高硫煤还原分解磷石膏过程中CaS生成机理研究

在N,2气氛下,利用热重分析仪和管式炉研究了高硫煤还原分解磷石膏过程中CaS的生成机理.研究表明.在1000～1150℃温度范围内.磷石膏中的CaSO4与煤粉或汽化产生的CO反应是生成CaS的主要反应.CaS的生成机理可以通过固-固反应机理、气-固反应机理或联合作用机理等模型进行解释.通过对磷石膏分解产物的XRD-SEM图进行分析,结果表明.不同粒径高硫煤对CaS生成量的影响是通过改变CaS的生成机理来实现的.高硫煤粒径较小时.利于气-固反应的发生,而产生大量CaS,反之则以固-固反应机制为主.CaS的生成也相对难些.     

常温条件下O2和NO2对Ca(OH)2吸附SO2产物的影响

在100℃的无水蒸气条件下研究以Ca（OH）₂为吸收剂同时脱硫脱硝过程中SO₂的固定和氧化过程,以及O₂和NO₂的作用。分别用原位漫反射傅里叶红外光谱和固定床反应器,研究过程中Ca（OH）₂表面和气相的成分变化。结果表明:SO₂吸附在Ca（OH）₂表面形成的CaSO₃不易被O₂氧化,但可以被NO₂氧化。同时脱除过程中,NO₂对CaSO₃的氧化具有选择性:930~936 cm-1位置的红外吸收峰在反应过程中先升高后降低,980~995 cm-1位置的红外吸收峰只升高不降低。无O₂条件下,参与反应的NO₂以接近1∶1的比例转化为NO,而有O₂条件下Ca（OH）₂同时脱除NO₂和SO₂时,Ca（NO₃）₂的含量明显增加,且反应前期CaSO₄的生成速率加快。     

厌氧发酵对废弃钙基生物炭制备温度的影响及对水体中除磷研究

水体中磷的高效去除是降低水体富营养化的有效手段.以废弃蛋壳为碳酸钙源，以厨余垃圾为生物质，采用厨余垃圾和蛋壳混合厌氧发酵进行预处理，制备钙改性生物炭(ES-BC)，并用于水体中磷的去除.结果表明，当m(厨余垃圾)∶m(蛋壳)=3∶1，发酵温度为55℃，发酵7 d天后，在600℃条件下煅烧可制得除磷性能优异的ES-BC；发酵过程产生的有机酸可促进碳酸钙的预分解，进而降低后续材料的煅烧温度，保持生物炭良好的孔隙结构，有利于钙的分散和磷的去除；在较优条件下制得的ES-BC复合材料对不同浓度(1～100 mg·L^-1)的磷污染液均具有较好的去除效果，反应产物主要包括Ca₅(PO₄)₃OH、Ca₁₀(PO₄)₆OH₂(HAP)和Ca₈H₂(PO₄)₆·H₂O(OCP)等.     

实验室发生纳米气溶胶吸湿性表征

气溶胶吸湿特性对于灰霾的形成、气溶胶对气候变化的影响及人体健康效应具有重要意义. 采用加湿迁移差分分析(HTDMA)法,对实验室发生的8种纳米级无机和有机气溶胶进行吸湿特性定量表征,从而判定影响气溶胶吸湿特性的主要因素. 结果表明,NaCl和(NH₄)₂SO₄气溶胶的潮解点为相对湿度(RH)75%±2%,与理论计算结果相接近,说明测试系统具有一定的可靠性. 对以往研究较少的NaNO₃,CaCl₂,CaSO₄,合成海盐,乙二酸和己二酸气溶胶的测试表明,NaNO₃,CaCl₂以及合成海盐气溶胶随RH的升高粒径逐渐增大;合成海盐气溶胶在RH为86%时吸湿性生长因子(Gf)达到1.80;CaSO₄,乙二酸和己二酸气溶胶随着RH增大未见明显吸湿增长. 通过扫描电镜分析了8种化合物气溶液在不同RH下的形态特征,为掌握各种化学组分对气溶胶吸湿特性的影响提供了微观形态分析的依据.      

