（环境科学专业论文）燃煤电厂固体废弃物贮存处置场污染控制标准研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e r m a lp o w e ri n d u s t r y , t h ep r o d u c t i o no fc o a l f i r e dp o w e rp l a n t w a s t ei n c r e a s e se a c hy e a r d e s p i t et h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nh a sb e e ni m p r o v i n g ，t h e r ei s s t i l lal a r g en u m b e ro fw a s t e sc s nn o tb ee f f e c t i v e l yu s e db e c a u s eo fh u g eb a s e t h eo p e r a t i o no f t h ea s hs t o r a g ea n dd i s p o s a ls i t e sw i l lb ea ni m p a c to ne n v i r o n m e n t ，s ot h ei n d u s t r i a lc o u n t r i e s e s t a b l i s ht h ep o l l u t i o nc o n t r o ls t a n d a r d sf o rt h eo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t t h ec u r r e n t i m p l e m e n t a t i o no fs t a n d a r d si nc h i n ai sg b 18 5 9 9 - 2 0 01 ”s t a n d a r df o rp o l l u t i o nc o n t r o lo nt h e s t o r a g ea n dd i s p o s a ls i t ef o rg e n e r a li n d u s t r i a ls o l i dw a s t e s ”b u tt h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ea n d t h e p e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n ta r et o os t r i c tt oc a u s ep r o b l e m sf o rt h el o c a t i o na n do p e r a t i o no ft h e s i t e s t h i sa r t i c l ef i r s tr e s e a r c ha n dt r a n s l a t et h er e g u l a t i o na n dt e c h n i c a lg u i d e l i n e so nt h e s t o r a g ea n dd i s p o s a ls i t eo fc o a l - f i r e dp o w e rp l a n tw a s t ei ni n d u s t r i a lc o u n t r i e s ，a n a l y s i st h e q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v er e q u i r e m e n t so nt h el o c a t i o n , p e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n ta n dt h e e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，t h e ne x t r a c t i o nw h i c hi sw o r t hl e a r n i n gf o rc h i n a s e c o n d l y , d e p t h a n a l y s i st h ed a t ao ft h ed u s tp o l l u t i o ne x a m p l ea n dt h eg r o u n d w a t e rs e e p a g ec o e f f i c i e n tt e s t , a n d t h er e s u l t sp r o v i d et h eb a s i sf o rr e a s o n a b l es e t t i n go ft h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ea n dt h ep e r m e a b i l i t y c o e f f i c i e n tn e x t , s t u d yt h eo p