粉煤灰利用中的环境效应

2.3　粉煤灰的性质、形态与活性特征

2.3.1　粉煤灰的物理性质

粉煤灰的组成波动范围大，这就决定了其性质的差异。统计数据表明，我国68个火力发电厂的粉煤灰的基本物理性质见表2.3。

表2.3　粉煤灰的物理性能［2］
Table2.3　Fly ash's physical capability

从表2.3可以看出，粉煤灰密实度好，28天抗压强度大，可以用作建筑材料，如混凝土等；比表面积大，可以用作吸附剂，加上结构特性是良好的水处理材料。

2.3.2　粉煤灰的化学性质

火山灰是火山喷发溢流形成的一种矿石，矿体多呈黑色，棕黑暗粉末状结构，有玻基玄武岩——浮岩、玻基玄武岩、玻基玄武质火山灰三种基本类型。其外观呈微孔隙状，质地松软，体积质量较轻。粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬胶凝性能，但当以粉状及有水存在时，能在常温，特别是在水热处理（蒸汽养护）条件下，与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，生成具有水硬胶凝性能的化合物，成为一种增加强度和耐久性的材料。

2.3.3　粉煤灰的存在形态

图2.4　粉煤灰颗粒的物理模型［53］
Fig.2.4　The physicalmodel of fly ash grain

粉煤灰是以颗粒形态存在的，且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。人们通常将其按形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。其中珠状颗粒包括漂珠（亦称漂行空心微珠，英文为floaters）、空心沉珠（空心微珠，英文为Cenosphere）、复珠（子母珠）、密实沉珠（实心沉珠）和富铁玻璃珠等五大品种；渣状颗粒包括海绵状玻璃碴粒、炭粒、钝角颗粒、碎屑和黏聚颗粒等五大品种。正是由于这些颗粒各自组成上的变化，组合上的比例不同，才直接影响到粉煤灰质量的优劣。

2.3.4　粉煤灰的活性

粉煤灰的活性［1，2，29］也叫“火山灰活性”。火山灰活性是指火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等天然火山灰类物质所具有的这样一些性能：①其成分中以SiO2和Al2O3为主（75%～85%），且含有相当多的玻璃体或其他无定形物质；②在潮湿环境，能与Ca（OH）2等发生反应，生成一系列水化产物——凝胶。烧黏土、烧页岩、煤矸石烧渣、燃料灰渣等属人工火山灰类物质，粉煤灰便是其中的一种，同样具有上述性质。

粉煤灰化学活性的决定性因素是其中玻璃体含量，玻璃体中可溶性的SiO2、Al2 O3含量及玻璃体的解聚能力。粉煤灰的活性大小不是一成不变的，它可以通过人工手段激活。主要用以下方法改性：

（1）机械磨细法

机械磨细对提高粉煤灰（特别是颗粒粗大的粉煤灰）的活性非常有效。通过磨细，一方面粉碎粗大多孔的玻璃体，解除玻璃颗粒黏结，改善表面特性，减少摩擦，提高物理活性；另一方面，粗大玻璃体尤其是多孔和颗粒粘连的破坏，破坏了玻璃体表面坚固的保护膜，使内部的可溶性SiO2、Al2 O3溶出，断键增多，比表面积增大，反应接触面增加，活化分组增加，粉煤灰化学活性提高。