微波场下粉煤灰/电石渣负载Na2O协同脱硫脱硝

以粉煤灰与电石渣的混合物(FC)作为载体,Na₂O为活性组分,采用超声波浸渍法制备了吸附剂Na₂O/FC。通过XRD、BET、SEM分析对吸附剂进行表征,探讨在微波辐射下吸附剂协同脱硫脱硝机制。结果表明:微波下Na₂O负载可显著提高吸附剂的性能;6%Na₂O/FC(其中6%代表活性组分Na₂O在吸附剂中质量分数)的协同脱硫脱硝性能最佳,其脱硫t_90%和t_50%(t_x%为吸附剂的脱硫率或脱硝率达到x%时的反应时间)分别为12,73 min,脱硝t_90%和t_50%分别为4,16 min。机理分析表明:协同脱硫脱硝过程起初以物理吸附为主,反应进行一段时间后以化学吸附为主。微波下吸附剂Na₂O/FC的化学吸附过程为活性氧将SO₂和NO氧化为SO₃和N₂O₅后,SO₃和N₂O₅与金属氧化物反应生成Ca₅(SiO₄)₂SO₄、(Mg_xCa_1-x)(NO₃)₂、CaSO₄等硫酸盐和硝酸盐,同时活性组分Na₂O可直接与吸附态的SO₂与NO结合生成Na₂SO₃和NaNO₃。     

流速对河道系统截留氮、磷的影响

为有效阻控太湖湖西地区小流域河流中的氮、磷进入太湖,对比了不同流速下河道对河流上覆水和间隙水中NH₄＋-N,NO₃－-N,NO₂－-N和可溶磷的截留情况,同时通过实验室模拟河道探讨了不同流速下氮、磷截留的机理. 结果表明,河道系统本身不太稳定,在有外界条件(如其他河流的汇入)作用下可以引起一系列的变化. 流速对河道中NH₄＋-N,NO₃－-N,NO₂－-N和可溶磷的截留有较大影响,在保证初始条件和外部条件相同的前提下,快速流(流速为1.00 cm/min)对氮、磷的截留量最小,中速流(流速为0.35 cm/min)次之,慢速流(流速为0.17 cm/min)对氮、磷的截留量最大. 在整个过程中流速对氮的截留基本上是先增加再略有下降,而对磷的截留是先增加再逐渐趋于平稳.      

SO2-NO2-NH3-H2O四元反应体系中气溶胶的生成特性

通过烟雾箱实验,研究了SO₂-NO₂-NH₃-H₂O四元反应体系在气-粒转化过程中新形成颗粒物数浓度与粒径分布的变化.研究发现,SO₂-NO₂-NH₃-H₂O四元反应体系具有显著的成核能力,且其成核强度大,持续时间短.当SO₂、NO₂浓度为200mg/m³,NH₃浓度为12x10^-6时,反应体系的气溶胶总个数浓度在2min时达到峰值2.5x10⁶cm^-3.缺少任一种气体均会使气溶胶成核强度下降.SO₂、NO₂及NH₃浓度分别为0的工况下气溶胶总个数浓度峰值分别下降了41.0%、83.6%及98.5%.在电厂污染气体排放浓度区间内,NO₂对气溶胶生成影响大于SO₂.燃煤电厂控制NO_x排放浓度对改善烟囱出口气溶胶数浓度更有效.在实验基础上,对颗粒物成核特性进行拟合,反应体系在气-粒转化过程中产生的新颗粒物总个数浓度及中值粒径与气态前体物浓度线性相关;采用布朗团聚模型对气溶胶成核后的团聚过程总个数浓度及粒径变化进行模拟计算,根据给定的燃煤电厂SO₂、NO₂、NH₃排放浓度,给出预测气溶胶颗粒成核速率、粒径分布及总个数浓度变化的方法.     

南京亚微米级颗粒物化学组成的季节变化、粒径分布和来源

于2016～2017年不同季节在南京大学仙林校区采集分粒径的颗粒物样品,分析了粒径≤1.1μm颗粒物(PM_1.1;<0.4、0.4～0.7和0.7～1.1μm)中水溶性离子、碳质组分和元素的浓度.结果表明,受当地扩散条件以及热不稳定组分在高温下挥发分解的影响,PM_1.1、 OC、 NO^-₃、 SO₄^2-和NH⁺₄浓度均表现出秋冬高、春夏低的特点.而元素碳在春季因工业和道路扬尘贡献的升高达到最大浓度[(1.87±0.98)μg·m^-3].根据丰量组分间的特征比值,南京PM_1.1中的阴离子由NO^-₃、 SO₄^2-和Cl^-主导,碳质组分主要来自化石燃料燃烧及老化过程.随着温度的升高,热不稳定组分NH⁺₄、 NO     