e r a t i o na n de n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n to fs e v e r a lc o a l f i r e dp o w e r p l a n ta s hl a n d f i l l s ，s u m m a r i z et h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nm e 鼬m r e sa n dp r o v i d ear e f e r e n c ef o r t h ep r o p o s e da m e n d m e n t s f i n a l l y , p r o p o s e da m e n d m e n t st og b18 5 9 9 - 2 0 01 ”s t a n d a r df o r p o l l u t i o nc o n 位o lo nt h es t o r a g ea n dd i s p o s a ls i t ef o rg e n e r a li n d u s t r i a ls o l i dw a s t e s ”：r e d u c et h e p r o t e c t i v ed i s t a n c ef r o m5 0 0 md o w nt o2 0 0 - 3 0 0 m ；a p p r o p r i a t et or e d u c et h er e q u i r e m e n t so f t h ep e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t , w h e nt h ep e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n ti s1x1 0 c m s ，r e d u c et h ec l a y l a y e rf r o m1 5 0 c mt o1 0 0 1 5 0 c m t h ep a p e ra l s op r o p o s et oe s t a b l i s ht h ei n d u s t r ys t a n d a r d so nt h es t o r a g ea n dd i s p o s a ls i t eo f c o a l f i e dp o w e rp l a n tw a s t e ，w h i c hi sr e c o g n i z e db yp o w e ri n d u s t r y n a t i o n a ld e v e l o p m e n ta n d r e f o r mc o m m i s s i o nh a sn o wa p p r o v e dt h ee s t a b l i s t n n e n to fi n d u s t r ys t a n d a r dp r o j e c t “c o a l f i r e dp o w e rp l a n tf o rs t o r a g eo fs o l i dw a s t ed i s p o s a ls i t ep o l l u t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g y s p e c i f i c a t i o n ，a n dt h er e l a t e dw o r kw i l lb ef u l l yl a u n c h e d k e y w o r d s ：c o a l f i r e dp o w e rp l a n t ，s o l i dw a s t e s ，s t o r a g ea n dd i s p o s a ls i t e ，p o l l u t i o nc o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。本论文除了文中特别加以标注和致谢的内容外，不包含其他人或其他 机构已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京信息工程大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。其他同志对本研究所做的贡献均已在 论文中作了声明并表示谢意。 学位论文作者签名- 塑 签字嗍型孚堕 关于论文使用授权的说明 南京信息工程大学、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 杂志社、中国 科学技术信息研究所的中国学位论文全文数据库有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，并 通过网络向社会提供信息服务。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京信息工程大学研究 生部办理。 