污泥制陶粒技术可行性分析与烧结机理研究

研究了污泥烧结陶粒轻骨料的建材性能,分析了污泥制陶粒轻骨料的技术可行性和存在的难题,并从烧结过程的结构形态变化和晶体相反应机理角度讨论了可行的解决办法. 结果表明,当烧结温度为1　050 ℃,烧结时间为30 min时,烧结体的内部产生熔融液相导致烧结体收缩致密化,建材性能显著提高,但抗压强度仍达不到建材标准要求. 其主要原因是污泥中的有机物含量较高,烧结过程中有机物的挥发导致烧结体内部产生较大孔隙,使产品开裂. 污泥烧结体中的主要晶体相是石英、钙黄长石、钙镁磷酸盐和磷酸铝,污泥中磷的含量很高,因此,可添加高铝无机材料促进钙镁磷酸盐和磷酸铝高强晶体相的形成,提高烧结体抗压强度,经调质后利用污泥烧结陶粒轻骨料技术可行.      

基于二次铝灰的地聚反应稳固化垃圾飞灰

基于工业生产铝过程中回收的二次铝灰（SAD）的地质聚合反应,提出了一种稳固化城市生活垃圾焚烧飞灰（MSWIFA）的新方法,分析硅铝物质的量之比对飞灰中重金属浸出浓度及地聚物固化体力学性能的影响规律.结果表明,当硅铝物质的量之比小于2.5时,二次铝灰-SiO₂基固化体与偏高岭土-SiO₂基固化体中的重金属浸出浓度均随着硅铝物质的量之比的增加而逐渐降低,2种固化体的抗压强度随着硅铝物质的量之比的增加而增加;硅铝物质的量之比达到2.5时,重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度均趋于稳定.XRD分析结果显示,偏高岭土-SiO₂基固化体中聚合物的种类与数量均略高于二次铝灰-SiO₂基固化体.但从重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度来看,2类固化体对飞灰中重金属的稳固化效果的差别很小,二次铝灰加上部分硅基材料可以作为偏高岭土的替代品,用于稳固化飞灰重金属的地质聚合反应中.二次铝灰-SiO₂基固化体的抗压强度达到13.65MPa,具备一定的力学性能,可用于部分特定的建筑材料.     

基于二次铝灰的地聚反应稳固化垃圾飞灰

基于工业生产铝过程中回收的二次铝灰（SAD）的地质聚合反应,提出了一种稳固化城市生活垃圾焚烧飞灰（MSWIFA）的新方法,分析硅铝物质的量之比对飞灰中重金属浸出浓度及地聚物固化体力学性能的影响规律.结果表明,当硅铝物质的量之比小于2.5时,二次铝灰-SiO₂基固化体与偏高岭土-SiO₂基固化体中的重金属浸出浓度均随着硅铝物质的量之比的增加而逐渐降低,2种固化体的抗压强度随着硅铝物质的量之比的增加而增加;硅铝物质的量之比达到2.5时,重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度均趋于稳定.XRD分析结果显示,偏高岭土-SiO₂基固化体中聚合物的种类与数量均略高于二次铝灰-SiO₂基固化体.但从重金属的浸出浓度与固化体的抗压强度来看,2类固化体对飞灰中重金属的稳固化效果的差别很小,二次铝灰加上部分硅基材料可以作为偏高岭土的替代品,用于稳固化飞灰重金属的地质聚合反应中.二次铝灰-SiO₂基固化体的抗压强度达到13.65MPa,具备一定的力学性能,可用于部分特定的建筑材料.     

石膏-赤泥协同处理资源化利用

磷石膏和赤泥是典型的2大工业废渣,排放量大、成分复杂、环境风险高,再利用难度较大。基于磷石膏属高钙碱性,赤泥为富铝硅酸性的矿物特点,采用两渣协同处理实现钙质循环再用同步回收铝钠的技术思路。小试试验结果表明：最适宜工艺条件为烧结温度850℃,2倍还原剂理论添加量,C/S=2.1,N/A=1.1,烧结时间7 min,该条件下铝和钠的回收率分别为82.14%和83.48%。在此条件下进行了中试试验,结果表明：相较于小试试验,中试试验获得的铝钠回收率略低(Al₂O₃ 76.32%,Na₂O 81.25%);其烧结熟料及浸出渣XRD分析表明,与熟料比较,渣中铝酸钠峰值减弱,而钙硅等化合物峰值加强,表明熟料中铝钠溶出效果良好,钙硅等化合物进入渣相;从SEM图可见,熟料微观形貌疏松,表明烧结质量良好;而浸出渣粒度变细、分散,表明熟料浸出性能优异;采用碳酸化分解溶出工序制备的铝酸钠溶液,所得Al(OH)₃产品相比氧化铝企业种分工艺生产的Al(OH)₃,两者Al₂O     

