碳化温度对牛粪铜和锌形态及生态毒性的影响

通过设置不同的热解温度(350,550和750℃)对牛粪废弃物进行碳化处理,并使用光谱技术手段对牛粪炭的微观特点及Cu、Zn赋存形态进行了分析表征,同时结合淋溶和毒性实验探究了热解温度对牛粪炭生态毒性的影响.结果表明,高温碳化明显改善牛粪孔隙结构,使其比表面积从牛粪原料的1.15m²/g提高至牛粪炭的5.51(350℃)~195.90m²/g(750℃).随着热解温度的提高,牛粪炭pH值从8.18(350℃)提高到了10.14(750℃);牛粪炭中Cu、Zn含量则从牛粪原料中的1.22和1.23mg/g分别升高至18.29~35.11和18.58~31.24mg/g.透射电镜-选区衍射以及X射线能谱分析表明,热解处理可使牛粪中Cu、Zn离子分别转化为副黑铜矿(Cu₄O₃)和红锌矿(ZnO)等金属氧化物,从而明显降低了牛粪炭中水溶态、DTPA提取态以及HNO₃-H₂SO₄提取态的Cu、Zn离子浓度;此外,FTIR分析及混合有机酸浸提实验结果也表明,350℃牛粪炭中酚羟基、烷烃基、羧基、酰胺类等有机官能团通过吸附和络合作用固定未完全转化的Cu离子,而升高热解温度会使得这些官能团显著减少、促进Cu离子的完全转化以及无机物与Cu、Zn离子之间稳定金属氧化物化合键的形成.淋溶和生态毒性实验表明,高于550℃的热解温度能够显著降低牛粪炭中Cu、Zn的溶出率以及生态毒性,是高Cu、Zn含量牛粪废弃物无害化处理的一种推荐优选技术.     

不同气氛热解生物炭可溶性有机碳的光谱特征

为探明不同气氛热解生物炭可溶性有机碳(BDOC)的性质特征,在不同热解气氛(CO₂、N₂和空气限制)和热解温度(300～750℃)下制备了一系列小麦秸秆生物炭,通过提取其BDOC并结合紫外-可见光谱和荧光光谱-平行因子分析方法对BDOC性质进行分析.热解温度为300℃时,CO₂和N₂热解生物炭释放的DOC含量高(CO₂:10.55mg/g,N₂:10.17mg/g);而热解温度为450～750℃时,空气限制热解生物炭释放的DOC含量高(0.31～2.88mg/g).生物炭释放DOC含量与生物炭的挥发性物质含量、H/C和(O+N)/C呈正相关关系.空气限制热解BDOC具有更低的分子量,更高的芳香性(SUVA₂₅₄范围:7.66～16.86),腐殖化程度(HIX范围:10.77～52.21)和类腐殖酸物质含量,而CO₂和N₂热解BDOC含有更多的类蛋白物质.此外,CO₂和N...     

热解温度对不同种类易腐垃圾生物质炭理化特性的影响

随着垃圾分类政策的推行,易腐垃圾减量化、无害化、资源化处理越来越重要,热解炭化是一条具有环境效益和经济效益的处理途径.本研究利用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱及比表面积分析等表征方法,系统地分析了热解温度对6种易腐垃圾生物质炭(甘蔗皮炭、豌豆荚炭、橘子皮炭、柚子皮炭、桂圆皮炭和厨余垃圾炭)理化特性的影响.结果表明：(1)热解温度是影响生物质炭理化特性的关键因子,随热解温度的升高,易腐垃圾炭产率降低,灰分含量、pH和EC值增大,表面-OH、C-H、C=O、C=C和C-O-C等官能团含量减少,CaC₂O₄和K₂C₂O₄等草酸盐逐步分解为CaCO₃和K₂CO₃.当热解温度为650℃时,厨余垃圾炭的产率、灰分含量、pH分别为41.7%、57.4%、9.8.(2)生物质原料种类是影响生物质炭理化特性的另一关键因子,不同种类的生物质炭表面元素含量、比表面积和形貌结构等参数均不相同,厨余垃圾炭的产率、灰分含量、表面钠元素...     