口公开口保密(年月) ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 学位论文作者签名依五砭签字日期：加d 垒6 同鲫 指导教师签名：显坐4 一签字日期：叁坐乏趔一 1 1 论文研究背景及意义 第一章前言 电力工业是国民经济的基础行业，是社会生产和人民生活重要的能源来源。“十一五” 期间我国经济高速发展，电力需求不断增大，截至2 0 0 8 年底，全国总装机容量7 9 2 亿k w ， 其中燃煤火电装机容量6 0 1 亿k w ，占总装机容量的7 5 9 2 。随着我国经济水平的不断增 长，中国电力行业也将保持快速发展并持续相当长时间。 表l - 12 0 0 2 - 2 0 0 8 年火电装机容量变化情况 可以看出，我国电力生产以火电为主，燃煤发电占主导地位，而随着大量煤炭燃烧， 带来了严重的环境问题，使得燃煤电厂成为我国主要的工业污染源。其中，燃煤电厂运行 产生大量燃煤固体废弃物的处理处置，一直是污染控制关注的重点。 国家环保部2 0 0 8 年公布的全国环境统计公报数据显示，当年全国工业固体废弃物总产 量1 9 0 亿吨，工业固体废物综合利用量1 2 3 亿吨，约占总量的6 4 3 。工业固体废弃物贮 存量达2 2 千万吨，处置量达4 8 千万吨，最终排放量达7 8 i 8 万吨f 1 1 。近年来，电厂燃煤 固体废弃物已经成为我国产生量最大的工业固体废弃物，占工业固体废弃物总产量的2 0 以上。2 0 0 8 年全国燃煤发电消耗原煤约1 4 6 亿吨，产生粉煤灰约3 9 亿吨，同比增长2 6 ； 粉煤灰综合利用量达到2 6 亿吨，综合利用率为6 7 ，个别省市燃煤废渣综合利用率接近 1 0 0 ；上海2 0 0 8 年粉煤灰综合利用率超过9 5 【2 】，脱硫石膏综合利用率约为8 0 【3 】。尽 管如此，由于全国燃煤固体废弃物产量巨大，地区综合利用水平参差不齐，仍有大量废弃 物得不到有效利用必须进入灰渣场贮存，而在贮存处置过程中，燃煤固体废弃物中的可溶 盐和微量元素的溶出及风吹造成的飞尘对贮放场周围的环境都会产生不利影响，所以必须 1 加强对燃煤电厂固体废弃物贮存处置场环境污染的控制和管理。 我国最早在1 9 9 5 年1 月颁布施行g b t 1 5 3 2 1 1 9 9 4 电厂粉煤灰渣排放与综合利用技 术通则，对粉煤灰渣的排、贮运技术提出要求。目前，我国燃煤电厂灰渣及脱硫副产物的 贮存处置按照g b l 8 5 9 9 - 2 0 0 1 一般工业固体废物贮存、处置场污染控制指标执行。但随 着燃煤电厂的发展、火力发电技术的革新与改造，电厂产生的灰渣质量及特性有所改善， 贮存处置设施的建设也日趋合理，该标准的规定已经愈发不适合新建灰场的设计、管理及 运行，同时规定中的一些强制性要求对于贮存处置电厂燃煤废弃物而言过于严格，无形中 增大了电厂的投资成本，降低了环保效益和经济效益。因而制定一套更加合理有效且专门 针对燃煤电厂固体废弃物贮存处置场的污染控制指标迫在眉睫。 国际上，固体废弃物贮存处置技术最早是于上世纪六七十年代在工业发达国家发展起 来的，以德国为代表的欧盟国家、美国、日本等工业发达国家在这时期先后开展了固体废 物及污染情况的调查治理工作，并在此基础上制定了固体废物污染控制法规及相关的技术 标准，对燃煤电厂固体废弃物贮存处置管理也正是在这一阶段成熟发展起来。因此分析研 究国外现有固体废弃物分类贮存处置的法规、政策及技术规范，并结合我国燃煤电厂固体 废弃物贮存处置场现状，借鉴国外经验，对国标g b l 8 5 9 9 2 0 0 1 一般工业固体废物贮存、 处置场污染控制指标中不合理的强制性要求提出修改意见，有利于我国燃煤电厂废弃物 贮存处置场的运营管理，提高电厂经济效益和环境效益。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外 工业发达国家一直致力于工业固废综合利用技术的研发和应用，同时也严格控制废弃 物的贮存处置，欧盟( 以德国为代表) 、日本、美国等都颁布了相应的法律法规以限制和控 制新建贮存处置设施，并通过一系列的技术导则来规范贮存处置场地的建设以及运营，以 达到节省土地资源，防止环境污染的目的。 1 9 8 9 年3 月联合国规划署在巴塞尔召开的世界环境保护会议上通过了控制危险废料 越境转移及其处置巴塞尔公约( 简称巴塞尔公约) ，旨在遏制越境转移危险废料，特别是 向发展中国家出口和转移危险废料，公约还发布了s b c0 2 0 3 号文件一特别设计垃圾 2 填埋场指导，对废弃物处置填埋提出建议：世界银行制定的通用环境健康与安全指南 以及废弃物管理设施环境健康与安全指南( e h s ) ，作为技术参考文件，涵盖了专门用 来处理管理市政固体废弃物和工业废弃物的各种设施或项目，要求世界银行集团的一个或 多个成员参与该类项目时，应结合这些成员各自政策和标准的要求来执行本 e h s 指南 【4 1 【5 1 。 德国是世界上燃煤废弃物综合利用开展的最早、最规范的国家之一，不仅燃煤废渣品 质高、利用途径广，而且运输加工过程环保且综合利用率高，对于实在无法综合利用需进 入填埋场地贮存处置的废弃物，德国也制定了完善的法规和技术导则规范贮存场地的建设 和运营。从1 9 7 2 年开始相继颁布了废弃物法例、废弃物管理法、废弃物安全填埋法， 规定在每一个大区域城市中必须要建立足够数量的固体废物中心填埋场。