2.9 在环境工程中的利用
粉煤灰比表面积大、多孔，具有一定的活性基团，这就使其具有较强的吸附能力成为污水处理的吸附材料。粉煤灰的吸附作用主要包括物理吸附和化学吸附两种，它能吸附污水中悬浮物、脱除有色物质、降低色度、吸附并除去污水中的耗氧物质。
物理吸附是指粉煤灰与吸附质间通过分子间引力产生吸附，这一作用由粉煤灰的多孔性及比表面积决定。其特征主要是吸附时粉煤灰颗粒表面能降低、放热，在低温下可自发进行；其次是无选择性，因而对各种污染物都有一定吸附去除能力。
化学吸附是指粉煤灰中存在着大量铝、铁、硅等活性点，能与吸附质通过化学键发生结合。例如，粉煤灰中的Al2O3、CaO等活性组分，能与氟生成络合物或生成对氟有絮凝作用的胶体离子，从而具有较好的除氟能力。粉煤灰还具有一定的除臭能力。从某发电厂的试验结果可以看出，粉煤灰对含油废水COD和氨氮去除率超过20%，经过工业运行充分混合，长时间吸附、沉降、过滤及生化处理，效果更佳。
在通常情况下，物理吸附和化学吸附作用同时存在，但在不同条件下（pH值、温度）体现出的优势不同，导致粉煤灰的吸附性能变化。
2.9.1 处理生活污水
粉煤灰可作为生活污水的吸附剂，它对COD的吸附受pH值、灰水比、粉煤灰粒径、温度、时间等因素影响。
（1）pH值的影响
吸附性能随pH值的增大而减小。原因是当pH值改变时，水及溶解在其中的各种分子或离子态物质会表现出各种各样的物理化学行为。另外，粉煤灰的主要化学成分是Al2O3、CaO、SiO2等，酸性条件下铝及铁部分溶出变成无机混凝剂，在一定程度上促进了粉煤灰的吸附作用。生活污水的COD去除率随pH值的变化较平缓，表明pH值对粉煤灰的吸附作用影响不大。从经济方面考虑，生活污水可以不调节pH值，可以进行直接处理。
（2）灰水比的影响
吸附性能随灰水比的增大而增加，但灰水比达到一定比例，吸附性能增加不明显。因此，不同的粉煤灰对不同的生活污水有一个相应的最佳灰水比值。
（3）粒径的影响
吸附性能随粒径变小而减小。因为粉煤灰粒径越大，颗粒表面粗糙，内孔丰富，含碳粒较多，所以吸附性能自然好。而粒径小的粉煤灰颗粒中含少量碳粒，其余均为透明的玻璃体，颗粒表面光滑且内孔细小，所以吸附性能就小。
（4）温度的影响
吸附性能随污水温度的降低而升高，因为吸附反应是一个自发的放热反应。但对污水处理来讲，一般在常温进行。
（5）时间的影响
吸附性能随时间的增加而增大，但到一定时间，吸附达到平衡后，吸附性能与时间基本无关。
2.9.2 处理含氟废水
高浓度含氟化工废水的处理采用电石渣混凝沉淀—粉煤灰过滤工艺，处理后氟及其他各种指标均达到国家排放标准。主要控制指标为电石渣用量、搅拌反应时间、接触时间等。直接用粉煤灰做吸附剂，对含氟质量浓度为10～500mg/L的废水进行除氟处理，在最佳条件下，除氟率可达90%以上，除氟后的饱和灰烧制成砖块，对环境不会造成二次污染。另外，还可以利用粉煤灰-生石灰体系进行处理，在废水含氟20～100mg/L的情况下，可使其降至10mg/L以下。用此法处理含氟废水工艺简单，操作方便，成本低廉。用粉煤灰中回收的磁珠作磁种，加入混凝剂，用高梯度磁分离技术处理含磷废水效果显著。
专栏2-6：含氟废水污染现状及危害
（1）污染现状
目前，我国含氟废水主要来源于工业生产的排放，主要为生产氟化物工艺排放的废水、残余含氟工业原料及生产半导体集成电路等生产过程中排放的废水。这些企业每年向周围环境中排放大量的固体氟化物和含氟废水。通常排放的废水中氟离子浓度每升从几十到几千毫克不等，甚至氟离子浓度每升可达上万毫克。特别是随着近些年经济快速的增长以及电子工业中集成电路等企业建设投产，使工业含氟废水的排放总量逐年以万吨的速度急剧增长。
（2）氟离子废水危害
工业含氟废水的大量排放，不仅污染环境，还会危害到农作物和牲畜的生长发育，并且可以通过食物链影响到人体健康。
氟对人体的影响。氟是人体从外界摄入重要的微量元素之一，饮用水适宜的氟浓度为0.5～1.0mg/L，如摄入氟量过低会产生龋齿。然而，如果长期饮用氟浓度高于1.0mg/L的水，则会引发氟斑牙病、腹泻、氟骨病等中毒现象。氟是人体骨骼和牙齿的重要组成成分之一，同样氟也影响着动物的骨组织和牙质的形成。人体过量摄入氟或氟不足时都不利于健康。氟匮乏会出现齿质变差、易脱落等症状。摄入氟过量时会抑制生物体的新陈代谢，表现为破坏钙、磷代谢；由于氟本身具有矿化作用，使骨骼中钙质转变，进而扰乱骨骼中正常的氟磷比；现在常见的骨节硬化、骨质疏松、关节僵硬，筋腿钙化等病状也都与氟的摄入量有关。当人体摄取氟过多时会出现急性中毒症状，此时不良反应主要表现为腹痛、腹泻、头晕、恶心、呕吐，肢体痉挛等病症，严重时会使人体休克及心力衰竭。长期饮用含氟较高的水体，会引起一系列慢性病变，如医学上常见的氟斑牙和氟骨病等。此外，氟和氟化物还能刺激和腐蚀人体皮肤和黏膜。
