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粉煤灰基质对草坪草生长及南明河污染水体的净化效果 粉煤灰基质对草坪草生长及南明河 污染水体的净化效果 中文摘要 为了充分利用固体废弃物减轻水环境的恶化，本研究将粉煤灰、黄壤和磷石 膏按照不同比例混合并进行盆栽试验，以选择粉煤灰草坪基质的最佳配比以及最 佳草种，并进行草坪草栽培环境对贵阳市南明河受污染水体的净化效果研究。 将黑麦草、高羊茅、紫羊茅、剪股颖、早熟禾、马蹄金、狗牙根7 种草坪草 进行不同粉煤灰基质的盆栽试验，并进行自来水浇灌和受污染的南明河河水浇灌 的对比试验。结果发现：南明河浇灌的草坪草生长状况明显比自来水浇灌的要好， 由此说明用南明河河水浇灌相当于为草坪草生长提供了肥源。同时通过层次聚 类分析，并结合实际情况，选出了在各基质上生长较适合的三种草，分别为紫羊 茅、高羊茅、黑麦草。 将粉煤灰、土壤及磷石膏按照不同比例混合进行紫羊茅、高羊茅、黑麦草的 盆栽试验，分析不同配比基质对草坪草生长以及土壤理化性质的影响。研究草坪 栽培环境的植物效应和肥力效应，探讨粉煤灰草坪基质利用的可行性。结果发现： 粉煤灰施加到土壤后，具有明显的改善土壤质地、增加土壤常量养分及部分必需 微量元素( k ，c a ，m n ，c u ，z n 等) 含量的作用，这一效果随施灰量的增加而增加； 通过对不同基质上生长的黑麦草和高羊茅进行叶绿素( a + b ) 含量和根系活力的 测定发现，粉煤灰和土壤比例为7 ：3 的基质配比较为适应草坪草的生长。 将粉煤灰、土壤及磷石膏按照不同比例混合，进行南明河污水浇灌黑麦草 的盆栽试验，分析不同配比基质对南明河污水的净化效果。试验结果表明：草坪 草基质p ，n ，c u ，z n 等含量随磷石膏加入量的增加而增加，p 的增加效果最为 明显；通过对黑麦草苗期和生长旺盛期对污水净化率的聚类分析得出：土壤和粉 煤灰比例为5 5 ：4 5 ，磷石膏含量为土灰基质重量的1 6 2 4 时，黑麦草生长 最好，对南明河受污染水体的净化效果最佳，其中，对t n 的净化率为7 8 5 ， 对t p 为7 5 5 ，c o d m n 为7 5 1 ，b o d j 为7 6 2 。 关键词：粉煤灰；草坪基质；南明河；污水；净化 中图分类号：x 7 0 5 贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生学位论文 e f f e c t so f f l ya s ho nt h eg r o wo fl a w ng r a s sa n d p y r i f i c a t i o no f n a n m i n g r i v e r a b s t r a c t a st h el a w ni n d u s t r yi no u rc o u n t r yd e v e l o p e df a s ti nr e c e n ty e a r s ， t h el a r g e s c a l el a w np r o d u c t i o nh a sb r o u g h tt h es e r i o u sm a l a d yt h a t c u r r e n tt o p s o i lh a sb e e nd e s t r u c t i v e l yd e s t r o y e db yt h ep r o d u c t i o no f w r a p p i n gs w a r d b a s e do nt h ef a c tt h a ts t u d i e dt h el a w np y r i f i c a t i o no f n a nm i n gr i v e r t h i ss t u d ym a i n l yr e p o r t e dt h ef e a s i b i l i t yo ff l ya s hu s e di nt u r f i n d u s t r y ，i t se n v i r o n m e n t a le f e c t sa n dt h ea s s e s s m e n to ft u r fq u a l i t y p o te x p e r i m e n t sw a sd o n e t h a tf l ya s hm i x e dw i t hs o i la c c o r d i n gt o d i f e r e n tr a t i o st oe s t a b l i s ht u r f g r a s st of i n dt h eb e s tr a t i o so ff l ya s h a n ds o i li nt h em e d i u m t h e nt h eo p t i m a lf e r t i l i z i n ge n v i r o n m e n t sw e r e r e s e a r c h e da n dt h ei n f l u e n c e so ft h et u r fm