不同类型天然碳酸盐矿物对风化煤矸石污染物释放的影响

为评价喀斯特背景条件下天然碳酸盐矿物对风化煤矸石典型污染物释放的控制效果,在风化煤矸石中分别添加纯品碳酸钙及3种典型天然碳酸盐矿物(石灰石、白云石、方解石),对混合物浸出液特征污染组分进行分析。结果表明,纯品碳酸钙及3种天然碳酸盐矿物均能有效缓冲风化煤矸石的酸度,并显著抑制Fe2+、Mn2+、Cu2+、SO2-4等多种特征污染物的溶出,但天然碳酸盐矿物对Zn2+释放的控制效果不明显,特别是方解石在一定程度上甚至促进了Zn2+的释放。在污染控制效果上,纯品碳酸钙的控制效果最优,其次是石灰石,而白云石和方解石对污染物的控制效果相对较差,两者处理后风化煤矸石浸出液中溶出组分没有明显差异。     

不同类型伴随阴离子钙盐对风化煤矸石污染物释放的影响

在岩溶地区煤矿山污染修复过程中,钙盐在风化的酸性煤矸石污染物质控制方面发挥着至关重要的作用,为评价不同类型伴随阴离子钙盐对风化煤矸石中特征污染组分释放影响,通过在风化煤矸石中添加等摩尔比(以钙计)的CaCO_3、Ca_3(PO_4)_2、CaC_2O_4、CaSO_4、CaCl_2、Ca(NO_3)26种钙盐并稳定7 d后,考察了浸出液的pH、EC、Eh及Fe、Mn、Cu、Zn和SO_4~(2-)等特征污染物。结果表明:CaCO_3、Ca_3(PO_4)_2能有效缓冲煤矸石的酸度,明显提高了体系的pH,极显著(p0.001)抑制风化煤矸石中特征污染组分的溶出释放;CaC_2O_4能显著提高煤矸石浸出液的pH,降低浸出液EC、Eh及Mn、Cu、Zn和SO_4~(2-)的含量,但草酸根的存在明显促进亚铁和总铁的释放;CaSO_4一定程度上会抑制Fe、Mn、Cu的释放,但会提高浸出液中Zn、SO_4~(2-)的含量,总体上对各污染组分的影响作用不显著;呈中性的强酸强碱盐CaCl_2、Ca(NO_3)_2由于离子竞争作用及Ca~(2+)形成复合物-石膏沉淀作用能显著(p0.05)抑制SO_4~(2-)的溶出,但在一定程度上可降低浸出液的pH、提高浸出液的EC及Zn离子浓度,而对其他污染组分影响作用相对较小,故建议在煤矿山污染修复过程中需谨慎使用或引入此类物质。综上,不同类型伴随阴离子的钙盐对风化煤矸石中pH、EC、Fe、Mn、SO_4~(2-)及重金属等多种特征污染组分的释放存在显著差异,影响着风化煤矸石在环境中的潜在污染风险和修复材料的污染控制效果。     

煅烧温度和添加剂对提高煤矸石中氧化铝溶出率的实验研究

煤矸石是煤炭在开采、洗选过程中产生的固体废弃物,其中二氧化硅、氧化铝和碳占到矸石总量的90%以上,又是一种可以利用的资源。实验以山西潞安煤矿的洗矸为原料,采用SEM、IR和XRD等分析测试手段对不同煅烧温度下的煤矸石进行微观形貌、化学键变化和矿物组成的分析研究,确定氧化铝的活化温度区间;并根据煤矸石的活化机理,选择提高氧化铝溶出率的添加剂。实验结果为：煤矸石中氧化铝的活化温度区间为600～850℃;酸浸过程中添加氟化钠可以打开煤矸石中的SiO₂—Al₂O₃,使氧化铝溶出率达到90%以上,和通常条件下氧化铝的溶出率相比提高20%左右。本研究为煤矸石高值利用提取氧化铝提供了技术基础,也为粉煤灰等低铝含量矿物的开发利用提供借鉴。     

用高效分散剂碳化法从煤矸石中制备超细氢氧化铝粉体

利用煤矸石为原料制备超细氢氧化铝粉体.采用高温煅烧活化煤矸石,利用C2S晶相转变制备煤矸石自粉化料,用8%Na2CO3溶液从煤矸石自粉化料中以NaAlO2形式提取铝组分,用高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体.研究了高效分散剂碳化法制备高纯超细氢氧化铝粉体的影响因素,找出了高效分散剂碳化法制备超细氢氧化铝粉体的最佳条件,制备出了平均粒度＜100nm、纯度＞99.9%的氢氧化铝,为煤矸石的高价值利用开辟了一条新的途径.     

