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發布時間:2018-09-25 11:53:56 發布者:小編
摘 要: 在參閱文獻的基礎上,分析了粉煤灰對環境造成的污染及在建筑、筑路、農業等方面的綜合利用情況,其效益非常明顯,每利用1萬t粉煤灰,可為火力發電廠節約征地200m2,減少灰場投資運行費2~8萬元,節約運灰費2~5萬元。另外對粉煤灰在廢水處理和廢氣凈化方面的應用作了介紹,在此基礎上,討論了其中存在的問題和解決對策。在凈化廢水方面,對COD、BOD5、色度等都有較好的去除作用;在廢氣凈化方面,用粉煤灰作脫硫劑來脫除燃煤煙氣中的SO2,效果良好。
關鍵詞: 粉煤灰 環境污染 綜合利用
1 粉煤灰的環境污染
由于我國燃燒用煤含灰分較高,所以排出的粉煤灰量很大,粉煤灰的產生主要集中在火電廠和大型工礦企業的動力鍋爐上。按全國平均計,每增加10MW裝機容量,每年將增加近萬噸粉煤灰的排放量[1]。大量的粉煤灰如不加以處理,會產生揚塵,污染大氣,對人體健康危害很大;排入河道水系會造成河流淤塞,污染水質。當前,對粉煤灰的處置方法主要有2種:土地填埋、貯灰池存儲。國內外對其環境效應的研究表明[2],灰中潛在毒性物質會對土壤、地下水造成污染。在改土方面,也具有潛在不利效應:可溶鹽、硼及其它潛在毒性元素含量過高,可導致元素不均衡以及土壤的板結和硬化。因此粉煤灰的處理和利用問題引起人們的普遍重視,也成為我國環境保護與再生資源開發領域的一個重要課題。
2 粉煤灰的物理化學特性
粉煤灰是從發電廠等煤燃燒的煙氣中收集下來的細灰,是一種大小不等,形狀不規則的粒狀體,一般為銀灰色和灰色,顏色較黑的粉煤灰含碳量較高,粗顆粒所占的比例較大。粉煤灰顆粒呈多孔型蜂窩狀組織,比表面積較大,具有較高的吸附活性,顆粒的粒徑范圍為0.5~300μm[3]。粉煤灰的物理性質見表1。
表 1 粉煤灰的物理性質
性質 | 密度(kg/m 3 ) | 堆積密度 | 密實度 | 比表面積(cm 2 /g) | 含水量 (%) |
測值 | 1200~1700 | 550~1000 | 0.5~0.8 | 1600~3500 | <5 |
粉煤灰中SiO2、Al2O3、Fe2O3 3種成分占70%以上,CaO和MgO量較小,CaO和MgO的含量隨原煤的組成和產出時代不同而變化,一般在0.2%~10%之間變動。粉煤灰主要由非晶態玻璃相構成,其中石英為主要結晶相。粉煤灰中礦物狀態的構成比率受炭質和燃燒冷卻條件控制,其pH值可從弱堿性向強堿性過渡[3]。
3 粉煤灰的綜合利用
目前,粉煤灰綜合利用的渠道主要集中在建筑工程、道路工程及農業用灰等方面,“八五”期間的統計分析見表2[4]。
表 2 “八五”期間粉煤灰利用情況統計
途徑 | 用灰總量 (×10 4 t) | 所占比例 |
建材用灰 | 4982 | 32.2 |
筑路用灰 | 3960 | 25.7 |
回填用灰 | 3206 | 20.8 |
建工用灰 | 1481 | 9.6 |
農業用灰 | 843 | 5.5 |
3.1建筑工程方面,可利用粉煤灰作為道路和土建的回填物料,利用固土技術,在粉煤灰中加入固土劑成型養護后有一定的強度,其承載力、變形等都比較好。在水泥行業,粉煤灰主要作為水泥原料以及混合料使用,利用粉煤灰中的SiO2、Al2O3、Fe2O3,以粉煤灰代替粘土。替代率受粉煤灰中SiO2/Al2O3以及Al2O3的比例控制,比值越大,粉煤灰作為水泥原料的使用量就越大.在鋁酸鈣含量較多的特殊水泥中,粉煤灰的使用量可成倍地增加。粉煤灰的摻加降低了水泥漿體中CH結晶指數[5] ,對混凝土的界面結構有改善作用,這是混凝土性能提高的主要原因。普通混凝土中摻用粉煤灰量一般為水泥重量的15%~20%,可節約10%~15%的水泥、30%的黃砂。其常用施工配比見表3。
