黃一鳴

（五邑大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,廣東江門529020）

粉煤灰資源化過程中的缺陷

黃一鳴

（五邑大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,廣東江門529020）

隨著粉煤灰資源化利用的快速發(fā)展，利用過程中對環(huán)境和人類健康造成威脅的一些隱患往往被人們所忽視。該文首先綜述了粉煤灰資源化利用的方向，并對其中隱含的問題做出剖析。最后，為將來這些難題的攻關(guān)做出了展望。

粉煤灰；資源化；思考

前言

自人們發(fā)現(xiàn)粉煤灰具有火山灰的活性性質(zhì)后，將其用于廢水處理方面，以及作為水泥代用品生產(chǎn)混凝土，迄今已有60多年的歷程。目前，粉煤灰已被廣泛應(yīng)用于筑路、建工、建材、回填、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、化工和高性能陶瓷材料等眾多領(lǐng)域[1]。對粉煤灰進(jìn)行廢物利用可以獲得較好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但是在利用過程中往往會忽略一些問題，而這些問題往往會導(dǎo)致環(huán)境污染以及人體傷害。

表1 粉煤灰各成分含量百分比

1 粉煤灰的組成

粉煤灰屬海綿狀玻璃體，其中大部分是未燃盡的碳和無定形的玻璃體，而結(jié)晶相以石英和莫來石為主。此外，還有少量磁鐵礦、赤鐵礦、長石、金紅石和方解石等[2]。粉煤灰中氧化鈣含量較高，游離氧化鈣表面具有豐富的活性位點(diǎn)，在污水處理方面性能較好。其中也含有微量有害物質(zhì)，如放射性核素和重金屬等等。

表1為臺山發(fā)電站粉煤灰成分分析的結(jié)果[3]。

2 粉煤灰資源化利用方向

2.1 廢水處理

粉煤灰可有效地凈化電鍍、造紙、中草藥和印染等行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢水（含鉻、油、氟、鐵、銅、酚等），對調(diào)節(jié)廢水的酸堿度也有很大的作用，在凈化含鉻和含油廢水時效果尤為顯著。

利用粉煤灰對濃度較高的含鉻廢水進(jìn)行初步處理，成本低，效果優(yōu)異。當(dāng)廢水中鉻含量與粉煤灰用量的比值為4.0mg/2.5g，pH≤2.8，吸附時間為90min時，除鉻率可達(dá)98%,甚至可達(dá)更高，一般工業(yè)上能達(dá)到95%[4]。

在含油廢水的處理上，粉煤灰也突顯出它的優(yōu)良性能。在溫度為室溫、灰水質(zhì)量比為1∶10、pH= 10、攪拌時間為30min等工藝條件下，含油廢水經(jīng)粉煤灰處理后，廢水含油量由256mg/L降低至9.3 mg/L，除油率高達(dá)96.36%，達(dá)到國家含油廢水排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

2.2 生態(tài)水泥

現(xiàn)在我國的建材工業(yè)尤其是傳統(tǒng)建材工業(yè)是天然礦物資源和能源高消耗的行業(yè)，給環(huán)境和資源帶來了巨大的壓力，尋找一種適合的水泥原材料替代品已成為現(xiàn)今的一個重大課題。而現(xiàn)在工業(yè)界和社會正積極推行生態(tài)水泥代替純天然材料水泥的發(fā)展理念，可以利用粉煤灰污泥制造生態(tài)水泥以緩解環(huán)境和資源緊張的問題，同時還能達(dá)到節(jié)約資源、節(jié)約能源、變廢為寶的效果。

普通生態(tài)水泥的坍落度損失與普通硅酸鹽水泥、高爐水泥相差不多，尤其是在低坍落度情況下幾乎相同。生態(tài)水泥的早期抗壓強(qiáng)度比高爐水泥高，但與普通硅酸鹽水泥相比，在低水灰比情況下的整個齡期中，普通生態(tài)水泥的抗壓強(qiáng)度都稍微低些。不過，若提高水灰比，完全有可能達(dá)到相同的抗壓強(qiáng)度。另外，實(shí)驗(yàn)證明在干燥收縮、抗凍性及耐久性方面，普通生態(tài)水泥與普通硅酸鹽水泥、高爐水泥幾乎相同[6]。

2.3 粉煤灰磚

粉煤灰磚有蒸養(yǎng)粉煤灰磚和蒸壓粉煤灰磚2種。蒸養(yǎng)粉煤灰磚是指在常壓條件下蒸汽養(yǎng)護(hù)制成的粉煤灰磚，蒸壓粉煤灰磚是指經(jīng)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)制成的粉煤灰磚。這2種磚的原材料和制作過程基本一樣，只是二者的養(yǎng)護(hù)工藝不一樣，同時又有不同的性能。實(shí)際應(yīng)用過程中一般用抗壓強(qiáng)度性能較好的蒸壓粉煤灰磚，蒸養(yǎng)粉煤灰磚易開裂。

