高軍林 臺(tái)明青

(中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,中山 528404) (西安交通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,西安 710049)

灰渣是燃煤電廠排放的固體廢物，它是一種火山灰質(zhì)混合物，其化學(xué)成分十分復(fù)雜，除含有大量的硅、鐵、鋁、鎂、鈣、碳等主要成分外，還含有銅、鉛[1]、鎘、汞、砷、硒[2]、鉻、鎳、錳、銀、鈷、鋇、鍶等痕量元素[3，4]?；以械挠泻ξ镔|(zhì)會(huì)隨降水滲入土地，損傷地表，危害植物的生長(zhǎng)。如果灰渣一旦排入江河就會(huì)污染水質(zhì)，對(duì)當(dāng)?shù)厮h(huán)境[5]以及生物和人類(lèi)帶來(lái)不同程度的危害。燃煤電廠固體廢物對(duì)水環(huán)境潛在毒性影響的研究，特別是灰渣水溶性試驗(yàn)研究[6，7]，不僅為灰渣的綜合利用[8，9]而且為預(yù)防水土污染、保護(hù)水環(huán)境提供科學(xué)依據(jù),同時(shí)也為對(duì)新建燃煤電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供依據(jù)[10，11]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)鍋爐渣、粉煤灰和煙道灰3種材料進(jìn)行檢測(cè)的研究很少，筆者以某電廠灰渣作為研究對(duì)象，分別對(duì)鍋爐渣、粉煤灰和煙道灰3種材料同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室利用模擬自然條件研究其釋放特性，并利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)判斷毒性大小。

1 灰渣性質(zhì)

根據(jù)河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，表1～表3列出了灰渣的物理性質(zhì)、化學(xué)成分以及灰渣中重金屬元素含量。

表1 灰渣的物理性質(zhì)

表2 灰渣的常量組分含量 %

由表2、表3數(shù)據(jù)可知，灰渣中除含有Fe、Al、Ca、Mg、Si、K、Na常量組分以外還含有極其豐富的其它痕量元素，其化學(xué)成分較為復(fù)雜。

表3 灰渣中的重金屬元素含量 μg/g

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 灰渣的浸出毒性試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方法

取200 g試樣(平行雙份)置于250 mL聚乙烯桶中，加入2 000 mL新鮮去離子水(pH 6.88)，加蓋封閉后放于振蕩頻率為(120±5)次/min、振幅40 mm、溫度為7℃的環(huán)境中，連續(xù)振蕩8 h，靜置澄清后，用濾紙和0.65 μm濾膜抽濾，用聚乙烯桶收集濾液后，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[12]進(jìn)行測(cè)定。

(2)檢測(cè)結(jié)果

將上述浸出液進(jìn)行16個(gè)項(xiàng)目測(cè)試，數(shù)據(jù)處理采用平行測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 灰渣的浸出毒性試驗(yàn)結(jié)果

由灰渣的浸出毒性檢測(cè)結(jié)果可以看出，pH、砷、氟化物、硫化物、揮發(fā)酚和總鉻浸出濃度已超出或接近生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)和地面水二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(砷：≤0.05 mg/L,氟化物：≤1.0 mg/L,揮發(fā)酚：≤0.002 mg/L，總鉻：≤0.05 mg/L)，其中pH超過(guò)“三廢”排放標(biāo)準(zhǔn)(pH 6～9)，這可能是灰渣中有少量水溶性的堿性物質(zhì)，已體現(xiàn)出對(duì)水環(huán)境的影響程度。

2.2 浸出劑pH值對(duì)粉煤灰重金屬浸出毒性試驗(yàn)

從浸出毒性試驗(yàn)結(jié)果可知，灰渣浸出液中重金屬離子含量微小，而重金屬的影響往往引起人們的特別關(guān)注，因此通過(guò)試驗(yàn)分析了在不同pH下浸出劑對(duì)粉煤灰浸出情況，試驗(yàn)方法同2.1(1)。浸出液測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 不同酸度浸出液對(duì)粉煤灰浸出重金屬結(jié)果 mg/L

由表5結(jié)果可以看出，浸出劑的pH值越低，灰渣中的重金屬離子釋放出來(lái)的毒性越明顯。當(dāng)pH≤2時(shí)，重金屬離子明顯地釋放出來(lái)；當(dāng)pH>3時(shí)，對(duì)灰渣進(jìn)行浸出重金屬含量變化不明顯。

2.3 灰渣的腐蝕性試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方法

取40 g干試樣置于500 mL聚乙烯瓶中，加入4 000 mL去二氧化碳的新鮮蒸餾水(pH 6.88)，加蓋封閉后臥放于振蕩器上，調(diào)節(jié)頻率為(120±5)次/min、振幅40 mm、溫度為7℃的環(huán)境中，連續(xù)振蕩8 h，靜置30 min后，取上清液為腐蝕浸出液，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[12]進(jìn)行分析。

(2)同一浸出液連續(xù)浸提新灰渣的試驗(yàn)

灰渣取平行樣，每次測(cè)試將本次的浸出液取出一部分測(cè)定pH值，另一部分浸出液新加入灰渣，并保持固液比為1∶10，依次類(lèi)推，連續(xù)浸提6次。以平行樣算術(shù)均值作為最后數(shù)據(jù)，浸出曲線見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，浸出液的pH值隨著浸提次數(shù)的增加而增高。pH值的浸出值還與灰渣的顆粒大小有關(guān)，顆粒越小，浸出液的pH值越大。

