硅铝调控与晶种诱导对水热稳定飞灰中重金属的协同影响

研究了选取的粉煤灰、膨润土、高岭土、硅藻土作为外源硅铝调理剂添加与雪硅钙石人工晶种诱导对150℃水热法稳定垃圾焚烧飞灰中重金属Pb、Zn、Cu、Cd、Cr的协同影响。飞灰由于富钙而低硅铝的元素特征,导致其在水热条件下无法直接合成沸石类,Pb的浸出浓度仍然超标;当单一或混合添加硅铝调理剂添加量为10%时,其水热产物中有水钙铝榴石或加藤石生成;提高添加量至30%时,均有目标雪硅钙石的生成,这与30%添加量下飞灰中Ca/(Al+Si)元素比接近雪硅钙石的理想元素比值0.67~1.20直接相关。混合添加30%的粉煤灰与硅藻土为最佳选择,水热产物Pb的浸出浓度降低至0.30 mg·L-1,且在此基础上再添加3%的诱导晶种可加速从第6 h开始即合成雪硅钙石,并使Pb的浸出浓度下降到最低值0.28 mg·L-1。硅铝调控(30%的复合硅铝调理剂,其中粉煤灰:硅藻土为1:1)与晶种诱导的协同影响下高效生成雪硅钙石,并显著抑制Pb、Zn等在水热过程中向液相的转移、降低其在水热液相中的浓度,使飞灰中的重金属在水热后确实稳定于水热固相产物中而非迁移至水热液相造成污染转移,真正实现了飞灰中重金属的固定化。     

硅铝添加剂对机械化学法稳定飞灰中重金属的影响机制研究

在机械力作用下，添加膨润土、高岭土、硅灰、赤泥以提供硅/铝元素稳定生活垃圾焚烧飞灰中的重金属。实验结果表明，固化产物的成分与添加剂的硅铝比相关。添加膨润土的固化产物主要为纤水硅钙石、方解石和氧化钙；添加高岭土、赤泥的固化产物主要为方解石、水铝钙石；添加硅灰的固化产物含有方解石和少量的硅酸钙盐。固化产物均发生不同程度团聚，且孔隙直径变大。研究表明，机械化学法均能显著降低飞灰中铅、锌的浸出浓度。且铅、锌向更稳定的可氧化态和残渣态转变。综合对比发现，4种添加剂的固化效果由高到低依次为赤泥、高岭土和硅灰、膨润土。颗粒的团聚包裹作用、新生成的水铝钙石和硅酸钙盐以及可溶盐的溶解洗脱是机械化学法外加添加剂稳定飞灰中重金属的主要原因。     

基于硅基的垃圾焚烧飞灰中温热处理重金属稳固化实验

向垃圾焚烧飞灰(MSWI FA)中分别添加硅灰、硅溶胶、石英砂与一定比例的水,混合均匀并进行热处理。研究了添加物种类、热处理温度对垃圾焚烧飞灰中重金属浸出特性的影响,分析了飞灰热处理过程中重金属化学形态、晶体结构和微观形貌的变化。结果表明:热处理过程中,硅灰和硅胶与飞灰中的钙基物质反应生成CaSiO_3、Ca_2SiO_4、Ca_3SiO_4Cl_2、Ca_3Fe_2(SiO_4)3以及氢氧硅磷灰石等硅酸盐相,转变了重金属的化学形态,将重金属稳固在硅酸盐晶格中,降低了飞灰的浸出毒性;在硅灰添加量为10%或JN-40硅胶添加量25%,热处理温度600℃条件下,热处理1h后,飞灰中Pb的浸出浓度由11.91mg/L分别降至0.79mg/L和0.78mg/L,Cd的浸出浓度由3.18mg/L分别降至0.09mg/L和0.10mg/L;热处理过程中Cr的浸出浓度有所上升但未超出生活垃圾填埋场控制标准。     

粉煤灰对水泥中重金属存在形式的影响

本文对添加不同含量的粉煤灰后，熟料水化过程中重金属元素（Cr、Mn、Cu、Pb、Zn）存在形式及其浸出毒性进行了实验和探讨。随着粉煤灰掺入量由0%提升至10%，水化产物形貌中微细孔增多，重金属元素在C-S-H中富集程度增加，熟料重金属元素浸出毒性呈现不同程度下降趋势，最大下降幅度达到56.1%，主要因为微细孔对重金属有较好的吸附作用，且重金属元素在水化产物周围的富集程度增加，有助于重金属离子以较为稳定的形态固化在水化产物中。     

