)境和清潔技術(shù)研究。很明顯,印度的煤炭和技術(shù)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了克羅地亞,尤其是在研究課題的優(yōu)勢(shì)和新穎性方面。然而,克羅地亞的環(huán)境和清潔技術(shù)科學(xué)可以向國(guó)際科學(xué)家提高認(rèn)識(shí)。

    參考文獻(xiàn)

    [1] Das T,Chauhan H,Deka S,et al. Promising carbon nanosheet-based supercapacitor electrode materials from low-grade coals[J].Microporous and Mesoporous Materials,2017,253(15):80-90.

    [2] Franikoviü-Bilinski S,Bilinski H,Maldini K,et al. Chemical and magnetic tracing of coal slag pollutants in karstic river sediments[J].Environmental Earth Sciences, 2017,16(14):476.

    [3] Chikkatur AP, Sagar AD,Sankar TL.Sustainable development of the Indian coal sector[J].Energy,2009,34(8):942-953.

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