杜世勛，李曉姣，袁 進，趙 亮，靳 賽，于 石

（1. 山西省生態(tài)環(huán)境保護服務中心，山西 太原，030002；2. 太原理工大學，山西 太原，030024；3. 沈陽市生態(tài)環(huán)境事務服務中心，遼寧 沈陽，110167）

山西省是國家資源型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗區(qū)，是能源革命綜合改革試點?！笆濉币詠?，山西省為推進煤矸石、煤泥和中煤等低熱值煤高效利用，逐步實施低熱值煤發(fā)電項目。而低熱值煤發(fā)電主要使用循環(huán)流化床鍋爐，加之部分自備電廠和燃煤鍋爐使用該爐型，由此產(chǎn)生大量的循環(huán)流化床粉煤灰[1-3]。文獻 [4]報道，目前中國循環(huán)流化床粉煤灰的產(chǎn)生量高達0.8～1.5億t/a，其中山西省的產(chǎn)生量近4 000萬t/a，位居全國之首。相較于傳統(tǒng)煤粉鍋爐1 400 ℃的燃燒溫度，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度僅為850 ℃左右。循環(huán)流化床鍋爐燃料包容性強，多采用爐內(nèi)噴鈣脫硫，其粉煤灰產(chǎn)生量是同等規(guī)模煤粉爐的1.5～2倍，且殘?zhí)剂?、硫鈣含量較高，極大制約了其綜合利用，因此目前絕大多數(shù)循環(huán)流化床粉煤灰以灰場或回填造地形式填埋處置[5-6]。循環(huán)流化床粉煤灰中含有鎘、鉻、銅、鎳和硒等重金屬，且普遍pH值偏高，處置不當將存在潛在的環(huán)境和人體健康風險[7-10]。開展不同暴露途徑的風險評估，對循環(huán)流化床粉煤灰環(huán)境管理具有借鑒意義[11-12]。

1 山西省循環(huán)流化床粉煤灰產(chǎn)生利用處置現(xiàn)狀

1.1 循環(huán)流化床粉煤灰產(chǎn)生現(xiàn)狀

2015年《山西省低熱值煤發(fā)電“十二五”專項規(guī)劃》中提出了全省發(fā)展低熱值煤發(fā)電項目裝機容量1 920萬kW左右的目標；2016年《山西省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》提出要全面推進煤電產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，以60萬kW循環(huán)流化床機組為引領，重點推進大容量低熱值煤發(fā)電項目建設，穩(wěn)步推進熱電聯(lián)產(chǎn)的低熱值煤發(fā)電機組建設。由此，山西省低熱值煤發(fā)電項目建設進入了快車道。

2019年山西省粉煤灰產(chǎn)生量約7 800萬t，其中循環(huán)流化床粉煤灰產(chǎn)生量近4 000萬t，占比超50%。使用循環(huán)流化床鍋爐的企業(yè)共151家，占全省粉煤灰產(chǎn)生企業(yè)總數(shù)的64%，其中以供電企業(yè)及熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)為主，鍋爐容量也較大，單臺最大鍋爐噸位達 1 217 t/h。2013～2019 年山西省粉煤灰產(chǎn)生情況，見圖1。

圖1 2013～2019年山西省粉煤灰產(chǎn)生情況

圖1可知，隨著經(jīng)濟發(fā)展，過去幾年山西省粉煤灰產(chǎn)生總量持續(xù)增加，從2013年的4 800萬t躍升到2019年的7 800萬t，增長約1.6倍。而其中循環(huán)流化床粉煤灰更是呈現(xiàn)直線上升趨勢，2013年僅占全省粉煤灰產(chǎn)生量的15%，而2019年已躍升至50%，且數(shù)量上呈現(xiàn)5倍以上的增長。相反，煤粉爐粉煤灰呈現(xiàn)相對平穩(wěn)、穩(wěn)中略降的趨勢。

1.2 循環(huán)流化床粉煤灰利用處置現(xiàn)狀

循環(huán)流化床粉煤灰的礦物組成以無定形相為主，顆粒平均粒徑較大且呈不規(guī)則狀，CaO和SO3含量較高，而煤粉爐粉煤灰以玻璃相、莫來石相為主，不同的物理化學性質(zhì)導致兩者在資源化利用上存在較大差異[13]。循環(huán)流化床粉煤灰的綜合利用尚處于起步發(fā)展階段，山西省尚未形成循環(huán)流化床粉煤灰的規(guī)?；瘧?，多為企業(yè)在建材生產(chǎn)、路基填筑等方面的探索示范。無法綜合利用的循環(huán)流化床粉煤灰只能貯存、填埋處置（含填溝造地、土地復墾等），貯存填埋量約占總產(chǎn)生量的70%。

