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.     

稻壳灰中温热处理稳固化垃圾飞灰重金属

利用稻壳灰与某垃圾电厂产生的飞灰为原料,对飞灰和稻壳灰与飞灰的混合物进行中温热处理,探究热处理工艺参数对稻壳灰稳固化垃圾飞灰重金属的影响.在一定温度范围内,反应主要产物为CSSF（即Ca₁₀（SiO₄）₃（SO₄）₃F₂）、Ca₃SiO₅等硅酸盐结晶相,这些物质会包覆重金属,同时,飞灰重金属Pb、Zn、Cu、Cd中相对不稳定的酸溶态和可还原态向更稳定的可氧化态或残渣态转变,使Pb、Zn、Cu、Cd的浸出浓度显著降低;热处理时间延长,稻壳灰添加量增加,会使热处理样中硅酸盐种类增多,结晶度提高,导致重金属的浸出浓度逐渐降低;稻壳灰添加量在2%~4%范围内,经中温热处理样品的重金属浸出浓度较低,添加量过高时（超过6%时）,重金属浸出浓度逐渐升高.     

生活垃圾焚烧飞灰中钙的脱除与回收

采用氯化铵（NH₄Cl）溶液浸出生活垃圾焚烧飞灰中钙后,再用碳化法对其进行回收。通过单因素实验和响应面设计获取钙离子浸出的最佳条件为:NH₄Cl浓度为3.9 mol/L,反应时间为64 min,液固比为5.6 mL/g;3个因素对Ca2+浸出的影响程度排序为液固比>NH₄Cl浓度>反应时间。飞灰残渣重金属毒性浸出结果表明:Pb、Cu、Zn、Cd、Ni浸出浓度分别为0.0929,0.0012,0.0054,0.0017,0.0002 mg/L,明显低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》中规定的最高允许排放浓度限值,即飞灰残渣的重金属毒性浸出结果满足HJ 1134—2020《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（试行）》中6.3条综合利用要求。采用自制的PAN-PEI吸附盐洗液中的重金属后,再回收的碳酸钙品质极佳,其主要晶型为球霰石,Pb、Cd、Fe含量分别为0.0009%、0.0002%、0.0103%,符合HG/T 2776—2010《工业细微沉淀碳酸钙和工业微细性沉淀碳酸钙》标准要求,具有广泛的应用潜力。     

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.     

垃圾焚烧飞灰浸出特性

利用柱试验研究了我国垃圾焚烧飞灰在过流系统中的浸出特性. 结果表明:在过流系统中,浸出液的pH呈先升后降的趋势,并且在试验后期保持在碱性条件(pH在9.66左右);飞灰中阳离子(Na+,K+,Ca2+)和阴离子(Cl－,SO₄2－)的浸出主要集中在试验初期(第96 天),使初期浸出液含盐量很高;柱试验中4种重金属的浸出质量浓度〔ρ(Cd),ρ(Pb),ρ(Cu)和ρ(Cr)〕远低于批试验,但试验前期浸出液中的重金属浸出质量浓度相对较高;当浸取时间超过120 d时,虽然浸出液中重金属浸出质量浓度明显降低,但仍有一定量的重金属不断浸出.      

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.     

危险废物焚烧灰-渣共热处理对Cr和Pb的原位固定

危险废物焚烧飞灰中重金属含量高,对环境的潜在风险备受关注.本文研究了600～1300℃热处理过程中,危险废物焚烧炉渣的配入对灰-渣体系中Cr和Pb浸出行为的影响.结果表明,灰-渣共热处理可促使体系中的CrO₂向稳定性好的Ca₂Mg(Si_0.99Cr_0.01)₂O₇和FeCr₂O₄相转变,同时Pb主要以残渣态形式存在,从而显著抑制了飞灰热处理产物中Cr和Pb的静态和动态浸出行为.本研究对于飞灰中重金属污染控制及危废协同处置均具有重要参考价值.     

