新型钢渣水处理剂去除水体污染物的研究现状

钢渣是炼钢生产过程中产生的固体废弃物,具有较高的碱度、机械强度和比表面积。钢渣化学成份较复杂,直接排放会对环境造成严重的污染,加强钢渣的处置及综合利用具有重大意义。作为一种新型的水处理剂,钢渣用于去除水体污染物不仅减少了水体、土壤等生态环境的污染,而且达到了以废治废的目的。文章分析了钢渣水处理剂去除水体污染物的作用机理,认为钢渣水处理剂对水体中污染物的去除主要通过吸附和沉淀两种作用,而还原作用和离子交换作用相对较小。阐述了钢渣水处理剂处理重金属废水、有机废水和无机废水的研究现状,提出了在开发液态钢渣新型处理工艺的基础上,实现钢渣水处理剂的应用。     

矿棉纤维冷却过程数值模拟

利用ANSYS-FLUENT软件,对液态纤维的冷却过程动力学进行数值模拟,结果表明,液态矿棉纤维在对流换热及自身的热辐射作用下凝固,迎风端呈现尖锐的锥形分布,纤维背风端呈圆润锥形凝固模式;矿棉纤维温度由1 723K降至凝固温度1 655K时只需3.1×10-5 s;随着冷却时间延长,矿棉纤维冷却强度降低,出口气体温度可达850K。     

基于HEC-RAS模型的汉江上游旬阳西段超长尺度古水文演化重建

通过对汉江上游河谷开展广泛细致的野外考察,在汉江上游旬阳西段全新世黄土-土壤剖面发现四层典型的古洪水滞流沉积物。对于系统采集的样品,进行粒度成分、磁化率分析,从沉积学角度证明了它们是典型的古洪水滞流沉积物。这些古洪水滞流沉积层夹在全新世风成黄土-土壤地层序列中,其每一层古洪水滞流沉积物记录了一期古洪水事件。根据OSL测年数据,并结合考古年代学和典型剖面地层对比,确定了这四期古洪水事件分别发生在8 500~8 400 a B.P.、4 200~4 000 a B.P.、3 200~2 800 a B.P.和1 800~1 700 a B.P.。利用古洪水SWD尖灭点高程法,恢复了这四期古洪水洪峰水位,介于233.0~239.2 m之间;进而基于HEC-RAS模型重建了四期古洪水洪峰流量,介于26 500~46 800 m3/s之间。将古洪水研究成果加入后,得到了远超过实测洪水和历史洪水重现期的稀遇洪水的水文信息,延长了汉江上游安康-旬阳段流域洪水的数据序列至万年尺度,使洪峰流量-频率曲线的稀遇洪水部分有了点据控制,百年和千年一遇的洪水洪峰流量的计算由外延变为内插,提高了设计洪水的精度。并且通过古洪水水文计算得到,该河段万年一遇洪水洪峰流量为46 900 m~3/s,千年一遇洪水洪峰流量为37 800 m3/s,百年一遇洪水洪峰流量为28 900 m~3/s。这对于汉江上游水利工程、防洪工程和城镇建设的洪水设计提供了十分重要基础数据。     

汉江上游罗家滩剖面晚更新世以来沉积物粒度端元分析

通过对汉江上游旬阳段开展野外考察,在罗家滩（LJT）发现夹有古洪水滞流沉积层（slackwater deposits,SWD）的风成黄土-古土壤剖面。对采集的沉积学样品进行粒度分析,利用Gen.Weibull函数分布的参数化端元模型反演得出4个端元,结合吸湿水等环境替代指标分析,探讨了各个端元所指示的不同沉积动力环境和物质来源。结果表明：在黄土层和土壤层中,EM1代表的主要是沉积物沉积后在亚洲夏季风影响下,经历强烈风化成壤作用形成的次生黏土矿物组分;EM2代表高空西风和东亚冬季风翻越秦岭而搬运的远源细粉砂组分;EM3代表山谷风从河谷中分布的河流沉积物和坡积碎屑物中以低空短距离形式搬运而来的粉尘物质,并且受到后期气候变化控制下的淋溶作用影响;EM4则代表山谷风从近源的河流沉积物和坡积碎屑物中搬运而来的粗颗粒物质。在古洪水SWD层中,EM1、EM2和EM3主要来源于汉江上游暴雨洪水侵蚀搬运的河谷两岸分布的表层沉积物;而EM4则明确代表河流特大/大洪水环境下搬运沉积的粗颗粒悬移质泥沙。该成果能够为区域环境变化研究提供指导和借鉴。     