1 9 9 1 年制定的 废弃物技术导则( 1 a a ) 和1 9 9 3 年制定的居民废弃物技术导则( 1 a s i ) ，针对废弃 物填埋场地的安全性提出了更高的要求。1 9 9 3 年德国政府颁布固体废弃物减量与管理法 案第3 版行政管理规定，其中给出了工业固体废弃物的具体填埋要求。另外，作为欧盟成 员国之一，德国在对燃煤电厂废弃物贮存处置时还需遵守欧盟废弃物填埋导则第 1 9 9 9 3 1 e c 指令的有关规定眄】【7 】。 在美国，由于拥有足够的场地，固体废物的填埋处理是合法并受到鼓励的。美国国会 在1 9 7 6 年1 0 月通过了资源保护与回收法( i 汜r a ，又称作固体废物处理法) ，第一 次将废弃物分为两大类：c 类危险废物和d 类非危险废物i s ：1 9 7 9 年美国环保署颁布4 0 c f r 2 5 7 节法规固体废弃物处理设施和开工的分类标准，规定了除城市固体废弃物填埋 场以外的其他废弃物处理设施要求。1 9 9 1 年颁布的4 0 c f r2 5 8 节法规城市固体废弃 物填埋场标准中规定城市固体废弃物填埋场也能够接受资源保护与回收法( r c r a ) 中的d 类废弃物，即非危险废弃物，包括商业固废，无害污泥和工业固体废弃物；同时颁 布的还有4 0 c f r 第2 6 4 条法规，其中给出了危险废弃物处理贮存及处置设施的管理标准9 1 。 除此之外，1 9 9 1 年修订的清洁空气法( c a a ) 、1 9 9 0 年颁布实施的清洁水法( c w a ) 对从固体废弃物处置设施中气体和废水的排放作出了明确规定；联邦航空管理局( f a a ) 咨询通告( a d v i s o r yc i r c u l a r ，a c ) 1 5 0 5 2 0 0 3 4 ( 2 0 0 0 8 ) 还设定了在e 从管理的机场附 近关于选址、建设和运行城市固体废物设施( 如填埋场、回收设备和转运站) 的指南1 0 1 ， 3 另外，美国环保署发布的非强制性指导文件美国工业固废管理指南对工业废弃物填埋 场地的选址、设计、污染防治等问题给出了具体的建议f l l 】。由此可见，美国在固体废弃物 贮存处置方面已形成完善的法律体系和科学的技术标准。 日本土地资源匮乏，人口密度极高。因此，日本始终重视固体废弃物的有效利用和填 埋场的控制管理。早在1 9 0 0 年，日本就颁布了污物扫除法，1 9 5 4 年颁布清扫法( 修 订的污物扫除法) ，这也是日本最早颁布的有关环境保护的法律。1 9 7 0 年日本环境省颁 布实施废弃物处理和公共清洁法( 简称废弃物处理法) ，经多次修订，2 0 0 1 年最新 修订的废弃物处理法对废弃物定义、处理原则、处理处置方针和技术方法作出立法规 定1 2 】；同年颁布的资源有效利用促进法明确提出要促进电力行业、建筑业中特定副产 品( 粉煤灰、泥沙) 的再生资源利用1 3 】。2 0 0 2 年日本环境省对第七号省令关于一般废弃 物填埋场和产业废弃物填埋场的技术标准的指令进一步修订完善，再次明确了废弃物贮 存处置场设计运行的技术要求和污染控制n 4 1 。 1 2 2 国内 我国政府和有关部门自8 0 年代末至9 0 年代初才开始着手对固体废弃物安全处理处置 的研究，起步较晚但成果显著。1 9 9 6 年颁布实施了中华人民共和国固体废物污染环境防 治法( 简称固废防治法) ，经2 0 0 4 年修订。固废防治法第三十三条明确规定“企 业事业单位应当根据经济、技术条件对其产生的工业固体废物加以利用；对暂时不利用或 者不能利用的，必须按照国务院环境保护行政主管部门的规定建设贮存设施、场所，安全 分类存放，或者采取无害化处置措施。建设工业固体废物贮存、处置的设施、场所，必须 符合国家环境保护标准。”【1 5 】随后，国家环境保护总局在1 9 9 7 年发布了g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 生活垃圾污染控制标准，2 0 0 1 年发布了g b l 8 5 9 7 2 0 0 1 危险废物贮存污染控制标准、 g b l 8 5 9 8 2 0 0 i 危险废物填埋污染控制标准和g b l 8 5 9 9 2 0 0 1 一般工业固体废物贮存、 处置场污染控制标准，2 0 0 8 年又对生活垃圾填埋场控制标准进行修订，进一步合理 完善了垃圾填埋场的技术管理要求t 1 6 】- 【1 9 1 。至此，我国固体废物填埋方面的控制标准已比较 齐全。 4 1 3 主要研究内容及方案 1 3 1 主要研究内容 1 熟悉燃煤电厂发电原理及固体废弃物的来源、物理化学特性、分类及综合利用技术。 2 研究固体废物分类标准及方法，粉煤灰、脱硫石膏特性及相关标准，学习国内外针 对工业固废的现行政策法规及相关标准。 3 研究国外对于燃煤电厂废弃物贮存处置场的控制现状：主要控制指标、采取的技术 措施和方法，分析探讨其中值得我国燃煤电厂废弃物贮存处置污染控制方面的借鉴之处。 4 分析研究g b l 8 5 9 9 2 0 0 1 一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准，对其中 不适用于燃煤电厂贮灰场污染控制的要求和控制指标提出改进建议。 