e d i u mo ns o i le n v i r o n m e n ta n d u n d e r g r o u n dw a t e rq u a l i t yw e r ea p p r a i s e d f i n a l l y ，ac o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n ts y s t e mo ft u r fq u a l i t yw a sp r o p o s e d s o l la n df l ya s ha n dl o l i u m m u l t i f l o r u ml c v ，b a r m u l t r aw a sp l a n t e di nt h em e d i u m t h er e s u l t s i n d i c a t e dm i x i n gf l ya s hw i t hs o i lc o u l de n h a n c es o i lp r o p e r t i e s ，s u c h a sc o n t e n t so fc l a yp a r t i c l e s ，a v a i l a b l ep ，t o t a lpa n dp a r to fm e t a l e l e m e n t s ，i e ，p ，n ，z n ，c u t h e s ee f e c t sh a dg r e a t1 i n e a rr e l a t i o nw i t h t h ea p p l i c a t i o nr a t e so ff l ya s h a tt h es a m et i m e ，w i t ht h ee n h a n c e m e n t o fr a t e so ff l ya s h ，t h ec o n t e n t so fp ba n dc dw e r ei n c r e a s i n gl i n e a r l y b u tc o n t e n t so fm e t a l l i ce l e m e n t s ，i e ，z n ，c u ，p bw e r eb e l o wt h eg r a d e o n eo fq u a l i t ys t a n d a r d so fs o i l e n v i r o n m e n t ( q s s e ) a c c o r d i n gt ot h e g r a d et h r e eo fc a d m i u me l e m e n t ，t h eu s a g eo ff l ya s hs h o u l db ec o n t r o l l e d b e l o w7 2 5p e r c e n t g r o w t ha n du p g r o u n d i n gy i e l d so ft u r f g r a s sw e r eb e s t i nt h et r e a t m e n to f $ 7 0 f 3 0 ，s oa p p l i c a t i o no ff l ya s ha t3 0p e r c e n tr a t e s h o u l db et h eo p t i o n a lm e d i u mf o rs o d 4 粉煤- 荻基质对草坪草生长及南明河污染水体的净化效果 t h ea f f i xp h o s p h o r u sc a l c i u m s u l p h a t ei st h ef e r t i l i z e ro nt h i sg r o u n d w o k ，s t u f f i n gw i t ht h ef l ya s ht op l a n tl a w ng r o u n d m a s s ，m a t r i xa n d p l a n t i n gt h er y e ，l g r a s s ，e x p e r i m e n t i n gt h er e s u l tm a n i f e s t a t i o n ：t h e t u r f g r a s sg r o u n d m a s s ，m a t r i xp ，n ，c u ，z ne t c c o n t e n t sj o i n st h e i n c r e m e n tb u ti n c r e m e n to ft h eq u a n t i t yw i t ht h ep h o s p h o r u sc a l c i u m s u l p h a t e ，t h epi n c r e m e n tr e s u l ti so b v i o u s ；s o i la n dt h ef l ya s h p r o p o r t i o ni s5 5 ：4 5 ，t h ep h o s p h o r u sc a l c i