对动物的危害。动物从环境中吸收少量氟，因其生物体本身具有排毒的功效，不会对动物机体产生危害。当从环境中摄入氟量过高时，就会引起动物体产生中毒现象。动物机体中牙齿是受氟影响最大的地方，氟对动物牙齿的重要性，与其对人类牙齿的作用相似。如牛、马等牲畜大量食用含氟牧草后，会使家畜出现慢性氟中毒病症，即为“长牙病”。会使牛、马等牲畜出现精神欠佳，体态廋弱，牙齿发黑、牙齿易磨损、脱落，从而影响家畜的采食、咀嚼消化食物，如长期食用高氟牧草还会使骨头酥脆，甚至严重时出现骨瘤病症。
对植物的危害。氟化物不仅会对人类和动物造成影响，环境中的氟可以随气流、降水影响到更远的区域，进入水体和土壤中的氟化物，植物会通过叶片呼吸作用直接吸入空气中的氟化物，也会利用根系作用将水中、土壤中的氟吸收到体内。由于被植物吸收的氟主要以溶解状态存在，能抑制植物的光合作用和呼吸作用等新陈代谢过程，进而影响糖类和蛋白质在植物体内的合成。又因为氟在植物组织中可长期蓄积，对植物产生一定的毒害作用。氟过高会对植物产生急性伤害，并出现“坏死斑”，严重时导致植株死亡。植物吸入过量的氟不仅影响自身生长，还会通过食物链进入食草动物体内。
2.9.3 处理焦化废水
粉煤灰为吸附剂在线处理来自生化处理工序的焦化废水，可以取得较好的污染物去除效果。某焦化厂处理水量100t/h，粉煤灰用量为1.7t/h时，COD、酚、氰化物、硫化物、油、氨氮、BOD5、色度的平均去除率为57.4%。处理后水质除氨氮略高外，其余污染物均达到我国一级焦化新厂排放标准。处理后的水60%被回用，用过的粉煤灰可制作建筑材料。
此外，利用粉煤灰的吸附作用，可以有效地进行其他废水的治理，如富营养化废水、中药废水、含二价铁离子的酸性矿井水、含砷废水、酚醛树脂生产中的含酚废水等。
2.9.4 用于烟气脱硫
近几年来，国内外都在开展利用粉煤灰制高级脱硫剂的研究。粉煤灰中主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO在常温有水存在的情况下，细粉末状的火山灰能与碱金属和碱土金属发生“凝硬反应”的特性，被认为是粉煤灰循环利用过程中提高钙基吸收剂利用率的原因所在。
试验证明，用粉煤灰制成的脱硫剂的脱硫效率要高于纯的石灰脱硫剂，这是因为气-固反应中吸收剂比表面积的大小是反应速率快慢的主要决定因素。在适当的灰/石灰比和反应温度时，脱硫率可达到90%以上。
2.9.5 用于防治噪声
（1）制作保温吸音材料
将70%粉煤灰和30%硅质黏土材料以及发泡剂等混配后，经二次烧成工艺制作粉煤灰泡沫玻璃，具有优良的防水、保温、隔热、吸声和隔声等性能，可广泛应用于建筑工程。用电厂70%的干灰和湿灰加黏结剂、石灰、黏土等制成φ80～100mm的料球放入高温炉内熔化成玻璃液态，经过离心喷吹制成粉煤灰纤维棉，再经深加工，可制作高档新型保温吸音板等建材产品。
（2）制作CRC双扣隔声墙板
轻质隔墙板是现代工业化建筑体系和新型墙体材料的重要组成部分。条板式CRC圆孔隔墙板在轻质隔墙板中发展最快，其中，圆孔隔墙板最为突出，约占市场的80%以上。粉煤灰CRC圆孔隔墙板以其重量轻、强度高、防火与耐水性能好、生产成本低、运输安装方便等特性得到了我国各级政府的大力推广与应用。
（3）工程实例
南京某公司开发了粉煤灰纤维棉防火吊顶板，有关情况如下。
①产品规格及性能
长×宽：1200mm×600mm，600mm×600mm，30mm×600mm。
厚：10mm、12mm、15mm、18mm。
尺寸公差：长、宽为±2mm，直角度为<1/200。
抗弯强度：平均≥0.62MPa。
含水率：<3%。
热导率：0.08W/（m·K）（75℃）。
吸声系数：0.04～0.06（250～400Hz）。
耐火等级：一级不燃（国家标准）。
密度：250kg/m3，370kg/m3，450kg/m3。
②原材料 主要原材料是粉煤灰纤维棉，加少量添加剂，以淀粉为胶黏剂。
③工艺流程 有关工艺生产过程和机械设备均从国内已经有成熟技术的矿棉吸声板移植过来，粉煤灰纤维棉吊顶板工艺流程如图2-46所示。
图2-46 粉煤灰纤维棉吊顶板工艺流程
④产品应用与开发前景 粉煤灰纤维棉防火吸声吊顶板集装饰、吸声、保温、防火、轻质、无公害等功能于一身，已广泛应用于宾馆、饭店、办公楼、影剧院、食堂、音乐厅、体育馆、商场、计算机房、控制室、候机楼、核电站、住宅、别墅等各种民用建筑和工业建筑中。由于这种材料可以锯切、刀割，采用吊挂方式安装，施工方便、快捷，很受欢迎。
目前，国内吸声板市场供不应求，尽管国内的吸声板主要仍将以矿棉或岩棉为原料，但粉煤灰可以作为重要的补充，在与矿棉板和岩棉板的竞争中处于有利的地位。