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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
废聚苯乙烯泡沫的资源化利用技术
聚苯乙烯泡沫塑料(PS)又称为发泡聚苯乙烯,因其具有易成型、价格低、使用性能佳等优点而被广泛用于新型包装材料、建筑保湿材料、隔音绝热材料等,但使用后的聚苯乙烯泡沫塑料大量被废弃,加上其难以自行降解而造成了众所周知的“白色污染”。聚苯乙烯分子中苯环具有较高活性,可以通过化学改性向苯环中引人其它官能团, 如磺酸基、羧酸基、羟基等, 使其转变成具有目的功能性的高分子材料,如用作水处理助剂、胶黏剂,或催化裂解制备苯乙烯单体、燃料等。废聚苯乙烯泡沫塑料经磺化改性后,可制备混凝土减水剂和油井水泥外加剂等。聚苯乙
南京工业大学 2021-01-12
城市污泥生产陶粒及轻质砖的资源化利用
研究内容 :该成果主要涉及城市污泥的处理及资源化利用,所开发产 品主要有污泥陶粒和轻质微孔砖两大系列。以南昌市为例,其各大污水处 理厂在 2007 年所产生的城市污泥为 300 吨/日,经本成果中所述的资源化 处理综合利用后, 将可制备 2 万方/年可用于污水处理的陶粒滤料, 其价格 为 700 元/方,可实现 1400 万元 /年的产值; 建筑陶粒 1 万方 /年,节能轻质 砖 5 万方 /年,可实现
南昌大学 2021-04-14
利用海洋藻类资源开发海洋功能寡糖应用研究
成果简介: 利用多糖等海洋生物资源开发免疫佐剂、饲料添加剂等农用制剂及活性寡糖等蓝色功能食品也是目前海洋资源利用领域的研发热点。褐藻和红藻是我省最为丰富的藻类资源之一,生物量十分巨大,因而是开发绿色农用制剂和功能食品的宝贵资源。其中褐藻胶寡糖和卡拉胶寡糖作为海藻多糖的降解产物,研究表明对于仿刺参水产品具有良好的提高免疫活力,增强免疫防御的活性,还可以显著
南京工业大学 2021-01-12
利用农业废弃物中木糖发酵生产高值γ氨基丁酸
农业废弃物中富含木糖,木糖以大分子的木聚糖的形式广泛存在于植物半纤维素中,可通过水解等农林业副产物如玉米芯等获得。如何利用廉价农业废弃物中木糖发酵生产高附加值产物具有重要前景。本实验室通过多年研究,挖掘出具有自主知识产权的可高效利用木糖生产γ氨基丁酸(GABA)的乳酸菌,L. buchneri WPZ001 可利用木糖或玉米芯水解液为碳源生长并高产 GABA。GABA 是中枢神经系统中一种抑制性神经递质,在保健食品及饲料添加剂中用途广泛,而目前其生产方法均为利用葡萄糖发酵生产。 本研究室研究发现:L. buchneri WPZ001 在以木糖为碳源的培养基中的生长和 GABA 合成情况均优于葡萄糖,在分别以木糖和玉米芯稀硫酸水解液为碳源的 1 L 规模的静置发酵中,48 h 的 GABA 产量分别可达 70.1 g/L 和 61.2 g/L,优化后,GABA 产量进一步提升到 313.1 g/L。本技术以富含木糖的农业废弃物为原料生产 GABA 的,不仅有助于降低 GABA 生产成本,还对再生资源的利用具有重要意义。 
江南大学 2021-04-11
废弃印刷线路板元器件无损拆解回收处理和再利用技术
研制开发并形成具有自主知识产权、环保、高效、可靠的废弃线路板无损拆解技术、粉碎技术、分离技术、再利用技术等相关技术,设计开发具有中国特色的废弃线路板回收处理及再利用整体工艺及生产线,实现对废弃线路板的无污染回收处理及再利用。该设备是一种环保、节能、高效的废弃线路板元器件无损拆解设备,由传动、加热、振动、除烟味等单元构成,该设备主机长为3.5m,宽0.8m,高为1.5m,生产能力为300~700块线路板/小时。在第三届北京发明创新大赛中,“线路板无损拆解设备”获得节能环保专项奖和大赛银奖。拆解效率高,温度可控,节能效果好,元器件无损拆解率高;设备环保;功率小,便于中小规模生产;加工操作简单;故障诊断、自我保护和声光报警功能。主要性能指标如下。1. 功率:4KW 2. 拆解率:98%3. 电压:220 4. 烟尘、气味:过滤效率99.9%5. 产量: 100~200 kg/h 6. 主机外形尺寸: 3500×80×1500 7. 整机重量:1.0台/t 废弃线路板基板的主要组成是纤维强化热固性树脂,由于热固性塑料本身的特点,除了焚烧回收热值,还有作为粉末用于涂料、铺路材料等重新利用,这些再生品质量低下、档次不高,而且在经济投资和资源利用方面也是不合理的。本项目根据废弃线路板基板原材料的不同,进行分别粉碎处理,将粉碎后的PCB粉末作为填料或增强体,以不饱和聚酯、环氧树脂等热固性材料作为基体,采用热压成型工艺,最终生产出多种复合材料,根据复合材料的不同性能,可以制成多种产品应用在广泛的领域里,代木、代钢、代塑、代瓷制品,所以具有明显的社会效益。