Uranium speciation in coal bottom ash investigated via X-ray absorption fine structure and X-ray photoelectron spectra

Similar to chromium contamination, the environmental contamination caused by uranium in radioactive coal bottom ash (CBA) is primarily dependent on the chemical speciation of uranium. However, the relationship between uranium speciation and environmental contamination has not been adequately studied. To determine the relationship between uranium speciation and environmental contamination, X-ray absorption fine structure (XAFS) and X-ray photoelectron spectra (XPS) analyses were performed to determine the uranium speciation in CBA exposed to different chemical environments and simulated natural environments. The leachability of the different forms of uranium in the CBA was studied via a simulated acid rain leaching experiment, and the results showed that 57.0% of the total uranium was leached out as U(VI). The results of a linear combination fit (LCF) of the X-ray absorption near edge structure (XANES) spectrum revealed that in the raw CBA, the uranium mainly occurred as U3O8 (71.8%). However, in the iron-rich particles, the uranium mainly occurred as UO2 (91.9%) after magnetic separation. Magnetite is a ubiquitous ferrous-bearing oxide, and it was effective for the sorption of U(IV). The result of FeSO4 leaching experiment indicated that 96.57% of total uranium was reduced from U(VI) to U(IV) when infiltrated with the FeSO4 solution for 6 months. This result clearly demonstrated the changes in chemical valence of uranium in the coal ash and provided a conceptual principle for preventing uranium migration from ash to the surrounding soil and plants.     

垃圾焚烧炉渣对电镀废水中Cu的吸附特性

以垃圾焚烧炉渣作吸附剂,对电镀废水中Cu的吸附特性进行了研究,包括吸附速率、解吸速率、吸附等温线和连续柱吸附实验等。结果表明,炉渣对电镀废水中Cu的吸附平衡时间和解吸平衡时间均为8 h。炉渣对Cu的吸附等温线为直线型,可用Henry型方程进行拟合。连续柱吸附实验结果表明,炉渣对电镀废水在连续吸附55 h后吸附能力逐渐丧失,累计最大吸附量为921μg/g,而炉渣对人工配水在连续吸附80 h后吸附能力完全丧失,累计最大吸附量为2 687μg/g。     

垃圾焚烧炉渣的性质及其利用前景

通过对上海浦东新区垃圾焚烧发电厂炉渣的性质分析,研究了其物理组成和化学组成、浸出毒性、溶解盐含量及其形貌特征和矿物组成.结果发现,炉渣由熔渣、陶瓷/砖块碎片、石头、玻璃、铁和有色金属及极少量可燃物组成;以砾状颗粒为主(>2mm颗粒占60%以上);溶解盐含量≤1%;浸出毒性小;主晶相为SiO₂、CaAl₂Si₂O₈、Al₂SiO₅、CaCO₃、CaO和ZnMn₂O₄.炉渣适合于资源化利用.     

以垃圾焚烧底灰为骨料的脱水污泥固化试验

针对机械脱水污泥强度低,难以安全填埋的问题,采用生活垃圾焚烧底灰作为骨架材料和水泥、石灰、石膏作为固化剂,开展污泥固化试验研究,并通过无侧限抗压强度试验、耐水性试验、浸出毒性试验对固化效果进行评价.结果表明,较优的固化剂种类为水泥和石膏,掺入量为污泥干基的50%,无侧限抗压强度可以满足填埋要求.最优垃圾焚烧底灰掺入量为100%,固化污泥增容比小于1.0,能够起到减容作用.水泥、石膏固化污泥耐水性能均较好.浸出毒性试验结果表明,最优固化剂种类为石膏,浸出液Cu、Zn、Pb离子浓度及COD值均较原泥大幅降低,可以起到良好的稳定化效果,且浸出液pH值接近中性,对生态环境影响较小.     