我国垃圾焚烧飞灰性质及其重金属浸出特性分析

调查分析了我国12个垃圾焚烧飞灰样品的性质和重金属浸出规律.结果表明,飞灰的主要组成元素有Si、Ca、Al、Fe、K、Na、Cl 等,除1个样品外,飞灰样品中的重金属元素含量均在0 .5%～3 .0%范围内.由此可见焚烧飞灰具有较大的环境风险,必须按危险废物进行安全管理.应用单批次浸出程序检测结果表明,美国EPA的毒性浸出程序（TCLP）和我国固体废物浸出毒性鉴别程序（GB 5086 .1-1997）对焚烧飞灰中的重金属浸出率偏低,且二者对飞灰危险性评估的差异较大,这主要是受二者不同的浸出液最终的pH值所影响.常规酸中和容量（GANC）浸出试验结果表明,飞灰中重金属的浸出主要受浸出液的最终pH值影响,而该pH值取决于飞灰中碱性物质与浸取剂酸度二者间的相互作用.通过对不同类别程序的浸出过程分析发现,在相同浸取液作用下,单批次式浸出程序的静态平衡终点与连续过流式浸出程序的平衡终点存在较大差异,有必要结合我国飞灰特点和实际处置场景,建立适用于焚烧飞灰的单批次式毒性浸出试验程序,避免对飞灰危险性识别的不足和管理的失控.     

CaCl2对垃圾焚烧飞灰热处理特性的影响

以华东某城市生活垃圾焚烧厂飞灰为原料,对飞灰中重金属进行了高温热处理研究,主要考察了CaCl₂对重金属蒸发的影响,并对蒸发物化学形态及成分进行了分析.结果表明:CaCl₂能有效促进飞灰中Pb和Cd的蒸发,当温度为1 050℃,CaCl₂的添加比例为15%时,Cd的蒸发率由原灰的43.8%剧增到88.3%,而重金属Cu的蒸发率则随着CaCl₂添加比例的增加有所降低;当CaCl₂的添加比例为10%时,各重金属的蒸发率均随温度的升高而有不同程度的增加;对所收集的蒸发物进行成分及物相分析显示,蒸发物主要以NaCl和KCl为主,重金属Pb以双金属氯化物(KPb₂Cl₅)形式蒸发.      

陶粒窑协同处置电镀污泥试验中Zn、Cr的迁移特性

为了合理处置固体废物 , 利用陶粒回转窑进行了协同处置固体废物试验,分析了Zn和Cr的分布规律和固化机理,并对Zn和Cr的环境风险进行评估. 结果表明:在陶粒窑协同处置电镀污泥系统中,89.70%的Zn和89.32%的Cr被固定在陶粒中,10.30%的Zn和10.68%的Cr富集在飞灰中,飞灰中Zn和Cr的含量较高,但飞灰参与陶粒窑系统内循环;热力学平衡计算表明,在陶粒中,Zn主要以ZnCr₂O₄、ZnO、ZnFe₂O₄等形态存在,Cr主要以Cr₂O₃和铬尖晶石等形态存在. 成品陶粒中Zn和Cr的浸出浓度远低于GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性标准》标准限值,说明ZnCr₂O₄、ZnO、Cr₂O₃和铬尖晶石等物质结构稳定,重金属Zn和Cr在陶粒中实现了良好的固化. 研究显示,绝大部分的Zn和Cr被固定在陶粒中,并且陶粒中重金属的浸出浓度低于标准限值,因此利用陶粒窑协同处置高重金属含量的电镀污泥安全可行.      

中国水泥生命周期粉煤灰替代的CO2减排研究

采用中国水泥企业温室气体排放核算方法及政府间气候变化专门委员会的能源使用CO₂排放计算方法,将不同粉煤灰替代率下原料及能源使用引起的CO₂减排进行核算.结果表明,与燃煤电厂产业共生可减排92.676kgCO₂/t水泥.而粉煤灰替代熟料是中国水泥CO₂减排的主要部分,与替代生料结合可产生最大CO₂减排373.303kg/t水泥.另外,粉煤灰替代部分水泥形成混凝土的碳化作用,到2050年可吸收192.015kgCO₂/t水泥.粉煤灰替代后,对余热发电变化及外购清洁电力使用比例增加引起的减排进行预测,发现此项举措可有效促进水泥行业“双碳”目标达成.     