蒸壓粉煤灰磚的抗壓強(qiáng)度與抗凍性能優(yōu)異。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰15%等量代替水泥時，砂漿的各項(xiàng)性能可達(dá)到：抗折強(qiáng)度2.63MPa，抗壓強(qiáng)度11.19 MPa，保水率94%，抗凍性滿足50次凍融循環(huán)要求?；旌仙皾{及專用砂漿砌體的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值均比規(guī)范規(guī)定值提高60%，開裂荷載在0.6Pu左右[7]。

2.4 改良土壤

粉煤灰作為土壤改良劑，能夠提高土壤保溫能力和持水性能，增加土壤容重，調(diào)節(jié)pH，改善土壤營養(yǎng)狀況[8]。有相關(guān)數(shù)據(jù)表明，把粉煤灰加入到栗鈣土中可起到減少地表徑流和提高土壤含水量的作用，可用于開荒綠化工程[9]。Khan等研究表明，添加粉煤灰后土壤的pH升高，HCO3-、CO32-、SO42-、Cl-、PO43-、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Cu2+和Mn2+等多種離子數(shù)量增多，使土壤的種植價值有較大幅度的提高[10]。

但粉煤灰的添加量并不是越多越好，隨著加入量的不斷增加，微生物氧化作用將大大降低，土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌含量分別減少57%、86%和80%，還會明顯地抑制脫氫酶、磷酸酯酶、轉(zhuǎn)化酵素和硫酸酯酶的活性[11]。

3 粉煤灰資源化利用的一些問題

3.1 粉煤灰揚(yáng)塵

3.1.1 揚(yáng)塵的原因

粉煤灰是直徑非常小的固體顆狀物，易隨風(fēng)飄散到各處。當(dāng)灰場缺乏完善的管理制度和污染防范措施時，住在附近的居民沒有辦法避免和粉煤灰接觸。粉煤灰落在地表水、農(nóng)田和家中的院子里，厚厚的粉煤灰將成為不得不面對的日常生活的一部分。

運(yùn)輸過程中的揚(yáng)塵情況也不可小視，主要表現(xiàn)在裝卸粉煤灰過程及運(yùn)輸途中所造成的揚(yáng)塵。在裝卸過程中由于存在設(shè)備差等問題，粉煤灰必然會造成損失。損失的那一小部分會散落在地上或隨風(fēng)飄揚(yáng)，對大氣造成污染，對生物造成傷害。運(yùn)輸途中汽車上風(fēng)速可達(dá)1～3級，造成的揚(yáng)塵更為嚴(yán)重。運(yùn)輸造成的揚(yáng)塵更具有廣泛性，污染范圍更大，尤其是路途較遠(yuǎn)時。

3.1.2 揚(yáng)塵的危害

（1）大氣污染：在大多數(shù)城市，粉煤灰是懸浮顆粒物的主要來源，特別是冬季，因?yàn)橛妹毫棵黠@增加，導(dǎo)致空氣中粉煤灰含量增加。當(dāng)粒徑大于21μm的顆粒沉積在鼻咽內(nèi)時，可引起肥大性鼻炎，粒徑小于21μm的顆粒沉積在支氣管與肺內(nèi)，被血液吸收運(yùn)送到各器官對人體健康的危害更大[12]。由于粉煤灰中某些顆粒的半徑比較小，質(zhì)量輕，易隨風(fēng)進(jìn)入大氣平流層中，漂浮到世界各地，造成無國界污染。

（2）形成塵肺?。悍蹓m的顆粒半徑越小，在空氣中的穩(wěn)定性越高，懸浮時間越長。吸入粉煤灰塵的機(jī)會越多，對人體的危害越大，尤其是從事粉煤灰工作的職工。呼吸性粉塵可以累積在肺泡壁及支氣管壁上，長期吸入粉塵易引起以肺組織纖維化為主的疾病，即塵肺病。

（3）對農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的影響：在一些粉煤灰場附近，牛羊食用被粉煤灰塵污染的草葉后會出現(xiàn)掉奶、腹瀉、掉仔、甚至死亡的現(xiàn)象。大量揚(yáng)塵飄落到附近農(nóng)田中，造成土地鹽堿化，莊稼根本沒法生長。

3.1.3 揚(yáng)塵的解決辦法

火力發(fā)電廠應(yīng)該適當(dāng)投資建造封閉式的粉煤灰圓筒儲存庫和相應(yīng)的發(fā)放設(shè)備，提高裝卸效率，避免由于裝卸次數(shù)而產(chǎn)生的污染。同時也可以通過濕排減少裝卸和運(yùn)輸過程中的揚(yáng)塵，但水分要求需要一個合理的范圍，一般在12%～23%最佳[13]。水分過大會造成灰體發(fā)黏，對裝卸和運(yùn)輸造成困難；水分過少，則易造成揚(yáng)塵。

