水泥窑共处置过程中砷挥发特性及动力学研究

针对不同形态的含As化合物开展了热重实验、熟料煅烧以及熟料消解实验,研究了水泥窑共处置过程中砷在等温条件下随时间的挥发特性和可能的化学反应.结果表明,不同化学形态的砷挥发规律不尽相同,砷酸钠在水泥生产涉及的温度区间基本不挥发;硫化亚砷在水泥窑共处置的过程中,砷的挥发率随时间逐渐增大,25min以后基本不再挥发,低于1000℃时,砷的挥发率随温度的升高而增大,但高于1000℃时,挥发率随温度的增大而减小;亚砷酸钠在1000℃以上的挥发规律与硫化亚砷类似,挥发率随温度的升高而减小,25min以后基本不再挥发.硫化亚砷在1000℃以下煅烧时,挥发率随时间和温度变化的动力学方程为a =1-exp[-1.77exp(-3158/T)t],可以根据此方程计算不同温度和停留时间工况下砷挥发的理论值,进而控制含砷废物的投加量,避免对环境造成危害.     

生物炭对盐碱土壤氨挥发的影响

为探明生物炭对黄河三角洲盐碱土壤氨(NH_3)挥发的影响,通过室内连续培养的方式,先测定改良的通气法对土壤NH_3挥发的回收率,再对比施加肥料颗粒与肥料水溶液对土壤NH_3挥发的影响,最后探究生物炭的种类、添加量及施肥种类对NH_3挥发速率和总量的影响.结果表明,以硫酸铵为氮源进行的NH_3挥发捕集实验,NH_3回收率平均值高达100. 30%.在相同施氮量下,施加尿素水溶液的处理比施加尿素颗粒的处理NH_3挥发减少了60. 29%,施加硫酸铵水溶液的处理比施加硫酸铵颗粒的处理NH_3挥发减少了61. 40%.相较于不添加生物炭只施用硫酸铵水溶液的空白处理,添加0. 5%生物炭且施加生物炭种类为水稻300℃(RB-300)、水稻600℃(RB-600)、棉花300℃(CB-300)和棉花600℃(CB-600)的处理,NH_3挥发总量分别减少了18. 68%、16. 16%、9. 35%和8. 26%,且施肥后2d内NH_3挥发速率最大,占总挥发量的53. 80%～64. 02%.添加生物炭后,NH_3挥发量随生物炭添加量的增加呈现出先降低后增加的趋势.因此,田间施肥前添加少量生物炭并结合水肥一体化管理技术,可以有效地减少NH_3挥发并提高氮肥利用率.     

基于光谱色谱分析热解温度对沼渣生物炭DOM组成特性的影响

为探究沼渣基生物炭溶解性有机质（DOM）的组成特性,以厌氧发酵沼渣为原料,在300、400、500、600和700℃热解温度下制备了生物炭,利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱以及反相高效液相色谱等手段,研究了生物炭中DOM的组成特性.结果表明:热解温度影响生物炭DOM的组成,随着热解温度的升高,生物炭DOM中溶解性有机碳含量出现大幅降低,由300℃时的33.2 mg/g降至700℃时的0.7 mg/g.生物炭DOM的芳香性和分子量呈先增后减的变化趋势,400℃时其芳香性和分子量最大;在300~500℃热解范围内,生物炭DOM主要与类腐殖质有关,在600~700℃热解温度范围内,生物炭DOM主要是类色氨酸物质;液相色谱分析显示,在254 nm波长处洗脱出4种芳香物质,280 nm波长处洗脱出5种醌基物质,其中4种醌基结构物质赋存在芳香结构中.研究显示,沼渣生物炭DOM的组成与热解温度密切相关,不同的热解温度会影响DOM的芳香性、分子特性、腐殖化程度、亲水性及极性等特征,光谱和色谱分析法可有效表征DOM的不同结构性质.      

磷酸对八宝景天热解过程中As、Pb迁移转化的影响

本文利用管式炉在不同温度下对八宝景天进行直接热解和磷酸预处理热解,研究了As、Pb的迁移特性和形态分布.结果表明：生物炭中As的回收率随温度升高波动,Pb的回收率随温度升高先增大后减小,As、Pb的回收率均在500℃时达到最大,分别为66.2%和73.08%.添加8%磷酸后As、Pb回收率在一定温度范围内增加,并在300℃时达到最大值,分别为83.75%和92.78%.热解温度由300℃升到600℃时,生物炭中As的稳定形态（F4+F5）由不足20%增加到70%左右,Pb的最稳定形态（F5）由3%增加到32%.添加8%磷酸热解后,生物炭中As的稳定性小幅增加,500和600℃时F5分别增加20%和5%;Pb的稳定性显著增加,（F4+F5）均达到90%以上.磷酸添加量对重金属形态分布无明显影响.实验结果表明采用磷酸预处理用于修复植物热解可提高生物炭中重金属As、Pb的回收率及稳定性,并可降低其生态风险指数.     