（2）水热合成法

主要在工程上应用，以增加粉煤灰在混凝土中的凝聚性能。

（3）碱性激发法

碱类物质对硅酸盐玻璃网络具有直接的破坏作用，所以碱溶液对粉煤灰具有较强的作用，即碱性激发。

总之，只要能瓦解粉煤灰结构，释放内部可溶性，将网络高聚体解聚成低聚度硅铝酸（盐）胶体物，就能提高粉煤灰的活性。

2.4　粉煤灰中元素的浸提和沥滤特性

粉煤灰主要由细小的玻璃体和中空粒子组成，粒径0.001～0.1 mm，比重1.9～2.9 g/cm3，是由无定型相和结晶相构成的非均相物质，可以把它看作是一种铁铝硅酸盐矿物，其中占支配地位的元素有Si、Al、Fe、Ca、K、Na、Mg、S等，它们一般在土壤的原水含量范围之内，但Mg、S高于土壤；微量元素的含量高于土壤也高于植物灰分，多数呈富集状态。粉煤灰中的初级矿物主要有石英、玻璃，少量矿物组分有石膏、石灰、赤铁矿、方镁石等。除硅酸盐外，还有硫酸盐、碳酸盐、氧化物和硫化物。从热力学角度预测的初级矿物有数十种，由于包熔体的存在以及某些组分的含量低，很多未观察到，而次生矿物更少。粉煤灰的pH值一般由母煤中硫的含量决定，从4.5到12以上［30］。

粉煤灰中元素的可溶性受多种因素影响，如粉煤灰的性质、浸提液的类型和浓度、固/液比、持续时间、温度、搅拌强度［31］。酸浸提时，灰的成分除Si外大部分可被抽水；水浸提时，除Ca、Na、S外，其他元素的浸出率不超过10%。Ca、K、Na以高可溶性的氧化物和硫酸盐存在，而Al、Fe则与难溶相相结合。浸提水的pH范围为3.3～12.3，有人认为初始pH与草酸浸提铁/可溶性钙的比率有关［32］，Fe/Ca> 3的粉煤灰浸提水呈酸性，Fe/Ca＜3的呈碱性。也有人发现初始pH与Ca/S比有关［57］，Ca/S＜2.5的粉煤灰产生酸性浸提水，Ca/S> 2.5的产生碱性浸提水。随着时间延长，酸性浸提水和碱性浸提水逐渐趋向于中性。

柱式法沥滤实验表明，常量元素的沥滤有两种模式：第一种初始浓度很高，随后迅速下降，趋向于表观静态平衡浓度；第二种初始浓度低于检测线，随后逐渐升高，可以持续以最高浓度沥滤。Ca、Na、K、S属于第一种，Al属于第二种。

碱性粉煤灰在50倍孔体积的水中，Ca、S沥滤量为总量的5%～10%，而Mg、Fe、Si的沥滤率小于0.01%。酸性粉煤灰在低于20倍孔体积水中，Ca、S的沥滤率高达13%～26%，Mg达5%，而Si、Fe则小于0.01%。微量元素的大部分可以用不同浓度的酸浸出，酸浸出量可以对灰渣中最终能沥滤出的元素总量作一粗略估计，对于自然环境中的沥滤过程能提供有用信息。某些以阴离子和酸性氧化物形式存在的元素往往具有较高的浸提和沥滤性质，如As。

元素的可浸提性及沥滤性未风化灰比风化灰高，pH和元素浓度是风化程度的函数，随灰的放置时间而改变。

灰渣中元素的迁移过程及其控制因素十分复杂，支配灰渣中的元素在长期沥滤环境中的浓度的主要地球化学过程是沉淀/溶解、吸附/溶解以及氧化还原形态。当元素溶解/沉淀反应的动力学速率很快时，沥滤液中该元素的长期浓度受溶解的固体或沉淀/溶解动力学速率影响，则溶解速率或吸附/解吸反应是控制沥滤浓度的主要过程。如果环境中有一种以上氧化态是稳定的，可能形成的次生相和可能发生的吸附/溶解反应均依赖于氧化状态。

2.5　粉煤灰处置中的环境效应

粉煤灰主要处置方法有两种：一种是土地填埋，一种是湿式贮灰池存储。贮灰池因成本低和操作简单是历史上应用最广的方法，但近年来由于担心地下水污染，许多国家要求灰池砌衬并监测地下水，使得成本提高，已逐渐被填埋法所取代。

2.5.1　对陆地生态系统的效应

主要的不利效应包括：灰中潜在的毒性物质对土壤和地下水的污染；由于灰渣不利的化学性质妨碍植被建立和生长；生长在灰水中的植物成分发生改变；增加潜在毒性物质通过食物链的传递和循环的风险。

