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胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰
一、 技术研发背景 (1 1 )近年来我国垃圾焚烧飞灰产生量快速大幅增长,处置能力严重不足随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高,生活垃圾产生量大幅增加,年产生垃圾量约为 2.5 亿 t,占世界总量的 1/4,相当长一段时间内还将以每年8%-10%的速度增长。目前我国垃圾焚烧飞灰的处置受场地和技术的制约越来越严重,局部地区已出现不能及时安全处置或处置成本过高而不能维持运行的尴尬局面,并严重阻碍了这部分地区生活垃圾处置由传统填埋向焚烧发电的转型。 (2 2 )垃圾焚烧飞灰属于危险废物,需得到妥善处置根据《国家危险废物名录》,垃圾焚烧飞灰属于危险废物。垃圾焚烧飞灰对环境和人类生活的危害在于其重金属不能依靠水体和土壤自身的净化作用消除,只能迁移。由于重金属容易在生物体内聚积,随着时间的推移,当重金属在生物体内积聚到一定量以后就会导致生物体畸形或导致突变,甚至生物体死亡。重金属对人体的另一危害途径是通过食物链传递。例如,生活在重金属含量较高环境下的鱼、虾体内会富集重金属,一旦这些食物被人体摄入,经过一段时间的积累,就会对人体健康造成极大的危害。特别是发生在日本的由汞污染引起的“水俣病”和由镉污染引起的“骨痛病”事件、以及在欧洲陆续发现的由重金属污染导致的一系列公共卫生健康问题,都使重金属污染引起人们广泛的关注。垃圾焚烧飞灰中的二噁英是一种非常稳定的亲脂性固体化合物,可溶于大部分有机溶剂,容易在生物体内积累。二噁英的污染具有持久性、脂溶性和蓄积性等特点。 未来随着垃圾焚烧飞灰产量的快速增加,如果不能妥善解决无害化处置垃圾焚烧飞灰的问题,不但会制约垃圾焚烧产业的健康发展,同时会对该地区的环境造成严重影响。 (3 3 )垃圾焚烧飞灰的处置问题已经受到了国家相关部门的高度重视2016 年 10 月,国家住建部、发改委、国土部、环保部联合发文《关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》(简称《意见》),意见提出在生活垃圾设施规划建设运行过程中,应当充分考虑垃圾焚烧飞灰处置出路,鼓励跨区域合作,提出“推进区域性垃圾焚烧飞灰配套处置工程建设”,统筹生活垃圾焚烧与垃圾焚烧飞灰处置设施建设,并开展垃圾焚烧飞灰资源化利用技术的研发与应用。 (4 4 )北京地区的垃圾焚烧飞灰处置问题十分迫切截止至 2017 年底北京市已建成并投产 5 座垃圾焚烧厂:鲁家山垃圾焚烧厂、高安屯垃圾焚烧厂、海淀大工村垃圾焚烧厂,顺义垃圾焚烧厂,南宫生活垃圾焚烧厂,2018 年北京市正在加紧推进建设阿苏卫、通州、顺义二期、密云、怀柔 5处垃圾焚烧厂,按照规划到“十三五”末,北京市垃圾焚烧飞灰年产生量将达35 万吨以上,目前北京市的垃圾焚烧飞灰处置方式主要为水泥窑协同处置和制备陶粒资源化利用,这两种处置方式的消纳能力无法满足北京市的需求,垃圾焚烧飞灰无害化处置迫在眉睫。基于以上现状,研发团队开发出了一种可安全并大规模资源化利用垃圾焚烧飞灰的新技术¬——深部胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰技术。 二、技术原理 (1 1 ) 全固废充填料强度形成机理 胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰技术充分利用了“硅的四配位同构化效应”和“复盐效应”。钙矾石(Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 ·(OH) 12 ·26H 2 O)是普通水泥混凝土中最常见的复盐矿物,也是大部分地下采矿胶结充填硬化体中最常见的复盐矿物。