u ms u l p h a t ec o n t e n t sf o r1 6 - - 2 4 9 6 ( t h ew e i g h tc o m p a r e ) ，t h er y e g r a s sg r o w t hi sb e s t ，t h ep u r i f i c a t i o n r e s u l tt h a tt h e n a nm i n gr i v e ri ss u b j e c t e dt os m u tt h ew a t e rt h eb e s t ， a m o n gt h e m ，t h et np u r i f i c a t i o nr a t ei s7 8 5 ，t h et pi s 7 5 5 。t h ec o d m n i s7 5 1 ，t h eb o d 5i s7 6 2 k e yw o r d ：f l ya s h ；t u r fm e d i u m ；n a nm i n gr i v e r ；s e w a g e ；d e c o n t a m i n a t e 5 贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 1 粉煤灰研究进展概况 i 1 1 粉煤灰在建筑工业方面的应用 国外对粉煤灰的研究，可以追溯至u 1 9 2 0 年前后电厂大型锅炉的革新，燃煤 的增加产生了大量的粉煤灰，从这以后，就有人开始了对粉煤灰利用的研究。但 粉煤灰资源化真正引起人们重视是在2 0 世纪5 0 年代之后，许多国家发电厂的燃料 结构发生变化，加快了转向以煤炭为主要燃料的进程。随之而来的是大量灰渣的 排放，从而进一步促使更多的人重视粉煤灰资源的综合利用问题。5 0 年代，美国 蒙大拿州的俄马坝工程就大规模地使用粉煤灰，数量达1 3 万吨，以取代当时供应 紧缺的水泥，同时也降低了工程造价。实践表明，该大坝工程质量毫不逊色于水 泥的混凝土工程，世人把俄马坝工程称为粉煤灰应用史上的第一块里程碑二当前， 全世界已有i 0 0 多种粉煤灰应用技术，一些发达国家己不再把粉煤灰仅仅作为良 好的建筑材料，而是列为再生资源，大力发展综合利用。丹麦、荷兰、比利时和 日本由于缺乏场地对粉煤灰进行了1 0 0 的利用。1 9 5 5 年日本首先在大坝中使用 粉煤灰，从1 9 5 5 1 9 6 8 年共建筑了2 7 座粉煤灰混凝土水坝，而后在工民建筑、道 路、桥梁等工程中大量应用。德国、法国和英国的利用率分别为6 5 ，7 5 和 4 6 2 ( 李剑超，褚君达等，2 0 0 1 ) 。英国每年发电厂排放粉煤灰1 0 0 0 万吨， 在混凝土中使用约一百万吨，通过粉煤灰代替3 0 的水泥，大大节约了混凝土原 料水泥的费用。澳大利亚每年产生8 0 0 吨的粉煤灰。美国从四十年代初开始应用 粉煤灰，并在1 9 7 4 年将其列为国家最丰富的第七位固体矿物资源。1 9 9 0 年排放粉 煤灰五千万吨，大约2 0 的粉煤灰被重新利用，且多用于建筑业。美国粉煤灰协 会预测在1 9 9 6 年，粉煤灰的利用率将达到6 7 4 ( 李亚峰，孙凤海等，2 0 0 0 ) 。 西欧则早己在海峡隧道工程中应用粉煤灰，并取得良好技术和经济效益。 我国粉煤灰利用始于2 0 世纪5 0 年代，并于6 0 年代设定了专门机构，开展了 这方面的工作。最初的发展方向是制作建筑制品和建筑材料，并己在工程建设中 广为应用，如5 0 年代中期东北地区冶金基地建设，稍晚的三门峡水利枢纽工程和 广西大化水电站的建设及城市高层建筑如上海东方明珠塔等。近年来在我国高等 级公路建设中，粉煤灰也被大规模地用来处理软弱土层，充分利用粉煤灰的火山 灰特性改良地基。1 9 8 5 年以来，国家制订了一些鼓励资源综合利用的政策，并把 粉煤灰基质对草坪草生酴及南明河污染水体的净化效果 粉煤灰综合利用作为资源综合利用的突破1 ：3 。电力部门在确定了“贮用结合，积 极利用”的粉煤灰处置和综合利用方针的同时，提出了“因地制宜，多种途径， 讲求实效，直接利用为主，努力扩大利用面，增加利用量，提高利用率”的原则 要求及承包经营等具休措旌( 向新，1 9 9 9 ) 。在各级政府和有关部门的支持和协 助下，经共同努力，至u 1 9 9 9 年综合利用率达到4 l - 7 ( 韩仁强等，2 0 0 1 ) 。 1 1 2 粉煤灰在农业上的应用 由于粉煤灰疏松多孔、比表面积大、能保水、透气好等特点，利用粉煤灰改 良土壤，可以明显的改善土壤结构，降低容重，增加孔隙度，提高地温，缩小膨 胀率，从而显著地改善粘质土壤的物理性质，促进土壤中微生物活性，有利于养 分转化，使水、肥、气、热趋向协调，为作物生长创造良好的土壤环境。印度坎 普尔地区的导水性试验、南昌的土壤孔隙度试验、西北农学院土壤膨胀率试验， 都有力地证明了粉煤灰改善土壤结构的效果。 利用粉煤灰培肥可以改善土壤的p h 值和化学成分( 阎存仙，1 9 9 6 ) 。试验表 明，粉煤灰用量0 一1 2 范围内，随施用量增加，植物组织中铁、锌浓度下降， 钥、锰浓度增加，铜、镍浓度保持不变，没有产生植株毒害症状，粉煤灰富含的 硼是油料作物的良好肥源，粉煤灰同腐植酸结合施用，可以提高土壤中有效硅的 含量。