2.5.1.1　潜在毒性物质的沥滤

灰渣中可溶盐和潜在毒性微量元素在沥滤液中的浓度很高，如As、Ba、Cd、Cr、Pb、Hg、Se等。美国环保局（USEPA）认为，燃烧残渣处置场（包括煤灰）是潜在的地下水污染主要区域。

灰渣沥滤液可以用高的可溶盐浓度以及占支配地位的阳离子Ca2＋和阴离子SO2－4来表征。新鲜灰比风化灰具有更大的污染潜势。在美国艾奥瓦州的研究发现，接触灰渣使地下水电导率由1.2 ds/m上升到2.19 ds/m，并使地下水水质类型由重碳酸钙型转变为硫酸钙型［57］。Cherkauer报道了由于灰的沥滤使地下水硫酸盐由背景值20～30 mg/L上升到860 mg/L。在上述两个例子中，Ca2＋、SO2－4的污染带都很窄（距污染源46～200 m），而且向填埋地下游迅速衰减；地下水中微量元素的含量也明显升高，但同样由于吸附和沉淀作用而迅速降低，污染尺度远低于实验室研究的预测值。这表明处置场的地点选择和特殊设计对限制地下水污染有重要作用。

2.5.1.2　对植物的效应

限制植物在废弃贮灰池或填埋地生长的主要因素首先是缺少N、P等营养物质，N在燃烧中挥发，而P的总量虽高于土壤，但其形态是Al、Fe、Ca等的难溶性磷酸盐，植物可利用磷少。

另一个不利的理化性质是灰中的可溶盐、碱度、硼及其他潜在毒性元素含量过高。灰的可溶盐能使EC≥13 ds/m，而ds/m≥4即对植物生长有害。灰中可溶性硼的含量可能超过250 mg/kg，而硼对植物的毒性界限仅30 mg/kg。很多场合，灰渣对植物的妨害直接由硼而来，如黄瓜因硼过敏而影响产量。灰的pH过高可导致植物必需的P和Cu、Fe、Mn、Zn等元素缺乏，还可能引起毒性元素As、Se的积累。

灰的硬凝性使透气、透水性变差并妨碍植物扎根。像国内的徐塘、邵武等电厂在灰场上种植萝卜，其产量低于对照田，就是因为灰的硬凝性造成萝卜块茎向下部延伸缓慢，生长受阻，影响产量。

上述因素对微生物生存不利，也限制了植被的建立。

尽管如此，仍有很多成功建立植被的例子［1］，一般来说应选择耐盐、耐硼的物种，并采取一定农艺措施。像国内的徐塘、邵武等电厂在纯灰上种植了蔬菜、小冠花、粮食作物和油料作物取得了成功。而莱芜、马头、太原、淮北等电厂在灰场纯灰上种植了树木、红白荆条、牧草，山西农科院用盆栽筛选优质牧草等，都获得了成功。

灰场上生长的植物一般积累了高水平的微量元素，包括As、B、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Se和Zn，其中有关Se积累的报道最多。如纽约排灰场自然生长的甜三叶草的Se含量高达60 mg/kg，在盖土填埋场上生长的甘蓝Se的含量为4.4 mg/kg，而对照组Se的含量只有0.17 mg/kg。

也有资料报道生长在碱性灰上的美国梧桐中B、Cu、Fe、Ni和Se的含量降低，而生长在酸性灰上的同样树种上述元素的含量升高，这表明元素的积累与否还与灰的基质有关。

2.5.1.3　对食物链的影响

粉煤灰中高浓度的元素能够沿着食物链由植物向草食性动物再向肉食性动物迁移。研究得最多的元素是Se，在一个Se含量为16 mg/kg的粉煤灰填埋场上收获的白色甜三叶草中Se的含量高达66 mg/kg，把草作为饲料的23.5%喂食绵羊和怀孕的母山羊，时间173 d，结果绵羊和山羊的组织以及血、奶中Se的含量多数比对照组高一个数量级。灰场土拨鼠组织中的Se含量明显升高，雌鼠往往高于雄鼠，10周龄幼稚鼠肝中也有很高的Se浓度［30］。给猪喂食灰填埋场上生长的甜三叶草，收集猪的骨架，把它作为饲料的23%喂给第二组猪，结果发现第二组猪组织中Se的含量升高，这表明来自粉煤灰中的Se可能传过几级食物链［68］。