不同硅质原料水热合成水化硅酸钙物相及其反应效率的研究

为探究不同硅质原料对水热合成水化硅酸钙物相的影响，研究了温度和硅钙比对产物的影响。采用X射线衍射(XRD)分析了水化硅酸钙物相，并探究了不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率。结果表明，不同硅质原料与Ca(OH)₂的反应效率由高到低依次为硅藻土、石英、珍珠岩；在硅藻土-石灰体系中，硅藻土中非晶态二氧化硅的Si—O更易被破坏，具有不稳定性，致使硅藻土反应效率更高。在石英-石灰体系中，随着钙硅比的提高，空气中的CO₂参与反应，生成碳硅钙石与片柱钙石，且托贝莫来石与硬硅钙石会逐渐消失，通过合理调控硅钙比和水热温度可有效地控制反应产物，这对于不同硅质原料的选择、水热合成水化硅酸钙中产物的控制及水热合成水化硅酸钙应用领域具有重大意义。     

土聚水泥技术在飞灰资源化中的应用

固体废物焚烧处理技术在我国日益得到推广应用,这导致我国垃圾焚烧飞灰产量巨大.垃圾焚烧飞灰中含有浸出毒性较高的重金属,属危险废弃物.但飞灰中含有丰富的活性组分,可以作为合成材料的原料而加以综合利用.飞灰基土聚水泥作为一种新型碱激活胶凝材料,可以大大降低飞灰中重金属的浸出毒性,同时具有较高的抗压强度.本文在介绍土聚水泥聚合机理的基础上,从飞灰预处理、外加硅铝原料的添加、碱激发剂浓度和掺量、水灰比、骨料、养护条件等方面阐述了对飞灰基土聚水泥强度和重金属浸出毒性的影响,最后对飞灰基土聚水泥重金属浸出毒性方面研究提出了建议.     

用Mehlich 3通用浸提剂法测定粉煤灰中微量元素的研究

用Mehlich 3通用浸提剂-ICP法测定了不同粒级粉煤灰中P、K、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、B、Al、Hg、As、Cr、Cd、Pb、Tl、Ge、Se元素的含量,并与土壤进行了比较.结果表明:随着粒级的减小,粉煤灰的微量元素M3浸出值呈上升趋势,而与土壤的变化趋势相反(B元素除外).在细颗粒比例较高的粘壤土类中,适量添加200目以上粉煤灰,有利于补充土壤中P、K、Cu、Zn等营养元素.150目以上底灰施入土壤后,将增加土壤重金属污染的危险性(Pb除外).飞灰施入土壤后,将增加土壤重金属Pb、As污染的危险性.     

电渗析法分离医疗垃圾焚烧飞灰浸出液中重金属

采用电渗析法分离医疗垃圾焚烧飞灰浸出液中重金属,考察了电流密度、液固比、处理时间等参数对重金属移除的影响,并分析了电渗析处理对飞灰特性、重金属形态及其浸出毒性的影响. 结果表明,电流密度0.8 mA/cm2、液固比10(w)和处理时间14 d条件下飞灰浸出液中重金属分离效果最好,11.1% Pb, 42.3% Zn, 56.7% Cd, 38.7% Cu, 7.5% Cr被移除,飞灰中大量NaCl被移除,氯含量从20.43%降低到0.78%,热灼减率从11.1%升高到34.3%,可溶态和碳酸盐态重金属含量降低,飞灰基质减少及不可溶态重金属存在导致残灰中重金属含量增加,Pb和Cd浸出浓度仍超过生活垃圾填埋场的阈值.     

粉煤灰中硅铝溶出规律及定向合成X型沸石研究

采用分光光度法测定水热合成条件下大同塔山电厂粉煤灰中硅、铝溶出量,据此调配粉煤灰水热合成沸石凝胶体系的硅铝比,在研究优化室温陈化时间、晶化温度和晶化时间等工艺参数的基础上,定向制备出X型沸石;采用氮气吸附仪、X射线衍射仪、醋酸铵法等表征沸石的比表面积、物相组成及阳离子交换容量.结果表明:水热合成条件下大同煤粉煤灰中硅、铝溶出量随时间延长先增大后减小,在14～16 min达到峰值,此时硅、铝溶出率分别为16.9％、9.1％,凝胶体系硅铝比为3.9,适宜制备X型沸石;室温陈化24 h、100℃晶化8h工艺条件下制备的沸石性能较好,比表面积为97.5 m2/g,阳离子交换容量为214.2 cmol/kg,产物主要为NaX型沸石.     