镧负载纤维素水凝胶多级串联吸附柱回收二沉池出水中磷的性能及机制研究

为了有效控制水体富营养化、降低污水处理厂出水磷浓度,采用多级串联吸附柱探究镧负载纤维素水凝胶CCH@La对二沉池出水中磷的吸附性能和机理,分析二沉池出水中共存组分对吸附和脱附过程的影响.结果表明,多级串联柱吸附装置可以有效使二沉池出水的磷浓度从2.0 mg·L^-1下降到0.1 mg·L^-1以下,初次运行的穿透体积为10182.59 BV(～50.13 mg·g^-1),酸洗再生可以使CCH@La的处理效果提升到13341.83 BV(～65.58 mg·g^-1).CCH@La对磷的动态吸附过程符合Thomas和Yoon-Nelson模型,吸附机理主要是形成无定形La–P络合物,同时Ca²⁺会在吸附剂表面形成三元络合物≡La–P–Ca和四元络合物≡La–P–Ca–P,并在pH较高的环境下生成少量Ca₅(PO₄)₃(OH)沉淀.酸洗过程可以使吸附剂表面发生Ca₅(PO₄)     

UV和UV/H2O2工艺对水中二嗪磷的降解

在低压汞灯（LPUV,253.7nm）光照条件下,研究了过氧化氢（H₂O₂）加入量对二嗪磷降解动力学、产物生成和降解途径的影响规律与作用机理.结果表明,二嗪磷水溶液在单独UV和UV/H₂O₂工艺中的降解反应均符合准一级反应动力学,且反应速率常数（k）随H₂O₂加入量的增加而增大,H₂O₂加入量为0,5,10mg/L时的k分别为0.0234,0.0301,0.0341min-1.在UV光照处理条件下,二嗪磷水溶液中的溶解性有机碳（DOC）随H₂O₂加入量的增加而降低,但其矿化度均相对较低（光照120min时的DOC去除率均低于20%）.此外,UV光照处理时,H₂O₂的加入对二嗪磷光氧化降解产物的种类及生成量均存在显著影响.二嗪磷水溶液单独UV光照处理60min时检出了8种中间/降解产物,但经UV/H₂O₂工艺处理60min时仅检出了6种中间/降解产物,且不同H₂O₂加入量时的光氧化降解产物生成量或浓度及随UV光照处理时间的变化幅度与趋势均存在较大程度的差别.基于二嗪磷及其降解产物的定性、（半）定量分析结果,提出了二嗪磷水溶液在单独UV和UV/H₂O₂工艺中的降解途径与机理.     

石灰软化法中海藻酸钠强化去除脱硫废水中的SO42-

以实际脱硫废水为原水,在不同石灰乳、聚合硫酸铁、海藻酸钠的复配条件下,对混凝沉淀后溶液SO■浓度、pH值、Zeta电位及矾花粒径、表面形貌、官能团和晶体结构等进行分析,探索石灰软化法中海藻酸钠强化SO■去除机理。结果表明：相比于同时投加7 g/L石灰和40 mg/L聚合硫酸铁,复配海藻酸钠可使出水SO■浓度由3991.15 mg/L降低至3238.60 mg/L(均值),pH值(均值)由9.66升高至9.69。海藻酸钠通过吸附电中和及吸附架桥作用促进胶粒的聚集,在投加量为3 mg/L时形成中值粒径30.41μm的矾花。投加海藻酸钠形成的CaSO₄晶体更加规整,晶簇较为细小但极为密集,强化了SO■去除。红外光谱和X射线衍射分析表明,海藻酸钠的羧基(—COO^-)可能通过螯合Ca²⁺等金属离子促进石灰溶解,从而使CaSO₄结晶效果更好。正交实验结果显示,去除SO■较适宜的复配组合为石灰7 g/L+聚合硫酸铁30 mg/L+海藻酸钠2 mg/L,SO■去除率可达到80.94%。     

NO2对SO2/H2O/空气体系气溶胶成核过程的影响

为研究NO₂对SO₂/H₂O/空气体系气溶胶成核过程的影响,采用纳米扫描迁移率粒子粒径谱仪(Nano-SMPS),对NO₂/SO₂/H₂O/空气混合气体在X-射线作用下生成粒子的粒径和浓度进行测量. 结果表明,粒子的粒径在2.0~63.8 nm之间,最高数浓度可达到1.4×107 cm-3. 成核粒子谱的分布呈双峰模式,其中一个谱峰中心位置在4.0 nm附近,另一个在7.0~14.6 nm之间,分别对应于均相成核和离子诱导成核两种过程. 在均相成核方面,NO₂和SO₂均能参与气溶胶成核,而对气溶胶的生长没有明显影响,粒子的粒径主要集中在4.0 nm附近. 在离子诱导成核方面,当混合气体中φ(SO₂)低于2.12×10-6时,加入NO₂可促进粒子生成;而当超过该值时,NO₂的加入反而会降低气溶胶成核粒子的总数浓度. 当φ(SO₂)为3.61×10-6时,在φ(NO₂)分别为0.13×10-6、0.18×10-6和0.84×10-6的条件下,气溶胶成核粒子的总数浓度比不含NO₂下分别减少了25.9%、33.1%和49.0%. 研究显示,NO₂和SO₂对·OH的反应竞争作用是影响NO₂/SO₂/H₂O/空气体系气溶胶成核的重要机制.      

