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摘 要从我国火电厂粉煤灰的排放现状和应用现状出发，分析了粉煤灰的成分及性质，分别探讨了粉煤灰、冲灰水及粉煤灰淋溶液对灰场地下水环境产生的影响，并给出了相应的措施。
关键词粉煤灰；冲灰水；地下水；污染
中图分类号X523文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0209-01
目前我国火电厂普遍采用水力冲灰，灰水与粉煤灰一起进人储灰场存放。由于大部分灰场属于半闭路循环或半开放式系统，容易形成以灰场为中心的地下水反漏斗。同时灰水中的各种污染物随灰水下渗进入地下水中，对灰场周围地区的地下水造成污染。污染物进入地下水后在水中迁移、扩散，也将对灰场所在地周围居民的水源地水质安全造成威胁。
灰场对其环境的影响范围包括大气和地下两部分，对大气的影响主要是表面蒸发湿润空气，但也存在扬尘问题，属大气环保的范畴。这里仅对灰场运行过程中对地下水的影响进行论述。
1火电厂粉煤灰的排放及应用现状
电厂灰渣是燃煤电厂排弃的固体废弃物，其排放量约占耗煤量的20%~30%，每10MW的发电机组排灰渣量约9000～1000t/a。据我国目前火电厂装机总容量1350GkW计，排放灰渣总量约0.128Gt/a。电厂灰渣分为两类:一类为粉煤灰，经锅炉烟道排出后由除尘器收集；另一类为炉渣，经锅炉底部排放。粉煤灰约占灰渣总量的85%，炉渣约占15%。据统计，每万吨粉煤灰渣需堆场0.27～0.33hm2，至2010年底，我国粉煤灰渣的堆存量已高达12.5亿t，需堆场3.33～4.17万hm2，占用了大量土地。灰场贮存灰渣的综合处理费为20～40元/t，全国综合处理费就需30～60亿元/a。
电力系统粉煤灰综合利用始于50年代的三门峡水电站大坝工程，该工程的混凝土中共掺用粉煤灰3.3万t，节约水泥2.13万t。混凝土中添加粉煤灰不仅节约水泥、降低成本，更主要的是起到了防止大坝裂纹、增加后期强度，提高工程质量的效果。目前，我国粉煤灰综合利用技术有近200项，其中得以实施应用的仅70项左右。
2粉煤灰的成分及特征
粉煤灰是煤粉燃烧生成的产物。因此，粉煤灰的物理、化学性质取决于煤的品种、煤粉的细度、燃烧方式，以及粉煤灰的收集和输送方式等因素。粉煤灰一般是1-50μm的球状颗粒，多呈灰白色，比重为2.0-2.3t/m3，松散干容重一般在550-650Kg/m3之间，比表面积约2700-3500cm2/g，孔隙率为60%-75%。
粉煤灰的组成极其复杂，主要由硅、铁、铝、钙、镁、钛、钠、钾、锰、磷和氧等元素组成。这些成分除了以氧化物形态存在外，还可能以硅酸盐、硅铝酸盐和硫酸盐等各种化合物的形式存在。在粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝含量占绝大部分，三氧化二铁、氧化钙、氧化钛少量存在，氧化镁、氧化钠、氧化钾、三氧化硫及五氧化二磷少许，二氧化锰极微量存在。
3粉煤灰场对地下水环境的影响
3.1粉煤灰对地下水的放射性污染
水体总放射性浓度超标或偏高，主要与煤、煤系列废物有一定的关系。在粉煤灰堆放处，其地下水总放射性浓度明显偏高，同时粉煤灰堆放时间越长，水体中总β放射性浓度也越大。