垃圾焚烧飞灰中重金属的药剂稳定化处理研究

以江苏某生活垃圾焚烧发电厂焚烧飞灰为研究对象,考察了硫化钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、TMT、ES有机鳌合剂5种化学药剂对飞灰重金属的稳定化效果,并选择无机药剂与有机药剂复配的方式对飞灰进行稳定化处理。结果表明:(1)5种化学药剂都对飞灰中的重金属具有一定的稳定化效果,其中有机鳌合剂效果明显优于无机药剂。无机药剂中硫化钠效果最佳,硫化钠投加量2.0%时Pb、Cd的浸出浓度均低于GB16889-2008的规定限值;有机鳌合剂中ES鳌合剂效果最佳,当其投加量为1.5%时Pb、Cd的浸出浓度可满足生活垃圾填埋场入场填埋要求。(2)ES鳌合剂和硫化钠复配使用时,当二者配比为4︰1时稳定化产物中Pb、Cd的浸出浓度低于GB 16889-2008的规定限值。     

不同来源家庭户用沼气池沼液成分分析及风险评价

采集了中国8个省市的43个不同原料家庭户用沼气池的沼液,进行化学需氧量（COD）、氨氮（NH₄⁺-N）、磷酸盐（PO₄^3-）和重金属等指标分析,阐述不同原料导致沼液成分的差异,评价了不同来源沼液存在的生态风险,旨在为不同来源沼液的资源化利用提供理论依据。研究结果表明,以牛粪和秸秆为原料的沼液COD浓度较高,分别达到6800 mg·L^-1和5800 mg·L^-1;以猪粪和混合粪便为原料的沼液氨氮浓度较高,都超过1800 mg·L^-1,而牛粪原料沼液氨氮浓度明显低于其他原料,平均值仅有450 mg·L^-1,因此以牛粪为原料的沼液COD/NH₄⁺-N显著高于其他三种原料,COD/NH₄⁺-N达到15,而其他三种原料的沼液COD/ NH₄⁺-N均低于5;所有原料沼液磷酸盐浓度的平均值均低于80 mg·L^-1;沼液中汞的污染较严重,且在不同原料和不同地区的沼液中具有普遍性;潜在生态风险指数RI分析结果表明,云南、河南和湖北的沼液RI介于130～260之间,属于中等生态危害,存在一定的生态风险。     

机械转盘联合超声破解剩余污泥

采用自主设计并制造的机械转盘剩余污泥破解装置对污泥进行破解处理,并联合超声技术以提升破解效果,考察不同运行条件对污泥破解效果的影响,采用响应面法优化处理参数,通过扫描电镜观察破解污泥的细胞形态。实验发现：盘间距离（d）和转盘破解时间（T_m）是影响机械转盘剩余污泥破解液溶解性化学需氧量的增加值（SCOD₊）和效能比（EDR）的重要因素;在d=1.5 mm,转速为2300 r·min^-1运行条件下破解25 min时SCOD₊为3130 mg·L^-1,破解效果良好。根据Central Composite Design实验设计原理,注重剩余污泥破解的能源利用效率,以SCOD₊和EDR为响应指标对机械转盘联用超声破解参数进行优化,当优化条件为d=2.76 mm,T_m 10.89 min,T_u（超声处理时间）=17.2 min时,剩余污泥破解液SCOD₊=7871.78 mg·L^-1,EDR=8.475 mg·L^-1·kJ^-1,在相同总处理时间下分别是单独机械转盘法（2610 mg·L^-1,3.11 mg·L^-1·kJ^-1）的3.02倍、2.7倍,单独超声法（3170 mg·L^-1,3.26 mg·L^-1·kJ^-1）的2.48倍和2.6倍。     