城市固体废弃物持水率的室内实验研究

垃圾土持水率是估算填埋场淋沥液高度和分析填埋体稳定性的重要参数。通过对高压固结仪的改造,研制垃圾土持水率的室内实验仪器,并在该仪器上对取自我国南方某填埋场3个不同深度的大直径垃圾土试样进行各级荷载下的持水率实验。研究结果表明,随填埋深度增大,垃圾年份增加,垃圾土可降解度降低,腐殖质含量增大,垃圾土的持水率减小;随上覆压力增大,干重和湿重持水率减小,当上覆压力增大到一定程度,减小趋势变缓;随上覆压力的增大,体积持水率一般呈减小的趋势,但对于疏松垃圾土,在较小的压力下,体积持水率有增大的趋势,当压力增大到一定程度,则随压力的增大而减小;随干密度的增大,垃圾土干重和湿重持水率均减小。提出的垃圾土持水率的室内实验方法和研制的仪器合理可行。     

还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)的解毒/固化

在对现有Cr(Ⅵ)污染控制方法分析的基础上,提出用还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)进行解毒/固化的研究思路。以煤矸石为原料,以水玻璃和Na OH为碱性激发剂,合成矿物聚合物;以Fe Cl2·4H2O为还原剂,用还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)进行解毒/固化实验,并采用XRD、TEM/EDS、XPS对固化体进行检测。当添加的Fe(Ⅱ)与Cr(Ⅵ)的摩尔比≥3∶1时,矿物聚合物中总铬的浸出浓度小于1 mg/L,铬固化率大于99%。还原剂添加的矿物聚合物对Cr(Ⅵ)最大固化量为0.8%。在合成过程中,Fe(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)添加的矿物聚合物发生了氧化还原反应,Fe(Ⅱ)被氧化成了Fe(Ⅲ),Cr(Ⅵ)被还原成了Cr(Ⅲ),随后Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)同时被矿物聚合物中的—OAl(-)(OH)3吸引,并固化在非晶质结构中。     

铬污染土壤对水泥熟料强度和铬浸出浓度的影响

为探索水泥窑协同处置铬污染土壤(CCS)的可行性,用CCS部分替代硅质原料配制生料,于1 400℃煅烧成熟料,通过化学分析、强度测试、浸提实验及XRD/SEM分析,研究了CCS对生料易烧性、熟料强度及六价铬/总铬(Cr(VI)/∑Cr)浸出浓度的影响。结果表明,CCS能改善熟料烧成,掺量从0到15%,熟料中f-CaO含量略有下降,硬化试体的3 d、28d、90 d强度略有提高。Cr(VI)/∑Cr浸出浓度随CCS掺量增加而增大,但随养护龄期延长而减小;当CCS掺量小于8%时,熟料3 d至90 d水化物的浸出液中,Cr(VI)浓度均低于0.05 mg/L,符合II类地表水环境质量标准限值。铬离子浸出毒性减小是由于铬在熟料矿物和水化产物中的固溶以及水化产物对它的包裹封固作用。研究表明,水泥窑协同处置CCS是一种可行的无害化处理和资源化利用途径。     

利用旋转炉热解城市污泥的产物特性

采用旋转管式加热炉实验台在惰性条件下对城市污泥进行了热解实验,系统研究了不同热解温度对气态产物和固态产物成分的影响。结果表明:污泥经热解后的产物在600℃时,比表面积最大值为158.02 m2/g,孔容最高为109.58 mm3/g。随着热解温度的升高,气态产物和液态产物的产率增加,而固态产物则减少。在热解温度450~750℃,热解产物中的固态产物产率由53.65%降至31.69%;气体产率从11.23%升至24.74%,其中H_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6和C_2H_2占总气体的75%以上,H_2含量随着热解温度的升高而升高。热解气中小分子碳氢化合物含量较高,600℃时热解气体中含氢气体主要包括:H_2、CH_4、C_2H_4、C_3H_8、正丁烷(C_4H_(10))及C_2H_6等,其中H_2和CH_4含量分别为27.98%和23.63%。CH4、C3H8、C_4H_(10)等气体的含量随着热解温度的升高呈现先增后减趋势,且在600℃达到最大值,C_2H_2、C_2H_6在450℃时其浓度最高。随着热解温度的升高,N、C和H3种元素在热解固态产物中的质量分数呈明显下降的趋势。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌脱煤矸石中硫影响因素的筛选及条件优化