研究表明粉煤灰是重要的固体污染源项，并且旧贮灰池中粉煤灰的放射性大于新贮灰池中粉煤灰的放射性，旧贮灰池粉煤灰对应的水体的放射性大于新贮灰池粉煤灰对应的水体的放射性。这显然是水的淋溶或浸泡使粉煤灰和煤中的放射性物质转入了水体。淋溶或浸泡时间越长，以及搅拌强度越大，由粉煤灰或煤中转入水体的放射性物质越多。与粉煤灰接触的水体的放射性大于与煤接触的水体的放射性，表明煤，特别是粉煤灰是造成地下水放射性污染的主要原因。
由此看来在饮用水源保护区的补给区、灰岩浅埋区、水源开发核心区，不应设置粉煤灰与煤渣及固体物质堆放场，消除放射性污染源项。如兴建贮灰场，一定要合理选址，防止地下遭受污染。对重要水源地附近的旧粉煤灰场、煤渣场应加强监测附近的地下水状况，并积极开展对粉煤灰和煤渣的综合利用。
3.2冲灰水对地下水的污染
灰场对环境的影响主要表现在大量冲灰水渗入地下或参与地下水的运移，致使灰场地带初始水位和水质发生变化，并随灰场的运行表现出一个动态变化过程。灰场对其环境水文地质的影响方向及程度主要受两方面因素控制，一是冲灰水，二是灰场地带初始水文地质条件。
冲灰水水质成分及含量与冲灰原水水质、燃煤煤质、灰水比例、冲灰过程中的混合程度、排入灰场后的静置时间等因素有关。在灰场环境水文地质评价时，对于已建电厂，可直接采取冲灰水样进行化学分析并确定其成分及含量。对新建电厂可采用模拟法和比拟法。在冲灰水水质成分及含量确定后，可进一步确定出有害元素及其浓度。
在灰场运行过程中，当冲灰水对灰场附近地带没有造成水质、水位影响，表明灰场的运行仅参与了该区地下水的补给，这对缺水、干旱地区将产生良好效果。但是，当灰场的运行造成灰场地带地下水水质有害成分超过允许容量或地下水位超过允许高程时，表明灰场的运行给灰场地带造成了危害。此时可采取适当的措施：在冲灰水中加入有效化学成分，减少有害元素的含量；增加冲灰水的地表回收设施；增设冲灰水地下回收设施。
3.3粉煤灰淋溶液对地下水的污染
灰场的上土层对淋溶液中pH、F-、全盐量和总碱度有很强的吸附能力，对Cr6+的吸附能力较低。土壤对粉煤灰的吸附可能是颗粒表面的吸附，土壤胶体具有巨大的表面能。所以，粉煤灰一般可在土壤的厚度内大部分被吸附。因此可以预计，大量粉煤灰堆于灰场，土壤达到饱和吸附前，淋溶液不会构成对浅层地下水的污染。
粉煤灰中有害物质的含量一般在土壤正常丰度之间，粉煤灰浸出液中有害元素含量很低，故一般情况下，少量粉煤灰的堆放不至于构成对土壤环境的污染。
尽管土壤对粉煤灰浸出液中有害物质具有较强的吸附能力，但随着吸附量的增加，其距饱和吸附的临近值越来越近，此时土壤的吸附能力会越来越弱，土壤中有害元素会有所富集，当达到饱和吸附时，下渗液可能会造成地下水的污染。因此长期使用的湿灰场应做好相应的防渗处理，减少下渗液对地下水和土壤污染的可能性。
4结论及展望
根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）规定，粉煤灰贮放场应属于第Ⅱ类一般工业固体废物。标准要求，如果天然地层的渗透系数大于1.0×10-7cm/s，必须要设置人工材料构筑防渗层。针对贮灰场中灰水污染这个突出的环境问题，在认识污染机理的基础上，运用合适的理论和方法，寻求切实可行的技术措施，加以控制和治理，防止堆积的粉煤灰对大气和水源的污染，真正发挥贮灰场作为环保工程的作用。
参考文献
[1]原永涛.粉煤灰粒度、真密度分析方法的选用[J].水利电力劳动保护,1995,
6(2):46-48.
[2]刘培云.粉煤灰淋溶液中的有害物质对地下水污染的实验研究[J].煤矿环境保護,2000,14(3):35-37.
[3]黄真诚,季超俦.火力发电厂的粉煤灰坝[J].岩土工程学报,1988,10(5):118-123.
