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山西省是国家资源型经济转型综合配套改革试验区,是能源革命综合改革试点。“十二五”以来,山西省为推进煤矸石、煤泥和中煤等低热值煤高效利用,逐步实施低热值煤发电项目。而低热值煤发电主要使用循环流化床锅炉,加之部分自备电厂和燃煤锅炉使用该炉型,由此产生大量的循环流化床粉煤灰[1-3]。文献[4]报道,目前中国循环流化床粉煤灰的产生量高达0.8~1.5亿t/a,其中山西省的产生量近4 000万t/a,位居全国之首。相较于传统煤粉锅炉1 400 ℃的燃烧温度,循环流化床锅炉的燃烧温度仅为850 ℃左右。循环流化床锅炉燃料包容性强,多采用炉内喷钙脱硫,其粉煤灰产生量是同等规模煤粉炉的1.5~2倍,且残碳量、硫钙含量较高,极大制约了其综合利用,因此目前绝大多数循环流化床粉煤灰以灰场或回填造地形式填埋处置[5-6]。循环流化床粉煤灰中含有镉、铬、铜、镍和硒等重金属,且普遍pH值偏高,处置不当将存在潜在的环境和人体健康风险[7-10]。开展不同暴露途径的风险评估,对循环流化床粉煤灰环境管理具有借鉴意义[11-12]。
山西省循环流化床粉煤灰环境风险评估及管控建议
Environmental risk assessment and management suggestions of circulating fluidized bed fly ash in Shanxi Province
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摘要: 为服务山西省循环流化床粉煤灰环境管理,本文在对全省循环流化床锅炉粉煤灰调查的基础上,选取典型粉煤灰开展了物理化学性质及污染物赋存及浸出特征研究,开展了不同暴露途径的环境风险评估,提出了环境风险管控建议。结果表明,循环流化床粉煤灰堆存对土壤和地下水无致癌风险,但具有一定的危害性,需强化堆存规范性、着力源头减量、拓宽综合利用,加强环境监管。Abstract: To serve the environmental management of circulating fluidized bed (CFB) fly ash in Shanxi, based on the province-wide investigation, this paper selected the typical fly ash to carry out the research on physicochemical properties and the occurring and leaching characteristics, and also assessed the environmental risks of different exposure scenarios. The environmental risk management suggestions were proposed. The results showed that CFB fly ash storage had no carcinogenic risk to soil and groundwater. However, because of its hazardous characteristics, it was necessary to strengthen the standardization of CFB fly ash storage, especially focusing on the source reduction, expanding the comprehensive utilization and reinforcing the environmental supervision.
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Key words:
- circulating fluidized bed /
- fly ash /
- environmental risk
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表 1 循环流化床粉煤灰化学组成
成分 含量/% SiO2 37.900 Al2O3 33.500 Fe2O3 5.730 SO3 4.990 CaO 8.550 TiO2 1.320 MgO 0.970 K2O 0.510 Na2O 0.044 P2O5 0.190 Cl 0.035 未然碳 1.900 表 2 循环流化床粉煤灰重金属含量
mg•kg−1 元素 含量 GB36600—2018 GB15618—2018
(6.5<pH≤7.5)As 21.7 60 30 V 129 752 - Pb 89 800 120 Cr 48.5 - 200 Mn 115.5 - - Cu 44.3 18 000 100 Mo 11.75 - - Se 24.4 - - Cd 4.445 65 0.3 Sb 1.23 180 - 表 3 循环流化床粉煤灰污染物浸出浓度
μg•L−1 元素 浓度 GB8978—1996 pH 12.3 6~9 As 35.9 500 V 3.37 - Pb 30.6 1 000 Cr 170 1 500 Mn 29.3 2 000 Cu 88.5 500 Mo 247 - Se 766 100 Cd 8.89 100 Sb 16.6 - 表 4 关注污染物的毒性特征
表 5 关注污染物风险计算结果
污染物 污染介质 致癌风险 单一污染物可接受致癌风险水平 危害商 单一污染物
可接受危害商风险是否
可接受镉 土壤 1.17 E-07 1.00 E-06 5.16 E-02 1.00 E+00 可接受 地下水 − 1.00 E-06 1.97 E-01 1.00 E+00 可接受 硒 土壤 − 1.00 E-06 1.09 E-02 1.00 E+00 可接受 地下水 − 1.00 E-06 3.40 E+00 1.00 E+00 不可接受 -
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