水泥企业不同固定源PM2.5排放特性

为获得水泥企业固定源颗粒物排放特性,采用自设固定源PM_2.5稀释采集系统对陕西省关中地区某水泥企业固定源中的细颗粒物开展了现场实测工作.结果表明:窑头主要排放粒径较小的颗粒物,其粒径分布特征与燃烧气态产物冷凝、碰并、凝聚等机制相关;窑尾、煤磨、破碎、水泥磨主要排放粒径较大的颗粒物,其粒径分布特征与原料、燃料及熟料的破碎、粉磨等物理性质相关;考虑废气标干流量情况下,固定源PM_2.5控制重点依次为窑头、煤磨、窑尾、水泥磨、破碎;窑头在爱根核模态和积聚模态的颗粒物浓度整体水平明显高于窑尾、煤磨、破碎（最高值间约相差3倍左右至1个数量级）;窑头、窑尾、煤磨、破碎浓度分布的共同特征是PM₁₀粒径分布谱中大于0.1 μm的各层级颗粒物质量大多较高且各层级间质量变化较为剧烈.窑头在爱根核模态和积聚模态的颗粒物数浓度整体水平明显高于窑尾、煤磨、破碎（最高值间约相差1~2个数量级）;窑头、窑尾、煤磨、破碎数浓度分布的共同特征是PM₁₀粒径分布谱中粗粒子模态数量均很小.窑尾、窑头、煤磨、破碎、水泥磨排放因子分别为0.156 g/t（以熟料计）、3.914 g/t（以熟料计）、1.538 g/t（以煤计）、0.016 g/t（以石料计）、0.056 g/t（以水泥计）,PM_2.5排放总量分别为207.48、5 205.62、286.38、28.73、131.50 t,固定源PM_2.5排放总量为5 859.7 t.研究显示,水泥企业不同固定源颗粒物排放特性相差较大,即使同一类工艺同一性质固定源其颗粒物排放也存在不同,主要原因在于各企业的运行参数、固定源除尘设施、颗粒物检测方法及仪器等存在不同.      

民用燃料烟气中气态污染物及水溶性无机离子的排放

选取北京市地区典型生物质燃料（玉米芯、玉米秆、黄豆秆、草梗、松木、栗树枝、桃树枝）以及民用煤（烟煤、蜂窝煤）在实验室内进行了模拟燃烧实验,采用Thermo Fisher 42i型化学发光NO-NO₂-NOx分析仪、43i型脉冲荧光SO₂分析仪、48i型CO分析仪对烟气中的NO_x、SO₂、CO进行全程在线监测;对燃烧产生的颗粒物样品进行采集,采用ICS 90A、ICS2000离子色谱仪对不同粒径段颗粒物中的水溶性无机离子进行测定.研究表明：3类民用燃料排放因子均值由大到小的顺序,SO₂为民用煤 > 薪柴 > 秸秆;CO为秸秆 > 民用煤 > 薪柴;NO_x为薪柴 > 民用煤 > 秸秆.薪柴燃烧产生的PM_2.5中SO₄^2-含量最高,占总水溶性无机离子的22%~30%;秸秆类燃烧产生PM_2.5中的水溶性无机离子K⁺占绝对优势,占总水溶性无机离子的36%~49%,其次为Cl^-或SO₄^2-,两者之和占总水溶性无机离子的35%~44%.3类民用燃料中秸秆类燃烧排放的颗粒物中水溶性无机离子的排放因子最高,其次为薪柴类燃料,民用煤最低.本实验对不同粒径段颗粒物中9种水溶性无机离子进行了分析（Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-）,薪柴类燃料燃烧排放的颗粒物中,Na⁺、K⁺、NH₄⁺、F^-的排放因子在0~2.5μm粒径段内最大,Mg²⁺和Ca²⁺的排放因子在2.5~10μm粒径段内最大.秸秆类燃料除Ca²⁺、Mg²⁺外,其余离子的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大.对于烟煤而言,除了K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺外,其余离子的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大;蜂窝煤中Na⁺、K⁺、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-的排放因子均在0~2.5μm粒径段内达到最大.     

