燃煤电厂3种固体废物对水环境影响的研究

高军林 台明青

(中山职业技术学院,中山 528404) (西安交通大学生命科学学院,西安 710049)

灰渣是燃煤电厂排放的固体废物，它是一种火山灰质混合物，其化学成分十分复杂，除含有大量的硅、铁、铝、镁、钙、碳等主要成分外，还含有铜、铅[1]、镉、汞、砷、硒[2]、铬、镍、锰、银、钴、钡、锶等痕量元素[3，4]。灰渣中的有害物质会随降水渗入土地，损伤地表，危害植物的生长。如果灰渣一旦排入江河就会污染水质，对当地水环境[5]以及生物和人类带来不同程度的危害。燃煤电厂固体废物对水环境潜在毒性影响的研究，特别是灰渣水溶性试验研究[6，7]，不仅为灰渣的综合利用[8，9]而且为预防水土污染、保护水环境提供科学依据,同时也为对新建燃煤电厂环境影响评价提供依据[10，11]。

目前国内对锅炉渣、粉煤灰和烟道灰3种材料进行检测的研究很少，笔者以某电厂灰渣作为研究对象，分别对锅炉渣、粉煤灰和烟道灰3种材料同时进行试验。在实验室利用模拟自然条件研究其释放特性，并利用国家标准判断毒性大小。

1 灰渣性质

根据河南省地质矿产局的实测数据，表1～表3列出了灰渣的物理性质、化学成分以及灰渣中重金属元素含量。

表1 灰渣的物理性质

表2 灰渣的常量组分含量 %

由表2、表3数据可知，灰渣中除含有Fe、Al、Ca、Mg、Si、K、Na常量组分以外还含有极其丰富的其它痕量元素，其化学成分较为复杂。

表3 灰渣中的重金属元素含量 μg/g

2 试验内容

2.1 灰渣的浸出毒性试验

(1)试验方法

取200 g试样(平行双份)置于250 mL聚乙烯桶中，加入2 000 mL新鲜去离子水(pH 6.88)，加盖封闭后放于振荡频率为(120±5)次/min、振幅40 mm、温度为7℃的环境中，连续振荡8 h，静置澄清后，用滤纸和0.65 μm滤膜抽滤，用聚乙烯桶收集滤液后，按照国家标准方法[12]进行测定。

(2)检测结果

将上述浸出液进行16个项目测试，数据处理采用平行测定结果的算术平均值，其检测结果见表4。

表4 灰渣的浸出毒性试验结果

由灰渣的浸出毒性检测结果可以看出，pH、砷、氟化物、硫化物、挥发酚和总铬浸出浓度已超出或接近生活饮用水标准和地面水二级标准(砷：≤0.05 mg/L,氟化物：≤1.0 mg/L,挥发酚：≤0.002 mg/L，总铬：≤0.05 mg/L)，其中pH超过“三废”排放标准(pH 6～9)，这可能是灰渣中有少量水溶性的碱性物质，已体现出对水环境的影响程度。

2.2 浸出剂pH值对粉煤灰重金属浸出毒性试验

从浸出毒性试验结果可知，灰渣浸出液中重金属离子含量微小，而重金属的影响往往引起人们的特别关注，因此通过试验分析了在不同pH下浸出剂对粉煤灰浸出情况，试验方法同2.1(1)。浸出液测试数据见表5。

表5 不同酸度浸出液对粉煤灰浸出重金属结果 mg/L

由表5结果可以看出，浸出剂的pH值越低，灰渣中的重金属离子释放出来的毒性越明显。当pH≤2时，重金属离子明显地释放出来；当pH>3时，对灰渣进行浸出重金属含量变化不明显。

2.3 灰渣的腐蚀性试验

(1)试验方法

取40 g干试样置于500 mL聚乙烯瓶中，加入4 000 mL去二氧化碳的新鲜蒸馏水(pH 6.88)，加盖封闭后卧放于振荡器上，调节频率为(120±5)次/min、振幅40 mm、温度为7℃的环境中，连续振荡8 h，静置30 min后，取上清液为腐蚀浸出液，按国家标准方法[12]进行分析。

(2)同一浸出液连续浸提新灰渣的试验

灰渣取平行样，每次测试将本次的浸出液取出一部分测定pH值，另一部分浸出液新加入灰渣，并保持固液比为1∶10，依次类推，连续浸提6次。以平行样算术均值作为最后数据，浸出曲线见图1。