2.5.2　对水生生态系统的效应

填埋或池贮的粉煤灰对邻近水生生态系统的效应，可能通过灰场流出物和地表径流的输入发生，也可能通过渗透和污染地下水而产生。影响对象包括水质和生物相。灰场流出物能使水电导、浊度、水温升高，多数情况下主要生态效应是同水的pH及元素浓度变化相联系的。灰场流出物的pH值变幅从3.5～12.5，一般酸性流出物因增加元素溶解度具有较大影响，但高碱性流出物也能产生严重的生态效应。在弗吉尼亚，沉灰池溃坝使pH为12.0～12.7的高碱性流出物进入Clinch河，杀死了145 km河道中的20余条鱼，5～6 km下游河道底栖动物群完全消失；下游125 km河段水生生物的种类和密度都剧烈减少。

由于水生生物对水中元素的积累作用，水体中元素浓度微小的升高都可能导致生物相中该元素浓度的大幅度增加，而沉积物中高含量的元素能为水和生物相提供连续的元素来源。因粉煤灰而导致水生动植物积累的元素有As、Cd、Cr、Cu、Se、Zn等。

对水生生态系统影响的另一方面是灰能输入大量悬浮固体造成沉积，令底栖生物窒息。在南加利福尼亚州，高浓度的灰粒子使水生生态系统的脊椎动物和非脊椎动物密度剧减。在三个月内，多数昆虫、全部甲壳纲和腹足纲动物从排水沟和连接灰场到受纳河流的沼泽中消失。

2.6　粉煤灰利用中的环境效应

粉煤灰主要利用于建筑业和修筑公路，但要解决粉煤灰堆存，光靠这些远远不够。因此，在农业和其他方面应用的开发也受到重视。其中重要的是用来改良土壤及矿山剥离物、废弃物的改土造田。

2.6.1　作土壤改良剂的生态效应

在有缺陷土壤中施加粉煤灰，可以改善其理化性质，增加土壤肥力和谷物产量。施灰的潜在益处包括改善土壤的结构，提高粗粒土壤持水量，升高酸性土壤的pH，增加宏观和微观营养成分。潜在的不利效应是：可溶盐、硼和其他潜在毒性元素的含量过高，降低可利用的N和P含量，由于pH值升高所致的元素不均衡以及土壤板结和硬化。因此，大量的研究集中在确定粉煤灰在什么条件应用才能最大限度地发挥其对土壤的有利效应，并把不利效应降至最低限度。

2.6.1.1　对土壤物理性质的影响

［1］

（1）降低黏土中的黏粒含量，改良土质

据山西、天津试验，每亩施灰1万～10万kg，黏土中的黏粒含量可减少5%～8.9%，而且黏粒含量是随施灰量的增加而递减的，有显著的直线负相关性，经计算，其回归方程为Y＝58.6－1.17X（r＝0.95）。从方程看，每亩施灰0.5万kg，可减少黏粒含量1.17%（试验田土壤小于0.01 mm的黏粒含量为54.6%～64.4%）。而Chang.A.C.etal认为粉煤灰粒径与淤泥相似，当施用量相当高时，无论黏质土还是沙质土的结构都能得到改善。

（2）减少黏土堆积密度

进行试验的35个不同施灰量的土壤，平均堆积密度为1.17 g/cm3，对照土壤田的堆积密度为1.33±0.01 g/cm3，施灰后土壤堆积密度比对照田土壤减少0.16 g/cm3，而且在亩施灰10万kg内，黏土堆积密度随灰量增加而递减，有明显的负相关性，其回归方程为Y＝1.28－0.023X（r＝0.86～0.98）。从方程分析，每亩施灰0.5万kg，可减少土壤堆积密度0.023 g/cm3，一般高产土壤堆积密度为1.1～1.2 g/cm3，对施灰土壤测定其堆积密度，由原1.33 g/cm3降到1.17 g/cm3，这个值符合高产土壤的堆积密度要求。