改性硅藻土负载纳米零价铁去除水中硝酸盐氮

以改性硅藻土为载体,采用硼氢化钠液相还原法制备了硅藻土负载的纳米铁（NZVI-CDt,nanoscale zero-valent iron supported on modified diatomite）复合材料。结果表明,所制得的纳米零价铁颗粒呈球形,粒径小于100 nm,均匀分散在改性硅藻土表面,部分纳米铁颗粒镶嵌在硅藻土孔隙内。NZVI-CDt能高效去除水体中NO₃^--N,当pH=7,温度为25℃,初始浓度为20 mg·L^-1,NZVI-CDt复合材料投加量为0.5141 g,反应60 min时,NZVI-CDt对NO₃^--N的去除率达到90.1%。NZVI-CDt去除NO₃^--N的反应符合准一级反应动力学方程,反应速率常数k_obs随着NO₃^--N初始浓度的增加而呈现下降的趋势。     

Advanced nitrogen removal via nitrite from municipal landfill leachate using a two-stage UASB-A/O system

A system consisting of a two-stage up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor and an anoxic/aerobic (A/O) reactor was used to treat municipal landfill leachate. Denitrification took place in the first stage of the UASB re-actor (UASB1). The chemical oxygen demand of the UASB1 effluent was further decreased in the second stage (UASB2). Nitrification was accomplished in the A/O reactor. When diluted with tap water at a ratio of 1:1, the ammonia nitrogen concentration of the influent leachate was approximately 1200 mg·L?1, whereas that of the system effluent was approximately 8–11 mg·L?1, and the corresponding removal efficiency is about 99.08%. Stable partial nitrification was achieved in the A/O reactor with 88.61%–91.58%of the nitrite accumula-tion ratio, even at comparatively low temperature (16 °C). The results demonstrate that free ammonia (FA) con-centrations within a suitable range exhibit a positive effect on partial nitrification. In this experiment when FA was within the 1–30 mg·L?1 range, partial nitrification could be achieved, whereas when FA exceeded 280 mg·L?1, the nitrification process was entirely inhibited. Temperature was not the key factor leading to par-tial nitrification within the 16–29 °C range. The inhibitory influence of free nitrous acid (FNA) on nitrification was also minimal when pH was greater than 8.5. Thus, FA concentration was a major factor in achieving partial nitrification.     

中试规模AAO-曝气生物滤池双污泥系统的启动运行

AAO-曝气生物滤池(BAF)是污泥龄差距较大的双污泥系统,可在低C/N条件下实现氮、磷的同步去除。本试验以低碳氮比的城市污水为处理对象,研究了处理量为40~100 m³·d^-1的大型中试级别的AAO-BAF脱氮除磷工艺的启动运行。通过先使AAO和BAF独立运行以分别培养驯化聚磷菌活性污泥和硝化细菌生物膜,待分别观察到AAO出水TP及BAF 出水NH₄⁺-N浓度稳定后,再将两部分连通运行的策略,使得在第58天时系统出水COD、 、TN、TP、浊度、SS分别小于50 mg·L^-1、5 mg·L^-1、15 mg·L^-1、0.5 mg·L^-1、5NTU、10 mg·L^-1,表明该中试系统已成功启动。与小试研究比较发现,分开运行更有利于聚磷菌的培养驯化;BAF中采用自然挂膜法较接种污泥法更方便,但增加了填料挂膜的时间。根据微生物群落多样性分析,发现AAO中的硝化细菌丰度少于3%,而BAF生物膜上的硝化细菌的丰度占到12%以上。本试验可为该工艺的实际工程应用提供一定参考。     

游离氨抑制Nitrobacter活性动力学试验

为探究游离氨（FA）对亚硝酸盐氧化细菌中硝化杆菌属（Nitrobacter）活性抑制动力学影响,本试验采用序批式活性污泥（SBR）反应器,在通过改变系统进水FNA浓度达到富集Nitrobacter基础上,以富含Nitrobacter污泥为对象（宏基因组物种注释和丰度分析显示Nitrobacter占细菌总数40.3%）,基于批次试验,考察不同FA浓度梯度下亚硝酸盐氧化过程Nitrobacter比耗氧速率（SOUR）变化规律,进而采用非基质抑制动力学模型对试验数据进行拟合。结果表明,当FA>7.3 mg·L^-1时,SOUR随着FA浓度的升高而降低。尤其当FA浓度高于22.2 mg·L^-1时,SOUR降为0 g N·（g VSS·d）^-1,最大比耗氧速率为0.62 g N·（g VSS·d）^-1。此外,基于Nitrobacter活性抑制程度判断,FA抑制Nitrobacter活性抑制类型符合非竞争性可逆抑制动力学。     