生活垃圾焚烧飞灰加速碳酸化深度除氯与水洗除氯对比研究

选取了国内两个典型垃圾焚烧厂飞灰,在对飞灰基本理化特性进行分析的基础上,对比了水洗、加气水洗（通CO₂）、加气水洗+加碳酸盐水洗3种预处理方法的脱氯效果.结果表明,2种飞灰中氯含量均较高,分别达16.95%和20.52%.水洗预处理后氯的最高去除率分别达87.54%和90.12%.升高水洗温度对氯的去除贡献不明显.加气水洗可显著提高氯的去除率,2种飞灰氯的去除率分别达93.69%和99.19%,脱氯效果明显高于水洗脱氯.加气水洗虽提高了氯盐的去除率,但液相中依然残留有高浓度钙离子.在加气水洗的基础上,向反应体系中加入碳酸盐,可有效降低溶解性钙离子含量.通过对预处理飞灰进行XRD矿物相分析,发现加气碳酸化水洗较纯水洗过程去除了更多的难溶性氯盐,且处理后飞灰组分以碳酸钙和硫酸钙为主.采用《水泥化学分析方法（GB/T176-2017）》对加气水洗后飞灰进行测定,其氯含量低于1%,满足《生活垃圾焚烧飞灰污染控制技术规范（HJ1134-2020）》中资源化利用标准.     

中国水泥行业二氧化碳排放达峰路径研究

水泥行业是主要的CO₂排放行业,2020年我国水泥行业CO₂排放占全国排放总量的12%,占全国工业过程排放的60%以上. 为开展水泥行业碳达峰路径研究,提出了基于社会、经济等影响因素的多因素拟合分析模型以及基于主要下游产业的需求预测方法,对2021—2035年我国水泥熟料及水泥产量进行预测;并通过对水泥行业碳排放特征的分析,考虑主要控制措施的可行性,构建我国水泥行业CO₂排放情景,对2021—2035年水泥行业CO₂排放趋势进行测算,在此基础上分析水泥行业碳达峰路径及相关政策建议. 结果表明:①中国水泥熟料消费量在“十四五”期间仍有一定上升空间,随着经济社会的绿色转型,水泥市场需求在“十五五”时期下降. ②在此基础上,通过全面加强产能控制、加大落后产能淘汰力度、推广高效节能技术、积极推进原燃料替代,可推动水泥行业碳排放于“十四五”中期达峰,峰值为13.8×108～14.2×108 t,经过2～3年的峰值平台期后呈持续下降趋势,2030年水泥行业碳排放量将较2020年下降15%~18%. ③2030年,水泥熟料及水泥产量的下降将带动水泥行业碳排放量较2020年减少1.4×108 t. 在各项技术措施中,节能改造是CO₂减排潜力最大的措施,2030年能效提升可带动水泥行业CO₂排放量较2020年减少0.38×108 t;其次是利用固体废物替代燃煤,可带动行业CO₂排放量较2020年减少0.17×108 t. 研究显示,推动我国水泥行业碳达峰及碳减排,需在加强产量控制避免水泥过度消费的基础上,聚焦节能改造和原燃料替代措施.      

云南省优势矿产尾矿砂捕集及矿化封存CO2潜力分析

为了解云南省尾矿库“两个清单”中保留库的碳减排潜力,使用改进的Steinour方程计算了云南省各州市不同类型尾矿砂的CO₂固定量,根据《IPCC国家温室气体列表指南》中提供的方法计算了云南省2011~2020年碳排放量.结果表明,红河州、玉溪市、昆明市尾矿砂的捕集及矿化封存CO₂的潜力较大,占云南省保留库尾矿砂CO₂矿化封存量的65.79%;铅锌矿、赤泥、锡矿的理论固碳量较高,分别为0.201, 0.173, 0.158t/t,以上3种尾矿砂的固碳量占云南省尾矿砂固碳量的79.45%;若将云南省保留库堆存的尾矿砂全部用于CO₂的矿化封存,可减少2011~2020年间云南省累积碳排放量的2.81%,工业碳累积排放量的3.16%,采矿业碳排放量的12.36%,具有较好的工业应用前景.     