污泥-焚烧底灰混合固化配方及强度增长机理

污泥与垃圾焚烧底灰混合固化是一种以废治废的处置方式.针对水泥固化污泥早期强度高、石膏固化污泥后期效果好的特点,分别采用水泥、石膏、水泥+石膏为固化剂,和不同掺量的垃圾焚烧底灰,开展脱水污泥固化试验研究.对固化污泥的无侧限抗压强度、含水量、增容比、浸出毒性及COD、p H值进行了测试,并用扫描电镜分析了固化污泥微观结构的变化.测试与分析结果表明:脱水污泥的较优固化材料配方为100%垃圾焚烧底灰、25%水泥和25%石膏,固化污泥的强度和含水量满足填埋要求,且增容比小,浸出毒性大幅降低.固化污泥的早期强度主要来源于垃圾焚烧底灰的骨架作用和吸水作用,后期强度增长主要依靠固化剂的胶凝作用和垃圾焚烧底灰的火山灰作用;其中钙矾石的生成是固化污泥强度增长的重要因素之一.     

广州市“南肺”果园土壤H g和A s的形态分析

采用Tessier连续提取法、BCR连续提取法和Leleyter连续提取法,研究广州"南肺"果园土壤Hg和As的形态分布和生物可给性。结果表明,果园土壤Hg和As形态分布都以残渣态为主;3种方法的土壤生物可给性分析均表明,Hg和As生物可利用态的含量较少;生物不可利用态是主要形态,其次是潜在可利用态。     

海口市生活垃圾焚烧飞灰特性与重金属形态分析研究

生活垃圾焚烧飞灰因富合多种毒性物质而被列入危险废物名录.不同地区生活垃圾焚烧飞灰元素组成存在差异.论文研究了海口市生活垃圾焚烧飞灰的基本特性及重金属形态.结果表明,飞灰中Pb浸出值超过危险废物判别值的6倍之多,Pb、Cd和Zn的浸出值均超过生活垃圾填埋场限值.与As和Hg相比,Cu、Zn、Cr、Pb和Cd碳酸盐结合态的比例略高,在酸性条件下极易释放,对周围环境构成威胁.     

富含硅铝的工业灰渣合成沸石的研究进展

沸石是一系列多孔硅铝酸盐材料的统称,因其具有较高的阳离子交换能力,作为吸附材料广泛应用于污水的净化和催化合成化学品等多个领域。燃煤灰渣、煤气化灰渣、铸造灰渣等工业灰渣含有大量的Si、Al元素,可以作为合成沸石的主要原料,达到资源化利用这些固体废物的目的。分析了燃煤灰渣、煤气化灰渣和铸造灰渣的形成和来源,对比三者的化学成分发现,燃煤灰渣的化学成分含量表现为SiO₂>Al₂O₃>Fe₂O₃>CaO,煤气化灰渣的烧失量比较高,可达36.1%,铸造灰渣的硅铝比显著高于煤气化灰渣和燃煤灰渣。目前,3种灰渣中,燃煤灰渣的研究和利用比较多,而铸造灰渣和煤气化灰渣相对较少;铸造灰渣的Al₂O₃和SiO₂的总含量比较高,烧失量和金属氧化物含量较低,是一种合成沸石的优质原料,可合成高品质沸石;煤气化灰渣的残碳含量比较高,在考虑煤气化灰渣Si、Al回收和利用的同时,还应充分考虑其残碳的资源化利用。

     

伊通河(城区段)沉积物重金属形态分布特征及风险评价

通过对伊通河(长春城区段)7个沉积短岩芯中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等重金属元素含量与赋存形态的分析,研究了重金属污染特征和潜在生态风险.沉积物中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量范围分别为0.10～1.18、 23.57～66.35、 11.27～43.95、 10.78～29.82、 15.02～60.81和54.27～175.83 mg·kg^-1.Cd弱酸可溶态的质量分数为42.1%～51.28%;Cr、Ni和Zn以残渣态为主,质量分数分别为63.54%～79.91%、 35.16%～53.75%和27.55%～57.55%.沉积物垂向污染程度和生态风险评价结果显示,研究区域受到Cd、Cu、Pb及Zn污染,Cd的生态风险最高,Zn和Cu次之,各岩芯中每组元素具有相似的垂向变化规律,其中4～8 cm深度生态风险相对较高.污染来源解析结果显示,伊通河(城区段)沉积物中Cd、Zn和Pb主要来源于工业污染和城市污水排放,Cu可能受自然过程和人类活动的双重影响,Cr、Ni可能较多地来源于自然过程.     