生物质炭服务农田生态系统“碳中和”的机制和潜力研究进展

废弃植物生物质热解制备为生物质炭是碳源整合再利用的有效手段之一,既能减少生物质自然分解过程中CO₂排放,同时,生物质炭还田还可通过调控微生物活动和碳源利用效率来减少土壤本底有机碳矿化.此外,生物质炭对土壤通气性的改善有利于CH₄氧化;其多孔结构、高比表面积等性能有利于CO₂及可溶性有机碳等易损耗碳源的吸附固定,促进土壤有机碳的固持,增加土壤碳库容量和质量.在农田生态系统中合理施加生物质炭有利于提高植物光合固碳能力、增加植物生物量和作物产量,具有环境和经济双重效益.因此,生物质炭可借助土壤和植物两条途径助力农田生态系统中碳的减排增汇.然而,生物质炭的内源性污染物、异质性和持久性等导致其很可能具有长期的生态环境风险,仍需深入而广泛的研究.环境友好型生物质炭的制备、生物质炭的因地制宜策略等仍然是亟待解决的难题.未来研究建议在生物质炭促生增碳的相关机理、生物质炭的长期生态效应、生物质炭基“智慧土壤”的研发以及生物质炭制备工艺标准化和生产规模化等方面加强,实现生物质资源的高效整合与绿色应用,以期助力生物质炭还田技术的推广,更好地服...     

工业燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰的汞吸附特性

为探究燃煤锅炉烟气循环方式下飞灰汞的吸附特性,利用固定床汞吸附装置,对立式煤粉沉降炉不同模拟烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附特性进行了研究,重点考察了烟气循环比例、煤种、关键燃烧气体组分等因素的影响.结果表明:①烟气循环工况条件下形成的飞灰汞吸附能力明显优于非烟气循环工况（空气燃烧）条件下形成的飞灰,并且随烟气循环比例的增加,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.褐煤在净烟气循环比例为60%、40%、20%的条件下形成的飞灰汞吸附量分别是非烟气循环条件下的3.0、2.3和1.6倍.②烟气循环引起燃烧气体氛围中ρ（SO₂）与ρ（NO）的变化会影响飞灰的物化特性及其汞吸附性能.随燃烧氛围中ρ（SO₂）的提高,飞灰汞吸附量先增后减.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（NO）为803 mg/m3条件下,ρ（SO₂）为2 857 mg/m3时褐煤与烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高（分别为0.45和0.75 μg/g）,分别较ρ（SO₂）为1 428和4 286 mg/m3时提高了25%~300%和53%~78%.随燃烧氛围中ρ（NO）的提高,飞灰汞吸附量呈逐渐增加趋势.烟气循环比例为40%且燃烧气体氛围中ρ（SO₂）为2 857 mg/m3条件下,ρ（NO）为1 205 mg/m3时褐煤和烟煤燃烧形成的飞灰汞吸附量较高,分别较ρ（NO）为803和402 mg/m3时提高了1.2~3.6和1.1~1.6倍.③飞灰中UBC（未燃尽碳）、CaO、MgO及Fe₂O₃可促进飞灰对汞的吸附.与褐煤飞灰相比,烟煤飞灰表现出更优的汞吸附性能,与UBC、CaO、MgO及Fe₂O₃在飞灰中的含量存在一定的正相关性.研究显示,烟气循环方式下飞灰汞吸附特性发生明显变化,煤质的合理选择、烟气循环比例、循环气体成分及浓度参数的优化控制可显著改善燃煤锅炉烟气中汞的排放控制效果.      

烟气中CO2/O2气氛对稻壳流化床热解制炭的影响规律

烟气常用作流化床热解的气体热载体,而烟气中低浓度的CO₂、O₂等成分对流化床热解制炭的影响少有报道。在自行搭建的小型流化床实验台上开展了不同气氛（不同N₂/O₂/CO₂体积比,简单模拟烟气氛围）下稻壳热解制备生物炭试验研究,获得了稻壳热解三相产物产率分布规律、稻壳生物炭工业分析特性基本特征,通过FTIR、BET手段分析了生物炭表面官能团及多孔结构变化情况,同时探究了不同O₂浓度下稻壳热解制炭能量转移特性。结果表明:提高O₂和CO₂浓度均有利于热解产物由固相向气相转移,会降低炭产率、降低生物炭中有机组分含量,但有利于生物炭表面形成多孔结构和提高表面官能团芳香化程度;稻壳在低O₂浓度下热解能达到80%上的能耗比以及70%以上的能量回收率。     