五台山大气CO2本底浓度及源汇特征

基于五台山站2017年1月~2020年12月的大气CO₂连续观测资料,采用平均移动过滤法（MAF）和后向轨迹分析方法,对五台山大气CO₂本底浓度及源汇特征进行研究.结果表明：五台山大气CO₂浓度受到区域或局地源汇的影响,筛分后的CO₂本底小时浓度振幅为44.9×10^-6,小于未经筛分的CO₂浓度振幅94.7×10^-6.2017~2020年CO₂本底浓度呈逐年上升趋势,但增幅放缓;抬升浓度占比有所下降,吸收浓度占比波动较小,表明人类活动对CO₂浓度的影响逐年减弱,而五台山周边地区陆地生态系统碳汇作用相对稳定.CO₂本底浓度夏季最低,秋冬季次之,春季最高;日变化夏季最明显,峰谷值分别出现在05：00和16：00,其他季节日振幅仅在0.7×10^-6~1.8×10^-6之间.与本底浓度相比,抬升浓度的差异值自10月至翌年3月明显增大,而吸收浓度的差异值在6~9月最显著,分别反映出人为活动排放源以及陆地生态系统吸收汇对CO₂本底浓度的影响.源汇浓度日变化均为单峰结构,抬升浓度白天高、夜间低,吸收浓度刚好相反.春、秋和冬季造成CO₂浓度明显抬升的地面风向主要为西南风,且随风速的增加CO₂浓度能够保持较高水平,而夏季主要为东北偏东风;春、夏季,2~4m/s的风速有利于进一步降低CO₂吸收浓度.后向轨迹分析表明,气团远距离输送对源汇浓度的影响除了取决于气团途径区域的CO₂排放情况,还与气团的空间垂直输送路径有关.     

中国民用航空机场大气污染物及碳排放清单

基于2017~2020年中国民用航空局飞机起降数据、机队配置数据和国际民航组织（ICAO）飞机发动机排放因子数据库等数据,自下而上编制了2017~2020年中国民用航空机场高分辨率飞机起飞着陆（LTO）循环大气污染物及碳排放清单,在此基础上探究中国民用航空机场大气污染物和碳排放时空分布特征.分析2000~2020年3次疫情（2003年非典、2012年中东呼吸症、2020年新冠疫情）对机场大气污染物及碳排放影响.结果表明,2020年中国民航机场LTO循环NO_x、CO、HC、SO₂、PM和CO₂排放量分别为10.90,8.22,0.96,0.28,0.06,1360.27万t;HC、CO、SO₂、CO₂在滑行阶段排放量最大,分别占总排放量的92.80%、91.56%、41.81%、41.81%.NO_x、PM在爬升阶段排放量最大,分别占总排放量的47.93%、37.39%;2017~2019年我国民航机场飞机LTO循环大气污染物及碳排放总量呈现逐年增长的趋势,受新冠疫情影响2020年排放总量下降22.39%;排放集中在经济较为发达的华东地区.在2000~2020年3次疫情中,新冠疫情对我国民航机场飞机LTO循环排放量影响最显著.     

燃煤锅炉协同处置油基岩屑碳排放核算及降碳贡献度分析

我国电力行业CO₂排放量巨大,约占全国CO₂排放总量的50%. 有效降低电力行业的碳排放,对我国按时实现“3060”碳达峰与碳中和的目标将起到有力支撑. 石油和天然气开采过程中产生的油基岩屑因含有较高的热值可作为锅炉煤炭燃料的替代燃料使用. 为探明利用燃煤锅炉协同处置油基岩屑的碳减排效果,选取某电站600 MW循环流化床锅炉,以30%的比例掺烧油基岩屑,并参照《温室气体排放核算与报告要求 第1部分:发电企业》和《企业温室气体排放核算方法与报告指南 发电设施(征求意见稿)》两种核算方法计算协同处置前后锅炉CO₂的排放量. 结果表明:①在30%的掺加比下,油基岩屑协同处置具有碳减排效果. 两种核算方法计算的降碳量分别为159.2和157.7 t,降碳比分别为0.543和0.538. ②油基岩屑焚烧产生的CO₂排放量小于被替代的煤炭燃烧产生的碳排放量,是协同处置具有碳减排效益的主要原因. ③核算法与检测法CO₂排放量的差异表明,企业源评估模型碳核算法最主要的不确定性来源于检测数据的精准度. 研究显示,燃煤锅炉协同处置油基岩屑具有一定的CO₂减排效果,单位热值含碳量和消耗量是影响碳减排效果的两个关键因素,建议开展油基岩屑掺加比与碳减排量间的相关性研究,为规模化开展燃煤锅炉协同处置降碳工作提供参考.      