钙矾石的溶度积常数为 1.1*10-40 。本项目组的前期研究结果表明,钙矾石在水中的饱和铝离子浓度比水淬高炉矿渣微粉在水中的饱和铝离子浓度低10 倍以上。因此在有足够 Ca2+ 、OH - 和 SO42- 离子供给的体系中,钙矾石的结晶将能持续促进水淬高炉矿渣微粉中的铝氧四面体从矿渣的玻璃体网络中体解出来,从而促进矿渣中较高聚合度的硅-铝氧四面体的链接被破坏,形成大量的活性硅氧四面体或硅氧四面体团,为发生硅的四配位同构化效应或形成 C-S-H 凝胶奠定基础。其中钢渣主要为胶凝体系要提供 Ca2+ 、OH - 和少量硅氧四面体。而钢渣中的 Mg2+ 和 Fe 2+ 在胶凝体系中起到与 Ca 2+ 类似的作用。较大量的脱硫石膏主要为体系提供源源不断的 Ca2+ 和 SO42- 。垃圾焚烧飞灰的主要成分为垃圾焚烧后产生的无机物和重金属等,当烟气净化采用干式或半干式反应法时,另含有一些反应生成物(如 CaCl 2 、CaSO 4 )和部分未完全反应的 Ca(OH) 2 等物质。可为胶凝体系提供大量的 Ca2+ 、OH - 和 SO42- 。同时垃圾焚烧飞灰中有含量较高的 Cl- ,在矿渣水化过程中会形成含氯水化产物水化氯铝酸钙,氯盐在矿渣水化过程中会形成 NaOH 等碱性物质,提高液相碱度,促进矿渣水化的进一步进行。 (2 2 )重金属固化的机理 胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰技术在胶凝材料的水化过程中实现了对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化,胶凝材料的主要水化产物为钙矾石、C-S-H 凝胶和类沸石矿物等,几种产物对该体系固化重金属均有贡献。重金属元素能够以类质同象的方式进入钙矾石的晶格而被固化,而 C-S-H凝胶具有很强的吸附重金属的能力。另一方面,以砷菱铅矾-砷铅铁矾类复盐矿物((Pb, H+ )(Al 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ )3 (SO 42- , AsO43- )2 (OH) 6 )为代表的含砷铅矾类复盐矿物也可以在砷、铅化合物的参与下快速消耗溶液中的 Al3+ 、Fe 3+ 、Fe 2+ 、OH - 和 SO42-等离子,因此也能促进体系中矿渣微粉、钢渣微粉和脱硫石膏的消耗,这类复盐在水中的溶解度极低。在较高 pH 值条件下,这类复盐的结晶可以使砷和铅在水中的浓度都达到饮用水的标准。近些年的研究结果还表明,砷和铅可以进入类沸石相的水化硅铝网络体中平衡电荷,或作为网络体骨干的一部分而被高度固化。 (3 3 )二噁英固化的机理 二噁英(dioxin,DXN),化学名为二氧杂环乙烷,标准状态下一般呈白色固体,无色无味;熔点约为 303~305℃,当温度达到 705℃以上时开始分解;难溶于水,美国环保局(US EPA,1900)推荐 2,3,7,8—TCDD 的水溶解度为 19.3ng/L,易溶于有机溶剂和脂肪;二噁英的蒸气压很低,大致为 8.3×10-13 ~4.8×10 -8 mmHg,一般随取代氯原子数目的增加而降低,在大气环境中超过 80%的二噁英分布在大气颗粒物中。大部分的二噁英在生物体内不易被代谢,具有生物蓄积与生物放大作用。现行的垃圾焚烧技术的炉内温度可以达到 850℃~900℃,绝大部分二噁英已经被分解,加之二噁英具有极低的溶解度和饱和蒸汽压和极高的脂溶性,所以垃圾焚烧飞灰中二噁英通过溶解于水中和挥发传播的比例很小,只可能通过随垃圾焚烧飞灰颗粒进入土壤和水环境以造成污染,本技术通过物理包裹的方法断绝了其污染传播途径,具体为矿渣基胶凝材料-垃圾焚烧飞灰水化反应所形成的固化体系中含有大量的 C-S-H 凝胶,其紧致的结构可降低整体固化体的渗透性,把含二噁英颗粒包裹固定其中。