采用Plackett-Burma(P-B)和Box-Behnken(B-B)设计相结合的方法筛选和优化嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)脱除煤矸石中硫的主要影响因素和实验条件。首先,通过P-B设计从pH、煤矸石粒度、煤矸石添加量、Ag+浓度和煤矸石类型等因素中筛选影响脱硫率的主要因素。然后,在确定使用新鲜矸石条件下,对另外4个主要因素采用BB设计和响应面分析进行脱硫条件优化。研究结果表明,pH、煤矸石粒度和Ag+浓度对脱硫率具有显著影响,其影响程度为煤矸石粒度pHAg+浓度。利用Design Expert软件建立起脱硫率与影响因素之间的二次回归方程模型,通过求解方程得到最优脱硫条件为pH(3.0)、煤矸石粒度(124μm)、煤矸石添加量(56 g/L)、Ag+浓度(100 mg/L),在该条件下实际脱硫率达88.62%,与模型预测值接近,说明可以利用该模型来分析和预测矸石的脱硫效果。     

煤矸石和粉煤灰pH与电导率动态变化规律及其相关性研究

煤矸石和粉煤灰是煤矿区两种常见的固体废弃物,对环境造成极大的污染。pH波动幅度大是废弃物农用治理的主要障碍之一。对两种废弃物连续浸提时的pH和电导率(EC)进行长期动态监测,结果表明,不同层次的煤矸石尽管风化程度不同,但经过长时间浸取后,pH和EC变化趋势相似,且煤矸石、粉煤灰的pH、EC值有很大的相关性。该试验为今后两种废弃物合理利用奠定了基础。     

煤矸石热活化性能研究

系统地研究了徐州夹河煤矸石在不同煅烧温度下的物理、化学变化及活性成分的溶出规律.采用扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)等测试方法研究了热活化前后煤矸石的矿物组成、SiO2及Al2O3溶出率和微观结构,并采用水泥强度的测试方法对热活化煤矸石的活性进行宏观表征.结果表明,煅烧能有效去除有机挥发物和碳.破坏煤矸石中的硅氧键、铝氧键,形成无定形物质和玻璃相,从而提高煤矸石的活性.徐州夹河煤矸石的最佳热活化工艺条件是煅烧650℃、保温2 h.经此条件热活化后,SiO2和Al2O3的最高溶出率分别是76.32%、91.48%,添加50%(质量分数)的热活化煤矸石到水泥中,其强度比同掺量原样煤矸石的水泥强度提高了230%.     

污泥发酵液主要成分对鸟粪石结晶法回收磷的影响

为了研究污泥发酵液中的主要无机离子和有机成分对鸟粪石结晶法回收磷的影响,选取钙和钾为典型无机离子,以与胞外聚合物(EPS)性质相似的海藻酸钠(SA)和腐殖酸的主要成分富里酸(FA)模拟污泥发酵液主要有机成分,利用小试流化床反应器进行连续流实验。结果表明,随着Ca~(2+)浓度升高,除磷率先下降后上升,生成了无定形磷酸钙沉淀,当Ca~(2+)浓度为100 mg·L~(-1)时,鸟粪石纯度降至14.9%。实验浓度范围内,K+、SA与FA均使鸟粪石纯度降至90%以下,生成少量共沉淀物,但产物晶型仍以规则斜方晶为主,除磷率在80%以上。其中SA主要附着在鸟粪石表面,阻碍鸟粪石晶体的正常生长,随着SA浓度由0 mg·L~(-1)升高到120 mg·L~(-1),产物纯度由96.0%降至77.3%,粉末状晶体增多,使产物平均粒径由0.80 mm降至0.56 mm。     