城市污泥/磷尾矿陶粒的烧结条件及性能研究

以城市污泥和磷尾矿为原料,选取4个质量混合比(2:1、1:1、1:2、1:3),在不同烧结条件下(5个温度、5个时间)制备陶粒,对陶粒的堆积密度、吸水率、盐酸可溶率进行测定并对原料和部分陶粒进行XRD物相分析.研究结果显示:随着污泥添加比增大,陶粒堆积密度降低,盐酸可溶率(2:1除外)和吸水率升高.污泥:磷尾矿质量比为2:1的陶粒,当烧结温度为1000—1100℃时,其堆积密度小,吸水率较高;1100—1200℃时,陶粒盐酸可溶率降低,且显著低于其他比例.污泥含量的增加有助于提高陶粒物相特征峰的强度和丰富度,优化骨架结构.在配料比2:1、烧结温度1150℃、烧结时间15 min的条件下,制得堆积密度小(434.70 kg??m?3)的轻质陶粒.     

氟化钙污泥和赤泥共烧结制备砖块的研究

研究了用氟化钙污泥和赤泥两种固体废弃物共同烧结制砖,通过烧结后产物的氟离子去除率、铬离子去除率、抗压强度3个指标来评价烧结产物的性能。实验结果表明:当氟化钙污泥与赤泥的配比为1∶1,铝灰的添加量为7.7%,粘结剂的添加量为7.7%,烧结温度在1 000℃时的烧结效果最佳,此时对应的氟离子去除率为96.28%,铬离子去除率为89.49%,抗压强度为13.40 MPa,适合做基础路面铺建材料。     

废旧阴极-赤泥协同处理烧结熟料的溶出性能

采用XRF,ICP-MS,XRD及SEM-EDS检测手段,研究了废旧阴极-赤泥高温协同处理所得熟料的溶出性能.结果表明,Na₂CO₃浓度,温度,时间及液固比因素对Al₂O₃,Na₂O溶出率TFe₂O₃的富集效果的影响趋势一致.最适宜溶出条件为：Na₂CO₃ 30g/L,温度50℃,时间30min,液固比8.该条件下,熟料中Al₂O₃和Na₂O溶出率分别高达为87.41%和92.51%;相应的SiO₂和CaO溶出率仅为3.02%和0.36%,铁矿物几乎不溶.溶出渣中的TFe₂O₃含量从熟料中23.64%提高到39.89%,研究表明溶出工艺同步实现了熟料中铝、钠的回收和铁的富集.再者,处理后溶出渣较熟料减量近16%（以铝和钠溶出率测算）,且属于非危险性废物.     

硅铝比对Cu/SSZ-13SCR活性位的影响

采用固态离子交换法制备了不同硅铝比（Si/Al=5,10,25）的Cu/SSZ-13分子筛催化剂,探究硅铝比对其NH₃选择性催化还原（NH₃-SCR）活性位的影响规律,并通过X射线衍射（XRD）,H₂程序升温还原（H₂-TPR）,NO_x程序升温脱附（NO_x-TPD）,NH₃程序升温脱附（NH₃-TPD）,原位红外实验（in situ DRIFTS）等手段进行物化性质表征.活性测试结果表明,当Cu负载量为4wt%时,不同硅铝比的Cu/SSZ-13具有显著差异的SCR活性;其中,Cu/SSZ-13（10）的SCR活性最佳,200~450℃温度范围内NO转化率均大于80%.XRD和H₂-TPR结果表明,硅铝比会影响Cu/SSZ-13的Cu物种的分布和氧化还原性.NO_x-TPD和NH₃-TPD结果表明,3种催化剂中Cu/SSZ-13（10）具有最多Cu²⁺离子,Cu²⁺离子可以为Cu/SSZ-13（10）提供更多的NO_x吸附位点和Lewis酸性位点,而Lewis酸性位是Cu/SSZ-13主要的低温SCR活性位点,因此有利于NH_3-SCR反应的进行.当硅铝比增加到25时,Cu/SSZ-13（25）的Lewis酸性位大量损失,导致其SCR活性明显下降.     