汉江上游现代洪水滞流沉积物重金属元素特征

年对汉江上游现代洪水SWD(滞流沉积物)系统采样,并分析样品的粒度、烧失量和重金属元素质量分数,以揭示该流域内大洪水期间重金属的面源污染状况. 结果表明:汉江上游现代洪水SWD的粒度成分中,黏粒(粒径<2μm,下同)占1.3%~6.9%,细粉沙(2~<16μm)占9.0%~40.9%,粗粉沙(16~63μm)占22.7%~50.3%,并且三者沿程自上而下逐渐增加;而沙粒(>63μm)占7.1%~65.6%,沿程自上而下呈逐渐减少的趋势. 与全国泛滥平原沉积物重金属背景值比较发现,Co、Cr、Ba和V累积明显,而w(Cu)、w(Ni)、w(Pb)和w(Zn)不同程度地高出背景值. 运用地质累积指数(I_geo)和污染指数(PI)评价表明,主要污染元素的地质累积指数为Co>Cr>Ba>V,而Cu、Ni、Pb和Zn都属于清洁. 汉江上游现代洪水SWD的重金属整体处于中等污染水平. 利用相关性和主成分分析发现,Co和Cr多富集在沙粒中,而Cu、Ni、Pb、Zn、Ba和V多累积在黏粒、细粉沙和粗粉沙中. 现代洪水SWD的粒径分布和重金属元素质量分数空间变化明显,聚类分析发现其空间分布可分为安康盆地、汉江上游北岸和汉江上游南岸3类,这种分布特征与汉江上游地貌特征、羽毛状水系和人类活动的影响等密切相关.      

高炉渣调质作为矿渣纤维原料

以铁矿废石和粉煤灰的混合物为添加剂对高炉渣进行调质，调质后的矿渣作为制备矿渣纤维的原料，并对影响机理进行分析。结果表明，随着添加剂比例升高，矿渣的酸度系数M_k和粘度系数M_η升高，氢离子指数pH降低，矿渣纤维的稳定性逐渐增加，矿渣粘度较小，其主晶相为黄长石。配加添加剂比例较高时熔渣凝固后无矿物析出，形成均匀的无限固溶体。矿渣更加适合制备矿渣棉纤维。     

基于HEC-RAS模型的无定河万年尺度洪水水文学研究

对无定河流域进行深入调查研究，在其下游SJGT河段发现夹有古洪水滞流沉积物的全新世剖面。古洪水SWD厚度30 cm，含有微薄平行层理，且直接覆盖在东汉文化层之上。古洪水SWD粒度以粉沙为主且分选良好，磁化率低，具有与2012年洪水SWD相似的沉积学特征，是全新世大洪水地质学记录。对东汉文化层OSL测年显示，古洪水发生在1 900~1 700 a B.P.。运用HEC-RAS模型法恢复其流量为15 460 m3/s。同时用相同方法和水文参数模拟了2012年洪水洪峰流量，与水文站实测值误差为1.0%，说明参数选择与洪峰流量恢复合理准确。将古洪水水文数据加入实测洪水与历史洪水序列中，建立万年尺度洪水洪峰流量与频率关系，将百年一遇、千年一遇洪水由外延转变为内插，提高了洪水频率分析的精度。研究结果对无定河流域水利工程、交通工程等设计洪水提供了重要水文资料。     

基于褶皱中和面的煤层气藏类型

为了指导煤层气目标区优选和勘探开发,厘清褶皱构造控制的煤层气藏富集规律.通过对褶皱中和面上下煤岩层的应力与应变特征的研究,结合煤层气成藏机制,系统分析了褶皱中和面上下煤层气藏储层应力性质、渗透率、气藏边界和盖层条件,得出了褶皱中和面上下煤层背斜与向斜煤层气藏的赋存规律.将褶皱构造控制的煤层气藏划分为向斜上层聚集低渗型、向斜下层高渗运移型、背斜上层逸散型和背斜下层富集型4种类型,并引用相应类型实例进行了验证.     

高碱度钢渣添加铁尾矿消解f-CaO的机理研究

高碱度钢渣掺唐山石人沟铁尾矿重构,两者在高温环境下熔融反应消解高碱度钢渣中f-CaO。采用正交实验法设计实验方案,考察了铁尾矿掺入量(分别为3%、5%和9%)、反应温度(分别为1 500℃,1 550℃和1 580℃)及恒温反应时间(分别为10 min、20 min和30 min)对消解高碱度钢渣中f-CaO的效果。实验结果表明,铁尾矿能有效消解钢渣中f-CaO,重构渣中f-CaO含量平均值为1.17%,消解率为76.27%。且由正交方法测出了铁尾矿掺入量对f-CaO的消解影响较大,极差值为0.41%;反应温度次之,极差值为0.32%;恒温反应时间影响较小,极差值为0.06%。利用X射线衍射方法测定重构渣中矿物组成,主要为磁铁矿、钙镁橄榄石、硅酸二钙、硅酸三钙、镁铁尖晶石、铁酸钙及铁铝酸钙。     

汉江旬阳至白河段万年尺度洪水流量恢复比较研究

对汉江上游旬阳至白河段基岩峡谷进行了详细的野外调查,在全新世黄土地层中发现了古洪水滞流沉积层。综合野外宏观特征和粒度分析,并与现代洪水滞流沉积物的对比,判定是典型的古洪水滞流沉积物。通过全新世地层关系对比和光释光(OSL)测年表明,古洪水事件发生年代距今为1800~1700 a(A.D.200-300)。汉江上游旬阳至白河段万年尺度流量恢复比较发现,由古洪水SWD厚度与含沙量关系法恢复的洪水水位和流量更为合理。这些成果为汉江上游水资源开发与重大水利工程的安全校核提供了重要的科学依据。