研究表明，利用粉煤灰为载体，加上有效养分，磁化后便于土壤形成易为 作物吸收的营养单元，不仅能提高、改良耕性，而且能增强作物光合作用和呼吸 功效，提高作物抗旱抗灾性。现已利用粉煤灰开发出粉煤灰磷肥、硅复合肥等。 1 1 3 粉煤灰在废水处理中的应用 从环境治理出发，“以废治废”是治理环境污染的一条新路。粉煤灰是电 厂的废物，利用粉煤灰来处理工业废弃污染物、有毒物，是一个变废为宝、化害 为利的好方法。粉煤灰比表面积大，具有一定吸附性能，充分利用此性能是粉煤 灰资源化的重要途径之一。众所周知，很多工厂排放的废水废渣中，都含有很多 有毒物质，其含量超过国家允许排放标准，不经处理则造成污染，危害人类。国 内外研究证实，粉煤灰可有效去除富营养型湖泊表层水和间隙水中的磷酸酶，对 造纸、印染、中草药等废水具有一定净化作用，同时用粉煤灰对高浓度的少量有 害物质进行固化处理，不仅形成的固体块致密，空隙率很少，当发生二次水化反 应时，固形物的微小孔洞也被封死，被固化的有害物质更不易溶出，造价又比较 贵州大学2 0 0 6 届硕j ：研究生学位论文 低，是理想的固化剂。粉煤灰在酸性条件下，其中的铝、铁离解成为无机混凝剂， 它与污水混合时，铝离子和铁离子将污水中的悬浮物粒子絮凝、相互捕获而共同 沉降下来，完成污染物、悬浮物与水的分离，使得水质清澈透明。有关专家在研 究用粉煤灰处理生活污水、造纸厂和制革厂的污水等方面，都取得了较好的效果， 说明用粉煤灰处理污水可以以废治废，实现资源综合利用，处理工艺简单，成本 低，是粉煤灰利用的有效途径( 孟祥和，2 0 0 0 ) 。 过去粉煤灰主要用于筑路、建材、农业等领域，但在利用中不同程度的出 现了一些环境问题。近年来，粉煤灰的环保利用价值正日益受到重视，用粉煤灰 处理废水的研究报道越来越多，有些技术已应用于工业实践。粉煤灰的主要化学 成分及物理特征粉煤灰属火山灰类物质，其主要成分是s i o 。、a 1 ：0 3 、c a o 、f e ：0 3 等，同时还含有少量的其他物质。我国粉煤灰中s i o ：、a 1 ：0 3 、c a o 、f e 2 0 3 和 f e o 五种成分约占我国火电厂粉煤灰化学成分的9 0 ，其他组分所占比例较小。 粉煤灰是由很多具有不同结构和形态的微粒组成，其中大多数是玻璃球体，单个 粉煤灰颗粒的粒径约为2 1 5 3 0 0um ，平均几何粒径4 0um 。粉煤灰的真实密度是 2 2 1 3t m 3 ，堆积密度5 5 0 6 5 8k g m 3 ，孔隙率一般为6 0 7 5 。粉煤灰 具有多孔结构，比表面积很大，一般在25 0 0 50 0 0m 2 g ，因此，具有较强j 的吸附能力。本章节对粉煤灰的吸附机理、吸附规律、应用途经以及对存在的问 题及今后的研究重点进行分析探讨。 粉煤灰在废水处理中的应用表现为粉煤灰处理染色废水粉煤灰对染色废水 具有较好的脱色效果，脱色率为9 0 9 9 ( 刘希波等，1 9 9 3 ) 。粉煤灰粒度 越小，吸附浓度越低，处理效果越好，而且在酸性条件下有利于从溶液中去除染 料。粉煤灰配以适量的石灰经高温活化后，脱色率远高于纯粉煤灰。另外，粉煤 灰作为助凝剂可节省絮凝剂1 0 1 5 ，而且还加速絮凝体沉淀，改善污泥脱水 性能，使污泥体积减少1 3 。粉煤灰处理城市污水粉煤灰处理城市污水的技术已 应用于工业实践。哈尔滨在马家沟修建了粉煤灰处理城市污水的示范工程( 梁天 民等，1 9 9 5 )，c o d 的去除率为6 7 6 ，b o d ；去除率为5 2 4 ，s s 的去除率为 9 0 8 ，主要重金属的去除率都在8 0 以上，对色度和臭味的去除尤为显著。而 工程投资仅为二级生物处理法的l 3 ，运行费用为0 0 5 元m 3 水，约为二级生 物处理法的1 5 。粉煤灰对城市污水中的无机磷、有机磷也有相当量的去除作用。 粉煤灰基质对草坪草生欧及南明河污染水体的净化效果 山西神头电厂( 张建平等，1 9 9 6 ) 曾进行过生活污水不经生物处理直接用于冲 灰的现场试验，结果c o d 去除率为6 7 3 7 ，b o d 。去除率为6 9 8 3 ，效果高于生 物接触氧化法。赵庆祥等人在活性污泥法水处理系统中投加o 5 3g l 的粉煤 灰，使脱色率提高2 0 ，而且污泥的沉降性能也得到明显改善。粉煤灰对h g ”、 p b ”、c u ”、n i ”、z n 2 + 等都有较好的吸附效果，吸附去除率在4 0 9 0 ，但 对c r 吸附效果较差。p h 值对粉煤灰吸附重金属离子的效果有一定影响，适宜的p h 值在4 7 之间( 李亚峰等， 1 9 9 9 ) 。 粉煤灰在废水处理中的应用越来越广泛。用粉煤灰处理含油废水，除油率达 到9 0 。粉煤灰对生活污水中的磷有一定的去除作用，去除率达6 0 7 0 。由 于粉煤灰中含有c a o 、m g o 等碱性组分，因此，粉煤灰也可用来中和酸性废水， 常采用的方法是用酸性废水冲灰。用粉煤灰制备的混凝剂对制药废水、制革废水 中的c o d 和色度均有较高的去除率。采用粉煤灰磁珠加高梯度磁分离方法处理含 磷废水，除磷率高达9 0 9 6 ，而且灰水分离更加容易。