北京科技大学 2021-04-13
一种阴燃防治和和转化利用研究平台
本成果是一种阴燃转明火、生物质能源提炼和利用的研究平台,包括气氛控制装置、阴燃发生器、温度采集装置、燃烧分析仪、称重装置、数据采集装置,可直观和在线监测阴燃过程,灵活设定工况。 技术优势: 1.从可燃固态介质在典型制约因素下和多个尺度上的物理和化学演变及其与热量和氧气的动态关系综合探讨阴燃向明火突变过程的机理和制约因素; 2.设计中充分考虑了阴燃建立、传播和向明火转化的过程特性,对热电偶温度采集系统、进气系统、加热系统和称重系统进行了重点设计; 3.实现了多种性能测试功能的耦合,可直观和在线监测阴燃实验过程。 4.可根据实际生活中阴燃灾害形式设计多种实验场景,依据场景不同可灵活调节实验条件。 装置主要技术指标为: 箱体尺寸:0.60 m×0.30 m×0.20 m; 温控器量程:室温~650℃; 热电偶:NiCr-NiSi,Φ5 mm,室温~1200℃; 称重传感器量程:15~60 kg; 气体流量计:1~500 mL/min。 已申请发明和实用新型专利各1项,已授权发明专利和实用新型专利各1项。
南京工业大学 2021-01-12
一种阴燃防治和和转化利用研究平台
本成果是一种阴燃转明火、生物质能源提炼和利用的研究平台,包括气氛控制装置、阴燃发生器、温度采集装置、燃烧分析仪、称重装置、数据采集装置,可直观和在线监测阴燃过程,灵活设定工况。 技术优势: 1.从可燃固态介质在典型制约因素下和多个尺度上的物理和化学演变及其与热量和氧气的动态关系综合探讨阴燃向明火突变过程的机理和制约因素; 2.设计中充分考虑了阴燃建立、传播和向明火转化的过程特性,对热电偶温度采集系统、进气系统、加热系统和称重系统进行了重点设计; 3.实现了多种性能测试功能的耦合,可直观和在线监测阴燃实验过程。 4.可根据实际生活中阴燃灾害形式设计多种实验场景,依据场景不同可灵活调节实验条件。 装置主要技术指标为: 箱体尺寸:0.60 m×0.30 m×0.20 m; 温控器量程:室温~650℃; 热电偶:NiCr-NiSi,Φ5 mm,室温~1200℃; 称重传感器量程:15~60 kg; 气体流量计:1~500 mL/min。 已申请发明和实用新型专利各1项,已授权发明专利和实用新型专利各1项。
南京工业大学 2021-01-12
利用海洋藻类资源开发海洋功能寡糖应用研究
本课题获得了十余种具有自主知识产权的海藻多糖水解酶,并以此为工具见了海藻功能寡糖的制备工艺和生产线;制备了海洋功能寡糖(褐藻胶寡糖、卡拉胶寡糖)的标准品(聚合度2-9),发表SCI论文6篇,中文核心论文1篇,申请发明专利3项。
南京工业大学 2021-01-12
电喷雾装置、利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法及太阳能电池
本发明公开了一种电喷雾装置及利用电喷雾制备太阳能电池减反层的方法,利用电喷雾的原理,在透明导电薄膜上制备一层倒置纳米碗微结构的减反层,形状类似于倒扣的半球形;通过调节喷液的流速,喷嘴的口径大小,高压发生器的电压以及金属喷嘴与透明导电层的间距等参数来控制倒置“纳米碗”的形状及大小;通过 PC 控制单元调节运动平台在 X 和 Y 方向的运动速度来控制倒置纳米碗的密度。本发明采用电喷雾技术来制备减反层,工艺环境要求低,整个工艺过程采用数字化控制,工艺参数易于控制;制备的减反层能有效地降低太阳能电池表面的反
华中科技大学 2021-04-14
一种反渗透膜组件连续清洗装置及利用该装置清洗反渗透膜组件的方法