该技术解决了固体废弃物带来的环境污染问题,又节约了一次资源,降低了制造成本,具有良好的环境、社会、经济三大效益。主要性能指标如下。抗弯强度/MPa 冲击强度/ Kg•m-2密度/ g•cm-3使用温度/℃ 成本价格/元/吨 废弃PCB粉体/短切玻璃纤维/不饱和聚酯150 17.92 1.59 50 4000 废弃线路板粉体/环氧树脂/偶联剂134.1 11.67 1.54 139.1 7000 申请专利:1. 吴国清,张宗科. 一种应用于废弃线路板无损拆解的处理设备及方法,专利号:200810224887.7 2. 吴国清,张宗科. 一种线路板夹具体,200810224853.8 3. 吴国清,张宗科,赵玉振. 废弃线路板的回收及再利用方法. 200910091996.0 4. 吴国清,赵玉振. 废弃电子元器件的回收及再利用方法. 200910091995.6 
北京航空航天大学 2021-04-13
电梯势能综合回收利用及安全保护装置
对电梯运行中能耗产生机理开展研究,掌握不同电梯种类运行过程中能耗随时间变化的统计规律,为优化能量回收利用控制策略奠定基础;研究电梯配置参数和运行曲线 等对电梯能耗的影响。新型可匹配蓄能器充压非线性上升特性的恒功率变量柱塞泵的研发,曳引电梯动态特性的数字仿真分析及试验研究,通过曳引系统的功能关系,建立典 型曳引电梯的的液电混合控制动力学模型,采用专用的机电系统仿真软件进行分析。电梯运行过程关键参数的试验测试系统,建立能够模拟电梯运行的四象限加载试验系统, 对建立的能量回收利用系统进行试验考核;在实际电梯中示范应用及节能效果测试。
太原理工大学 2021-05-06
牡蛎壳规模化综合开发利用技术
可以量产/n牡蛎是一种著名的海产经济贝类,具有很高的营养价值,且资源丰富,产量在贝类中居首位。大量牡蛎加工厂和人们对牡蛎的直接食用都会产生大量牡蛎壳,这些牡蛎壳占牡蛎总重的70%以上,牡蛎壳随地丢弃,堆积如山,既污染环境,又造成了资源浪费。牡蛎壳成份中90%以上是碳酸钙、多种微量元素及少量有机质,在医药、医疗保健品开发和制备各种添加剂等方面具有很大应用价值。本项目对牡蛎壳进行规模化高值开发利用,对现有的牡蛎壳大规模利用技术进行集成和更深入的开发。以牡蛎壳为主要原料,针对海岸带盐碱地,开发盐碱土壤修复
中国科学院大学 2021-01-12
城市面源污染控制及雨水资源化利用技术
中试阶段/n该成果涉及一种面源污染治理及屋面径流分流收集利用装置。它包括滤网,管线和集水装置。特征是:所述的凸形滤网连接雨落管,雨落管的末端连接软管,软管的末端连接分流管,分流管位于储水器的中央,溢流管设置在储水器上部外壁上,第一分流阀位于储水器的一侧下方,凸形滤网位于屋檐天沟的落水口,储水器位于凸形滤网的下方,其安装位置与凸形滤网1形成位差。凹形滤网设置在竖管的上端,分流口位于竖管的上部外侧壁上,卡座位于分流口的下方,设置在竖管的内壁上,卡座下方至横管连接处的竖管内设有浮方,其外形为圆柱形,直径略小于竖管。竖管底端固定在混凝土底座上,底座设置在储水器中央底部,横管紧贴底座,横管末端设置有第二分流阀。
华中农业大学 2021-04-11
城市污泥超临界水氧化处理及资源化利用
根据有关内部统计数据,中国目前有近17%的城镇污水处理厂产生的污泥去向不明,同时大约67%的污泥以简单填埋为最终出路。针对目前城市污泥难处理及市场巨大的特点,采用超临界水氧化技术处理城市污泥,实现城市污泥的无害化处理。超临界水氧化技术(Supercritical Water Oxidation,简称SCWO)是利用水在超临界状态下所具有的特殊性质,使氧化剂和有机物完全溶解在超临界水中并发生均相氧化反应,迅速、彻底地将有机物转化成无害化的CO2、N2、H2O和无机盐等小分子化合物。相比传统的城市污泥处理方案,SCWO具有突出的优势,能取得巨大的经济、环境和社会效益。 该系统集有机物去除、脱盐除渣、余热利用/制取富氢气体、防堵塞、防腐蚀多项功能于一体,能够同时实现城市污泥等有机废物/废水的无害化处理与资源化利用过程。城市污泥经过示范装置处理后出水的COD为25mg/L,氨氮为2mg/L及色度可以与洁净水媲美,完全能实现达标排放。该装置实现了城市污泥化学需氧量(COD)减排和脱盐处理的一体化过程;最大程度地利用反应后液体的热量,降低了装置运行成本;在装置中实现脱盐处理和泥渣分离;反应后的清洁液体作为装置的蒸发壁水进行循环利用;采用撬装式结构形式,方便安装和运输;可实现城市污泥超临界水部分氧化/气化的产氢过程。
西安交通大学 2021-04-11
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