煤炭地下气化残留半焦的物化特性及其对地下水的净化修复机理研究

Known as the green mining technology, underground coal gasification (UCG) is also recognized as an important way to safe and clean coal utilization. But how to effectively prevent the groundwater pollution and poisoning caused by UCG has also been paid more and more attention. Based on the UCG residual not only contains gasified char, and the gasified char has similar structure and properties with activated carbon. The UCG process of integrated coal is simulated by bidirectional constraints gasification device and UCG test system, and the physicochemical properties including pore structure and surface chemical properties of UGC residual char under different kinds of coal and gasification process are investigated in this project. The removal behavior and purification mechanisms of gasification char to pollutants in groundwater and the possible dissolution and migration properties of pollutants in residual char under different gasification temperatures and pressures are also studied by groundwater pollution purification and remediation experimental system. The mechanisms on confined groundwater of combustion space area purified and remedied by UCG residual char is revealed. The research results will have important significance in utilizing UCG residual char to purify and remedy groundwater resources, and in promoting the popularization and application of UCG technology.

煤炭地下气化被誉为绿色开采技术，也是煤炭安全洁净利用的重要途径，但如何有效防治煤炭地下气化对地下水资源的污染和毒化也已成为国内外学者高度关注的热点问题。本项目基于煤炭地下气化残渣中含有气化半焦、且与活性炭具有相似结构和性质的实际，采用双向约束气化实验装置及煤炭地下气化试验系统模拟地下实体煤气化过程，研究不同煤种及气化工艺等条件下煤炭地下气化残留半焦的孔隙结构及表面化学性质等物化特性；采用地下水污染净化修复实验系统，研究煤炭地下气化半焦中污染物在不同温压条件下地下水中的溶出与迁移特性，以及气化半焦对不同温压条件下地下水中有机和无机污染物的脱除规律，揭示煤炭地下气化半焦对燃空区承压地下水的净化修复机理。研究成果对利用煤炭地下气化残留半焦净化与修复地下水资源，促进煤炭地下气化技术推广应用具有重要意义。

煤炭地下气化被誉为绿色开采技术，也是煤炭安全洁净利用的重要途径，但如何有效防治煤炭地下气化对地下水资源的污染和毒化也已成为国内外学者高度关注的热点问题。本项目采用自行设计、构建的双向约束气化实验装置及煤炭地下气化试验系统模拟实体煤地下气化过程，研究了不同煤种及气化工艺等条件下煤炭地下气化残留半焦的孔隙结构及表面化学性质等物化特性，并探究了煤炭地下气化过程中污染物在地下水中的分布、浸出与迁移规律。采用地下水污染净化修复实验系统，研究了煤炭地下气化半焦中污染物在不同温压条件下地下水中的溶出与迁移特性，以及气化半焦对不同温压条件下地下水中有机和无机污染物的脱除规律， 阐明了煤炭地下气化半焦对燃空区承压地下水的净化修复机理。研究表明，煤炭种类、气化条件及煤层围岩等是影响煤炭地下气化半焦物化特性的重要因素，气化半焦孔隙结构发达、比表面积较高，具有良好的吸附性能。粗煤气中污染物的溶解和气化残渣中污染物的浸出是造成煤炭地下气化水污染的主要原因。煤炭地下气化地下水中含有苯酚、多环芳香烃、TOC、氨氮等100余种有机污染物和镉、铅、砷、铬等10余种重金属污染物。气化半焦和煤炭地下气化“三带”残留物对地下水污染具有良好的净化效果，其对苯酚的脱除率最高可达90%以上，Cr(VI)的脱除率超过65%。气化残焦对苯酚的吸附是物理吸附，对六价铬的吸附以物理吸附为主，吸附过程中部分Cr(VI)被还原成毒性较低的Cr(III)。Langmuir吸附等温模型和伪二级吸附动力学模型能较好地描述气化半焦对污染物的吸附过程。有机膨润土、膨胀石墨及生物质活性炭等材料对煤炭地下气化水污染具有较好的净化能力，其对地下水中酚类、TOC、氨氮和重金属污染物的脱除率可达90%以上。此外，本项目设计出一种煤炭地下气化污染评价及地下水污染净化修复综合实验系统，可用于地下水污染风险评价；提出一种煤炭地下气化水污染原位净化与修复方法，可实现燃空区地下水污染的高效净化与修复。