本发明涉及一种反渗透膜组件连续离线清洗装置,包括:用于浸泡和清洗反渗透膜组件的清洗槽,所述清洗槽有若干个且相互独立;还包括用于带动反渗透膜组件在相互独立的清洗槽内连续清洗的驱动传送装置。采用离线清洗方法,污染的膜组件浸泡在清洗液槽中,设备采用并联方式同时对多支膜组件单独清洗,清洗液入口端盖与膜组件的一头用卡箍固定于双链条上,组件另一头用卡箍固定于另一侧双链条上,组件安装方便,免去了组件复杂的拆装过程,省工省力。每个清洗液槽中安装相同数量的膜组件,链条的传动方式使该设备的自动化程度提高,不同的清洗液槽中的膜组件同时运行,整条流水线具有连续性,节约清洗时间,提高清洗效率。
青岛农业大学 2021-04-13
新型亲水抗菌膜及制备方法
目前主流的抗菌膜制备方法是在基膜表面接枝抗菌物质,常用的抗菌材料包括氧化石墨烯、碳纳米管、抗菌聚合物、金属离子等,但这些材料普遍存在着接枝方式复杂,且对环境有危害的缺陷。相比而言,季铵盐类抗菌剂具有抗菌效果好,环境友好等特点,目前水溶性的小分子或高分子季铵盐抗菌剂已经广泛应用于水处理、食品、医疗卫生和包装材料等领域。然而,将季铵化合物直接接枝到膜表面所制备的抗菌膜仍存在制备流程复杂,成本较高等问题,这也使得目前开发的大部分季铵盐功能膜无法大规模应用于实际水处理系统。因此,为解决以上问题,开发新型亲水抗菌功膜的制备方法是目前业内所亟需的。 本成果中提出的制备方法将氯甲基化聚合物制备为中空纤维多孔膜,并制作为管壳式膜组件,之后采用过滤操作模式直接将叔胺化合物接枝到组件中的中空纤维膜丝上,从而制备出具有优良抗菌性能的季铵化功能膜组件。该制备方法简单便捷,且接枝稳定性高,适合长期大规模应用于实际膜法水处理体系中,且制备的超滤膜具有良好的亲水性和抗菌性。抗菌膜制备简单便捷,常温常压过滤操作即可完成接枝,且接枝稳定性高,成本低,对水体中微生物去除率99.9%以上,尤其能抑制微生物在膜上(内外表面,孔道壁面)生长。 图1.性能参数
北京理工大学 2025-02-10
城市工业场地重金属污染土壤的化学修复技术与示范
随着城市经济的高速发展,在各地产业结构和城市布局调整中出现了许多工业企业遗留地块的重金属 污染问题。有一些厂区由于土壤污染比较严重,在土地的重新利用上存在着很多争议,有的废弃厂区闲置 至今。严重的土壤污染已经成为制约城市地区土地可持续开发利用的主要因素。城市污染土地的处理一般 要求时间较短,而土壤淋洗技术是利用淋洗液将重金属从土壤中置换出来的技术,正以其广泛的适应性和 快速性而被广泛地在实验室进行研究并且应用于野外实际治理中。
中山大学 2021-04-10
基于多源大数据的城市健康大数据分析与服务系统
已有样品/n我国慢病患者群体超过2.6 亿,慢病的早期预防、诊断、筛查变得尤为重要。该系统包含体检业务服务系统、家庭健康监测管理服务系统、第三方家庭健康服务支撑平台三类产品:客户群体是健康大数据数据采集、分析、服务的基础。本项目通过三类服务凝聚客户:1)以三甲医院体检中心为基地,通过智能体检服务、基于三甲医院权威的体检诊疗、康复方法指导,建立稳定的体检群体。2)通过移动互联网将服务群体拓展到慢病/老年病群体。基于体检
武汉大学 2021-01-12
中小城市应急联动系统关键技术研究与应用
可以量产/n成果简介:针对中小城市的城市规模小、接警量相对偏低、可投入资金有限的特点,中小型城市应急联动系统平台,通过市政府的授权,把公安局三台合一指挥中心作为全市应急指挥的技术平台,负责处理日常一般公共应急事务,还可根据实际需要把"110/122/119三台合一"扩展为"多台合一",进而形成一个城市应急联动系统平台。系统利用自动模式匹配技术、网络自动调度技术及GIS/GPS技术等,根据具体警情自动寻找匹配处警单位,方便接处警人员及时准确调度相应的处警机构及处警人员,处警效率和质量得到明显提高。系统
湖北工业大学 2021-01-12
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