粉煤灰处理焦化废水技术已在 工业实践中使用，山西焦化厂是世界上第一家采用生化粉煤灰吸附法处理焦 化废水的厂家，净化后水质良好，无色、无味，c o d 、b o d 5 、挥发酚、硫化物、 氰化物等污染物浓度均低于国家允许的排放标准。 用粉煤灰处理废水是一种经济有效的处理方法，而且符合以废治废的原则， 应积极推广使用。根据粉煤灰在废水处理方面的特性，结合贵阳市南明河河水污 染物特性，本论文将着重以粉煤灰为主要基质，寻找最为合适的基质配比种植草 坪草，对南明河受污染水体净化的效果进行讨论。 1 2 粉煤灰的概述 1 2 i 粉煤灰的概念及理化性质 1 2 1 1 粉煤灰的概念 粉煤灰( 电厂飞灰) 是以煤为燃料，从烟道气体中收捕下来的细灰，其含量约 占燃煤总量的5 一2 0 ，为燃煤电厂排出的主要固体废弃物。主要由s i 、舢、 c a 、f e 、c 等元素的氧化物和一些微量元素、稀有元素组成的海绵状和空心球状 细小颗粒。粉煤灰颗粒表面有大量空隙与裂隙，空隙率最大可达6 0 一7 5 ，比 表面积较大，一般约为1 6 0 0 - - 3 5 0 0 c m 2 g ( 陈泉水，2 0 0 1 ) 。同时由于粉煤灰 贵州大学2 0 0 6 届硕十研究生学位论文 是由煤在高温燃烧时产生的，经过这一高温过程，粉煤灰的一些表面基因团得到 活化，因而具有很大的吸附性( 李剑超等，2 0 0 1 ) 。在水中粉煤灰同时具有吸 附、混凝沉淀和共沉淀等作用，将其作为天然吸附剂用于除去废水中的各种有害 物质。 1 2 1 2 粉煤灰的矿物组成 研究表明，粉煤灰是一种高分散度的固相集合体，其颗粒形态主要为非晶质 相的空心微珠、无定形的碳粒、不规则的玻璃体及其它矿物碎屑。矿物组合中除 了一部分未燃尽的细小碳粒外，大部分是s i 0 2 和a 1 2 0 3 的固熔体，另有a 一石英、 方解石、钙长石、赤铁矿、磁铁矿及莫来石，还有一些残留的煤矸石等。这些矿 物一般不以单体矿物状态存在，通常以多相集合体形式出现( 电厂粉煤灰的特 征及其综合利用) 。x 射线衍射分析表明，除上述诸矿物外，粉煤灰同时含有 玻璃体。粉煤灰矿物组成波动范围较大，但是，玻璃体在其组成中占主要地位( 表 1 】) 。 表1 一l粉煤灰的主要矿物组成( ) 注：引自珠江市革委会环境办公室编工业废渣综合作用，1 9 7 5 1 2 1 3 粉煤灰的物理性质 粉煤灰是灰白色或灰黑色的粉状物，含水量大的粉煤灰呈黑色。其物理性质 取决于燃煤的种类、煤粉的细度燃煤方式和温度，以及电厂收尘效率、排灰方式 等。颜色的变化在一定程度上反映它的细度和含炭量，颜色较黑的粉煤灰中粗粒 较多，含碳量较高，其细度极高，颗粒粒径在0 5 - - 3 0 0 p r n 之间。我国粉煤灰的 平均容量为7 8 3 k g m 3 ，平均比重为2 0 1 4 9 m 3 ，容量和比重可反映其各种组分的 相对含量和结构特点。粉煤灰具有非常大的比表面积，一般为1 6 0 0 - - 3 5 0 0 c m 3 g ， 需水量比约为1 0 6 。粉煤灰是由多种颗料机械混合的粒群，其质量的优劣很大 程度上取决于各种颗粒组成及其组成的变化。粉煤灰颗粒大致可分为珠状、轧状、 钝角、碎屑、粘聚颗粒等5 钟。( 煤炭科学研究总院等编，1 9 9 1 ) 。其物理性质列 于表1 2 。 l o 粉煤灰基质对草坪草生长及南明河污染水体的净化效果 密度( g ，c m 3 ) 堆积密度( e d w i n 3 ) 密实度( ) 筛余量( ) 比表面积( m 2 ) 8 0 ) a n 4 5 p m 氮吸附法 透气法 原灰标准稠度( ) 需水量比( ) 2 8 d 抗压强度比( ) 容重( k g ，l ) 粒度( 岫) 热值( k j k g ) 分离度( ) 注：引自王福元，吴正严主编粉煤灰利用手册。1 9 9 7 1 2 1 4 粉煤灰的化学性质 在1 2 0 0 - - 1 5 0 0 c 的炉膛中煤灰呈悬浮状态燃烧时，燃煤中绝大部分可燃物 都能在炉内燃尽。其中的不燃物主要以灰分形式大量混杂在高温的烟气中。这些 不燃物因受到高温作用而部分熔融，同时由于表面张力的作用，形成大量细小的 球形颗粒，随着气体温度的降低，部分熔融的细粒受到冷却，呈玻璃体状态，在 煤气排入大气之前被分离收集，由湿排或干排的方式，经管道输送排除，排出物 即为我们通常说的粉煤灰。( 庆承松，任升莲等，2 0 0 0 ) 粉煤灰由有机物及无机物共同组成。有机物可分为挥发酚和固定炭两钟。 主要化学成分为炭、氢和氧。无机物的主要组成为高岭石、方解石及黄铁矿。无 机物经燃烧后成为粉煤灰，其化学成分与黏土质矿物相似，其中s i o , 、a 1 2 0 3 及 f e ：0 1 的含量占8 5 以上，其余为少量的c a o 、m g o 、n 巩o 、k ：0 及s o 。等。 此外， 粉煤灰中还含有一些有害元素和微量元素，如铜、银、镍、铟、镭、钪、铝、钇、 引 一 ；量 抛 蚍 一 瞄 的 凹 啪 g ! 兰l!|蚤i一 贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生学位论文 镧族元素等( 周易勇等，2 0 0 0 ；h o l l e rh ，1 9 8 5 ) 。粉煤灰中有害物质含量一般 低于允许值。