老化的生物质炭性质变化及对菲吸持的影响

将稻壳分别在350℃和550℃热解温度下制备成生物质炭,避光条件下恒温培养300 d,通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和核磁共振等技术手段及平衡吸附实验,探究生物质炭老化前后的动态结构变化及对菲吸持作用的影响.结果表明,生物质炭老化过程中氧含量增加,含氧基团增多,对菲的非线性吸附行为显著增强.热解温度的不同决定了生物质炭老化过程中性质变化的差异,350℃热解的生物质炭,老化后极性增强,芳香性减弱,而550℃热解的生物质炭,老化后脂肪族碳类物质增加,羧基减少,芳香性增强,Langmiur预测的菲在350℃热解的生物质炭上老化前后的最大吸附量分别为3.57 mg·g-1、2.35mg·g-1,主要是老化后性质变化抑制了表面吸附作用,而550℃热解的生物质炭上老化前后的最大吸附量分别为0.42mg·g-1、4.17 mg·g-1,老化后吸附量的显著增加主要是生物质炭性质变化促进了对菲的分配作用与表面吸附作用.研究生物质炭在自然环境中的老化行为对环境污染物固定的稳定性有着重要意义.     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中活跃的化学组分,在全球碳循环中起着非常重要的作用.为了探究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响,以苹果枝条为原料,在300~600℃条件下制备生物质炭,在研究生物质炭基本理化性质的基础上,通过室内培养试验研究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响.结果表明:高温制备的生物质炭碳(C)的质量分数增加,而氢(H)和氧(O)质量分数下降,H/C及O/C比下降;生物质炭的脂肪族结构减弱,芳香性增强,稳定性升高;生物质炭输入可以显著增加土壤有机碳(SOC)含量(P0.05),且随着添加比例的增加而增加,其中以500℃制备的生物质炭对土壤有机碳库的提升效果最为明显;与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)以及易氧化有机碳(ROC)的含量,且随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300处理平均分别增加了38.25%、82.09%和63.53%;BC400处理平均分别增加了26.07%、65.61%和48.09%,且差异均达到显著水平(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养初期(40~60 d)增加了土壤MBC、WSOC及ROC含量,且随着添加比例的增加而增加,而在培养后期则减少了土壤MBC、WSOC、ROC含量,且随着添加比例的增加而减少,培养360 d后,BC500处理平均分别减少了0.27%、13.48%和14.67%,BC600处理平均减少7.80%、14.66%和15.79%,且差异达到显著水平(BC500处理MBC含量除外)(P0.05);生物质炭输入降低了土壤有机碳中ROC的比例,并且随着热解温度的升高以及添加比例的增加而降低.从提升土壤有机碳库及生物活性等方面考虑,在黄土高原土地区,500℃条件下制备生物质炭,既能保证有机碳具有较高的稳定性,又不至于引起土壤活性碳库的过度降低,是生物质炭在农田土壤利用的最佳制备温度.     

燃料特性对铁矿石烧结及烟气排放的影响

采用烧结杯试验,从固体燃烧角度出发,探究燃料结构和粒度对燃烧前锋温度及烧结气氛变化的影响。结果表明:随着燃料中煤粉比例逐渐提高(0~100%),烧结速度提高至4.32 mm/min,利用系数提高至0.13 t/(m2·h);转鼓强度先上升后下降,当煤粉比例为25%时,转鼓指数达到最高(58.4%);烟气中NO_x浓度与CO成分分别提高28.34 mg/m3和0.72%,CO能促进NO的还原反应,抑制NO_x生成。全煤条件下,随着煤粉粒径<1 mm的质量分数由50%降低到10%,烟气中NO_x降低了51.33 mg/m3,提高燃料粒度可降低烟气NO_x排放浓度;而延长烧结时间,NO_x总排放量上升。研究结果可为烧结燃料选择及烟气减排提供参考。     

秸秆露天焚烧典型大气污染物排放因子

利用烟气污染物稀释采样系统,基于实际测试,针对玉米、小麦、花生和棉花4种农作物秸秆开展露天焚烧排放大气污染物采集和分析.利用修正燃烧效率区分燃烧状态,根据碳平衡法计算烟气中颗粒物和气态污染物排放因子.结果表明,4种秸秆露天焚烧CO、SO₂、NO_x和CH₄平均排放因子分别在7.39~92.4g/kg、0.11~0.89g/kg、0.72~3.86g/kg和0.2~5.45g/kg之间,PM_2.5平均排放因子在1.48~13.29g/kg之间.OC和EC的质量分别占PM_2.5全部质量的27.7%~54.3%和4.4%~17.1%,是PM_2.5的主要组成成分.污染物排放主要来自混合燃烧状态,焖烧状态排放污染物浓度相对较高.随着含水率升高,焖烧过程增强显著,CO、CH₄、PM_2.5和OC的排放因子升高,其中PM_2.5排放量增高主要是由OC排放占比升高导致.     