苦丁茶树土壤铅的形态分布及生物有效性研究

采用Tessier连续提取-石墨炉原子吸收光谱法对6种冬青科(Ilex)苦丁茶树土壤中铅的形态分布进行了研究。结果表明:6种冬青科苦丁茶树土壤中铅的形态分布均表现为:.残渣态>有机态>碳酸盐态>铁锰氧化态>可交换态,铅在此类土壤中主要以残渣态和有机态存在,两者总量占土壤中总铅量的90%以上,显示出生物利用性较大的Pb形态含量相应减少。从非根际土壤到根际土壤,6种茶树土壤铅的各种形态的相对含量发生了改变,其改变情况虽各有差异,但总体上呈现出生物有效性较大的碳酸盐态铅和生物有效性居中的铁锰氧化态铅、有机态铅有下降趋势,而难于被植物吸收的残渣态铅含量有上升趋势,表明冬青科苦丁茶树的根际环境具有一定的降低重金属铅污染的阻截作用。     

金盆水库沉积物磷的来源及分布特征

为探究分层型水源水库沉积物中磷的来源与分布特征,以西安金盆水库为对象,针对2017年3～11月金盆水库水体、沉降颗粒及沉积物柱状样品总磷(TP)含量及形态分布特征进行研究.结果表明,金盆水库主库区表层沉积物总磷含量及形态分布受水体颗粒磷(PP)沉降作用明显,相关系数r~2=0. 877 5;同时表层沉积物总磷含量还受到沉积物内部生物地球化学的共同作用. 6～8月金盆水库水体藻类剧烈繁殖演替,繁殖过程中大量失去活性、死亡的藻类不断向底部水体沉积,形成以藻类等颗粒磷为主导的内源污染,沉降颗粒总磷含量达(753. 51±17. 11) mg·kg~(-1),表层沉积物总磷含量随之增加,以铁铝结合态非活性磷(NaOH-nrP)为主; 9～11月进入汛期,径流水体携带大量泥沙等负荷较大的污染物汇入水库,使得水体颗粒磷浓度相应增大,然而由于单位质量泥沙中总磷含量占比较小,导致径流过程中表层沉积物总磷含量逐渐降低,泥沙径流过程中颗粒磷以无机态的钙磷(Ca-P)和残渣态磷(rest-P)为主,二者约占沉积物总磷(TP) 55. 8%～66. 2%,受颗粒沉降影响相对较大.活性磷(SRP)、铁锰螯合态磷(BD-P)和铁铝结合态活性磷(NaOH-srP)这3种形态磷较活跃,在环境条件的变化(主要是氧化还原条件)下发生一系列迁移转化,受沉积物内部生物地球生物化学过程作用明显.     

钡盐厂周边土壤中钡及各形态钡的分布规律

贵州省天柱县某钡盐厂污染排放导致周边土壤遭受污染,为此对钡盐厂周边污染土壤进行采样分析。分析结果表明,钡盐厂周边土壤存在严重的钡富集,钡盐厂周边2km范围内土壤钡的浓度范围为760.4～3196mg.kg-1;污染区土壤表层钡的分布受污染源的距离关系及所在风向的控制,各形态钡占总钡平均比例大小关系为残渣态>Fe/Mn结合态>有机结合态>弱酸结合态;土壤剖面钡的分布规律为表层土壤中的总钡及各形态钡的含量远高于下层,总体呈垂直递减规律;钡及形态钡在土壤中的迁移转化规律受土壤pH、电导率、有机质、总氮以及碱解氮等诸多因素的影响。     