表1 3 是粉燥灰的元素组成： 表1 3粉煤灰的元素组成( ) 元素含量元素含量 o4 7 8 3t i0 4 0 一1 8 0 s j1 1 4 8 3 1 1 4so 0 3 4 7 6 a l6 4 0 2 2 9 ln a0 0 5 一1 4 0 f e1 9 0 1 8 5 lpo 0 0 0 9 0 c a0 3 0 2 5 1 0c lo 0 0 一0 1 2 ko 2 2 3 1 0 其它 o 5 0 一2 9 1 2 m g 0 0 5 1 9 2 ( 董保曲等，1 9 8 8 ) 由于煤的灰量范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或地区不同 煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同部分的煤中。因此，构成粉煤灰的具体 化学成分含量，也因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等的不同而有所不同。其主 要化学组成见表1 4 。 表l 一4各国粉煤灰的化学成分比较( ) 注：引自庆承松，任升莲等电厂粉煤灰的特征及其综合利用 1 2 2 粉煤灰的危害 粉煤灰是电厂产生的工业废物，具有呆滞性、不可稀释性和长期潜在的危 害性，从其产生运输、到贮存及处置的各个环节，都会给环境带来很多有害影响。 我国每年排放粉煤灰量超过1 亿t ，但利用率仅为3 0 。1 9 9 5 年电力系统灰场的占 地面积已达2 5 3 k m 2 ，并保持着1 7 k m 2 a 的净增长速度。大量的粉煤灰如不加处理， 粉煤灰基质对草坪草生长及南明河污染水体的净化效果 将对环境产生严重的的影响，占用大面积的土地，扬尘污染大气，排入水系会使 河道堵塞，而其中的某些化学物质还会对人体造成危害，放射性元素含量较高， 会影响人体的健康。而且长期堆积的粉煤灰是否会对地表水、地下水产生影响， 对土壤盐碱化及微量元素、放射性元素的迁移会造成何种后果，是长期以来科学 工作者研究的问题( 袁菊等，2 0 0 5 ) 。 1 2 2 1 占用耕地资源 我国有丰富的煤炭资源，近期电力工业的发展，仍然是以燃煤的火力发电 为主。由于燃煤机组的不断增加，电厂规模的不断扩大，导致了粉煤灰排放量的 急剧增长。1 9 8 5 年火电厂排灰渣总量为3 7 6 8 t ；至u 1 9 9 5 年就增加到了9 9 3 6 万t ，平 均每年增力n 5 6 0 万t ；2 0 0 0 年粉煤灰排放量达到1 6 亿t ( 杨红彩等，2 0 0 3 ) 。按目 前的排灰状况和利用水平，至u 2 0 1 0 年，冲灰用水量和储灰场占地将会增加l 倍， 分别达到l o 多亿t 和2 6 8 万h a ( 王福元等，1 9 9 7 ) 。对我们这个可耕地人均占有 率很低的国家来说，如何做好粉煤灰的利用和处置确实是一个十分紧迫的问题。 1 2 1 2 对大气的污染 燃煤飞灰就是粉煤灰的悬浮颗粒物，在冬季，因燃煤量上升导致空气中飞灰 增加和煤中有害元素的富集。细颗粒能长时间漂浮在大气环境中( 一般为7 d , 时 一1 天) ，随气流进行远距离输送，造成区域性环境污染。 1 2 1 3 对土壤和水环境的危害 由于利用率低，大量的粉煤灰只能堆积于灰场或回填，然而回填后粉煤灰中 微量元素、放射性元素的迁移会造成对土壤、地下水的严重污染。 特别是在农业利用中，粉煤灰的运输与施用成本以及污染物质在土壤中的积 累等因素限制了它的广泛应用，这也是目前粉煤灰在农业利用中的症结： ( 1 ) 从粉煤灰的性质来看，粉煤灰的p h 值较高，将改变土壤的化学平衡。 粉煤灰中的c a o 、m g o 水解可提高土壤p h ，施用粉煤灰8 ，石灰性土壤的p h 可从 8 o j = 升到1 0 8 ( 袁菊，刘方2 0 0 5 ) ，粉煤灰提高土壤盐度，可能降低酸性土 壤中营养元素的有效性，表现为磷、锌元素的缺乏。 ( 2 ) 粉煤灰用于改良土壤或作为肥料，虽然它的营养元素种类多，但含量较 少，在利用中用量较大，这必将提高粉煤灰利用的成本，限制了它在农业中的利 用。 贵州大学2 0 0 6 届硕：b 研究生学位论文 ( 3 ) 粉煤灰中含有许多微量元素，其含量均高于一般的土壤，施入土壤能为 作物提供一定数量的微量元素，但如果施入量过多，会造成对土壤、农产品的污 染( 高占国等，2 0 0 3 ) ；此外，粉煤灰还含有重金属等污染物，这些重金属通过 食物链富集于农产品中，从而降低农产品的品质( 曹仁林等，2 0 0 0 ) 。在利用粉 煤灰改良的土壤上种植农产品，重金属积累于作物中，进入食物链，重金属还可 能被水淋溶，溶解于水中，污染地下水，最终危害人类的健康。 综上所述，粉煤灰利用的研究已益受到相关学科的关注，在工业和农业中 都得到了应用，并取得了许多研究成果。粉煤灰已广泛应用于建材、建工、筑路、 大坝、回填、农业等方面，而当前综合利用的水平较低，很多技术尚未研究引进， 很多产品还有待开发，这就使粉煤灰的产品发展拥有了潜在的广阔市场。其次， 粉煤灰产业具有巨大的社会收益、环境效益和较高的经济效益，粉煤灰的综合利 用也是环保产业的重要组成部分，得到了政府的高度重视和有力支持。