大粒径厨余垃圾水热碳化制备炭燃料

开展了不同温度条件（150～300℃）下大粒径（>2 cm）厨余垃圾水热碳化实验,研究了水热炭的理化性质、燃烧特性和关键元素迁移规律.实验结果表明,当水热温度过低,厨余垃圾颗粒尺寸影响水热碳化效果;大粒径厨余垃圾碳化需更高的水热温度;水热温度250～300℃产生的水热炭具有高热值(24.48～26.9 MJ·kg^-1)、高燃料比（0.44～0.56）、高含碳量（59.6%～65.6%）和低含灰量（8.51%～4.35%）的特点.随着水热温度提高,水热炭中碳含量升高、灰含量下降;水热炭的着火温度、燃烬温度、挥发分释放特性指数VI、可燃性指数CI和综合燃烧特性指数CP均上升,提高了燃烧稳定性;同时水热炭中K、Na浓度降低,有利于降低水热炭燃烧结焦;N、S在水热炭中分布比例下降,这将减少水热炭燃烧的烟气污染物排放.因此,水热碳化能实现大粒径厨余垃圾的燃料化利用.     

不同环境条件下海水中苯系物的挥发过程研究

为研究不同环境条件下海水中苯系物的挥发过程,基于吹扫捕集-气相色谱-质谱联用（PT-GC-MS）法,获取了不同模拟实验条件下海水中苯系物的挥发动力学曲线,并分析讨论了温度、风速等条件的变化对海水中苯系物挥发的影响。结果表明:不同温度、特定风速条件下海水中苯系物的挥发动力学曲线可用指数方程拟合,符合一级反应动力学模型。海水中苯系物各组分挥发随时间的变化规律基本相同,室温25℃下挥发速率明显高于4℃时;相同温度时风速提高海水中苯系物挥发速率加快。海水中苯乙烯、甲苯挥发速率稍高,二甲苯相对较低。不同实验条件下海水中苯系物的挥发速率差异明显,其大小顺序表现为室温25℃+特定风速＞室温25℃+静态挥发＞低温4℃+特定风速＞低温4℃+静态挥发。在低温4℃条件下风速对苯系物挥发的贡献程度更加显著。     

污泥基生物炭结构的共焦显微拉曼技术应用

采用共焦显微拉曼光谱仪探索不同热解温度(500~900)℃条件下所制备的污泥基生物炭结构变化的表征方法.结果表明,拉曼信号的荧光干扰与生物炭的理化特性有较强的相关性.随着热解温度升高,拉曼漂移系数减小,这与污泥基生物炭挥发分含量、H/C和O/C比变化趋势一致.其中,漂移系数与挥发分含量和H/C的相关性指数分别是0.97和0.94,其变化规律可用来准确评估生物炭挥发分含量和H/C的变化.同时,生物炭在拉曼光谱中的特征峰强度比D/G随着热解温度升高而增强,代表了污泥基生物炭无序化程度增加的过程.谷区域(V)与D峰强度比IV/ID随热解温度升高而减小,表明具有缺陷的稠合芳环结构的比例增加;另外,经分峰拟合后得到的ID1/IG1变化较小,而ID2/IG2呈增加趋势,证实了小分子侧链基团断裂形成的化合物部分沉积在炭表面,形成缺陷和非晶结构;IG1/IG2随着热解温度升高而减小,表明了炭基材料键角有序与无序比随着热解温度的升高而降低.因此,拉曼光谱可用于表征污泥基生物炭的微观结构变化,反映其结构演变规律.     

