地下矿物资源（如煤炭）被采出后，开采区域周围岩体原始的应力平衡状态遭到破坏，使得应力重新分布并达到新的平衡，在此过程中，岩体和地表将产生移动和变形，这种现象称为“开采沉陷”。开采沉陷是典型的人类活动所诱发的环境灾害，导致矿区及其周边自然环境的污染和资源的破坏。因地下开采所引起或诱发的矿区建筑物损坏、地表沉陷、地表开裂以及山体滑坡、水资源枯竭等各种地质环境灾害，已经成为危害矿区人们生产和生活的主要灾害来源，给各矿区的经济发展和人民生命财产造成了巨大损失。据不完全统计，我国仅采煤塌陷就以 200 平方千米的速度逐年增加，这对矿区的自然环境构成了严重威胁。因此，开采沉陷区的环境资源损害评价、环境保护及治理问题，直接关系到矿区的经济发展与社会稳定，同时也关系到矿区的可持续发展，是我国各大矿区正面临的严峻的问题。       基于此，多年来，团队广泛运用开采沉陷学、环境经济学、计算机科学、信息技术等学科理论构建了一套科学、合理的开采沉陷区环境资源损害评价理论体系，结合矿区实际，本着灵活性、实用性的原则抽象出评价系统执行体系，并引入三维数据场及地理信息系统(GIS)可视化技术，开发了矿山开采沉陷环境资源损害可视化评价系统，实现了开采沉陷与环境资源损害评价一体化研究。研究成果获得山东省科技进步二等奖 1 项。

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。

为解决复杂农药、化工废水浓度高、毒性大，传统工艺难以有效处理这一技术难题，研究开发了多元协同催化氧化强化预处理技术，实现对溶解态、高浓度、难降解、多组分有机有毒废水的高效降解，大大降低废水的生物毒性，提高废水可生化性，保障了后续生化系统的稳定运行，实现大幅度节水减排；同时，面向许多园区和企业污水系统提标升级改造的迫切技术需求，研究开发了以高效低耗臭氧催化氧化为核心的深度处理技术，解决工业废水提标改造难题。

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

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

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通过FM认证，符合FM6050标准。 桶盖可自行关闭，防震消音设置，桶盖打开角度≦60°，符合UL标准； 独特创新的连接杆设计，受力更均匀，优质加厚涂层，增加加强筋，六国警示标语，加厚顶盖和底部，钢板厚度达3mm。