(3)利用新浸出劑浸提同一灰渣試驗(yàn)

圖1 同一浸出液連續(xù)浸取新灰渣的pH值

每個(gè)灰渣平行取樣，每次測(cè)試本次浸出液的pH值，灰渣保留，加上新浸出劑即新鮮的去二氧化碳的新鮮蒸餾水(pH 6.88)，并保持固液比為1∶10，連續(xù)浸提4次。數(shù)據(jù)處理采用平行測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值，其浸出曲線見(jiàn)圖2。

圖2 用新浸出劑重復(fù)浸提同一灰渣的pH測(cè)定值

由圖2可以看出，粉煤灰和煙道灰的浸出pH值隨著重復(fù)次數(shù)的增加而緩慢降低；而鍋爐渣則相反，這與鍋爐渣的大粒徑有關(guān)，隨著重復(fù)次數(shù)的增加堿度釋放增高。

2.4 灰渣的淋溶試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方法

取600 g干灰渣樣品自然入?33 mm×1 100 mm的透明聚乙烯塑料筒內(nèi)。管的下端有脫脂棉，端處用紗布包裹。淋溶劑用新鮮無(wú)CO2的去離子水，固液比為1∶10，分5 d均勻淋完，每天灰渣接觸淋溶劑24 h，共計(jì)灰渣接觸淋溶劑接觸時(shí)間120 h。每24 h取一次淋溶液進(jìn)行檢測(cè)。

(2)檢測(cè)結(jié)果和分析

每24 h對(duì)淋出液檢測(cè)一次，連續(xù)5 d，pH、砷、硫化物、氟化物、總鉻的淋出曲線分別如圖3～圖7所示，其中揮發(fā)酚沒(méi)檢出。

圖3 灰渣的pH淋出曲線

圖4 灰渣砷的淋出曲線

圖5 灰渣中硫化物的淋出曲線

圖6 灰渣氟化物的淋出曲線

圖7 灰渣總鉻的淋出曲線

由圖3可以看出，電廠粉煤灰和煙道灰淋出液的pH值隨著淋溶劑接觸時(shí)間而緩慢下降；而鍋爐渣淋出液pH的變化值則相反。這進(jìn)一步說(shuō)明鍋爐渣的反?，F(xiàn)象是由于本身的物理化學(xué)性質(zhì)差異造成的。

由圖4可以看出，3種灰渣淋出液中砷濃度總的變化趨勢(shì)是隨著淋溶劑接觸時(shí)間的增加而降低；但煙道灰在第3天淋出時(shí)出現(xiàn)峰值后逐漸減少。

由圖5可以看出，鍋爐渣和粉煤灰淋出液中的硫化物隨著淋溶劑接觸時(shí)間增加，出現(xiàn)峰值后逐漸減少；煙道灰淋出液中的硫化物濃度則是隨著淋出劑接觸時(shí)間的增加而減少。

由圖6可知，3種灰渣氟化物淋出液的濃度有相似的規(guī)律，即隨著接觸溶劑時(shí)間的增加而降低。

由圖7可以看出，灰渣中總鉻的淋出值在第2 d達(dá)到峰值后，以后逐漸降低，5 d后基本在檢出限以下。

2.5 灰渣的沉降試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)方法

取200 g干灰渣置于2 000 mL量筒中，加入2 000 mL當(dāng)?shù)睾铀?pH 8.2)，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，讓其自然沉降。取上部中間液作為懸浮物的檢測(cè)溶液。

(2)檢測(cè)結(jié)果

溶液檢測(cè)結(jié)果沉降曲線見(jiàn)圖8。

圖8 灰渣懸浮物沉降曲線

由圖8可以看出，灰渣在水中前4 h沉降較快，4 h后沉降漸趨緩慢。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)：(1)當(dāng)充分?jǐn)噭蜃匀怀两岛?，粉煤灰和煙道灰呈現(xiàn)出白色浮狀膠體溶液[13]，鍋爐渣呈現(xiàn)淡黃色乳狀膠體溶液，這可能是造成沉降4 h后緩慢的原因；(2)灰渣在固液比為1∶10的水溶液中，自然沉降1 h后，水中懸浮物含量不超出工業(yè)污染源排放標(biāo)準(zhǔn)(污水綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為200 mg/L)。

3 結(jié)論

(1)燃煤電廠中灰渣成分十分復(fù)雜，對(duì)水環(huán)境的影響因素較多。

(2)灰渣的浸出毒性、腐蝕性和淋溶性試驗(yàn)表明，3種灰渣的浸出液和淋出液的pH值都超出工業(yè)污染源排放標(biāo)準(zhǔn)，其它毒物指標(biāo)檢出甚微，基本上符合或稍微超出地面水Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)灰渣的淋溶結(jié)果表明，灰渣經(jīng)降水作用，尤其酸雨必將影響地面水和地下水的水質(zhì)質(zhì)量，其影響程度取決于灰渣自身的物理化學(xué)性質(zhì)。

(4)灰渣的沉降試驗(yàn)表明，在靜態(tài)試驗(yàn)條件下沉洚1 h后，其水中懸浮物含量不超出污水綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

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