粉煤灰产 业在国民经济和社会发展中占有重要的地位和用这些作用已被我国众多的粉煤 灰产业的成功实践所证明。从可持续发展的观点看，煤的燃烧与污染控制是复杂 的系统工程，煤的形成与埋藏一煤炭资源特性一煤的燃烧一燃烧产物的处置与污 染控制，是一个互为关联的整体。其研究的核心，即是煤中有机组分和无机组分 在不同环境条件下的物理化学转化行为，研究目的则是充分利用有利于人类发展 的这些物质演化过程，并将不利化为有利或尽量控制不利的转化，从而实现废物 减量化和无害化。为此，首先是在观念上认识与正视电力发展与环境保护的关系， 充分认识粉煤灰的资源属性，充分认识废弃物是放错了地方的资源；其次在工作 中摒弃传统的“资源一产品一污染物排放”的物质单向流动的经济发展模式，积 极实践“资源一产品一再生资源”的物质反复循环流动的循环经济模式( 粉煤灰 资源化管理研究) ，不再把粉煤灰仅仅当作废弃物堆存起来，而是将其作为其他 产品生产过程的原料，变消极的“以储为主”为积极的“储用结合，积极利用”。 1 3 本研究的意义和内容 1 3 1 本研究的意义 尽管随着水资源的短缺及人们节水意识的提高，人们在千方百计节约用水， 但伴随着人口增长、社会文明程度及国民经济的发展，城市生活、生产的用水量 和排放量总在渐渐增加。目前全世界城市污水排放量达4 2 0 0 亿m 3 a ，大大超过 4 粉煤灰基质对草坪草生睦及南明河污染水体的净化效果 了往常水体自净能力，使不少水体受到了污染。水环境退化已是全球普遍面临的 重要问题，退化后的水环境修复、重建，已成为当前各国重视的焦点，也是环境 科学与工程研究的热点。欧洲一些国家从2 0 世纪7 0 年代开始进行水环境治理和 修复工作，并取得明显成效。利用植物净化污水被认为是一种廉价有效的水污染 控制技术，如何构建合理的植物处理系统，则是国内外研究的热点。德国首先推 行重新自然化( n a t u r a n a h e ) 的水环境保护策略，随后周边诸国如瑞士、奥地利等 也相继实行，力争将水环境恢复到接近自然的状况，使一度污染严重的欧洲诸河 大有改观。荷兰1 9 9 0 年对a u ef e a n e 地区进行水环境生物修复，使水质得到很 大改善。日本从1 9 8 0 年开始积极推进不断地恢复自然状态的水边环境建设，在 确保河流防洪、水资源利用功能的同时，创造出优美、和谐的自然环境。而利用 粉煤灰为基质的草坪草对城市景观污染水域的净化研究还未见有报道。 粉煤灰( 电厂飞灰) 是以煤为燃料，从烟道气体中收捕下来的细灰，其含量 约占燃煤总量的5 一2 0 ，为燃煤电厂排出的主要固体废弃物。目前，世界上 粉煤灰年排放量约5 亿t ，我国年排放置8 0 0 0 万t 以上。随着电力工业的发展， 粉煤灰年排放量日益增加，这些粉煤灰被大量堆放在储灰场，既污染了环境，又 浪费了资源。为了保护环境，变废为宝，2 0 世纪7 0 年代以来，粉煤灰的综合利 用已经被世界各国所关注。粉煤灰是一种固体废弃物，其比表面积大，常被用来 作吸附材料而广泛应用于污水的处理。粉煤灰处理城市污水的技术已经运用于工 业实践，它可有效地去除城市污水中的有机物、色度、重金属、氮、磷等污染物 质。哈尔滨马家沟粉煤灰处理城市污水示范工程投资3 0 0 元m 2 水，运行费用为 0 0 5 元m 2 水，投资和运行费用分别为二级生物处理法的l ，3 和1 5 ，c o d 的去 除率为6 7 6 ，b o d 5 去除率为5 2 4 ，s s 的去除率为9 0 8 。主要重金属的去 除都在8 0 以上，对色度和臭味的去除尤为明显。山西神头电厂曾进行过生活 污水不经生物处理直接用来冲灰的现场试验，结果c o d 去除率为6 7 3 7 、b o d 5 的去除率为6 9 8 3 ，效果高于生物接触氧化法。董树军等以粉煤灰对生活污水 中c o d 的吸附规律与活性炭的吸附性能进行了比较。结果表明，粉煤灰对生活 污水中c o d 有较强的吸附作用，当灰水比为l ：1 0 时，粉煤灰和活性炭的平均 去除率分别是8 6 0 和9 5 1 。粉煤灰对c o d 的吸附行为符合f r e u n d l i c h 等温 方程式。低p h 值、高灰水比、粗粒径粉煤灰有利于c o d 的去除。粉煤灰还可 贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生学位论文 以改善土壤的物理性质，促进土壤中微生物活性，提高土壤持水力，为植物生长 创造良好的环境。此外，粉煤灰化学成分丰富而稳定，含有作物需要的大量及微量 营养元素，它可以刺激作物生长，显著提高作物产量。但粉煤灰中还含有一些高 浓度的可溶性盐类及微量重金属元素，直接农用可能会对产品质量造成不良影 响。为使粉煤灰利用脱离食物链，可发展粉煤灰在草坪业中的应用。将粉煤灰应 用于草坪业，不仅能解决粉煤灰堆放产生的占地与环境问题，而且可以缓解草坪产 业化对土壤资源的掠夺性开发。 本文着意于利用粉煤灰基质种植草坪草，研究该系统净化受污染水体的可 能性，以达到充分利用固体废弃物的目的。 1 3 2 本研究的主要内容 1 、对南明河河水进行水质监测，并对影响南明河水质的因素进行分析。 2 、草坪草的筛选试验，根据草坪草在粉煤灰基质中的生长情况选出适合栽 种的草坪草。 