垃圾焚烧炉掺烧陈腐垃圾及其配风优化的数值模拟

以某350 t/d的垃圾焚烧炉为研究对象,采用CFD模拟方法研究了城市生活垃圾掺烧填埋场陈腐垃圾及不同配风方案对燃烧过程、流场分布及NO_x排放规律等影响。结果表明:掺烧陈腐垃圾延后了床层焦炭燃烧过程,有利于挥发分析出,从而使燃烧区及烟道气相燃烧更剧烈,提高了炉膛整体温度,但也加剧了局部超温,同时一烟道出口NO_x浓度从247.85 mg/Nm3降低到198.75 mg/Nm3。工况4增大了上下层二次风,使燃烧区流体充分混燃,且烟道流体湍动度增大,使炉膛内温度更加均匀,有利于缓解一烟道高温腐蚀现象。合适的配风比可极大降低一烟道出口NO_x浓度,使之从198.75 mg/Nm3降至89.80 mg/Nm3,同时也延长了炉膛烟气的停留时间。该研究结果可为垃圾焚烧炉改进陈腐垃圾掺烧比和配风比提供参考。     

炼焦过程及周边环境颗粒物中水溶性无机离子特征

为明确炼焦过程排放颗粒物及周边环境颗粒物中水溶性无机离子的污染特征,于2012年5月利用改良的标准大体积总悬浮颗粒采样器采集燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气TSP（total suspended particulates,总悬浮颗粒物）样品,使用Staplex234大流量采样器采集焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气PM_1.4样品,采用ICS-90离子色谱仪测试样品中SO₄2-、NH₄+、Ca2+、Cl-、NO₃-、F-、Mg2+、K+、Na+共9种水溶性无机离子.结果表明:SO₄2-为炼焦过程排放的特征离子.炼焦过程燃烧室废气烟囱排放的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最高,为（5 493±901）μg/m3;其次为焦炉顶无组织排放的TSP,其总水溶性无机离子质量浓度为（902±222）μg/m3;焦炉周边环境空气的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最低,为（712±288）μg/m3.SO₄2-为燃烧室废气烟囱排放TSP与燃煤锅炉烟气排放颗粒物中共有的主要特征离子,但与燃煤锅炉烟气相比,燃烧室废气烟囱排放的w（SO₄2-）略低,w（F-）则相反.NH₄+较易富集于焦炉顶无组织排放的细颗粒物中,而SO₄2-则较易富集于粗颗粒物中.研究显示,炼焦过程及焦炉周边环境空气颗粒物中9种水溶性无机离子分布特征不同,SO₄2-是燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放的TSP中质量浓度最高的水溶性无机离子.      

气相臭氧氧化协同湿法吸收脱硝技术的性能和氮转化

气相臭氧氧化协同湿法吸收脱硝技术具有脱除效率高、设备简单、投资低、运行易控等优点,适用于钢铁烧结、焦炉和陶瓷等较低温度（<150℃）和较低NO_x浓度（<400 mg/m3）烟气的深度净化。从理论上分析了臭氧氧化协同湿法吸收脱硝反应过程物理化学行为,并采用傅里叶红外光谱和离子色谱等方法,分别考察了气相臭氧氧化NO和气相臭氧氧化协同湿法吸收脱硝的氮产物分布,计算氮转化率。结果表明:n（O₃）:n（NO）和水溶性是影响NO氧化程度和氧化产物吸收脱除效率的关键因素。当n（O₃）:n（NO）>1.5时,NO的氧化产物是与SO₂水溶性相当的N₂O₅和HNO₃,均可实现在传统脱硫吸收塔中同步高效脱除,而且产物为稳定性良好的NO₃-。氮平衡分析结果表明,氮转化率接近99%,而不可检测的氮组分可以忽略不计或者不存在。     

O3氧化-湿式镁法同步脱除烧结烟气中NOx和SO2的中试研究

为了探究烧结烟气O₃镁法吸收技术的实际应用情况,对模拟烧结烟气开展O₃氧化镁法吸收技术的中试研究。采用中晶中试试验平台研究验证O₃氧化镁法吸收技术的脱硫脱硝超低排放路线,研究表明:在烟气量为1000 m3/h,ρ(SO₂)为1500 mg/m3,ρ(NO)为280 mg/m3,烟温为130 ℃的条件下,将n(O₃)∶n(NO)控制在1.5∶1以上时,NO氧化效率可稳定达到100%,系统整体NO_x脱除率可达到90%,出口的ρ(NO_x)可维持在20~35 mg/m3。研究结果表明,中试条件下O₃氧化镁法吸收技术应用于烧结烟气脱硫脱硝满足钢铁行业对硫氧化物和NO_x的超低排放标准。     