活性炭粒径对O3-AC处理有机废水的影响机制

臭氧-活性炭(O₃-AC)技术可以通过吸附和氧化协同作用去除废水中的污染物,而AC粒径是影响这一过程的关键因素。制备了5种48~1700 μm的不同粒径AC用于苯酚废水的O₃-AC处理,通过吸附和氧化动力学考察了AC粒径对污染物的吸附、氧化以及O₃传质的影响机制。结果表明:在AC粒径<150 μm时,AC表面出现更多微观孔道,吸附和氧化速率较粒径>150 μm的AC分别提高了189%和166%;粒径在48~150 μm的AC在O₃中的传质和分解速率分别达到0.57,0.51 min-1,显著高于其他大粒径AC;在O₃-AC中加入叔丁醇(TBA)后,40 min内COD去除率降低了20%,O₃的分解作用与催化氧化反应有关;使用48~150 μm粒径的AC连续进行6次O₃-AC实验,COD去除速率均保持在95%以上,具有良好稳定性。     

EGR组分对煤液化柴油颗粒排放的影响

为研究废气再循环（EGR）对煤液化柴油颗粒粒径分布,微观形貌,组成元素以及氧化特性的影响,运用扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）和热重试验的方法,通过改变EGR率（0% EGR,15% EGR）和废气组分（15% N₂,15% CO₂和30% CO₂）采集了柴油机燃用煤液化柴油的颗粒,分析了颗粒微观结构和氧化特性.结果表明,EGR率小于15%时,颗粒粒径呈单峰正态分布.在0% EGR,15% EGR,15% N₂,15% CO₂氛围下,颗粒粒径分布的峰值粒径分别为60.4,60.4,69.8,52.3nm.引入30% CO₂时,颗粒粒径呈双峰正态分布,粒径分别在14.3nm和52.3nm.引入EGR和N₂后,颗粒群变得紧凑,不易氧化.引入CO₂后,颗粒群变得疏松,易于氧化.不采用EGR,颗粒结构主要呈链状,引入15% EGR和15% N₂,颗粒结构主要呈团簇状.     

烧结工艺颗粒物中水溶性离子排放特性分析

采用荷电低压颗粒物撞击器（ELPI）对两段烧结工艺经除尘、脱硫后排放的颗粒物进行采样,分析颗粒物的粒数和质量浓度以及颗粒物中所含水溶性离子的粒径分布特征.结果表明,烧结工艺经除尘、脱硫后颗粒物的粒数浓度在10⁵～10⁷cm^-3,粒径小于0.1μm的颗粒物占总粒数浓度的67%～77%.颗粒物质量浓度呈双峰分布,烧结1分别在0.61μm和1.62μm处出现峰值,烧结2分别在0.37μm和1.62μm处出现峰值;对不同粒径段颗粒物中的水溶性离子进行分析后表明,烧结1排放的PM₁中含量最高的是NH₄⁺和Ca²⁺,分别为15.26%和14.84%;PM_>1中含量最高的是SO₄^2-,为33.52%.烧结2排放的PM₁中含量最高的是Cl^-,为28.12%;PM_>1中含量最高的是SO₄^2-,为29.21%.SO₄^2-在烧结1中主要集中在6.89～10.23μm这一粗粒径段中,占60%左右,而在烧结2中主要集中在粒径小于2.5μm的细粒径段颗粒物中,占81%左右.Cl^-在烧结1不同粒径段颗粒物中含量较低且分布较均匀,而在烧结2中Cl^-在0.13～0.24μm粒径段颗粒物中出现峰值且含量较高达45%左右.     

面向物质资源化的燃煤电厂脱硫废水零排放工艺研究

基于水质特性分析,以物质资源化为核心,构建了脱硫废水强化递级分盐预处理-膜浓缩电解制氯零排放工艺,并进行了35 d的中试试验(500 L/d)。结果表明:该工艺能够在稳定运行的基础上实现污染物的高效去除和物质的充分资源化。预处理模块出水SS、Mg2+、SO2-₄和Ca2+去除率分别为100%、96.6%、99.8%和98.9%;各处理单元沉淀物分别为CaSO₄、Mg(OH)₂、钙矾石和CaCO₃,其纯度可分别达到86.9%、99.8%、88.3%和99.9%,可作为脱硫石膏、除磷剂、阻燃剂和脱硫剂进行资源化利用;膜浓缩电解制氯模块所得次氯酸钠符合GB 19106-2013《次氯酸钠》中A型Ⅲ级要求,可用于消毒、杀菌与水处理。