3.2 污染水資源——以廣東省為例

廣東省地處低緯，面向海洋，水汽充足，屬熱帶亞熱帶季風(fēng)氣候，濕熱多雨，降水豐沛。大多數(shù)的粉煤灰場沒有做防滲措施，也沒有筑壩進(jìn)行圍欄。堆放在貯灰池中的粉煤灰，因雨水淋濾，會污染地表水及地下水[14]。粉煤灰中的某些有害元素會溶于水中，對水資源造成污染，其中比較明顯的是使水體的酸堿度升高，有毒的砷、鉻等元素的含量增加，而鉻（Ⅲ）在水中還會進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成毒性為自身100倍的鉻（Ⅵ）。若地下水被污染，將造成難以估量的損失，并直接威脅到人類的身體健康。

廣東省面臨南海，直接承受來自印度洋孟加拉灣及太平洋水汽的輸入，氣候溫暖濕潤，降水豐沛，河川徑流量完全由降水補(bǔ)給，水資源較豐富。但廣東省人口眾多，人均占有水資源量只達(dá)到全國平均水平。同時，廣東省的人口和經(jīng)濟(jì)集中于珠三角和江河下游地區(qū)，經(jīng)濟(jì)、人口、資源和環(huán)境具有不均性，導(dǎo)致一些地區(qū)水資源的供需矛盾突出，存在著不同程度的缺水。因此，我們需要保護(hù)水

資源，避免我們賴以生存的生命線被污染，利用粉煤灰的同時保護(hù)水資源的難題亟待人們攻克。

3.3 放射性污染

煤炭資源在上千萬年的漫長形成過程中和一些放射性物質(zhì)共生，因此原煤中含有多種天然放射性核素。根據(jù)原子物理學(xué)的知識可知，原子結(jié)構(gòu)不會隨空間的改變、電子得失、化學(xué)鍵的斷裂與生成以及溫度的改變（除特高溫度外，如核爆時中心的溫度、太陽核聚變溫度）而改變。由此可得，放射性物質(zhì)會殘留在粉煤灰中，在粉煤灰產(chǎn)品中產(chǎn)生相對富集作用。

在粉煤灰的利用過程中，可能會對人體造成一些不利影響。以粉煤灰磚為例，如果粉煤灰磚中的放射性元素含量超標(biāo)，會對人體造成嚴(yán)重危害，會出現(xiàn)目眩、胸悶、頭昏和脫發(fā)等癥狀。由于放射性物質(zhì)的半衰期都比較長，輻射可影響數(shù)代人，甚至是十幾代。氡是鐳的衰變產(chǎn)物，鐳是鈾的衰變產(chǎn)物，氡的危害實(shí)質(zhì)上是氡及其子體在衰變過程中釋放出來的α射線對人體的內(nèi)照射，除了損傷肺部和上呼吸道以外，還會加速某些慢性疾病的發(fā)展，嚴(yán)重時還會引起基因變異或致殘[15]。

3.4 粉煤灰利用過程中有害物質(zhì)的二次釋放

我國粉煤灰的主要利用方式包括建材生產(chǎn)、建筑工程、道路施工和農(nóng)業(yè)利用。建材生產(chǎn)中的高溫工序以及日常雨水的淋濾作用，可能會導(dǎo)致粉煤灰中有害物質(zhì)的二次釋放。孟陽等對汞在粉煤灰綜合利用過程中的二次釋放量進(jìn)行了評估[16]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，蒸養(yǎng)磚的生產(chǎn)過程中，汞的釋放率主要受到粉煤灰中氯化亞汞和氯化汞比例的影響，平均釋放率為28%；而在水泥生產(chǎn)過程中，98%以上的汞會因高溫而被釋放。魏芳等研究了水泥中不同重金屬（Cr、Pb、Cu、Ni、Cd、Zn、Sb、Mn、As、Co、V）在不同浸出條件下的釋放特性[17]。結(jié)果表明，在地下水與酸雨模擬條件下，細(xì)粒徑水泥中Cr元素的浸出量最多，分別達(dá)到了6.128 mg/kg和2.812mg/kg，而在海水模擬條件下，浸出量最多的是粗粒徑水泥中的V元素，達(dá)到5.630mg/kg。

粉煤灰在建材行業(yè)中進(jìn)行利用，無論是在產(chǎn)品制作過程中還是在日后的使用中均有污染物釋放。如何改變生產(chǎn)工藝或添加某種物質(zhì)使其污染物在產(chǎn)品內(nèi)部進(jìn)行“區(qū)室化”或進(jìn)行鰲合反應(yīng)，以減少生產(chǎn)過程中以及產(chǎn)品日后使用中有害物的二次排放，是粉煤灰綜合利用過程中一個亟需解決的難題。

4 結(jié)語及展望

粉煤灰資源化利用似乎已變得不可逆轉(zhuǎn)，這對于我們而言當(dāng)然是獲益良多。上述指出在利用過程中的一些問題及其他潛在性問題，對環(huán)境與我們自身健康仍有巨大威脅，違背了綠色環(huán)保的初衷。通過合理的科學(xué)手段解決粉煤灰資源化過程中的缺陷，將會為粉煤灰變廢為寶的資源化利用打開更加寬敞的通道。

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10.13752/j.issn.1007-2217.2017.01.003

2017-02-14