深圳市废弃物焚烧炉飞灰中二噁英含量水平和特征分析

采用同位素稀释的高分辨气相色谱/高分辨磁式质谱联用仪(HRGC/HRMS)对深圳市8所垃圾焚烧厂飞灰中二噁英进行准确定量检测,分析比较不同炉型、不同种类废弃物焚烧厂飞灰中的二噁英浓度水平和分布情况.结果发现8所废弃物焚烧炉飞灰中二噁英浓度差异较大,5所往复炉排生活垃圾焚烧炉样品中二噁英的质量浓度和TEQ浓度平均值都小于热解型医疗垃圾焚烧炉.两所不同的工业危险废物焚烧炉中,以烧废物矿油的立式筒焚烧炉的二噁英含量远大于以焚烧电路板为主的回转窑焚烧炉.不同焚烧炉飞灰中二噁英异构体的浓度分布具有相类似的特征,高氯代二噁英的含量明显高于低氯代二噁英同系物.不同的PCDD/Fs单体对I-TEQ的贡献率在不同的焚烧设备中十分相似,2,3,4,7,8-Pe CDF、1,2,3,7,8-Pe CDD、2,3,4,6,7,8-Hx CDF 3种单体是TEQ浓度的主要贡献单体.在布袋除尘器前喷淋活性炭能有效吸附烟气中二噁英,将其转移到飞灰中.本研究是首次针对深圳市运行中的废弃物焚烧炉进行飞灰中二噁英排放分析,为二噁英排放监控提供重要的基础数据.     

太湖底泥的空间分布和富营养化特征

太湖是一个大型的浅水湖泊，周围有数十条入湖河流，陆地风化物质被携带入湖即形成了底泥，由于湖底地形的差异。底泥在湖中的分布并不均匀，根据浅地层剖面仪的测量，在湖的西部存在一条南北向分布，宽度不等的古河道，底泥主要分布于古河道，在湖的沿岸和东太湖也有分布，根据估算，太湖底泥的蓄积量约为13.5亿m^3。太湖周围人口密集，工农业发达，二十多年来经济的快速发展引起了湖泊的富营养化，太湖底泥中的营养元素不断增高，并在一定的条件下向水体释放，加剧了水体的富营养化，引起连续多年春夏季节的蓝藻爆发，经过政府的源头控制和治理。目前富营养化状况初步得到遏止，并有改善的迹象。但底泥中的营养元素可以在很长时间内释放，因此富营养化的治理将是一个长期的过程。     

生活垃圾焚烧飞灰差异性特征对脱氯除盐效果影响研究——以重庆和天津飞灰为例

随着生活垃圾焚烧技术的普及,垃圾焚烧飞灰的资源化利用迫在眉睫,然而飞灰中的高浓度氯元素严重阻碍了其资源化进程.水洗技术作为常用的脱氯除盐技术,得到越来越多的应用,但除氯效果受飞灰自身性质特征影响较大.本研究从重庆和天津采集了两种理化性质具有较大差异的垃圾焚烧飞灰,在对其粒径分布、化学组成、矿物组成、pH值和浸出毒性等基本特征进行分析表征的基础上,采用水洗技术和碳酸化水洗技术对两种飞灰进行了脱氯处理.结果表明,重庆飞灰氯元素的赋存形态包括NaCl、KCl等可溶性氯盐,还含有较高浓度的难溶氯盐(如CaClOH、Friedel盐和Ca₆(CO₃)₂(OH)₇Cl),因此,水洗技术难以达到理想的脱氯效果,氯盐去除率最高为88%.在水洗过程中通入CO₂可以显著降低反应体系的pH值,促进难溶盐的转化和溶解,进而提高飞灰氯盐的去除率.重庆飞灰采用加速碳酸化水洗技术,氯盐去除率最高可达94%.天津飞灰中氯元素主要以可溶性氯盐的形式存在,难溶盐占比很少,因此,水洗技术可以达到较高的脱盐率(96%).采用加速碳酸化技术对天津飞灰进行处理,发现氯盐去除率较纯水洗技术反而有所降低,分析其主要原因可能与加速碳酸化过程中碳酸钙等物质的再沉淀对氯盐的裹挟作用有关.由此可知,飞灰自身性特征尤其是氯盐的赋存形态对于脱氯除盐技术的选择有重要影响.因此,实际资源化利用过程中,可根据飞灰性质来决定预处理手段,从而最大化提升效率和节约成本.     