由图1可以看出，浸出液的pH值随着浸提次数的增加而增高。pH值的浸出值还与灰渣的颗粒大小有关，颗粒越小，浸出液的pH值越大。

(3)利用新浸出剂浸提同一灰渣试验

图1 同一浸出液连续浸取新灰渣的pH值

每个灰渣平行取样，每次测试本次浸出液的pH值，灰渣保留，加上新浸出剂即新鲜的去二氧化碳的新鲜蒸馏水(pH 6.88)，并保持固液比为1∶10，连续浸提4次。数据处理采用平行测定结果的算术平均值，其浸出曲线见图2。

图2 用新浸出剂重复浸提同一灰渣的pH测定值

由图2可以看出，粉煤灰和烟道灰的浸出pH值随着重复次数的增加而缓慢降低；而锅炉渣则相反，这与锅炉渣的大粒径有关，随着重复次数的增加碱度释放增高。

2.4 灰渣的淋溶试验

(1)试验方法

取600 g干灰渣样品自然入Ø33 mm×1 100 mm的透明聚乙烯塑料筒内。管的下端有脱脂棉，端处用纱布包裹。淋溶剂用新鲜无CO2的去离子水，固液比为1∶10，分5 d均匀淋完，每天灰渣接触淋溶剂24 h，共计灰渣接触淋溶剂接触时间120 h。每24 h取一次淋溶液进行检测。

(2)检测结果和分析

每24 h对淋出液检测一次，连续5 d，pH、砷、硫化物、氟化物、总铬的淋出曲线分别如图3～图7所示，其中挥发酚没检出。

图3 灰渣的pH淋出曲线

图4 灰渣砷的淋出曲线

图5 灰渣中硫化物的淋出曲线

图6 灰渣氟化物的淋出曲线

图7 灰渣总铬的淋出曲线

由图3可以看出，电厂粉煤灰和烟道灰淋出液的pH值随着淋溶剂接触时间而缓慢下降；而锅炉渣淋出液pH的变化值则相反。这进一步说明锅炉渣的反常现象是由于本身的物理化学性质差异造成的。

由图4可以看出，3种灰渣淋出液中砷浓度总的变化趋势是随着淋溶剂接触时间的增加而降低；但烟道灰在第3天淋出时出现峰值后逐渐减少。

由图5可以看出，锅炉渣和粉煤灰淋出液中的硫化物随着淋溶剂接触时间增加，出现峰值后逐渐减少；烟道灰淋出液中的硫化物浓度则是随着淋出剂接触时间的增加而减少。

由图6可知，3种灰渣氟化物淋出液的浓度有相似的规律，即随着接触溶剂时间的增加而降低。

由图7可以看出，灰渣中总铬的淋出值在第2 d达到峰值后，以后逐渐降低，5 d后基本在检出限以下。

2.5 灰渣的沉降试验

(1)试验方法

取200 g干灰渣置于2 000 mL量筒中，加入2 000 mL当地河水(pH 8.2)，充分搅拌均匀后，让其自然沉降。取上部中间液作为悬浮物的检测溶液。

(2)检测结果

溶液检测结果沉降曲线见图8。

图8 灰渣悬浮物沉降曲线

由图8可以看出，灰渣在水中前4 h沉降较快，4 h后沉降渐趋缓慢。试验中还发现：(1)当充分搅匀自然沉降后，粉煤灰和烟道灰呈现出白色浮状胶体溶液[13]，锅炉渣呈现淡黄色乳状胶体溶液，这可能是造成沉降4 h后缓慢的原因；(2)灰渣在固液比为1∶10的水溶液中，自然沉降1 h后，水中悬浮物含量不超出工业污染源排放标准(污水综合排放二级标准为200 mg/L)。

3 结论

(1)燃煤电厂中灰渣成分十分复杂，对水环境的影响因素较多。

(2)灰渣的浸出毒性、腐蚀性和淋溶性试验表明，3种灰渣的浸出液和淋出液的pH值都超出工业污染源排放标准，其它毒物指标检出甚微，基本上符合或稍微超出地面水Ⅱ类标准。

(3)灰渣的淋溶结果表明，灰渣经降水作用，尤其酸雨必将影响地面水和地下水的水质质量，其影响程度取决于灰渣自身的物理化学性质。

(4)灰渣的沉降试验表明，在静态试验条件下沉洚1 h后，其水中悬浮物含量不超出污水综合排放二级标准。

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