ACR在不同进水COD浓度下的产氢性能与菌群结构

以稀释糖蜜为底物,通过厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR) 的启动和运行,考察了ACR在不同进水COD浓度下的运行特性。结果表明,当HRT= 6 h,进水COD浓度从 7000 mg·L^-1提升至11000 mg·L^-1时,反应器仍能稳定运行,并维持乙醇型发酵类型。随着底物浓度的增加,系统的比产氢速率从COD 7000 mg·L^-1时的2.43 m³·(m³·d)^-1提高到COD11000 mg·L^-1时的3.51 m³·(m³·d)^-1,而活性污泥的比产氢速率在COD 为9000 mg·L^-1时最高,为10.71 mol H₂·(kg VSS·d)^-1。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢发酵产乙醇菌群为ACR系统中的主要产氢功能菌群,且随着进水COD浓度的增加,以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群的优势度显著增强,但丙酸发酵菌属Propionicimonas sp. F6也开始富集。     

投加助滤剂对高盐度冲击下MBR运行及膜污染影响

以膜生物反应器（membrane bioreactor,MBR）受高盐度废水冲击前后的活性污泥为研究对象,考察了助滤剂（硅藻土）投加对于MBR污染物去除及膜污染减缓的影响。实验结果表明投加硅藻土对高盐废水冲击后的MBR性能恢复效果显著。与对照反应器相比,投加60 mg·L^-1硅藻土可提高系统对传统污染物的去除效率,COD、NH₄⁺-N及TP去除效率分别提高了4.9%、3.2%及74.5%;高盐度废水冲击显著增加了对照反应器的膜污染速率,其膜污染速率是投加硅藻土MBR的4倍。硅藻土具有的吸附性能及絮凝能力显著降低了MBR本体溶液中的溶解性微生物代谢产物含量,减小了膜污染速率。进一步研究发现,投加硅藻土增加了平均絮体粒径（mean particles sizes, d_p）及相对疏水性（related hydrophobic, RH）,有利于减缓膜污染。     

乳状液膜中1,3-桥连杯[4]芳烃/冠醚对碱金属离子的选择性萃取(英文)

Nano-assisted inclusion separation of alkali metals from basic solutions was reported by inclu sion-facilitated emulsion liquid membrane process. The novelty of this study is application of nano-baskets of calixcrown in the selective and efficient separation of alkali metals as both the carrier and the surfactant. For this aim, four derivatives of diacid calix[4]-1,3-crowns-4,5 were synthesized, and their inclusion-extraction parameters were optimized including the calixcrown scaffold （4.4%, by mass） as the carrier/demulsifier, the commercial kero sene as diluent in membrane, sulphonic acid （0.2 mol.L-1） and ammonium carbonate （0.4 mol.L-1） as the strip and the feed phases, the phase and the treat ratios of 0.8 and 0.3, mixing speed （300 r.min-1）, and initial solute concentration （100 mg.L-1）. The selectivity of membrane over more than ten interfering cations was examined and the re sults reveled that under the optimized operating condition, the degree of inclusion-extraction of alkali metals was as high as 98%-99%.     

超声辅助碱浸铜冶炼烟灰中铜砷分离

采用超声辅助Na₂S-NaOH浸取体系对铜冶炼烟灰进行研究,在NaOH、Na₂S与烟灰质量比0.4：1,液固比20：1,反应温度75℃,反应时间5 min,超声功率80 W,搅拌速率400 r·min^-1条件下,As浸出率为88.81%,Cu浸出率为0.025%,实现了Cu和As的有效分离。采用该方法处理后,与单独碱浸相比,As浸出率提高9.21%,烟灰中As含量由0.85%降至0.58%,Cu含量由2.21%增至2.30%,且As浸出毒性浓度由12.66 mg·L^-1降至2.84 mg·L^-1,为烟灰的资源化利用创造了条件。超声辅助碱浸除砷动力学满足收缩核混合反应控制模型,表观活化能0.114 kJ·mol^-1。XRD、XPS和重金属形态分析结果表明,超声空化作用可使As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ）,有利于As浸出,故超声过程强化有利于Cu和As在碱浸体系中的选择性分离。