[4]郑定.粉煤灰贮放中的若干土工及环保问题[J].煤矿环境保护,1988,10(5):124-127.
关键词粉煤灰；冲灰水；地下水；污染
中图分类号X523文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0209-01
目前我国火电厂普遍采用水力冲灰，灰水与粉煤灰一起进人储灰场存放。由于大部分灰场属于半闭路循环或半开放式系统，容易形成以灰场为中心的地下水反漏斗。同时灰水中的各种污染物随灰水下渗进入地下水中，对灰场周围地区的地下水造成污染。污染物进入地下水后在水中迁移、扩散，也将对灰场所在地周围居民的水源地水质安全造成威胁。
灰场对其环境的影响范围包括大气和地下两部分，对大气的影响主要是表面蒸发湿润空气，但也存在扬尘问题，属大气环保的范畴。这里仅对灰场运行过程中对地下水的影响进行论述。
1火电厂粉煤灰的排放及应用现状
电厂灰渣是燃煤电厂排弃的固体废弃物，其排放量约占耗煤量的20%~30%，每10MW的发电机组排灰渣量约9000～1000t/a。据我国目前火电厂装机总容量1350GkW计，排放灰渣总量约0.128Gt/a。电厂灰渣分为两类:一类为粉煤灰，经锅炉烟道排出后由除尘器收集；另一类为炉渣，经锅炉底部排放。粉煤灰约占灰渣总量的85%，炉渣约占15%。据统计，每万吨粉煤灰渣需堆场0.27～0.33hm2，至2010年底，我国粉煤灰渣的堆存量已高达12.5亿t，需堆场3.33～4.17万hm2，占用了大量土地。灰场贮存灰渣的综合处理费为20～40元/t，全国综合处理费就需30～60亿元/a。
电力系统粉煤灰综合利用始于50年代的三门峡水电站大坝工程，该工程的混凝土中共掺用粉煤灰3.3万t，节约水泥2.13万t。混凝土中添加粉煤灰不仅节约水泥、降低成本，更主要的是起到了防止大坝裂纹、增加后期强度，提高工程质量的效果。目前，我国粉煤灰综合利用技术有近200项，其中得以实施应用的仅70项左右。
2粉煤灰的成分及特征
粉煤灰是煤粉燃烧生成的产物。因此，粉煤灰的物理、化学性质取决于煤的品种、煤粉的细度、燃烧方式，以及粉煤灰的收集和输送方式等因素。粉煤灰一般是1-50μm的球状颗粒，多呈灰白色，比重为2.0-2.3t/m3，松散干容重一般在550-650Kg/m3之间，比表面积约2700-3500cm2/g，孔隙率为60%-75%。
粉煤灰的组成极其复杂，主要由硅、铁、铝、钙、镁、钛、钠、钾、锰、磷和氧等元素组成。这些成分除了以氧化物形态存在外，还可能以硅酸盐、硅铝酸盐和硫酸盐等各种化合物的形式存在。在粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝含量占绝大部分，三氧化二铁、氧化钙、氧化钛少量存在，氧化镁、氧化钠、氧化钾、三氧化硫及五氧化二磷少许，二氧化锰极微量存在。
3粉煤灰场对地下水环境的影响
3.1粉煤灰对地下水的放射性污染
水体总放射性浓度超标或偏高，主要与煤、煤系列废物有一定的关系。在粉煤灰堆放处，其地下水总放射性浓度明显偏高，同时粉煤灰堆放时间越长，水体中总β放射性浓度也越大。
研究表明粉煤灰是重要的固体污染源项，并且旧贮灰池中粉煤灰的放射性大于新贮灰池中粉煤灰的放射性，旧贮灰池粉煤灰对应的水体的放射性大于新贮灰池粉煤灰对应的水体的放射性。这显然是水的淋溶或浸泡使粉煤灰和煤中的放射性物质转入了水体。淋溶或浸泡时间越长，以及搅拌强度越大，由粉煤灰或煤中转入水体的放射性物质越多。与粉煤灰接触的水体的放射性大于与煤接触的水体的放射性，表明煤，特别是粉煤灰是造成地下水放射性污染的主要原因。