中国水路运输业能源消耗与废气排放测算

采用基于运输周转量的自下而上方法建立了中国水路运输业能源消耗和废气排放测算模型.根据GDP增长预测得到未来一段时间内中国内河、沿海和远洋货运周转量,结合IMO(International Maritime Organization)温室气体研究采用的废气排放因子,测算得到2001~2030年中国水路运输业的能源消耗和废气排放.研究结果表明:2001年,中国水路运输业燃油消耗量及NO_x、CO、NMVOC(非甲烷挥发性有机物)、CO₂、SO₂和PM排放量分别为790.9,63.6,5.9,1.9,2483.2,37.2,4.6万t,到2030年,将分别为5951.8,405.1,16.5,18.3,18743.2,15.5,6.1万t;2001~2030年,中国水路运输业燃油消耗及CO₂和NO_x排放呈逐年增长趋势,年均增长率分别为7.2%、7.2%和6.6%;受国际公约的限制,与硫含量密切相关的SO₂和PM排放量自2020年之后显著下降;2001年,中国水路运输业CO₂排放量占世界航运排放量的比重在3.2%左右,此后呈逐渐上升趋势,到2020和2030年,将分别增长至11.5%和15.3%.     

我国中部地区大气CO2柱浓度时空分布

基于日本GOSAT及美国AIRS反演数据产品,对我国中部六省大气CO₂时空分布特征进行研究,结果表明：由GOSAT反演的中部地区2010~2013年大气CO₂年均柱浓度由389.36×10^-6增长到396.52×10^-6,年均绝对增长率达2.39×10^-6/a,呈现出冬春季高值、夏秋季低值的季节变化特征,其柱浓度年均值及去长期趋势后的月均值均略低于长三角地区,高于京津冀和东三省地区;其CO₂柱浓度高值区集中在湖南、江西及周边一带,年均绝对增长率为2.01×10^-6,其柱浓度年均值及去长期趋势后的月均值与长三角地区相当,略低于京津冀和东三省地区,由于受地面源汇影响较小,其与GOSAT反演结果相反,可能是由于AIRS反映了对流层中层大气状况,而GOSAT则更多地反映了近地面层大气CO₂变化.     

面向减污降碳的集中供热结构调整路径研究

集中供热是事关国计民生的刚性需求,是能源消费的重要部门,是大气污染物减排的重要着力点.开展面向减污降碳的集中供热结构调整路径分析对我国实现“双碳”目标、建设“美丽中国”具有重要意义.通过构建2020年集中供热碳污耦合排放清单,摸清碳污排放现状;考虑热电联产供热范围以及生物质资源分布,分析拆炉并网、煤改气以及煤改生物质等措施的局限性及碳污减排潜力;结合情景分析,识别碳污减排关键路径,为开展集中供热减污降碳相关工作提供参考.结果表明：(1)热电联产、燃煤工业锅炉分别是集中供热部门CO₂和大气污染物的主要排放源,东北地区及内蒙古自治区是该部门碳污排放的热点区域.燃煤工业锅炉污染控制水平及热效率较低是开展集中供热部门减污降碳的重要切入点.(2)热电联产供热管网难以全面覆盖35 t/h以下燃煤工业锅炉,超40%的小容量燃煤工业锅炉需要采用其他方式进行综合改造.(3)生物质能源利用潜力空间差异较大,制约了供热部门低碳化,如华北及东北地区难以满足本区域燃煤工业锅炉生物质改造的能源需求.(4)加强低碳情景下,2060年集中供热部门SO₂、NO_x