1 3 2 研究方案 本项研究的具体工作方案主要如下： ( g b l 8 5 9 9 2 0 0 1 ) 一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准 基本框架 国外现行固废控制法规标准技术综合研究 借鉴 相关试验与实际案例归纳分析研究 燃煤电厂固体废物贮存处置场污染控制指标及防治措施研究 为燃煤电厂固体废物贮存场的建设、环境质量管理与评价提供依据 5 第二章燃煤电厂固体废弃物研究 在我国及大多数工业发达国家，对固体废物都采用分类管理方式，不同性质来源特性 的固体废物采取不同的管理政策和技术标准。在燃煤电厂废弃物贮放过程中，其中的可溶 盐和微量元素的溶出及风吹造成的扬尘对贮放场周围的环境都会造成不利影响，燃煤固体 的物理化学及浸出性质是影响贮存、处置场地的污染程度的重要因素之一，因此讨论分析 国内外固体废物分类，并了解燃煤电厂贮放废物排放现状及其特性，是研究其合理贮放及 防止贮放场地环境影响的理论基础。 2 1 国内外固体废弃物分类 2 1 1 按照来源和性质分类 我国固体废物分类管理工作的主要依据是中华人民共和国固体废物污染环境防治法 ，( 中华人民共和国主席令 2 0 0 4 第3 1 号) ( 以下简称固废防治法) 。固废防治法 根据产生源及对环境的危害程度将固体废物分为工业固体废物、生活垃圾和危险废物3 类， 其中工业固体废物，是指在工业生产活动中产生的固体废物。生活垃圾，是指在日常生活 中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃 圾的固体废物。危险废物，是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别 标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物1 5 1 。 固废防治法还规定“国务院环境保护行政主管部门对全国固体废物污染环境的防 治工作实施统一监督管理，国务院有关部门在各自的职责范围内负责固体废物污染环境防 治的监督管理工作”。相关部门根据实际工作需要建立了相应的固体废物分类标准或分类 目录。目前，生活垃圾、危险废物及医疗废物都己建立了各自的分类目录，虽然工业固废 还没有正式颁布二级分类目录，但是在排放污染物申报登记、环境统计、污染源普查，以 及大、中城市固体废物环境防治信息发布等实际工作中，也制定了相应的工业固体废物分 类统计目录。此外，医疗废物属于危险废物，有关部门根据医疗废物管理条例的规定 制定了医疗废物分类目录。 我国工业固体废物、生活垃圾、危险废物的具体分类情况见表2 1 ： 6 表2 - 1 我国固体废物分类 世界银行在废弃物管理设施环境健康及安全指南中将固体废物分为市政固体废弃 物( m s w ) 、工业有害废弃物和一般工业废弃物三类。一般工业废弃物指工业生产过程中 从废弃物处理设施、供水处理设施或空气污染控制设施产生的废物、垃圾、淤泥，以及丢 弃的其他材料，包括固态的、液态的、半固态的、含有气态材料的废弃物：惰性建设爆炸 材料；金属废料与空罐子之类的垃圾；以及工业生产过程中产生的残留废弃物，如炉渣、 渣块与飞尘【4 】，电厂粉煤灰属于一般工业废弃物。 欧盟所采用的固体废物分类方法是依照欧洲废物名单( e u r o p e a nw a s t el i s t ) ( 理 事会2 0 0 1 5 7 3 e c 号决议) 来执行的。该名单是将欧洲废物目录和危险废物名单 ( h a z a r d o u sw a s t el i s t ) 合并而制定的，共列举7 8 3 9 种固体废物，其中包括4 0 5 种危险废 物，根据产生源和废物种类，将固体废物分为2 0 章( 2 0 大类) ，列举了所有固体废物，并 用第1 6 章列举了名单中没有另行说明的废物。欧洲废物名单是欧洲通用的固体废物分 类体系，欧盟委员会规定，从2 0 0 2 年开始，所有的欧盟成员国必须将欧洲废物名单纳 入各自的相关法律、法规。 德国固体废物依据其性质可以分为6 类，分别为家庭垃圾及与家庭垃圾类似的工业垃 圾，采矿废物，生产垃圾，建筑垃圾，医院垃圾和污水处理产生的淤泥。 7 美国的资源保护与回收法规定，固体废物是指任何垃圾、原料以及由废水厂、供 水处理厂、空气污染控制设施产生的污泥或其他废物，还包括化工业、商业、矿山、农业 和公共场所产生的固体、液体、半固体或含有气体的物质，可分为危险废物( c ) 和非危 险废物( d ) 两大类。根据该法案，还将危险废物分为易燃性、腐蚀性、反应性、急性毒 性、毒性、e p 毒性等六大类，列出了上千种危险废物【8 】。根据美国环保署的规定，非危险 废物中又包括：工业废物，城市固体废物和特殊废物，其中特殊废物包含：水泥窑灰、采 矿废物、石油和天然气钻井泥浆、磷矿开采洗选加工废料以及矿物燃料燃烧废弃物( c c p ) 。 日本在废弃物处理和清扫法中提出，废弃物是指垃圾、粗大的废弃物、燃烧灰分、 污泥、人粪尿、废油废碱废酸、动物尸体等。日本按照处理责任人的不同将废弃物分为产 业废弃物和一般固体废弃物，在每个大类中，又将危害性较大的废弃物列为“特别管理废 弃物”，其性质类似于中国的危险废物佗j 。日本内阁府颁布的废弃物处理法实施令对 “特别管理废弃物”和产业废弃物所包含的种类作了具体规定。