表 3 粉煤灰混凝土配比
水泥標號 | align="center">混凝土強度等級 | 水灰比 | 砂率 (%) | 塌落度 (mm) | 石子粒徑 (mm) | 用料 (kg/ m 3 ) | |||||
水泥 | 水 | 砂 | 石子 | 磨細粉煤灰 | 摻量 | ||||||
425 | C8 | 0.81 | 38 | 25 | 20~40 | 194 | 185 | 747 | 1263 | 47 | 摻量 20% |
C10 | 0.75 | 38 | 25 | 204 | 180 | 745 | 1258 | 48 | |||
C13 | 0.69 | 37 | 20 | 222 | 180 | 714 | 1266 | 52 | |||
C15 | 0.65 | 38 | 20 | 235 | 180 | 727 | 1236 | 52 | |||
C18 | 0.59 | 38 | 35 | 273 | 180 | 719 | 1219 | 46 | |||
C20 | 0.55 | 37 | 30 | 294 | 180 | 689 | 1224 | 49 | |||
C23 | 0.51 | 37 | 30 | 318 | 180 | 676 | 1208 | 53 | |||
C25 | 0.48 | 37 | 30 | 334 | 180 | 650 | 1206 | 55 |
用于建筑工程中的粉煤灰制品也較多,如加氣硅酸鹽制品,容重較輕(r=500~800kg/m3),代替粘土磚作墻體材料,可以減輕建筑物自重,有利于隔熱保溫,增強理化性能,已被確認為新型輕質建材,廣泛用作框架結構的填充墻。另外常用制品還有粉煤灰硅酸鹽砌塊和大板、粉煤灰加氣混凝土等,都具有用灰量大、能耗低等特點。
3.2在道路工程方面,粉煤灰可作為主要材料或輔助材料,作造路基層和底基層,路堤、路面修復及回填料、灌漿料等。目前,國內外公認只有優質粉煤灰才可直接作為路面材料。但由于粉煤灰含碳量高,粗顆粒組分過多等,造成混凝土含氣量高,從而降低了混凝土的耐久性和耐磨性。張全國等[3]提出了用脫碳粉煤灰混凝土修復路面的應用技術,并進行了路面的鋪筑試驗研究,結果表明,摻粉煤灰的路面強度與不摻粉煤灰的路面強度比較接近,相關性較好,符合國家路面工程標準要求。
3.3農業用粉煤灰以改良粘性土、酸性土和鹽化潮土,效果明顯。如可以降低粘土中粘粒含量,增加土壤孔隙率,提高土壤含水量和田間持水量,提高土壤溫度和土壤肥力等,可改善土壤性質。實踐證明,使用適量的粉煤灰對小麥、玉米、水稻和大豆等均有12%~20%的增產效果。施粉煤灰0.15t/m2以下時,不會對土壤造成污染。
4 粉煤灰在環境保護中的應用
粉煤灰具有較大的比表面積,具有固體吸附劑性能,因此,可以利用粉煤灰的吸附性能,處理一些含有害物質的廢棄物。
4.1應用粉煤灰的吸附性能凈化廢水,對COD、BOD5、色度等都有較好的去除作用。用它處理電鍍廢水,對Cr3+、Zn2+、Cu2+的去除率可分別達到98.8%、98.3%、90%。處理印染廢水時,COD去除率為75%,BOD5的去除率為76%,色度的去除率為50%[6]。處理低濃度含油廢水,其出水水質可達標排放[7]。此外粉煤灰對廢水中的Pb2+、Hg2+、F-和酚類都有良好的去除作用。粉煤灰吸附水中磷時受pH的影響較大,在中性條件下,磷的去除率高。粉煤灰適合低濃度的含磷污水,當磷濃度為5mg/L時,磷的去除率達64%[2]。另外粉煤灰經處理后可用作廢水處理混凝劑。梁天民等[8]在粉煤灰中加入硫鐵礦燒渣和適量氯化鈉,在一定溫度下用鹽酸浸提制取混凝劑,其效果與其它混凝劑處理廢水的比較見表4。