抗菌处理对含硫煤矸石污染物释放的原位控制作用

自然堆放过程中,矿山环境微生物对大量含硫矿物的氧化产酸发挥着重要作用,为评价抗菌处理对暴露于空气中煤矸石污染物质释放的影响,设置十二烷基硫酸钠(SDS)抗菌处理、苯甲酸钠(SBZ)抗菌处理和对照(CK)3种处理条件对含硫煤矸石进行连续淋溶实验。结果表明,对照处理煤矸石淋溶液具有较强的酸度(pH=2.2~2.8)、较高的电导率(EC=4 426~24 925μS/cm)和氧化还原电位(Eh=334~499 mV),并富含Fe、Mn、Cu、Zn等金属离子和高浓度SO2-4和F-(其中,总铁平均为636 mg/L、Mn=16 mg/L、硫酸根=4 297 mg/L),呈现出煤矿酸性废水(AMD)的典型污染特征。相对于对照处理,SDS和SBZ抗菌剂处理对暴露于空气中的煤矸石污染的释放具有极显著的抑制作用,抗菌处理后,煤矸石淋溶液的pH(pHSDS=3.30~3.47、pHSBZ=5.13~5.64)、电导率(ECSDS=6 703~1 177μS/cm、ECSBZ=669~19 335μS/cm)、氧化还原电位(EhSDS=338~285 mV、EhSBZ=118~230 mV)和溶出离子Fe(总铁平均SDS=227 mg/L、SBZ=7.0 mg/L)、Mn(MnSDS=5.9 mg/L、MnSBZ=6.9 mg/L)、Cu、Zn等金属离子及阴离子SO2-4和F-等特征污染物的浓度均与对照存在极显著的差异(p0.01);且抗菌处理能显著抑制亚铁向高价铁的转化(pSDS=0.0012;pSBZ=0.0014)。2种抗菌剂处理均可极显著抑制暴露于空气中含硫煤矸石的氧化产酸和自身有毒有害污染物质的释放,且SBZ抗菌处理明显优于SDS抗菌处理。因此,SDS和SBZ等抗菌剂处理可用于含硫煤矸石等尾矿堆场污染的原位控制。     

Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收-铁粉还原再生脱除NO性能

利用Fe(Ⅱ)EDTA络合吸收-铁粉间歇还原再生脱除NO并回收氨资源的方法,实验研究了铁粉还原再生Fe(Ⅱ)(NO)EDTA的过程及其影响因素。结果表明,以0.015 mol/L的Fe(Ⅱ)EDTA做吸收剂,在起始p H 5.5、温度323K条件下吸收400×10-6~500×10-6的NO,脱除率95%以上;铁粉还原再生Fe(Ⅱ)(NO)EDTA过程可用缩芯模型阐释;铁粉添加量与搅拌强度直接决定了铁粉质点数量,是影响反应的重要因素;实验中Fe(Ⅱ)(NO)EDTA络合液150 m L,氧气含量为5%时,搅拌速度900 r/min、粒径为0.12 mm的铁粉浓度5.3 g/L、温度353 K、p H=6为最适宜再生条件。     

白腐菌P.sordida YK-624及其锰过氧化物酶对2-氯酚的转化

利用白腐菌P.sordida YK-624和产自该菌株的锰过氧化物酶(MnP)处理2-氯酚(2-CP).结果表明,当2-CP质量浓度为50mg/L时,培养5d, P.sordida YK-624能降解50.42%的2-CP;采用300 U的MnP处理150mg/L的2-CP, 24h时2-CP降解率可达75.00%.利用紫外-可见分光光度计、红外光谱仪和高效液相色谱仪对MnP处理过程中的产物进行了分析,表明MnP氧化2-CP过程中有多种产物生成,可能的产物包括醌类和聚合产物.     

废弃印刷电路板的破碎解离特性研究

废弃印刷电路板(WPCB)的破碎解离是WPCB进行后续资源化利用的前提条件,采用剪切式破碎机和万能高速破碎机分别对WPCB进行了粗破碎和细破碎,筛分后对不同粒径的粉碎产物进行粒径分布分析、显微镜观察和单体解离度研究。结果表明,WPCB经两次粗破碎后,大部分粗碎产物粒径≥1.2mm,占总产物质量的85%以上,经细破碎后,约有50%(质量分数)细碎产物粒径0.30mm。WPCB的细碎产物破碎至粒径0.90mm,可以认为金属和非金属基本分离;破碎至粒径0.60mm,可以认为金属和非金属完全解离。金属主要集中分布在粒径为0.30~1.20mm的细碎产物中。     