此外，日本环境省颁布了 一般废弃物的分类指导方针，市町村依据该方针对一般废弃物进行了分类管理。 表2 2 日本废弃物分类 对比我国和工业发达国家固体废物分类方法，可以看出，我国的固体废物的分类和管 理同时考虑来源和特性，存在“大类不齐，小类不细”的问题。大类别中，生活垃圾和工 业固体废物中都可能包含有危险废物，分类有所重复和交叉；小类别的分类又是由不同管 理部门根据实际的工作需要而制定的，多采用列举法进行分类，分类存在一些不衔接或不 统一的现象。进一步完善和细化我国固体废物分类，也将更有利于固体废物贮存处置管理。 2 1 2 按照浸出液特性分类 我国将未被列入国家危险废物名录或者根据国家规定的g b 5 0 8 5 1 3 1 9 9 7 危险废 8 物鉴别标准( 以下简称g b 5 0 8 5 ) 和g b 5 0 8 6 1 1 9 9 7 固体废物浸出毒性浸出方法( 以下 简称g b 5 0 8 6 ) 及g b f f l 5 5 5 5 1 1 5 5 5 5 1 1 固体废物浸出毒性测定方法( 以下简称 g b t 1 5 5 5 5 ) 判定不具有危险特性的工业固体废物称为一般工业固体废物【2 l 】【2 3 】。其中，按 照g b 5 0 8 6 规定方法进行浸出试验而获得浸出液中，任何一种污染物的浓度均未超过 g b 8 9 7 8 2 0 0 2 污水综合排放标准( 以下简称g b 8 9 7 8 2 0 0 2 ) 最高允许排放浓度，且v i a 值在d 9 范围内的一般工业固体废物称为第1 类一般工业固体废物：有一种或一种以上污染 物浓度超过g b 8 9 7 8 - 2 0 0 2 最高允许排放浓度，或者是p h 值在6 胡范围外的一般工业固体废物 成为第类一般工业固体废物。 依据固体废物浸出液中有害物质的浓度，欧盟将固体废物分为危险废物、非危险废物 和惰性废物。德国则将固体废物分为i 类废物和i i 类废物，美国则分为危险废物和非危险废 物两大类。尽管各个国家的浸出方法不同，但标准仍有可比性。 表2 3固体废物分类标准i 州疆珥瑚m 扎 由表可见，德国的i 类废物与欧共体的惰性废物相近，除缸外均比欧共体的惰性废物标 准更严。中国工业固体废物浸出液中除c ，和h g 比德国类固体废物的要求宽松外，其余均 与德国相当或更严。我国火电厂的燃煤废弃物浸出液中污染物浓度基本上都低于表中工业 9 固体废物的浓度限值，但由于p h 值高于9 ，因而被划为第类工业固体废物，而脱硫石膏则 属于i 类工业固体废物。火电厂灰渣在德国被划为第1 类工业固体废物，在欧盟则被划为惰 性废物，在美国属于非危险废弃物中的特殊废物，在日本归为一般产业废弃物。 2 2 燃煤电厂废弃物排放现状 我国2 0 0 8 年燃煤发电厂及供热消耗原煤约1 4 6 亿吨，产生粉煤灰约3 9 亿吨，利用量达 n 2 6 亿吨，综合利用率为6 7 ，脱硫副产品石膏约3 5 0 0 万吨，综合利用率约4 5 1 2 4 欧洲煤燃烧产品协会( e c o b a ) 每年都会对其成员国燃煤废弃物的产生和使用量进 行统计，2 0 0 7 年欧盟1 5 国共产生燃煤废弃物约6 1 1 6 3 万吨，粉煤灰占6 8 3 ，炉底灰约占 9 3 ，炉渣占2 4 ，循环流化床脱硫灰渣约占1 7 6 ，综合利用率约8 9 3 e 2 5 1 。 德国大电站协会公布的数据显示，德国2 0 0 4 年燃煤发电共产生灰渣2 6 2 5 万吨，其中 硬煤( 无烟煤和烟煤) 产生的灰渣为9 7 1 万吨，利用率为9 9 0 0 ，褐煤产生的灰渣为1 6 5 4 万吨，6 2 被储存或回填，3 8 得到利用。在德国，褐煤灰渣由于成份波动较大、其中所 含的氧化钙，特别是游离氧化钙含量较高，它的综合利用非常受限制，一般只用于回填等 简单低附加费值利用，或排放到灰场储存。 美国电力占总消耗能源的3 5 ，大约有9 0 的煤是用来发电的。据估计，到2 0 2 0 年， 由煤产生的电力仍将占全美发电量的4 6 ，因此美国每年产生上亿吨的燃煤产物。据美国 粉煤灰协会( a c a a ) 统计数据显示，2 0 0 8 年全美共产生燃煤电厂废弃物1 3 6 亿吨，其中 粉煤灰占4 4 4 ，炉底灰占1 3 5 ，炉渣占1 4 9 0 0 ，f g d 脱硫灰渣占1 3 ，流化床灰占6 9 0 0 ， 燃煤废弃物总的综合利用量约0 6 亿吨，有效利用率只有4 4 5 ，因此仍有大量的燃煤废 弃物进入贮存处置场地 2 0 3 。 2 0 0 8 年日本总装机容量为2 4 亿k w ，其中燃煤发电厂装机容量为0 3 7 5 亿k w ，占 1 5 6 。预计到2 0 1 7 年，日本总装机容量将达到2 6 2 亿k w ，届时燃煤装机容量为0 4 1 亿 k w ，占总量的1 5 5 。未来十年内，日本燃煤电厂装机容量基本稳定在总装机容量的1 6 左右。日本2 0 0 7 年粉煤灰产量为1 2 0 0 万吨，其中1 1 6 0 万吨得到有效利用，利用率达9 7 ； 电力工业产生粉煤灰8 7 6 万吨，占总产量的7 3 ，其余的2 7 来自于一般工业【2 7 1 。 在世界范围内，燃煤电厂废弃物产生量巨大，即使综合利用率较高，但由于基数庞大， 仍有相当数量的燃煤电厂废弃物将被贮存处置或者填埋，不仅占用大量土地资源，若填埋 1 0 设施处理不当，还将对环境造成污染和破坏。