不同裂解温度对水稻秸秆制备生物炭及其特性的影响

以农业废弃物水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法不同温度(300℃、400℃、500℃、600℃、700℃)下制备生物炭,利用SEM电镜扫描、比表面测定、傅里叶红外光谱、元素分析等现代分析手段对生物炭的结构、形貌、比表面积、孔径、表面官能团和元素含量等理化特性指标进行分析表征.结果表明:随着热解温度的升高,产率和挥发分比例下降,灰分含量升高,p H值增大,含碳量上升,N、H、O含量下降,H/C、O/C、(O+N)/C下降,这表明生物炭芳香性增强,亲水性和极性减弱.生物炭具有丰富的孔隙结构,随着温度升高,孔隙数量增加,孔结构发育更加完全.稻秆生物炭孔结构主要为中孔,且随着热解温度的升高,平均孔径变小,比表面积有所增大,在600℃达到最大.红外光谱结果显示,随着裂解温度升高,水稻秸秆中烷烃基缺失,甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,而芳香族化合物增加,芳香化程度增强.     

热解温度对畜禽粪便生物炭重金属特征变化的影响

为了揭示畜禽粪便生物炭中重金属的特征变化,以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用低氧控温法制备生物炭,研究了不同热解温度(350、450、550、650和750℃)的畜禽粪便生物炭产率、重金属(Cu、Zn、Cd、Pb、Cr和Ni)含量和相应富集系数的变化,以及原料来源、热解温度和重金属特征的相关性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭产率逐渐下降,各重金属元素含量(Cd除外)逐渐增加,多数重金属富集系数呈降低的趋势,总体上高温热解虽增加了畜禽粪便生物炭的重金属含量,但也利于炭化过程中重金属的挥发迁移.畜禽粪便生物炭中重金属含量与热解温度、原料来源密切相关,其中与热解温度的相关性均显著,各生物炭的重金属富集能力表现为鸡粪猪粪渣牛粪.综合分析发现,热解温度对畜禽粪便生物炭的重金属特征变化有显著影响,选择低重金属含量和低富集系数的畜禽粪便可避免高温制备的生物炭在实际应用中由自身重金属可能带来的二次污染.     

高温热解对污泥炭特性及其重金属形态变化的影响

温度是影响污泥热解产物性质的主要因素之一。研究了热解温度(550,700,850℃)对污泥炭性质、结构和重金属含量及其形态变化的影响。结果表明:污泥炭产率(55. 83%)和H/C(0. 05)在热解温度为850℃时达到最小值。而当热解温度为700℃时,其pH值、比表面积及污泥炭中各重金属总量与残渣态百分比(F4)均为最大值,同时其所含各重金属中生物有效态(F1+F2)的质量分数也均为最低值,即污泥中各重金属潜在的生态风险水平处于最低水平。而当温度升至850℃时,污泥中各重金属相对稳定态质量分数(F3+F4)有所减小,这可能是由于高温条件下金属易随热解气挥发所导致。故700℃是提升污泥炭质量和钝化污泥中重金属、降低其生态风险的最佳温度。     

煤中微量有害元素的挥发性

利用3 种热解反应装置(密闭模拟下落床、流动气氛模拟下落床和固定床)研究了 6种煤中 As、Pb、Cr、Cd 和 Mn等微量有害元素的挥发性随温度(300～1000℃)的变化规律,同时考察了热解装置的影响.结果表明,这 5 种元素的挥发性均随热解温度的升高而升高;6 种煤中 As、Pb、Cd均表现出与Cr 和 Mn相比具有较强的挥发性,但它们的挥发温度不同,其中 As 的挥发主要发生在 300～700℃,Cd 主要在 500℃以上挥发,Pb 主要在 800℃以上挥发.热解过程中,微量元素在半焦孔道内扩散时产生的反应是影响元素析出的重要因素之一.     

用高温分解的方法气化出废水固体物中的炭

用批量实验来评估反应温度、反应时间和炭—汽比对高温分解气化出废水固体物中炭的影响,批量实验表明,当反应温度保持在950～1000℃,反应时间为30分钟,炭—汽之比为1:10时,易挥发的还原效率可达到97％以上,反应温度的提高会减少H_2/CO和CO_2/CO之比,说明炭—汽反应在800℃或800℃以上达到平衡。然而,theBoudourd反应随着温度的提高继续朝着其它生成物发展。     