污泥灰渣煅烧过程重金属氯化脱除特性研究

市政污泥中含有丰富的磷资源，焚烧能实现污泥中磷的富集，但灰渣中重金属的潜在环境风险大大限制了其实际应用。文章以CaCl₂为氯化剂，研究不同煅烧温度(800～1 000℃)下，CaCl₂添加量对富磷灰渣中重金属Zn、Cu脱除的影响，以及煅烧对富磷灰渣磷的固定和磷形态转化的影响。结果表明，CaCl₂能有效促进煅烧过程重金属Zn、Cu的脱除，且温度越高，CaCl₂的添加对Zn、Cu的脱除越有效。CaCl₂添加量为0时，重金属Zn、Cu的脱除率均低于5%，当CaCl₂的添加量从0增加到50 g Cl/kg SSA时，Zn、Cu的脱除率分别提高到97.8%和83.4%(1 000℃时)。相比原污泥，煅烧后富磷灰渣中重金属Zn、Cu的浸出浓度大幅降低，残渣态和可氧化态占比增加，具有较低的生态环境风险。800～1 000℃条件下，富磷灰渣中磷的固定率皆在90%以上，且CaCl₂的加入促进了富磷灰渣中非磷灰石无机磷(NAIP)向AP磷形态的完全转化，...     

张红玉,张玉冬,顾军,李国学,袁京

为了降低厨余垃圾堆肥过程中H₂S和NH₃这2种恶臭物质的排放,通过向堆肥原料中添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑3种调理剂,同时以厨余垃圾单独堆肥作为对照,研究调理剂添加对H₂S和NH₃排放的影响.结果表明,3种调理剂的添加均促进了有机物的降解和堆体的快速升温,与对照相比,使堆肥进入高温期的时间提前了3~4d;从电导率和发芽率指数来看,添加玉米秸秆处理的堆肥产品达到完全腐熟的要求,而添加木本泥炭和木屑处理的堆肥产品只是达到了无害化的要求;3种调理剂的添加均不同程度减少了厨余垃圾堆肥中H₂S和NH₃的排放,与对照相比,添加玉米秸秆、木本泥炭和木屑使厨余垃圾堆肥中H₂S的累积排放量分别降低了78.7%,50.3%和89.8%,NH₃的累积排放量分别降低了53.8%、87.7%和63.9%,可见木屑更能有效控制H₂S的排放,而木本泥炭更能有效控制NH₃的排放.     

污泥掺烧过程中Cl/S/P/矿物质的热交互作用对Cd迁移转化行为的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了污泥掺烧过程中Cl/S/P与矿物质的交互作用,重点模拟研究了Cl/S/P/矿物质交互体系对Cd迁移转化的影响.研究结果表明,污泥掺烧过程含Cl、S及P逸出气体以HCl(g)、SO_2(g)及(P_2O_5)_2(g)形式排放.污泥掺烧含有CaO-SiO_2-Al_2O_3体系中,CaO可以抑制S以SO_2(g)释放,而SiO_2及Al_2O_3对SO_2(g)逸出有促进作用,同时CaO及Al_2O_3可以抑制P的挥发.污泥掺烧过程中SiO_2及Al_2O_3对Cd挥发都有一定抑制作用,但CaO及Fe_2O_3对Cd基本无影响;当Cl存在时,Ti O2和SiO_2对Cd吸附作用减弱,并使Al_2O_3吸附剂失效;当S存在时,可导致吸附剂对Cd中毒,而P可导致Al_2O_3吸附剂失效;Cl-S-P耦合体系中,单一矿物质对Cd迁移转化影响主要受Cl和S控制.SiO_2+CaO+Al_2O_3共存体系中,Cl的存在可导致固体吸附剂SiO_2和Al_2O_3失效;S、S+Cl、S+P、S+Cl+P的存在受控元素为S,并且可以抑制Cd的挥发;P、Cl+P的存在对Cd影响受控元素为Cl,可促进Cd挥发.     