废轮胎热解富芳烃油燃烧温度与烟气污染物排放特性

清洁燃烧是各类有机固废热解油高效能源化利用的主要途径。全钢废轮胎热解油产物中芳香烃含量约占30%,其热值及黏度与柴油相似,但闪点偏低,仅为20℃。在自建燃烧炉膛中进行燃烧实验,研究了废轮胎热解油的燃烧温度及烟气排放特性。实验发现,当过量空气系数为1.3时,热解油燃烧温度最高;当过量空气系数为1.4时,烟气中CO浓度降至0;NO_x浓度随着过量空气系数增大而升高;过量空气系数超过1.3后,SO₂浓度大幅降低。喷射油压提升可提高燃烧温度,使热解油燃烧更加充分,同时可降低烟气中CO浓度,促进热力型NO_x生成。当压力由1.5 MPa升至1.75 MPa时,燃烧温度、CO浓度与NO_x浓度变化幅度最大。喷嘴喷孔直径增大会使雾化锥角增大,燃油雾束更易展开与空气接触反应,CO浓度随之降低;同时雾化锥角的增大可减小喷雾贯穿距,缩短火焰长度,减少烟气在高温区的停留时间,降低NO_x浓度。     

脱硫废水添加对煤燃烧时汞析出特性的影响

为探究含氯脱硫废水溶液添加对煤燃烧时汞析出特性的影响,分别利用沉降炉和管式炉实验装置进行了3种煤在1200℃下的燃烧实验。实验时通过改变模拟脱硫废水溶液的添加量来控制燃煤中氯的质量分数分别为0.00%、0.02%、0.04%和0.06%。分析煤燃烧后烟气中汞浓度、吸收液、飞灰和煤灰中汞含量的变化情况发现:随着加氯量的增加,烟气中Hg0浓度逐渐降低,Hg2+浓度则逐渐升高,但对Hgt（气态总汞）浓度的提升效果相对较差。当加氯量为0.06%时,煤种B在沉降炉中燃烧后烟气中Hg0浓度下降约2.3 μg/m3,而Hg2+浓度提高约2.6 μg/m3,但Hgt浓度仅提高了0.3 μg/m3。氯的添加也会使飞灰中汞含量增加,煤灰中汞含量降低。通过综合对比分析沉降炉和管式炉实验结果发现:无论是否添加氯,煤在沉降炉中燃烧后烟气中Hg0比例均小于管式炉实验结果。当煤种B加氯量为0.06%时,在沉降炉和管式炉中燃烧后烟气中Hg0含量占比分别为50.6%和67.8%。此外,还发现3种煤粉在管式炉中加氯燃烧后汞的析出率提高趋势均较沉降炉明显。故含氯脱硫废水溶液的添加可以改变煤燃烧时汞的析出特性,且有利于促进烟气中Hg0的氧化,对燃煤烟气脱汞具有重要作用。     

典型进口废铜废铝初级加工原料模拟熔炼烟气中重金属产生特性研究

随着我国全面禁止固体废物入境,如何从传统的进口废铜废铝中甄别高品质再生铜再生铝原料,是精准打击固体废物入境、确保行业急需高品质原料进口的关键.选取典型进口废铜废铝初级加工原料样品,采用高温管式炉模拟不同原料类型、熔炼温度、夹杂物和熔炼剂等因素对于熔炼过程烟气中重金属产生特性的影响.结果表明:①当进口铜加工材原料熔炼温度从900℃升至1 300℃时,烟气中Cr、Ni、Zn、Pb浓度随温度升高而增加,且进口铜加工材原料熔炼过程烟气中整体上重金属的产生量比铜米、漆包线多,当夹杂物含量从0增至1.0%时烟气中重金属浓度呈增长趋势,熔炼入炉的进口铜加工材原料的夹杂物含量控制在0.5%以内,可有效减少烟气中Pb和Zn等重金属的产生.②当进口汽车铝切片原料熔炼温度从500℃升至900℃时,烟气中Cr、Ni、Zn、Pb、Cu浓度均随温度升高而增加,熔炼剂中添加C₂Cl₆比添加NaCl、KCl和NH₄Cl等更利于重金属的产生,夹杂物含量从0增至1.0%时,烟气中Cr、Ni、Pb浓度均不断增加,Zn和Cu浓度则逐渐减少.研究结果为我国制定高品质再生铜再生铝原料标准、精准打击固体废物入境提供了数据支持.