由此看来在饮用水源保护区的补给区、灰岩浅埋区、水源开发核心区，不应设置粉煤灰与煤渣及固体物质堆放场，消除放射性污染源项。如兴建贮灰场，一定要合理选址，防止地下遭受污染。对重要水源地附近的旧粉煤灰场、煤渣场应加强监测附近的地下水状况，并积极开展对粉煤灰和煤渣的综合利用。
3.2冲灰水对地下水的污染
灰场对环境的影响主要表现在大量冲灰水渗入地下或参与地下水的运移，致使灰场地带初始水位和水质发生变化，并随灰场的运行表现出一个动态变化过程。灰场对其环境水文地质的影响方向及程度主要受两方面因素控制，一是冲灰水，二是灰场地带初始水文地质条件。
冲灰水水质成分及含量与冲灰原水水质、燃煤煤质、灰水比例、冲灰过程中的混合程度、排入灰场后的静置时间等因素有关。在灰场环境水文地质评价时，对于已建电厂，可直接采取冲灰水样进行化学分析并确定其成分及含量。对新建电厂可采用模拟法和比拟法。在冲灰水水质成分及含量确定后，可进一步确定出有害元素及其浓度。
在灰场运行过程中，当冲灰水对灰场附近地带没有造成水质、水位影响，表明灰场的运行仅参与了该区地下水的补给，这对缺水、干旱地区将产生良好效果。但是，当灰场的运行造成灰场地带地下水水质有害成分超过允许容量或地下水位超过允许高程时，表明灰场的运行给灰场地带造成了危害。此时可采取适当的措施：在冲灰水中加入有效化学成分，减少有害元素的含量；增加冲灰水的地表回收设施；增设冲灰水地下回收设施。
3.3粉煤灰淋溶液对地下水的污染
灰场的上土层对淋溶液中pH、F-、全盐量和总碱度有很强的吸附能力，对Cr6+的吸附能力较低。土壤对粉煤灰的吸附可能是颗粒表面的吸附，土壤胶体具有巨大的表面能。所以，粉煤灰一般可在土壤的厚度内大部分被吸附。因此可以预计，大量粉煤灰堆于灰场，土壤达到饱和吸附前，淋溶液不会构成对浅层地下水的污染。
粉煤灰中有害物质的含量一般在土壤正常丰度之间，粉煤灰浸出液中有害元素含量很低，故一般情况下，少量粉煤灰的堆放不至于构成对土壤环境的污染。
尽管土壤对粉煤灰浸出液中有害物质具有较强的吸附能力，但随着吸附量的增加，其距饱和吸附的临近值越来越近，此时土壤的吸附能力会越来越弱，土壤中有害元素会有所富集，当达到饱和吸附时，下渗液可能会造成地下水的污染。因此长期使用的湿灰场应做好相应的防渗处理，减少下渗液对地下水和土壤污染的可能性。
4结论及展望
根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）规定，粉煤灰贮放场应属于第Ⅱ类一般工业固体废物。标准要求，如果天然地层的渗透系数大于1.0×10-7cm/s，必须要设置人工材料构筑防渗层。针对贮灰场中灰水污染这个突出的环境问题，在认识污染机理的基础上，运用合适的理论和方法，寻求切实可行的技术措施，加以控制和治理，防止堆积的粉煤灰对大气和水源的污染，真正发挥贮灰场作为环保工程的作用。
参考文献
[1]原永涛.粉煤灰粒度、真密度分析方法的选用[J].水利电力劳动保护,1995,
6(2):46-48.
[2]刘培云.粉煤灰淋溶液中的有害物质对地下水污染的实验研究[J].煤矿环境保護,2000,14(3):35-37.
[3]黄真诚,季超俦.火力发电厂的粉煤灰坝[J].岩土工程学报,1988,10(5):118-123.
[4]郑定.粉煤灰贮放中的若干土工及环保问题[J].煤矿环境保护,1988,10(5):124-127.