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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
一种弹簧阻尼协同隔减振/震装置
本发明提供了一种弹簧阻尼协同隔减振/震装置,包括上钢板和下钢板、夹装于钢板之间的螺旋弹簧、置于螺旋弹簧中的倒刺型粘弹性圆筒阻尼器,倒刺型粘弹性圆筒阻尼器包括与上钢板固定的上内套筒、同轴套装的下内套筒和下外套筒、夹置于下内套筒和下外套筒之间的粘弹性阻尼层、沿截面卡箍于下内套筒中的位置控制板,上内套筒的外径小于下内套筒的内径,且上内套筒的底端内周设有斜上伸出的上置倒刺,下内套筒的顶端外周设有斜下伸出的下置倒刺,当上内套筒向下内套筒中滑动后,上、下置倒刺咬合锁定,内套筒的底面抵靠于位置控制板上。 本发明设计了适于竖向承重结构承受竖向激励的完整弹簧阻尼协同工作系统,解决了系统低阻尼问题,发挥优异的隔振、减振作用。
东南大学 2021-04-11
京津冀协同发展背景下,软件和信息服务行业产教融合共同体构建研究与实践
京津冀三地教育融合发展逐步深化,教育改革创新与产业转型、区域发展结合更加紧密,产教融合共同体建设需要政府、高校、企业等各方努力和协作,通过搭建育人平台、构建运行机制、创新人才培养模式,推动共同体建设深入发展。天津市大学软件学院基于十余年的先行先试,围绕“更好发挥企业重要主体作用,促进人才培养供给侧和产业需求侧结构要素全方位融合”等产教融合深化课题,不断探索创新,凝练成果,创建了“需求传导明确、校企高效协同、资源集约共享”的校企协同育人组织形态,即产教融合共同体的实现路径,为高校开展产教融合、校企合作提供可复制可借鉴的经验。
天津市大学软件学院 2025-05-16
科技讲堂第四讲|罗喜胜:育人为本、科教融合——关于教育、科技、人才一体化协同推进的思考
由中国高等教育学会科技服务专家指导委员会、中国高等教育培训中心、中国教育在线及千校万企协同创新平台共同举办的“落实全会精神 建设科技强国”科技讲堂第四讲。
中国高等教育学会 2024-10-27
关于召开拔尖创新人才协同培养论坛的通知
为服务国家重大战略需求,助力探索拔尖创新人才选拔培养的有效机制,经研究,中国高等教育学会决定举办拔尖创新人才协同培养论坛。该论坛是2021年5月21-23日在青岛举办的第56届中国高等教育博览会的组成部分。
中国高等教育学会 2021-05-17
智能电网云-端协同非侵入式电力负荷监测技术
"智能电网已经成为21世纪全球能源的新战略。在其需求侧,深入至电器的用户用电行为精细化分析对推动全社会节能减排和电力系统源/网/荷协调优化意义重大。与在每个电器上分别安装量测传感器的方法不同,非侵入式电力负荷监测技术仅通过分析用户供电入口的负荷总量数据,便能获取各电器的用电信息,具有成本低、实施容易和用户易接受等特点。 针对非侵入式电力负荷监测技术实用化所面临的各种挑战,过去十多年里,中国工程院院士、天津大学余贻鑫教授领导的研发团队从技术基础理论和工程实施方案两方面开展了深入系统的研究,取得了一系列开创性成果:(1)创立了一系列非侵入式电力负荷监测新原理和方法,形成了多种方法融合互补的非侵入式电力负荷监测方法体系,突破了对小功率和功率连续变化型电器可靠检测的瓶颈,准确度明显优于国际同类产品;(2)首创了一整套用于非侵入式电力负荷监测的完全无监督电器自适应建模方法,解决了陌生场景中电器准确建模的技术难题,实现了无需人工干预的电器负荷印记库全自动建立和维护;(3)首创了云—端协同非侵入式电力负荷监测系统解决方案,研发了可推广应用的硬件装置(智能用电分析仪产品)和软件系统
天津大学 2021-04-10
用于硝汞协同控制的催化剂及制备方法
本发明公开了一种用于硝汞协同控制的催化剂及其制备方法,所述催化剂由以下质量百分比计的组分制成:载体:TiO272-98.6%,活性组分:V2O50.1-5%、WO31-10%、Cr2O30.1-5%和Nb2O50.1-5%,助催化剂0.1-3%。本发明可用于烟气中氮氧化物的还原同时将零价汞氧化成二价汞然后加以控制,具有较高脱硝性能的同时具备高的汞氧化性能,相比于目前商用SCR催化剂,很大程度上提高了催化剂的汞氧化率,可以适应我国燃煤电厂中脱汞的要求,且SO2/SO3转化率较低,并且有较好的抗中毒能力,是一种低成本、高性能的新型催化剂。
浙江大学 2021-04-13
城市出租车运行监测分析与协同调度系统
北京工业大学 2021-04-14
光电催化有机污染物降解协同产氢
基于目前世界上亟需解决的环境污染和能源危机两大问题,开发一种同时净化环境与能源转化的装置将具有巨大的应用潜力。因此对于水体环境污染处理和清洁能源生产本课题组已开发出有效的技术——光电催化有机污染物降解协同产氢。开发了新型金属氧化物纳米管阵列异质结杂化光电催化体系,在电场诱导下,使光生电子与空穴分别于阴极和阳极氧化降解有机污染物与析氢,实现光电催化同步去污与制氢。通过增强纳米管阵列与基底相互作用,纳米管本体结晶度提高或单晶化,纳米管管壁表面形成异质结光催化杂化体系和导电碳基材料的修饰等途径,提高光生电子传输速率,促成电子与空穴有效分离,拓宽体系的光响应范围,提高光的吸收效率与量子效率。结合表征等手段及分析,阐明光电催化体系的构效关系,设计出高效、稳定的新型光电催化构筑应用于污水的资源化。通过两个反应过程的相互促进,不仅提高了光催化效率,而且符合变“废”为宝的绿色能源化学理念;构建了新型光催化反应器和高性能光电催化剂;发展了光电协同催化理论在同步去污-制氢反应中的应用。
上海理工大学 2023-05-09
微波、红外干燥设备;微波超声协同技术及节能装置
包括:工业用大型微波、红外干燥设备;中、小型微波、红外干燥器;微波超声组合反应器。主要用于医药杀菌干燥、木材干燥、矿物干燥、化工材料干燥、粉体材料干燥、食品杀菌干燥等。与传统电加热、煤燃烧加热相比,微波、红外干燥设备的效率更高、效果好、清洁、节能环保、成本大大降低。 高效且节能环保的微波、超声波技术近年来备受关注。基于能量物理协同的设计理念,微波超声波协同技术具有其它传统技术无法比拟的众多优势。然而,这两种不同形式的能量波集成过程中会出现低压气体放电、微波吸收功率低、能量波场强分布不
南京大学 2021-04-14
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