以废治废 重大专项为乌海及周边地区大气污染防治提供新模式

在乌海市蒙西骆驼山矿区，科研人员因地制宜，利用当地的煤基固废为原料研发出抑制矸石自燃的灭火材料和技术，利用环境材料进行高温工业烟气污染治理，使用后的环境材料经过特殊处理后，与生活污泥和农牧有机固废协同利用制备成生物质肥料，再用于生态修复。多项新技术、新成果的综合应用，让原本寸草不生的矿山每逢春夏便焕发出勃勃生机。 

新技术构建的煤基固废—环境材料—污染控制—生物肥料—生态修复循环产业链，不仅为煤基固废的资源循环利用提供了新途径，也为乌海及周边地区现阶段多污染物协同治理难题提供了有效的解决方案，成为贯彻落实生态优先、绿色发展理念的生动实践。

为加强科技创新对打好污染防治攻坚战的支撑，2018年，自治区启动“乌海及周边地区大气污染防治重大关键技术研究与示范”科技重大专项，项目由内蒙古工业大学牵头，联合内蒙古科技大学、内蒙古广纳煤业（集团）有限责任公司、内蒙古蒙草种业科技研究院有限公司4家单位通过产学研用合作实施。

项目针对乌海及周边地区大气污染深度精准治理的难题，在前期研究煤基固废高效循环利用的基础上，重点突破煤基固废制备封堵材料抑制矸石自燃技术、固废制备环保材料协同控制高温工业烟气非常规污染物技术和煤基固废协同利用生态修复三大技术，将粉煤灰资源化利用与大气污染控制和矸石自燃灭火相结合，依靠煤自身的物质转化来解决高温工业烟气污染控制问题。同时，利用多孔材料的强吸附特性，从源头控制二次颗粒物的形成与排放，实现高温工业烟气的低成本高效协同脱除，达到“以废治废”的效果。

△ 矸石山坡面喷浆封闭示范工程

△ 矸石山灌浆灭火示范工程

煤矸石自燃过程中排放出大量的有毒有害气体，严重污染周边环境，是目前矿区生态环境治理的重中之重。课题组针对国内外煤矸石自燃治理方法的局限性，利用周边现有的粉煤灰、脱硫石膏、电石泥、废弃石灰粉等煤基工业固废，研制出“粉煤灰等固体废弃物+固化剂”喷浆灌浆灭火材料，提出采取深部注浆、顶部覆浆和坡面喷浆的矸石山治理施工工艺，即“三浆”法（喷浆、灌浆、覆浆）进行矸石山自燃治理，实现了矸石山自燃治理和工业固废的综合利用。注浆封堵材料中固废掺加量大于90%，治理后矸石山复燃率降低80%，甚至不再复燃。目前项目已建立了45000m³自燃矸石山灭火示范工程，2500m³左右矸石山坡面喷浆封闭示范工程。

项目课题组针对VOCs（挥发性有机物）等高温工业大气污染物治理难题，通过对焦化企业生产过程中各工段进行污染物排放源解析，明确焦化企业非常规污染物排放特征及各环节臭氧生成潜势，为高温工业烟气的低成本高效协同脱除技术提供理论基础，为PM2.5和O3协同控制提供数据支持。煤基固废制备环保材料协同控制高温工业烟气非常规污染物技术，充分利用硅基多孔材料的强吸附特性，结合生物滤池、袋式除尘等工艺，通过固废自身非晶相的结构转化来抑制高温工业烟气非常规污染物，实现烟气中多种污染物的低成本协同脱除。课题组在乌海广纳煤焦化有限公司建设了两套高温工业烟气治理示范工程。其中，10000Nm³/h反应式袋式除尘器协同净化焦炉烟气示范工程，装置对高温焦炉烟气中VOCs的净化效率达到96.88%。10000Nm³/h生物多孔硅滤池净化湿熄焦烟气示范工程，装置对湿熄焦烟气中VOCs的脱除率大于88%，对氨气和硫化氢的脱除率大于85%。

△ 矸石山边坡生态修复示范点施工前后效果对比图

△ 荒漠区生态修复示范点施工前后效果对比图

项目课题组以净化工业烟气后的多孔活性硅为主要原料，辅以污泥及生物菌种研制了保水缓释生物肥料。该生物肥料可增强土壤保水保肥能力，提高土壤有机质和养分利用效率，促进植物发芽成苗和作物生长，为后续生态修复奠定了基础。技术成果实现了煤基固废的资源化利用和沙地土壤增肥保水改良的双重作用。目前，项目开发的固废协同利用生态修复技术已在乌海周边建立了550亩生态修复示范工程。其中，矸石山覆植修复3亩、荒区生态修复47亩、其他荒漠地区生态修复500亩。生态修复材料中固废掺加量大于85%，植物成活率82%，从草种数、草群高度、草群密度和盖度等指标分析，施肥区草种在高度、密度、盖度上均明显好于对照区。

项目研发的注浆灭火工艺现已成熟，抑制矸石山自燃的治理方案可在乌海及周边地区进行大范围推广。开发的煤基固废制备环境材料协同控制大气污染物和生态修复技术，可广泛用于焦化、煤燃烧、煤化工、精细化工等高温工业烟气的深度治理。

目前，项目已在乌海广纳集团矸石山、乌海广纳煤焦化有限责任公司、乌海骆驼山矿区、国能蒙西棋盘井洗煤厂矸石山、蒙草公司阿拉善基地等地建立了7个现场示范工程，治理效果良好。据项目负责人介绍，以建设年产20万吨多元吸附材料和100万吨生态修复材料生产线为例，每年可消纳工业固废100万吨，削减VOCs等PM2.5各类前驱体3万吨以上，比传统技术节约投资30%以上，运行费用节约40%以上，具有显著的生态、社会和经济效益。

通过重大专项的实施，形成了以固废资源循环利用控制乌海及周边地区重点污染源大气污染的成套技术，为自治区生态环境治理提供了“固废循环利用﹣污染控制﹣生态修复”的新模式，项目成果的推广使用，对矿区大气污染治理和固废协同利用生态修复技术推广应用提供了有力的理论和技术支撑。

为打好蓝天、碧水、净土保卫战，筑牢我国北方重要生态安全屏障，近年来，自治区科技厅坚持生态优先、绿色发展，持续加大生态环境领域科技创新布局和支持力度，在黄河流域典型退化区生态修复、“一湖两海”水生态环境治理、草原生态修复与生产力提升、干旱荒漠区沙化土地治理、退化草地治理与修复、绿色低碳发展等方面取得众多创新成果，形成了一系列可借鉴、可复制、可推广的模式，以科技支撑推动自治区高质量发展。