2 典型循環(huán)流化床粉煤灰污染特征及環(huán)境風險評估

選取山西省某電廠循環(huán)流化床粉煤灰，該電廠共2臺1 060 t/h循環(huán)流化床鍋爐，入爐燃料平均熱值約 12 000 kJ/kg，采用爐內(nèi)噴鈣脫硫方式[14]。

2.1 循環(huán)流化床粉煤灰化學組成

采用壓片法，使用X射線熒光光譜儀（XRF）測定該粉煤灰的化學組成，見表1。

表1 循環(huán)流化床粉煤灰化學組成

表1可知，循環(huán)流化床粉煤灰是硅鋁氧化物，SiO2+Al2O3含量＞70%。同時，由于爐內(nèi)噴鈣脫硫，致使SO3和CaO的含量偏高，達到10%以上。

2.2 循環(huán)流化床粉煤灰重金屬含量

采用微波消解儀對循環(huán)流化床粉煤灰固體樣品進行酸消解后，使用電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICPMS, 安捷倫 7900)測定重金屬含量，見表 2。

表2 循環(huán)流化床粉煤灰重金屬含量 mg?kg?1

目前，我國尚沒有針對固體廢物污染物含量的標準值。鑒于粉煤灰堆存于環(huán)境中，不管是通過淋溶滲濾還是飄塵降塵，均與土壤接觸密切，土壤的風險篩選值具有一定的參考意義，因此本文參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）: GB36600—2018》中第二類用地和《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準（試行）:GB15618—2018》中土壤pH值在6.5～7.5之間旱作地的土壤污染風險篩選值。表2可知，參照建設用地，循環(huán)流化床粉煤灰超標風險不大，而如果管理不善造成粉煤灰顆粒揚散，長期可能會對堆場周邊的農(nóng)田帶來一定的影響，尤其是重金屬鎘。

2.3 循環(huán)流化床粉煤灰重金屬浸出

按照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標準：GB18599—2020》中的浸出方法要求，開展循環(huán)流化床粉煤灰重金屬浸出分析，見表3。

表3 循環(huán)流化床粉煤灰污染物浸出濃度 μg?L?1

表3可知，該循環(huán)流化床粉煤灰浸出液pH值和硒超標，單因子污染指數(shù)分別為2.65和7.66，屬于第II類一般工業(yè)固體廢物。

2.4 環(huán)境風險評估

目前，固體廢物環(huán)境風險評估方法包括源項分析、污染物暴露與健康風險評估等。其中，源項分析主要應用于突發(fā)環(huán)境事件風險評估，而污染物暴露與健康風險評估方法適用于對污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進行研究并評估其對人體產(chǎn)生的健康風險[15]。本文參照《建設用地土壤污染風險評估技術導則：HJ25.3—2019》[16]，選取循環(huán)流化床粉煤灰堆存場景開展風險評估。

2.4.1 危害識別 根據(jù)前述分析結(jié)果，本文選取鎘和硒作為關注污染物。鎘和硒在土壤中的暴露濃度選取循環(huán)流化床粉煤灰中污染物濃度，分別為4.445和24.4 mg/kg；地下水中暴露濃度選取循環(huán)流化床粉煤灰中浸出液濃度，分別為8.89和766 μg/L。

鑒于循環(huán)流化床粉煤灰主要為重金屬等無機污染，且其堆存多為遠離城市區(qū)域的工業(yè)用地，因此考慮第二類工業(yè)用地方式下的暴露情景，以成人期的暴露來評估污染物的致癌風險和非致癌效應。

2.4.2 暴露評估 鑒于關注污染物主要為重金屬，因此考慮經(jīng)口攝入、皮膚接觸、吸入顆粒物和滲濾液下滲污染飲用地下水等4種暴露途徑進行風險表征。暴露評估模型參見《建設用地土壤污染風險評估技術導則:HJ25.3—2019》[16]中附錄A2.1、A2.2、A2.3和A2.9，模型參數(shù)參考導則推薦值。

2.4.3 毒性評估 關注污染物鎘和硒的毒性特征見表4，其理化性質(zhì)和毒性參數(shù)采用《建設用地土壤污染風險評估技術導則:HJ25.3—2019》[16]中推薦參數(shù)。

表4 關注污染物的毒性特征

2.4.4 風險表征結(jié)果 致癌風險和危害商的計算模型、風險表征模型見《建設用地土壤污染風險評估技術導則：HJ25.3—2019》[16]附錄C和G推薦參數(shù)，由此對鎘和硒進行風險表征，見表5。

表5 關注污染物風險計算結(jié)果

表5可知，在第二類工業(yè)用地情形下，循環(huán)流化床粉煤灰中鎘和硒對土壤和地下水均無致癌風險，但具有一定的危害性。其中，對土壤的危害風險可接受，而考慮最不利情形，假設循環(huán)流化床粉煤灰滲濾液中重金屬全部進入地下水時，硒的危害商達3.4，超過了可接受值，對人體的健康風險不可接受。由此可見，循環(huán)流化床粉煤灰堆存時選址的水文地質(zhì)條件、防滲層設置等對環(huán)境風險防控是十分必要的。