锅炉协同处置危险废物过程中Pb和Cd的挥发特性

为研究危险废物在锅炉协同处置过程中Pb和Cd的挥发特性,通过共燃烧和消解试验,研究了不同化合物形态下Pb、Cd的挥发率(α)、残留率(r)和表观活化能(E). 结果表明:以硫化物、氯化物、硫酸盐和氧化物存在的Pb、Cd的挥发率与温度(T)和停留时间(t)均呈正相关. 当温度低于950 ℃、停留时间为52 min时,不同化合物形态的Pb、Cd挥发率相差较大,PbCl₂在800 ℃下挥发率接近64%,而PbO仅为17%;温度高于1 250 ℃、停留时间为52 min时,不同化合物形态下的Pb、Cd挥发率均大于95%,接近于完全挥发;1 400 ℃时,不同化合物形态的Pb、Cd在燃烧残渣中的残留率均低于0.3%. 结合化学反应动力学理论,对Pb、Cd在锅炉协同处置过程中的挥发特性进行动力学模拟,得到PbS、PbCl₂、PbSO₄、PbO 中Pb的表观活化能分别为23.64、18.44、65.79、61.35 kJ/mol,CdS、CdCl₂、CdSO₄、CdO中Cd的表观活化能分别为53.22、20.87、42.42、28.75 kJ/mol. 由表观活化能数据可以得出不同形态化合物的Pb、Cd挥发率随温度和停留时间变化的动力学方程α=f(T,t),并可预测锅炉协同处置危险废物过程中Pb和Cd的挥发率,确定适合锅炉协同处置的危险废物类别.      

热解温度对浒苔基生物炭重金属特征的影响

利用限氧控温炭化法制备浒苔基生物炭,探讨了不同热解温度(200、300、400、500和600℃)对生物炭产率、生物炭重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、As、Hg)总量及其水溶态重金属含量的影响。结果表明:生物炭产率随热解温度升高而降低。生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb含量较原料均有显著增加,而As和Hg含量均低于原料。总体上热解碳化可促进浒苔基生物炭中Cu、Zn、Cr、Cd及As的挥发迁移趋势,但Pb则呈现富集趋势。此外,生物炭水溶态重金属含量低于原料,且热解温度与水溶态重金属含量呈负相关性,表明热解过程可降低这些重金属的溶出。     

生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性

利用固定床热解实验装置在不同热解温度(300~700℃)下制备了3种生物炭[杨树枝炭(PBC)、水葫芦炭(WHC)和玉米秸秆炭(CSC)],以南京市铅锌银矿区周边的菜园土为对象,研究了生物炭种类、热解温度和生物炭添加量对土壤重金属(Pb和Zn)吸附特性的影响,并结合生物炭的孔隙度、XRD和FTIR等分析,初步探讨了生物炭对土壤重金属的吸附机制.结果表明,生物炭的添加均不同程度地降低了土壤中Zn和Pb的浸出含量,水葫芦炭对土壤重金属的吸附效果最佳,在热解温度为500℃和生物炭添加量为5%的条件下,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率分别为21.83%和44.57%,相应的单位吸附量分别为227.65μg·g~(-1)和363.76μg·g~(-1).随着热解温度的升高,生物炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,且在热解温度为500℃和700℃下制备的水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附能力相差不大,这表明中等温度热解有利于水葫芦炭形成较好的理化特性.随着生物炭添加量的增加,水葫芦炭对土壤中Zn和Pb的吸附率逐渐增大,但单位吸附量却逐渐减小,当水葫芦炭添加量为10%时,其对土壤中Pb的吸附率可达93.93%.结合生物炭的理化结构和土壤重金属吸附实验的结果,可以推测离子交换和络合作用是水葫芦炭修复重金属污染土壤的主要作用机制.     

不同原料生物炭的理化特性及其作炭基肥缓释载体的潜力评价

生物炭作炭基肥缓释载体的能力与其理化性质密切相关,因此在制备炭基肥前有必要对不同原料和热解温度制备的生物炭的理化性质进行评价.以苹果枝条、棉秆和杜仲枝条为原料,通过生物质干馏设备在400、 500、 600和700℃热解温度下制备生物炭,并对生物炭的pH、比表面积及孔隙结构、表面官能团和矿物组成等理化性质进行表征和灰色关联度分析,结合生产成本评价生物炭用于炭基肥缓释载体的潜力.结果表明,3种原料制备的生物炭的产率均随热解温度的升高而降低,其中400℃制备的苹果枝条生物炭的产率最高（37.4%）.所有生物炭的pH值均>10,表现出强碱性.在400～500℃热解温度范围内,苹果枝条、棉秆和杜仲枝条生物炭的比表面积和总孔容随温度的升高增大,最大比表面积分别为265.262 7、 107.449 1和316.185 4 m²·g^-1;当热解温度>500℃时,比表面积和总孔容减小.FTIR和XRD图谱分析表明,所有生物炭具有丰富的芳香结构,其中苹果枝条和棉秆生物炭含有较多的矿物组分,杜仲枝条生物炭为非晶生物炭.灰色关联分析表明当热解温度为5...     