（3）增加土壤的孔隙度

土壤孔隙度平均为55.3%±3.7%，比无灰对照土壤的孔隙度47.9% ±2.7%增加7.4%，而且在亩施灰10万kg内，孔隙度随施灰量的增加而递增，有明显的正相关性，其回归方程为Y＝47.4＋2.67X（r＝0.98）。从方程分析，亩施灰0.5万kg可增加土壤的孔隙度2.67%，以上测定的施灰土壤孔隙度与一般高产土壤的孔隙度是近似的。Sell.N.T.etal认为，粉煤灰能降低黏质土容重增加其透气性，底灰颗粒较大，对改善结构和透水性更有利。

（4）提高土壤15 cm深度土层内温度

根据试验结果反映，施粉煤灰可明显提高5～15 cm深度土层内温度，一般亩施灰0.75万～2万kg，可提高土壤温度0.5～1.3℃。

⑸提高含水量和田间持水量

施粉煤灰后，土壤平均含水量为24.3%±3%，对照土壤田平均含水量为18.2%±1.1%，两者相比，施灰土壤的平均含水量增加了6.1%（山西、吉林等地提高2.0%～10.6%）。Salter，P.J.［33］也认为粉煤灰能改善沙土的持水性，但是否增加了土壤可利用水则有不同的看法。在某些研究中，施灰并未使沙土上的作物增产，认为可利用水没有增加。另外的研究中发现，施用新鲜粉煤灰作物增产，而增产是由于增加了可利用的含水量。在密执安州沙土和沙壤土中施粉煤灰，使干旱生长期土壤中的水分提高了25%～27%，作物明显增产。看来施灰能增加植物可利用水的含量并提高产量，特别是干旱条件下效果明显。但是植物毒性元素在某种情况下会抵消在水分方面的益处。

（6）调节土壤的三相比

山西农科院测定黏质浅色草甸土的三相比是1∶0.58∶0.17（固相∶液相∶气相）。这种三相比是不好的，而亩施灰1.5万kg后，其三相比变化为1∶1.25∶0.43，使大小孔隙比处于最适宜的1∶（2～4）的范围内。

（7）减小土壤的膨胀率

山西农科院测定褐土10～20 cm深度内的膨胀率为7.1%，每亩施灰0.15万kg后，土壤膨胀率减小为4.1%，减小土壤膨胀率可以提高其高渗透性，防止土壤流失。

从20世纪60年代开始就有利用粉煤灰改良土壤的实验，美国、英国、苏联、日本、联邦德国等国家先后开展研究并取得了较好效果。我国80年代曾集中力量进行研究。吴家华等［54］报道，黏重土壤每亩肥灰1.5 ～3×104 kg，土壤物理性质的各项指标均得到改善，小麦、水稻、玉米增产明显。但是砂质土施用不同量的粉煤灰效果不明显。太原南部砂质浅色草甸土经施用粉煤灰，在两年内累加亩施灰2万kg/亩，对种植玉米产量的增加不明显，后改种了小麦、黑豆，其产量变化亦不明显。

某些粉煤灰的硬化倾向对土壤的物理性质是一种有害效应，高硬凝性粉煤灰能硬化土壤颗粒，限制水的渗透，降低水利传导，妨碍植物扎根。这种效应的程度因土壤和灰的成分而异，以条带状施于土壤比均匀施灰有利于限制硬凝性的不利影响。

2.6.1.2　对土壤化学性质的影响

粉煤灰作为土壤改良剂主要的环境效应是改变土壤的化学性质，这往往导致植物组成的改变。很多粉煤灰是高碱性的，因此许多研究的焦点集中在用它做石灰代用品降低酸性土壤的酸度。由于灰中含有动植物必需的多种微量元素，一些研究对于用粉煤灰来减轻土壤养分缺乏也表现出浓厚兴趣。