含金属元素化合物和压力对工业污泥燃烧特性的影响

为了更好地利用工业污泥,有必要对它的燃烧特性进行研究,因而利用热重法研究了由3种典型的工业污泥按质量比1∶1∶1混合后的多组分试样在掺混含不同金属元素混合物、不同升温速率以及加压下的燃烧特性.实验结果表明,含金属元素化合物对污泥的燃烧能起到一定的催化作用,有助于改善工业污泥的着火性能,提高工业污泥的燃烧放热量和燃尽水平.含不同金属元素化合物对于污泥燃烧的催化机制和作用有所差异.实验中各种含金属元素化合物促进污泥燃烧过程的作用次序由大到小依次为:K2CO3、NaCl、Al2O3.随着压力的增大,污泥试样燃烧反应区间向低温区移动,各特征温度均呈下降趋势,综合燃烧特性指数有所提高;而随着升温速率的增大,污泥试样燃烧反应区间向高温区移动,各特征温度均有所增大,但综合燃烧特性愈好,对污泥燃烧越有利.     

煤粉炉联产贝利特-Q相水泥熟料及其水化性能试验

选用长广煤为试验煤种,分析纯CaO、MgO为添加剂,在两段多相反应实验台开展联产Q相水泥熟料试验.同时,对熟料样品矿物组成进行XRD、SEM和EDS分析,并对联产获得的Q相水泥熟料样品开展水化强度、膨胀性、安定性、凝结时间和水化性能等测试.结果表明,熟料样品矿物组成主要为2CaO·SiO2、Q相和3CaO·3Al2O3.CaSO4等;Q相水泥熟料样品砂浆试样各龄期抗压强度和抗折强度接近于32.5强度等级普通硅酸盐水泥标准,当Q相水泥熟料中掺加30%的硅酸盐水泥熟料时,其砂浆试样各龄期抗压强度和抗折强度达到32.5强度等级普通硅酸盐水泥标准要求;Q相水泥熟料样品膨胀性、安定性和凝结时间符合国家水泥相关标准;除2CaO·SiO2外,联产Q相水泥熟料水化3d就出现2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O、xCaO·SiO2·yH2O和Al2O3·3H2O水化产物,且随着水化龄期的延长,2CaO·Al2O3·8H2O、3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、3CaO·Al2O3·6H2O等水化产物逐渐增多,显示出良好的水化性能.     

Zur chemie der marsoberfläche

Analyses of 13 samples of Martian surface materials with the Viking X-ray fluorescence spectrometers show SiO₂ similar to that of terrestrial mafic rocks, whereas Fe₂O₃, Cl, and S are higher and Al₂O₃, K₂O, Rb, Sr, Y, and Zr are lower. Low totals suggest presence of CO₂, H₂O, and Na₂O. Duricrust fragments are higher in S than fines, but samples from both landing sites are surprisingly similar. We suggest that Martian surface materials are aeolian deposits of complex mixtures of weathering products of maficultramafic rocks, possibly consisting of iron-rich clays, sulfates, iron oxides, carbonates, and chlorides.     

含氟氯类危险废物焚烧灰渣的熔融特性研究

为了解决低熔点含氟氯类危险废物（简称＂危废＂）在回转窑焚烧炉内燃烧时,灰渣熔化导致窑内结圈的问题,实验采用氧化物分析纯（SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、Al2O3）和NaCl、KCl、NaF分析纯来模拟危废炉渣组分,研究了危废焚烧炉灰渣的熔融特性,并采用神经网络预测危废灰渣的熔融温度.结果表明,SiO2、Al...     

Effect of oxide nanoparticles on the morphology and fluidity of phospholipid membranes and the role of hydrogen bonds

Engineered oxide nanoparticles (NPs) are widely applied in insulators, catalyzers, paints, cosmetic products, textiles and semiconductors. Their attachment on cell membrane may lead to cytotoxicity. The effects of Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂ and ZnO NPs on membrane integrity and fluidity were studied using giant or small unilamellar vesicles in this study. Al₂O₃ and SiO₂ NPs disrupted the oppositely charged membrane, indicating the important role of electrostatic attraction. However, Fe₂O₃, TiO₂ and ZnO NPs did not cause serious membrane disruption as Al₂O₃ and SiO₂ NPs. Membrane fluidity was evaluated by the generalized polarity (GP) values of Laurdan fluorescent emission. SiO₂ NPs induce the membrane gelation of both positively and negatively charged membrane. Al₂O₃ and ZnO NPs induced the gelation of the oppositely charged membrane, but did not cause obvious membrane gelation to the like charged membrane. The phospholipid molecular structural changes after NP exposure were analyzed by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. FT-IR spectra revealed the hydrogen bond formation between NPs and the carbonyl/phosphate groups of phospholipids. Al₂O₃ and SiO₂ NPs showed strongest evidence of hydrogen bonding on their FT-IR spectra. It was consistent with the microscopic observation and fluorescent data that Al₂O₃ and SiO₂ NPs caused more serious membrane disruption and gelation. This study on membrane damage provides further knowledge on the cytotoxicity of nanomaterials and the safety of NP application.     