3 循環(huán)流化床粉煤灰環(huán)境風險管控建議

由前述可知，循環(huán)流化床粉煤灰的環(huán)境風險不容忽視。然而，不同燃料來源、不同生產(chǎn)工況、不同爐型規(guī)模和不同煙氣處理方式等均會對循環(huán)流化床粉煤灰的性質(zhì)產(chǎn)生影響，其關注污染物也略有差異。前期調(diào)查結(jié)果表明，除重金屬外，山西省部分循環(huán)流化床粉煤灰還存在氟化物偏高的現(xiàn)象。摸清底數(shù)、源頭減量、過程控制、末端規(guī)范，實現(xiàn)全生命周期、全鏈條的環(huán)境風險管控，是循環(huán)流化床粉煤灰環(huán)境管理的必然要求。

3.1 深入開展調(diào)查評估，推動循環(huán)流化床粉煤灰規(guī)范治理

準確掌握循環(huán)流化床粉煤灰的產(chǎn)生特征、污染特性是確保其合理處置利用的前提。針對循環(huán)流化床鍋爐使用企業(yè)深入開展粉煤灰數(shù)量、性質(zhì)、貯存和填埋環(huán)境等方面的調(diào)查評估，建立循環(huán)流化床粉煤灰堆場清單以及問題清單，為推動其規(guī)范治理奠定基礎。

3.2 全面推進綠色生產(chǎn)，實現(xiàn)循環(huán)流化床粉煤灰源頭減量

按照綠色工廠、綠色園區(qū)、綠色制造等要求，加大循環(huán)流化床鍋爐使用企業(yè)綠色生產(chǎn)項目支持力度，引導生產(chǎn)者將所承擔的環(huán)境責任從生產(chǎn)環(huán)節(jié)延伸到生產(chǎn)工藝設計、原輔料使用、回收利用和廢物處置等全生命周期，最大限度減少循環(huán)流化床粉煤灰排放。

3.3 大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，促進循環(huán)流化床粉煤灰綜合利用

推動“資源—產(chǎn)品—廢棄物”線性模式向“資源—產(chǎn)品—再生資源”閉環(huán)模式轉(zhuǎn)變，鼓勵企業(yè)基于自身循環(huán)流化床粉煤灰產(chǎn)生特征探索多途徑綜合利用方式。政府在公共建筑建材采購、道路建設等方面優(yōu)先采用粉煤灰建材制品，并對粉煤灰綜合利用給予相應的補貼及財稅優(yōu)惠等。

3.4 全面加強環(huán)境監(jiān)管，實施全鏈條環(huán)境風險管控

以環(huán)境風險管控為目標，以環(huán)境監(jiān)察為發(fā)力點，以排污許可為抓手，以稅收優(yōu)惠為助推，全面加強循環(huán)流化床粉煤灰的環(huán)境監(jiān)管，尤其對堆場及土地復墾途徑的循環(huán)流化床粉煤灰嚴格落實防滲漏、防揚撒、防流失的措施，嚴格落實相關標準規(guī)范要求。建立從產(chǎn)生、貯存、轉(zhuǎn)運、處置和利用全鏈條的聯(lián)動機制，確保每一環(huán)節(jié)依法合規(guī)、風險可控。

4 結(jié)論與展望

（1）隨著山西省低熱值煤發(fā)電項目的推進，循環(huán)流化床粉煤灰產(chǎn)生量與日俱增，已占據(jù)全省粉煤灰產(chǎn)生量的半數(shù)以上，受其物理化學性質(zhì)所限，其綜合利用途徑有限，多數(shù)以貯存、填埋等形式處理，如管控不當將存在潛在環(huán)境風險。

（2）選取典型循環(huán)流化床粉煤灰堆存場景開展風險評估，鎘和硒為關注污染物。風險表征結(jié)果表明，鎘和硒進入土壤中對人體的健康風險可接受；而假設最不利情形，粉煤灰浸出液中污染物全部進入地下水，硒對人體的健康風險不可接受。

（3）深入開展調(diào)查評估、著力推動源頭減量、積極拓寬綜合利用、全面強化環(huán)境監(jiān)管，是實施循環(huán)流化床粉煤灰環(huán)境風險管控的有效途徑。

（4）循環(huán)流化床粉煤灰的資源屬性不可忽視，規(guī)模化消納及綜合利用將是未來著力發(fā)展的方向。相比煤粉爐粉煤灰，由于其自硬性、膨脹性和需水性等特征，使得其污染物浸出遷移也有顯著差異，而關于該方面的研究還明顯不足，也是未來值得研究的方向。