粉煤灰中含有多种植物可利用的营养成分。纽约州立大学Malanchuk先生的研究表明［34］，在温室条件下，每公顷施用224吨粉煤灰，莲藕的产量显著增加。元素分析表明，植株中钙、镁、钠的浓度没有明显增加，钾的浓度在第一季有所下降，而在第二季增加1%～3%，硼、锌的浓度随粉煤灰施用量的增加而增加，锰的浓度则随粉煤灰用量的增加而减少。蔬菜试验表明：粉煤灰用量0～12%范围内，随施用量增加，植物组织中铁、锌的浓度下降，钼、锰的浓度增加，而铜、镍浓度保持不变，没有产生植株毒害症状。这些元素浓度的变化与土壤的pH值显著相关。

由于粉煤灰富含硼，因此它是油料作物的良好肥源，生长在粉煤灰改良的土壤上，花生、大豆的产量及品质均有明显提高［1］。加拿大安大略省Simcoe地区自1996年开始为期五年的研究项目：粉煤灰作为果树钙和硼的资源评价。另外，粉煤灰同腐殖酸结合施用，可以提高土壤中有效硅的含量。吉林市农科所在三种土壤上种植水稻，每公顷施粉煤灰22.5～30吨，土壤有效硅含量分别由1.07、0.52、1.4 mg/kg提高到1.9、2.0、7.4 mg/kg。

施用粉煤灰能增加土壤有效磷的含量。有关人员对山西、天津11个电厂粉煤灰测定的有效磷含量平均为73.5 mg/kg，比一般缺磷土壤有效磷含量高1～6倍，具有明显增产效果。山西省在潮土上每公顷施灰75～900吨，94个施灰土壤测定平均有效磷含量为26.2 mg/kg，比无灰对照土壤（平均19.4 mg/kg）增加35.1%。用粉煤灰改良砂质土壤后，对土壤磷的吸附与解吸试验表明［1］：对磷的最大吸附量发生在高用量粉煤灰改良的土壤上，这对保持土壤磷的有效性有重要意义。

研究表明，施加碱性灰可以提高酸性土壤的pH。电厂湿灰浸出液的pH为8.5～10，干灰浸出液的pH为9.5～11.0。美国佛罗里达州贫瘠土壤上施用粉煤灰使径流的pH从4.7上升到6.0以上，并使澳大利亚松的生长速率增长一倍。然而，高pH的干灰，可使改良后土壤的pH明显上升，造成磷、锌的缺乏。

吴家华等报道了施灰对粮食中数种微量元素的影响，在施灰量不高于600 t/ha条件下，粮食中的微量元素未超过卫生标准。

土壤pH的改变与施灰量、灰的性质以及土壤的缓冲容量有关，土壤的缓冲容量在决定施灰的pH效应方面比土壤的初始pH具有更重要的作用。

粉煤灰可以作为植物必需元素的来源，包括B、Ca、Cu、K、Mg、S、Se、Zn等。但用粉煤灰作营养源必须慎重，过量使用会导致硼达到生物毒性水平，也导致As、Mo、Se含量升高。As、Mo、Se对植物本身无害，但可能使草食性动物中毒。

施灰对土壤化学性质最重要的影响是增加土壤碱度、盐度以及潜在毒性微量元素的含量。这与粉煤灰是否经过风化有关。大量施用新鲜粉煤灰时植物可能受到盐害和硼毒的影响，而同样施风化灰时并不发生不利效应。风化过程可由野外雨水淋溶和碳酸化方法进行，风化好的粉煤灰的pH很少高于8.2，盐的浓度也变得更为稳定。

施灰时对土壤和植物成分的改变来自两个方面：一是土壤pH改变影响元素的溶解度，二是灰带来高浓度的可溶盐、常量及微量元素。一般pH升高能降低植物中金属元素的含量，但灰中的金属元素进入土壤则产生相反的倾向。

根据山西省农业科学研究院试验的结果，粉煤灰改良土壤，其增产效果及后效与土壤类型有关。

2.6.1.3　对土壤微生物的影响

施用粉煤灰使土壤微生物的活性和数量减少［35］。无论酸性灰还是碱性灰，在高施用量时均能使土壤呼吸作用受到抑制［36］。这种作用一般认为与微量元素毒性有关，也与土壤化学性质变化程度有关。以灰占土壤重量20%的比例施灰，pH为3.5的酸性灰使pH值为6.4的土壤的pH超过7.0，土壤呼吸降低28%～33%，pH为12.2的碱性灰使土壤的pH由6.7上升到9.0以上，土壤呼吸减少了97%～100%［37］。有些研究发现，经过一定时间，土壤微生物能适应毒性条件，经过最初的停滞以后，呼吸作用逐渐增强。