3 、粉煤灰、黄壤、磷石膏的配比试验，本文利用正交设计，将粉煤灰、黄 壤、磷石膏按不同比例混合，以选出适合草坪草生长、污水净化效果良好以及环 境负面影响小的基质配比。试验方案分为三水平四因素正交试验设计：3 水平即 1 、3 0 煤灰+ 7 0 黄壤、2 、5 0 煤灰+ 5 0 黄壤、3 、7 0 煤灰+ 3 0 黄壤； 与磷石膏的不同比例( o 克、1 0 0 克、2 0 0 克) 混合，形成四因素试验。 1 3 3 本研究拟解决的关键问题 1 ) 在不旌加化学肥料的条件下，配比基质是否适应草坪草的生长。 2 ) 渗滤液对环境的影响问题。 3 ) 通过该种生物净化对南明河河水污染是否得到有效改善，即研究的可行 性问题。 4 ) 阐明配比基质种草对土壤及水环境的影响。 6 粉煤灰基质对草坪草生长及南明河污染水体的净化效果 第二章贵阳市南明河的水质变化及影响因素 2 1 南明河概况 南明河发源于贵州省平坝县境内白泥田，属于乌江支流。流经贵阳市花溪 区、南明区、云岩区、乌当区进入龙里县，在贵定县与独木河汇合称清水河，再 汇入乌江。南明河被誉为贵阳市的母亲河，从城市南端流入，蜿蜒穿行通过城市 主城区，从东北面流出城市。地处河源地段，沿途支流纵横交错。流域植被中等， 岩溶发育，属浅丘陵半垦区。南明河全长l l l k m ，大部分位于贵阳市境内，流域 内集中了贵阳市大部分的工业和2 3 的人口，南明河及其支流承担了贵阳市三分 之二地区的泄洪和排污主渠道功能。所以南明河与贵阳市人民的生活卫生密切关 联。但是，随着社会经济的发展，近些年来，城市人口迅速增长，城市生产生活 供水需求不断增大。大量降水在各源头区上游水库被拦截，经过城市消费后，大 量的污水汇入下水道，流入南明河各支流，最终排入南明河水体。南明河流域有 1 7 0 万居民和2 0 7 家生产经营性单位，每年排入南明河的污水约1 3 亿立方米，： 其中含c o d ( 化学需氧量) 约4 8 2 万吨年，n h 3 - n ( 氨氮) 约o 6 5 万吨年( 甘 露，叶红艳等，1 9 9 8 ) 。根据贵阳市环境监测资料表明：目前南明河已有相当部 分河段水体丧失地表水环境功能，流经主城区河段水质为劣v 类。主要污染源是 城市超标排放的生活污水和工业生产废水，主要污染为氨氮、总磷、化学需氧量、 粪大肠菌群等有机污染和微生物污染。 2 2 南明河在不同时期的水质状况 为了定量分析南明河水质污染状况，我们对南明河的五个断面进行了监测， 分别是花溪水库坝脚、水口寺、普渡桥以及两条支流上的市西河河口、贯城河河 口，采样时间分别在每年的丰、平、枯水期各采样一次，水质监测项目共选择了 1 2 项，包括p h 值、总磷、总氮、d o 、c o d 、b o d 5 。其中，测定p h 值用玻璃 电极法，总磷用过硫酸钾一分光光度法，总氮过硫酸钾氧化一分光光度法，d 0 用碘量法，c o d 用重铬酸钾法。表2 1 为枯水期水质概况：表2 2 为丰水期水 质概况；表2 3 为平水期水质概况。 塞型查兰! ! ! ! 旦堡主塑壅生兰竺堡奎 表2 一l 采样点枯水期水质分析单位：m g l ( p h 除外) 断面ph总磷总氮d oc o d e r b o d 5 花溪 7 6 4 0 0 1 71 4 5 39 0 3 5 0 01 0 0 水口寺 普渡桥 市西河 7 5 4 7 5 7 7 6 5 0 8 6 4 1 3 5 9 2 3 6 5 2 1 6 2 1 9 7 9 2 0 2 6 5 1 l 3 7 4 26 5 6 8 8 0 2 7 6 0 3 0 6 5 8 7 l 4 7 1 2 3 6 贯城河7 8 321 4 2 1 8 6 53 7 5 2 6 3 94 2 6 采样时间：2 0 0 4 3 4 表2 2 采样点丰水期水质分析 单位：m g l ( p h 除外) 断面ph总磷总氯d oc o d c r b o d s 花溪 7 3 i 水口寺7 “ 普渡桥 7 3 0 市西河7 6 5 0 0 1 4 0 6 2 2 0 5 3 3 i 6 8 1 6 4 5 1 5 2 3 1 0 4 2 1 2 6 5 6 5 7 1 4 2 l 4 7 5 3 6 5 5 o o 3 1 1 5 2 4 7 5 2 4 1 8 1 0 0 6 6 3 1 0 0 3 2 贯城河7 5 4 1 8 7 41 3 6 23 9 82 1 3 6 3 6 3 采样时间：2 0 0 4 8 1 4 表2 - - 3 采样点平水期水质分析 单位：m g l ( p h 除外) 断面ph总磷总氨d oc o d e r b o d 5 花溪 水口寺 普渡桥 市西河 7 2 4 7 3 5 7 5 2 7 5 4 0 0 1 3 0 9 1 3 0 8 6 0 1 9 8 5 1 6 6 9 1 9 5 0 1 3 1 6 2 1 3 5 8 2 2 1 7 0 3 9 l 3 2 3 5 0 0 5 9 9 4 1 3 3 9 3 8 6 2 1 0 0 6 8 5 4 0 9 3 6 8 贯城河 7 6 51 9 8 62 0 3 6 2 9 62 25 8 5 6 2 采样时间：2 0 0 4 1 1 8 2 3 讨论 从表2 - - 1 、