电弧放电产生NOx及其对亚硫酸铵的氧化

将脱硫塔产生的高浓度亚硫酸铵氧化为硫酸铵是氨法脱硫研究的一个难点.利用二氧化氮(NO2)的氧化性,可以有效氧化高浓度的亚硫酸铵.空气中电弧放电可以产生氮氧化物(NOx),本研究采用高频交流电源,不锈钢针-针电极,研究了放电间距、气体流量、湿度和O2含量等参数对产物NOx的浓度和NO2/NOx比值的影响,并对产物气体做了红外分析和光谱分析.实验结果表明,放电间距增大有利于NOx浓度和NO2/NOx的提高,气体流量和湿度的增大使NOx浓度和NO2/NOx降低,O2含量为50％和60％时NO2浓度和NO2/NOx分别达到最大值.产物NOx对亚硫酸铵的氧化速率最高可达0.0264 mol/(L·min).     

煤矸石堆积下多环芳烃的淋溶污染特征

淋溶是使有害物质析出的主要途径之一。为查明煤矸石堆放淋溶造成的有机污染效应,对不同风化强度煤矸石进行了动态淋溶模拟实验,系统研究了煤矸石中US EPA优先控制的16种多环芳烃（PAH16）的析出规律和迁移方式。获得煤矸石中多环芳烃（PAHs）淋溶特征如下：煤矸石堆积期遭受短期降雨（500~1 600 mm）作用后,煤矸石溶出的PAH16总质量浓度达125.6~451.2 ng/L。PAH16溶出量初期较高,在一定降雨期后又达到峰值,酸雨条件下,煤矸石山淋溶出的PAH16可由线性累加转为指数快速累加的趋势。淋溶液中优势组分为萘、二氢苊、芴和菲,4种组分之和占所测PAHs总量的80%~90%。煤矸石溶出的PAHs环数分布为2环〉3环〉4环〉5环、6环。迁移方式上,2环PAHs多以溶解相迁移,3环PAHs主要以颗粒态迁移,存在少量溶解形式,而4环以上PAHs则以颗粒相形式迁移。     

云贵高原若干湖泊水库水化学组分研究

天然地表水的基本化学组分不仅反映了积水区域内的自然环境特征、而且决定了水体的主要化学性质。水化学基本组分取决于积水区内大气降水中的溶解物质和土壤岩石的风化侵蚀可溶性产物。对昆明的滇池、大理的洱海、蒙自的长桥海和大屯海、以及黔中地区的水库群等若干高原湖泊水库水化学组分的研究表明:大气降水来源对各地区地表水基本组分影响不大;黔中地区化学风化速率受酸性降水的影响比洱海、滇池、蒙自地区略高;在同一积水盆地,淋溶区化学风化速率较聚积区高;同一流域水体,随积水区域面积的增大,化学风化速率不断增大;人为活动的强度对化学风化速率有极为显著的影响,直接改变了水体中Cl~-、Na~+、和K~+三种基本组分的含量;黔中水库群的三氮总量比洱海、滇池、长桥海和大屯海高出近十倍;N~(3+)作为硝化和反硝化过程的中间产物,在三氮总量中所占比例可以作为判断水体污染程度的指标;黔中水体中磷含量较云南湖水高一个数量级;水体氧化性指标〔Fe~(3+)/Fe~(2+)〕和〔DO/COD〕与污染程度有一定关系。     

高硬度富锶地下水的软化沉淀-超滤膜联用工艺

针对一种高硬度富锶地下水,分别采用石灰和石灰-碳酸钠两种方法,利用药剂软化/超滤膜工艺对其进行软化处理,同时考察了药剂投量对出水锶含量的影响。结果表明,采用石灰软化/超滤膜法,Ca(OH)2最佳投加量为270 mg/L时,出水总硬度(以CaCO3计)由287.12 mg/L降低到96.44 mg/L,硬度去除率为66.41%,出水锶含量也由原水中的0.37 mg/L下降为0.21 mg/L;而采用石灰-碳酸钠软化/超滤膜法,Ca(OH)2和Na2CO3最佳投加量分别为270 mg/L、160mg/L时,出水总硬度降低到60.34 mg/L,硬度去除率达78.98%,锶含量仅为0.02 mg/L。2种处理方法出水总硬度均达到预期目标,石灰软化/超滤膜法可使出水锶含量满足富锶水的要求,而石灰-碳酸钠软化/超滤膜法则造成了对人体有益微量元素锶的大量损失。