随着施灰量的增加，细菌、放线菌、真菌的总数降低，在高施灰量时微生物种群明显减少。这除了毒性外，土壤被“稀释”，土壤中C、N的含量降低也是一个因素，这对本来就低N的土壤可能更为显著。高含量有机碳可以减轻施灰对微生物的比例影响。在施灰土壤中加施下水污泥增加了微生物的数量和活性，这是因为有机物能降低有毒金属的浓度，改善土壤的C/N比，创造有利于微生物生存的条件。

当然，粉煤灰对土壤微生物的影响也有积极的报道。白浆土上试验表明：大豆自开花期土壤根系层的微生物活性明显增强，一直延续到籽实成熟期，细菌、放线菌和真菌都表现有一致的增长趋势，有利于促进草碳有机成分在土壤中的腐殖化过程，为农作物的生长发育创造良好的土壤环境条件。

2.6.2　作尾矿和矿山废弃物改土剂的生态效应

粉煤灰也被用作酸性尾矿和矿山废弃物的改土剂［30］，许多尾矿和矿山废弃物含有很高的FeS2，它被氧化成硫酸后可以使废弃固体具有很高的酸性（pH≤3.5），这些物质往往具有高容重、低持水性、板结层等不利特点，不改变这些条件就不可能在这类废弃物上建立植被。而施加碱性粉煤灰恰好可以起到中和酸性、降低容重、增加持水性、减轻板结的作用。同时，由于消耗大量粉煤灰，减少其积存，因而具有吸引力。

美国矿务局已对许多应用粉煤灰作尾矿改土剂的研究进行了野外实验。结果表明，粉煤灰可以有效提高pH，允许在原先贫瘠的尾矿和剥离废弃物上建立起持久的植被。由于尾矿的酸性强，通常需要高的施灰率，但一般并不产生有害效应。不过，施用新鲜粉煤灰时最初的植被宜选用耐盐性植物。在西弗吉尼亚和宾夕法尼亚的研究表明，最初植被的最佳组合是草和豆科植物，几年后可以栽植树和灌木。有些研究指出，低的施灰量也能产生有益效果。总的看，用粉煤灰代替石灰是一种经济上可行的选择，它的实际效果要根据被处理固体废弃物的理化性质而定，处理前应进行必要的测定，以决定灰的种类和施用量。

粉煤灰占用农田、污染环境，是能源开发中的一个难题。解决办法首先是广开利用途径，提高利用率。除了生产建材和筑路外，粉煤灰在农业土壤改良、矿山生态综合整治方面有广阔应用前景。但利用率的提高需要具有一定的条件和一个较长的过程，而且需要资源化利用才可能完全解决灰的积存问题。

根据王恩德教授提出的矿物集约利用的思想，通过对粉煤灰的物理化学性质及其环境效应的分析，可以得到以下结论：粉煤灰可以作为一种新型矿物材料进行资源化的利用。分析粉煤灰的物理化学性质发现，粉煤灰比表面积大，因此吸附性能好；主要含有玻璃质和硅、铁、铝的氧化物，通过简单改性能成为铁系絮凝剂或铝系絮凝剂，因而粉煤灰是很好的水处理材料，可用于处理造纸废水的探索；因为粉煤灰含有大量的植物所需营养元素和微量元素，并且粉煤灰中的硅酸盐矿物和炭粒具有多孔性，能提高土壤的物理砂性，增加土壤的孔隙度，使粉煤灰制取肥料成为可能。结合其环境效应可进一步将处理完造纸废水的粉煤灰淤泥与微生物结合，制取粉煤灰微生态复混肥料。该方法将成为粉煤灰集约利用、粉煤灰资源优化技术的有效途径。