表 4 不同混凝劑對廢水的處理效果 (%)
混凝劑 | 造紙廢水 | 制藥廢水 | 印染廢水 | 制革廢水 | ||||
COD去除率 | 色度去除率 | COD去除率 | 色度去除率 | COD去除率 | height="35"> 色度去除率 | COD去除率 | 色度去除率 | |
粉煤灰混凝劑 | 67.5 | 98.5 | 84.0 | 98.2 | 50.4 | 89.6 | 66.3 | 98.8 |
硫酸鋁 | 63.6 | 96.2 | 81.4 | 95.0 | 53.3 | 84.3 | 64.5 | 97.3 |
氯化鋁 | 66.1 | 94.9 | 81.4 | 95.0 | 22.9 | 80.6 | 65.7 | 91.9 |
氯化鐵 | 62.5 | 94.5 | 78.4 | 91.9 | 40.3 | 80.5 | 64.8 | 94.5 |
4.2用粉煤灰作脫硫劑(主要利用粉煤灰中的CaO等堿性物質)來脫除燃煤煙氣中的二氧化硫,從而生成無害的硫酸鹽類產物。在小型鍋爐煙氣脫硫中,有的是把飛灰清水打入除塵裝置中進行脫硫,又叫飛灰脫硫;在中小型燃煤煙氣的脫硫中,一般是利用飛灰和爐渣水脫硫,當燃煤中的鈣硫比較小時,需另加石灰等堿性物質[9]。
5 粉煤灰的綜合利用效益和前景分析
綜合利用粉煤灰可減少堆灰場占地,防止對水體、大氣環境造成污染,又可作為一項原料來利用,創造明顯的經濟效益。據初步估算,每利用1萬t粉煤灰,可為火力發電廠節約征地200m2,減少灰場投資運行費2~8萬元,節約運灰費2~5萬元。經加工處理后的分選灰或磨細灰可作為商品出售,可得贏利。利用粉煤灰還可降低用灰單位的生產成本,增加利潤。
目前粉煤灰的應用研究越來越多,隨著環境保護和可持續發展觀念的深入人心,對于包括粉煤灰在內的工業廢料的綜合利用與資源化已成為各國制定可持續發展戰略的重要組成部分。但也存在一些問題,如以煤為主的電力工業的迅速發展和粉煤灰綜合利用技術相對落后問題,技術研究開發力量較薄弱分散等問題。在技術上需進一步完善的有:粉煤灰空心燒結磚,粉煤灰作特殊用途回填,粉煤灰高強混凝土等。因此今后的發展重點,一是研究和開發大用灰量項目,繼續研究粉煤灰在混凝土中的優效應用技術以及在塑料、橡膠中作填充料等應用;二是粉煤灰高新技術的研究以及粉煤灰利用專用設備的研究開發,加強高等院校、科研機構與企業的合作,擴展粉煤灰有效利用途徑,提高粉煤灰的利用價值。粉煤灰綜合利用技術是一項綜合性、邊緣性科學技術,其技術的可持續發展,依賴于其它學科的進展,若能合理利用,則既能解決粉煤灰的環境污染問題,又能作為資源,開發多種實用性產品,其前景是非常美好的。
6 參考文獻
1 郭錦濤,牛海斌等.粉煤灰的綜合利用研究.資源節約和綜合利用,2000,(4):21~24.
2 韓麗,段致輝等.利用粉煤灰治理工業廢水的研究.環境科學動態,2000,4:25~26.
3 張全國,王學濤,楊群發等.脫碳粉煤灰修復公路路面應用技術研究.環境工程,2001,19(1):44~46.
4 王華,陳德平,宋存義等.粉煤灰利用研究現狀及其在環境保護中的應用.環境與開發,2001,16(1):4~6.
5 王卓昆.大力開展粉煤灰綜合利用.中國煤炭,1997,23(11):35~37.
6.劉海濤,陳忠范,粉煤灰在建筑工程中的應用進展. 電力環境保護,2001,17(1):37~41.
7 劉漢利.改性粉煤灰處理含油廢水的應用研究.電力環境保護,2001,17(1):16~17.
8梁天民等.用粉煤灰制備混凝劑的試驗研究. 粉煤灰綜合利用,1996,(4):45~46.
9 宋曉紅.用粉煤灰進行煙氣干式脫硫.粉煤灰綜合利用,1996:(1):67.
作者耿春香,女1968年生,1991年畢業于石油大學,碩士,講師。