因此，各国在发展综合利用技术的同时也日 益重视对燃煤电厂废弃物填埋场的设计以及污染控制标准。 2 3 燃煤电厂固体废弃物特性分析 2 3 1 粉煤灰 2 3 1 1 粉煤灰的产生 粉煤灰主要是以煤为燃料的火力发电厂排出的固体废弃物。其中从烟道排出、主要经 除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰。它实际上是煤的非挥发物残渣，它的形成大致可 分为如下过程田】： 首先，煤粉被喷入炉膛中，气化温度较低的挥发分首先自煤灰内不断逸出，并燃烧发 热。挥发分的外逸，使煤粉变为具有一些孔隙的颗粒；随着燃烧的发展，它进一步成为多 孔性碳粒( 焦碳) 。其次，伴随着多孔性碳粒中的有机物燃烧和温度升高的同时，煤粉内的 高岭土脱水分解为氧化硅及氧化铝；硫化铁则分解为氧化铁并释放出三氧化硫。因此，在 多孔碳粒内夹杂着一定量的无机物，待碳分全部燃烧完毕后，残存的颗粒即变为多孔玻璃 体，其形貌仍保持着原有的不规则状态，但比表面积明显小于多孔碳粒。第三，随着燃烧 的进一步发展，多孔玻璃体逐步熔融收缩，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断 交小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差异，小颗粒一般比大 颗粒更具玻璃性和化学活性。最后，在悬浮燃烧后最终形成三种固体产物的总和，包括： 漂灰，它是从烟囱中漂出来的细灰； 粉煤灰，又称飞灰，它是烟道气体中收集的细灰； 炉底灰，是从炉底中排出的炉渣中的细灰。 燃烧后的灰渣，因原煤灰分含量不同，一般占原煤质量的1 5 , - - , 4 0 ，其中从烟道排出、 主要经除尘器收集下来的固体颗粒即为粉煤灰，其约为灰渣总质量的7 0 8 5 。 根据粉煤灰产生工艺和化学组成等的不同，一般将其分为普通粉煤灰、高钙粉煤灰、 脱硫粉煤灰以及流化床粉煤灰等。 2 3 1 2 粉煤灰特性 ( 1 ) 粉煤灰的矿物成分 大量研究结果表明跚，粉煤灰中的矿物相以玻璃质微珠为主，其次为结晶相，主要结 1 1 晶相为莫来石、磁铁矿、赤铁矿、石英、方解石等。粉煤灰的矿物组成是粉煤灰品质的重 要指标，决定了粉煤灰的化学成分。 表2 _ 4 我国粉煤灰的矿物组成范围( ) ( 2 ) 粉煤灰的化学成分 粉煤灰主要为煤中未燃烧的矿物，其中s i 、趟、f e 、c a 和m g 的氧化物约占了9 0 左 右，其它主要成分还有k 2 0 、n a 2 0 、s 0 3 、未燃烧的碳及多种微量元素。其化学组成受煤 的种类、产地、锅炉型式及灰的回收方式的影响踟。 表2 5 我国大部分粉煤灰的化学成分 成分 s i 0 2a 1 2 0 3 c a o f e 2 0 3m g os 0 2k 2 0 + n a 2 0 含量( ) 4 0 - - 6 55 枷 2 1o 3 10 0 5 2 5 0 20 2 3 5 ( 3 ) 粉煤灰的物理特性 粉煤灰的物理性质是化学成分和矿物组成的宏观反应。煤粉在进入1 3 0 0 - 1 5 0 0 c 的炉 膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却形成粉煤灰，由于表面压力的作用，粉煤灰 颗粒大部分呈球形，表面疏松多孔，比表面积大，而且具有一定的活性基团和吸附特性3 1 1 。 表2 1 6 粉煤灰的主要物理性质 容重粒度空隙度标准稠度比表面积灰分热值分离度 k g l ) ( m m )( ) 需水量( ) ( m 2 k g )( ) ( k j k g ) ( ) 0 5 - 1 ol7 - - - 4 0 6 0 7 5 3 5 6 52 0 0 - - 4 0 0 7 0 8 06 0 0 0 - 7 5 0 09 2 粉煤灰的物理特性主要体现在以下几方面： 粉煤灰颗粒的外观 一般用肉眼看到粉煤灰为灰色的粉末状物质。粉煤灰的颜色与f e 2 0 3 、c a o 、残留炭含 量和细度有关，f e 2 0 3 及残留炭含量越高，粉煤灰颜色越深，粗粒所占比例越多，反之颜 色越浅。 粉煤灰的密度 粉煤灰中各种颗粒密度差异非常大，我国粉煤灰的密度范围在1 7 7 - 2 4 3 9 m a ，平均 1 2 为2 0 8 9 m 3 。 粉煤灰的细度 粉煤灰中的颗粒粒径主要分布在0 5 - 3 0 0i lm 的范围内。粉煤灰的细度是与c a o 的含 量关系比较大，通常高钙粉煤灰的比较细。粉煤灰的细度通常采用一定孔径的筛余量表示， 也有用比表面积来表示的，这两种指标只能给出粉煤灰整体的细度，而粒径分布曲线反映 的粉煤灰的粒径分布情况可以更为准确反映粉煤灰的化学反应速度、需水量以及工作性能 等。 其他物理性质 粉煤灰还有其他重要的物理性质，如在工程上经常要用到的需水性、抗压强度比、体 积安定性、土工特性等或做建材要用到的导电性、均匀性、热学性质、高温性质等。粉煤 灰还具有磁性等特殊的性质。 ( 4 ) 粉煤灰的浸出特性 粉煤灰的浸出特性是影响贮放场地环境影响的重要因素之一，在粉煤灰的在贮放过程 中，干贮灰场及停运灰场的粉煤灰主要受到雨水的淋溶，湿贮灰场则不仅受到雨水的淋溶， 而且受到灰水的淋溶。通过淋滤，粉煤灰中的元素将会不同程度地溶出并随雨水向下迁移， 这就可能造成对地下水环境的影响。