Use of zeolitized coal fly ash in the simultaneous removal of ammonium and phosphate from aqueous solution

Discharge of wastewater containing nitrogen and phosphate can cause eutrophication. Therefore, the development of an efficient material for the immobilization of the nutrients is important. In this study, a low calcium fly ash and high calcium fly ash were converted into zeolite using the hydrothermal method. The removal of ammonium and phosphate that coexist in aqueous solution by the synthesized zeolites were studied. The results showed that zeolitized fly ash could efficiently eliminate ammonium and phosphate at the same time. Saturation of zeolite with Ca²⁺ rather than Na⁺ favored the removal of both ammonium and phosphate because the cation exchange reaction by the NH₄ ⁺ resulted in the release of Ca²⁺ into the solution and precipitation of Ca²⁺ with PO₄ ³⁻ followed. An increase in the temperature elevated the immobilization of phosphate whereas it abated the removal of ammonium. Nearly 60% removal efficiency for ammonium was achieved in the neutral pH range from 5.5 to 10.5, while the increase or decrease in pH out of the neutral range lowered the adsorption. In contrast, the removal of phosphate approached 100% at a pH lower than 5.0 or higher than 9.0, and less phosphate was immobilized at neutral pH. However, there was still a narrow pH range from 9.0 to 10.5 favoring the removal of both ammonium and phosphate. It was concluded that the removal of ammonium was caused by cation exchange; the contribution of NH₃ volatilization to immobilization at alkaline conditions (up to pH level of 11.4) was limited. With respect to phosphate immobilization, the mechanism was mainly the formation of precipitate as Ca₃(PO₄)₂ within the basic pH range or as FePO₄ and AlPO₄ within acidic pH range.     

两种医疗垃圾焚烧炉的灰渣特性研究

为评价医疗垃圾焚烧灰渣对环境的危害性及寻找安全有效的处理方法,利用X-射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、原子吸收光谱仪等仪器分别对回转窑式、固定床式医疗垃圾焚烧炉的布袋飞灰及底渣进行化学成分、物相、微观形貌、重金属含量及渗沥行为等特性分析.结果发现,回转窑式和固定床式布袋飞灰热灼减率分别为31.2%、34.6%,两者Cl、SO3和碱金属含量均较高,主要物相为CaSO4和NaCl,且Cd、Zn、Pb等重金属渗沥浓度均超过危险废物填埋允许限值,其渗沥行为可能与布袋飞灰的不规则多孔海绵状微观形貌有一定关系;2种底渣主要由复杂硅酸盐构成,其渗沥浓度低于危险废物规定的阈值.因此,2种布袋飞灰经预处理后方能进入危废填埋场填埋,2种底渣可按一般工业固废直接填埋.     

电炉铁合金飞灰中金属和二噁英分布特性研究

分别利用高分辨气相色谱-低分辨质谱(HRGC-LRMS)联用仪、原子吸收分光光度计对4个电炉铁合金飞灰中4-8氯取代PCDD/Fs和12种金属进行检测,结果表明,飞灰中金属元素浓度高,其中重金属以Zn浓度最高,为19835.918~36729.200mg/kg;Ni浓度最低,为9.000~43.627mg/kg.4个灰样中PCDD/Fs的浓度差别较大,总量在33.792~88.125ng/g范围内,该浓度水平与生活垃圾焚烧飞灰相当.4个灰样中PCDD/Fs的分布特征不尽相同,但是均以OCDD/F的浓度最高.飞灰中较高的二噁英浓度水平与高浓度的Fe、Cu、Ca和Ni等金属存在一定的相关性.     

镧改性粉煤灰合成沸石的同步脱氨除磷研究

以火电厂固废粉煤灰为主要原料,采用改良水热法研制合成了低成本的P型沸石,对其进行了稀土镧改性处理,以强化其脱氮除磷能力.实验研究了改性镧离子浓度、投加量、pH值对同步去除氨氮和磷的影响;运用XRD和SEM分析技术对合成沸石进行了表征.结果表明,在改性镧离子浓度0.5%、pH值为4~8、投加量为10g/L时,改性后的合成沸石对氨氮和磷的去除率分别达到90%,95%以上.改性后的合成沸石对氨氮及磷的吸附动力学数据符合伪二级方程.Langmuir方程能更好地描述氨氮及磷在改性合成沸石上的等温吸附行为,氨氮和磷的Langmuir最大吸附量分别为3.94,1.65mg/g.     

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.