Effects of Al3+ on the microstructure and bioflocculation of anoxic sludge

The aluminum ions generated from mining aluminum,electrolytic aluminum and the industrial production of aluminum-based coagulants(such as AlCl_3 and Al_2(SO_4)_3) enter sewage treatment plants and interact with activated sludges.An anaerobic/anoxic/oxic(A~2 O) process was used to reveal the effects of Al~(3+) on the pollutant removal efficiencies,bioflocculation and the micro structure of sludge.The results showed that a low concentration of Al~(3+) improved the pollutant removal efficiencies and increased the sludge particle size.However,a high concentration of Al~(3+) hindered microbial flocculation and reduced the pollutant removal efficiencies.With a 10 mg/L Al~(3+) addition,the chemical oxygen demand(COD),total nitrogen(TN) and NH_4~+-N increased by 3%,16% and 27%,and reached as high as 68%,60% and 87%,respectively.At the same time,the dehydrogenase activity,flocculation ability(FA) and contact angle of the sludge reached their maximum levels at 41.3 mg/L/hr,45% and 79.63°,respectively.The specific surface area of the sludge decreased to 7.084 m2/g and the sludge pore size distribution shifted to concentrate in the me soporous range.Most of Al~(3+) was adsorbed on the surface of sludge,changing the physicochemical properties and physical structure of the sludge.     

深度脱水污泥焚烧过程中调理剂的热转化行为及其对重金属挥发的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了深度脱水后污泥焚烧过程中调理剂的热转化过程及逸出产物,并预测了含Cl调理剂与CaO耦合作用对重金属迁移转化及排放的影响.研究结果表明,污泥添加单一调理剂Al_2(SO_4)_3、Fe_2(SO_4)_3、FeSO_4、AlCl_3及FeCl_3后,Fe和Al在高温下主要以Al_2O_3(s)和Fe_2O_3(s)存在,主要气态产物是HCl和SO_2.调理剂CaO和FeCl_3共存且含量增加时,焚烧过程中HCl(g)逸出过程变慢,并且Fe_2O_3(s)易于和CaO(s)作用导致Fe_2O_3(s)存在温度区间变窄.污泥未添加调理剂焚烧过程中,重金属Cd、Pb、Cr、Tl、Hg、As易于以Cd(OH)_2(g)、PbO(g)、CrO_2(OH)_2(g)、AsO(g)、Hg(g)、Tl(g)形式挥发,而Cu、Zn、Ni以其氧化物形式存在而难挥发.调理剂FeCl_3及CaO添加到污泥后,重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni、Hg、Tl)的分布受FeCl3的影响大于CaO,导致其形成重金属氯化物而挥发,而Cr和As与CaO作用生成CaCr_2O_4(s)、Ca_3(AsO_4)_2(s)热稳定化学物,抑制了Cr、As的挥发.当脱水污泥与含硫化物掺烧时,重金属(Pb、Cu、Zn、Ni)挥发受到Cl的影响大于S,在低温区间其主要以硫酸盐为主,在中高温区间以氯化物存在,而Hg和Tl不受硫化物影响.     

等离子体催化降解甲苯途径的原位红外研究

考察了在常温常压条件下,等离子体分别协同SiO₂、Al₂O₃、NiO/Al₂O₃降解甲苯的性能,并从材料的介电常数、对甲苯的吸附性及臭氧分解能力等角度分析了不同活性表现的原因,同时,采用原位红外技术研究了甲苯降解过程中催化剂表面吸附物种的变化.结果表明,当甲苯浓度为100 ppm,气体流量为100 mL·min^-1时,一定范围内,甲苯降解率随着能量密度、介电常数、吸附性及臭氧分解能力的提高而提高.甲苯在催化剂表面的吸附对其降解途径有十分重要的影响:在放电区域中加入SiO₂,甲苯仍然在气相中完成降解;而存在Al₂O₃ 及NiO/Al₂O₃时,甲苯氧化成苯甲酸的过程主要发生在催化剂表面,是甲苯催化降解的关键步骤,苯甲酸在活性位点的积累将降低催化剂的反应活性.