CaO对含砷废渣烧结过程砷的形态及释放特性的影响

为揭示CaO对含As废渣烧结陶粒过程中As挥发和结构形态变化的影响规律,对添加CaO前、后含As废渣在不同温度下烧结体中的As残留量、形貌、结构形态和环境释放行为的变化进行了研究. 结果表明:①在400~1 000 ℃,CaO对As的挥发有很强的抑制作用,As的固化率均大于85%;当温度>1 000 ℃时,CaO对As的挥发抑制作用减弱. ②在400~1 000 ℃,CaO对烧结体As的浸出释放抑制作用显著;当温度>1 000 ℃时,CaO对As的浸出释放抑制作用随温度升高显著降低. ③在1 000 ℃时,CaO与As化合生成了稳定的砷酸钙,残留于烧结体中,大幅降低了As的挥发和浸出释放特性,As的固化率最高可达95.14%;As的浸出浓度(以ρ计)也达到最小值,其中水平振荡法、硫酸硝酸法和TCLP法处理后的浸出值分别为1.33、130和0.85 μg/L;温度升至1 300 ℃时,砷酸钙消失,As以溶解度高的As₂O₃形式存在,导致As的浸出浓度增大.      

植物13C标记对生物质炭理化性质的影响

研究了未标记和¹³C脉冲标记的水稻和杨树在不同温度下制备得到的生物质炭理化性质的差异.以水稻和杨树为原料,进行¹³C脉冲标记,分别在300℃和500℃下裂解,得到8种不同的生物质炭,即300℃和500℃未标记水稻生物质炭、300℃和500℃¹³C标记水稻生物质炭、300℃和500℃未标记杨树生物质炭及300℃和500℃¹³C标记杨树生物质炭,分析植物¹³C标记、裂解温度和原料对生物质炭主要理化性质的影响.结果表明,植物¹³C标记后,制备得到的生物质炭TC含量降低,固定碳含量增加,水稻生物质炭的NO₃^--N含量增加.随着裂解温度从300℃升高到500℃,¹³C标记生物质炭的灰分、pH、固定碳含量增加,DOC、TN和NH₄⁺-N含量减少,C/N有所增加.三因素方差分析表明,制备原料是影响生物质炭的灰分、TC和固定碳含量的最重要因素,对变异的解释程度分别...     

热解温度对生物炭强化镉污染土壤治理的影响

为了探究污泥生物炭对Cd污染土壤的钝化修复效果,采用人工模拟Cd污染土壤进行盆栽实验,并探究了生物炭对Cd污染土壤pH、有机碳、Cd含量及价态、玉米株高、富集系数及生物转化系数的影响。结果表明:热解温度为800℃时制备的生物炭的修复效果优于300℃时制备的生物炭,且生物炭的最佳剂量为9.0 g/kg。施用800℃下制备的生物炭时,土壤中Cd含量也增加至7.9 mg/kg,较热解温度300℃增加约1.0 mg/kg。污泥生物炭显著降低了土壤中酸可提取态及还原态Cd的含量,升高了氧化态及残渣态Cd含量。当热解温度为800℃时,酸可提取态和还原态Cd含量分别降低至0.68,0.45 mg/kg,氧化态及残渣态Cd含量分别升高至0.76,1.72 mg/kg,从而降低了土壤中可生物利用Cd的含量。此外,生物炭能够降低Cd的生物富集系数及转化系数。     

含油污泥-煤混合燃料燃烧特性研究

利用热重分析法研究了含油污泥-煤混合燃料在不同条件下的燃烧特性,分析了不同配比下混合燃料的挥发份析出特性、着火特性和燃尽性能。研究表明:不同配比混合燃料的燃烧阶段都可分为100~450℃和500~800℃2个温度区间;升温速率对混合燃料燃烧曲线影响不大;混合燃料的燃尽温度从空气条件下的800℃降低到富氧80%条件下的600℃,燃烧曲线向低温侧移动。混合燃料的挥发分初析温度从单煤时的410℃迅速降低到油泥含量40%时的200℃,煤中继续掺入油泥混合燃料,挥发分初析温度变化不大;随油泥含量增大,混合燃料的着火温度逐渐从510℃降低到275℃,燃尽温度逐渐从900℃降低到605℃,燃尽时间逐渐从60 min降低到41 min;混合燃料的油泥含量为40%时,稳燃特性指数最大。因此,混合燃料具有较好的燃烧特性。