因此，深入研究粉煤灰的浸出特性对了解贮放场地对 环境的影响，从而采取必要的防护措施具有重要意义。 粉煤灰颗粒中元素的化学性质及化学活性是影响其浸出特性的主要因素，不同化学形 态的金属具有不同的化学活性，粉煤灰中除了一些常量元素外，还含有多种痕量重金属元 素和有害元素，研究表ne 3 2 1 ，痕量金属绝大部分以稳定态存在，煤在高温燃烧条件下颗粒 物中活性较大的形态含量减少。随酸雨p h 值的降低，颗粒物中金属溶出量增加；p h 相同， 浸取液中盐含量高时，金属溶出量增加。浸取过程中吸附一解析、p h 值、氧化还原条件和 固液界面离子交换等多种因素决定着颗粒物中重金属的溶出。 国内利用浸出试验方法，对粉煤灰浸出特性作了大量的研究，据统计分析，国内电厂 粉煤灰水的p h 值普遍偏高，很多超过污水排放标准。研究发现，p h 值与粉煤灰中c a o 和s 0 3 含量有关，且p h 值与c a 2 + s 0 4 2 。的浓度比基本上成正比例关系，粉煤灰本身的酸碱 性将影响到浸出液的最终p h 值，而浸出液p h 值的高低对微量元素的浸出速度和浸出浓度 1 3 均有较大的影响。在排灰水的偏碱性环境下，随着p h 值的增加，p b 、c d 、f 、m n 、a s 的 浓度逐渐减小：而c r 则随着p h 值的增加，先增大后减小。在浸出过程中，c a 2 + 、f 的浸 出速度很快。可见，粉煤灰中元素的浸出特性不仅与元素的种类及赋存形式有关，而且浸 出物的浓度与浸出液的p h 值有很大关系，随着p h 值的变化，不同元素浸出规律有很大差 别p 3 1 。 2 3 1 3 粉煤灰的危害 粉煤灰的危害可以大致分为大气危害、水体危害以及土壤危害。 ( 1 ) 对大气环境的污染 在煤烟型的污染中，气溶胶是主要污染物。在大多数城市，粉煤灰是悬浮颗粒物的主 要来源，贮灰场面积大，管理稍有疏忽就会导致大规模无组织排放，导致空气中粉煤灰含 量增加，煤中有害元素富集，大于2 t t m 的颗粒沉积在鼻咽内，可引起肥大性鼻炎，小于2 9 i n 的沉积在支气管与肺内，被血液吸收，送到各个器官对人体健康危害更大。另外，细颗粒 能长时间漂浮在大气环境中，随气流进行远距离输送，造成区域性环境污染。 ( 2 ) 对地表水和地下水的污染 被捕尘器捕获的粉煤灰，若采用湿排，粉煤灰中的有害元素会溶于灰水中，造成二次 污染，特别明显的是使p h 值升高，有毒有害的铬、砷等元素增加，堆放在储灰池中的粉 煤灰，因雨水渗淋，也会污染地表及地下水。 ( 3 ) 在改土方面，也具有潜在不利效应 可溶盐、硼及其它潜在毒性元素含量过高，可导致元素不均衡以及土壤的板结和硬化。 2 3 1 4 粉煤灰综合利用技术标准 粉煤灰的质量决定了其综合利用途径，我国最早的粉煤灰质量标准始于1 9 6 4 年，经过 一系列的发展和修改，现在主要针对粉煤灰在建材方面的应用有以下几个标准 3 4 h 3 7 ： 1 ) 粉煤灰作为水泥混合材 该标准最早是1 9 7 9 年颁布的g b l 5 9 6 - 1 9 7 9 用于水泥及混凝土中的粉煤灰，1 9 9 1 年和2 0 0 5 年又对其进行修改和补充，现行标准是g b 厂r 1 5 9 6 - 2 0 0 5 用于水泥和混凝土中的 标准。 1 4 表2 - 7 中国和美国水泥和混凝土用粉煤灰标准比较 2 ) 粉煤灰作为混凝土掺合料 g b t 1 5 9 6 - 2 0 0 5 用于水泥和混凝土中的标准同样适用于粉煤灰用于混凝土中作为 掺合料。该方面标准的制定参考了美国的a s t m c 6 1 8 - 0 0 标准，但有所区别。g b t 1 5 9 6 - 2 0 0 5 中参照a s t mc 6 1 8 0 0 按煤种将粉煤灰分为c 、f 类粉煤灰，并根据细度分为i 、m 级， 而a s t mc 6 1 8 0 0 仅根据煤种分为f 、c 类，还有n 类的火山灰原灰和烧结的天然火山灰， 细度要求仅相当于国标的级灰。另一区别，国标不仅规定了安定性的要求，还对粉煤灰 的游离氧化钙进行了规定。而a s t mc 6 1 8 - 0 0 仅对安定性有规定，对游离氧化钙不做规定。 这样能够更加符合现实情况，即使游离氧化钙超标只要安定性合格即可应用。 表2 - 8 中国与美国混凝土用粉煤灰标准比较 1 5 3 ) 硅酸盐制品用粉煤灰标准 j c 4 0 9 - - 1 9 9 1 硅酸盐建筑制品用粉煤灰对粉煤灰在粉煤灰砌块、粉煤灰砖及蒸压 粉煤灰加气混凝土等三种制品的应用做了一些规定。 表2 - 9 硅酸盐制品用粉煤灰标准 对于其它硅酸盐制品，如粉煤灰烧结砖和粉煤灰烧结陶粒至今尚未制定相应的粉煤灰 标准。 4 ) 农业用粉煤灰标准 为了防止粉煤灰对土壤、农作物、地下水和地面水的污染，国家环境保护局于1 9 8 7 年颁布了g b 8 1 7 3 - - 1 9 8 7 农用粉煤灰中污染物控制标准。标准规定，经过一年风化的湿 排灰用于土壤改良时，粉煤灰的污染物含量应符合表2 1 0 中的限值规定。 表2 1 0g b 8 1 7 3 1 9 8 7 农用粉煤灰中污染物控制标准 最高允许含量( m g k g ，干粉煤灰) 项目在酸性壤上在中性和碱性土壤上 鳓瑟5；5 ： 全挞与氯蚴 。二鬻0 0 0 1 0 0 0 ，。蒜戮6 0 0 ，( 其中氯化物 ) ( 其中氯化物 ) 以上是现有关于粉煤灰在一些方面应用的相