降维和聚类筛选可燃固废基元及其热重表征

可燃固废无害化处理需求日益增长,采用焚烧方法可有效实现其资源化、减量化和无害化。可燃固废的热化学特性对燃烧过程的组织具有重要意义,但由于可燃固废来源和种类的多样性,可燃固废特别是混合可燃固废的热化学性质表征是一个亟待解决的难题。以某几种典型的可燃固废作为基元,可以简化、高效、系统地表征其他可燃固废的热化学特性。采用主成分分析方法进行降维,再通过层次聚类方法将可燃固废归类,基于完备性、独立性和确定性3种基元性质和中心原则、简单原则2种筛选机制的约束下,量化比选出乳胶手套、硬塑料袋、PE、PET、淀粉、木质素、纤维素和半纤维素8种物质作为基元,并对基元的热重特性进行表征,依据热重特性分析并建立了可燃固废热转化基元表征的方法。并通过对一种工业可燃固废(包装布)进行拟合(灰色关联度高达0.989),验证了降维和聚类筛选基元方法的实用性和准确性,为可燃固废的热转化特性和处置方法提供参考。     

硫改性牛粪生物炭对Hg2+的高效吸附及其机理

以牛粪为原料在400,500,600 ℃条件下限氧热解制备牛粪生物炭(BC),然后以不同质量比将升华硫和BC混合共热解制备硫改性牛粪生物炭(BCS)。使用元素分析仪、SEM、FTIR、XPS和BET对制得的BC和BCS进行了表征,并研究了各BC和BCS对Hg2+的吸附特性。结果表明:热解过程使BC和BCS变得粗糙多孔,Hg2+被吸附到生物炭表面和孔道内;BC和BCS的吸附过程符合准二级动力学模型,BCS对Hg2+的吸附平衡时间仅为30 min,且吸附过程不受pH影响;Langmuir模型可较好地描述BC吸附过程,吸附量随热解温度的升高而降低,BCS吸附过程符合Freundlich模型,吸附能力较BC显著提升,最大拟合吸附量达到407.81 mg/g;BCS的吸附稳定性较高,在各解吸剂中的解吸率均低于5%;BC主要吸附机理为官能团络合,BCS主要吸附机理为HgS沉淀。因此BCS是一种高效稳定的Hg2+吸附材料。     

生物炭负载铁锰双氧化物固化稳定化土壤中砷

砷(As)在土壤中的赋存形态复杂, 常规固化稳定化材料处理不同形态As时存在局限。针对该问题,通过整合生物炭(bio-char, BC)表面吸附-静电引力-络合螯合与铁锰双氧化物(ferric manganese binary oxides, FMBO)共沉淀-氧化还原作用, 制得负载了FMBO的BC新功能材料BC_FM, 并与硅酸盐水泥复配固化稳定化As, 利用响应面法探讨影响因素对处理效果的影响。结果表明:在BC_FM与硅酸盐水泥配比为9.88%和8.80%、养护20.53 d条件下, As浸出浓度最低为0.055 mg/L, 可交换态含量占比从4%降至0.5%, 残渣态含量占比从77%升至87%, 无侧限抗压强度>50 kPa。推测BC_FM固化稳定化机制为Fe-O(H)-As共沉淀、Mn-O(H)-As氧化和BC功能的联合作用。该研究结果可为长效固化稳定化As提供新的技术方案。     

巯基改性生物炭对镉污染土壤的稳定化效果

为寻求针对东北地区镉(Cd)污染土壤的高效稳定化材料,以玉米秸秆生物炭为原始材料,以三巯丙基三甲氧基硅烷(MPS)作为改性剂制备稳定化材料巯基生物炭,分析施加不同用量(1%、3%和5%)的巯基生物炭、生物炭、石灰对土壤理化性质(pH值、CEC值、SOC值)、Cd浸出含量及Cd化学形态的影响。结果表明:各用量巯基生物炭均可使土壤pH值下降、CEC值上升、SOC值上升,TCLP法Cd浸出含量分别为76.99,72.52,67.53 mg/kg,相同用量条件下效果均优于石灰。其中,本实验最大添加量5%巯基生物炭Cd稳定化效果最为显著,较施加5%石灰的处理Cd浸出含量低11.1%。BCR连续提取法分析结果表明,5%巯基生物炭施加量使弱酸可溶态Cd、可还原态Cd分别降低了35.8%、17.63%,较5%石灰处理分别高8.18%和5.7%,效果显著。研究表明巯基生物炭较石灰针对东北地区Cd污染土壤具有更好的稳定化效果。     

焦化脱硫废盐在水-乙醇体系下溶析提纯

基于硫氰酸钠（NaSCN）和硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）在水-乙醇体系下的溶解度,通过脱色与水-乙醇体系分溶分离法对焦化厂2类脱硫混盐进行分盐提纯,得到纯度为94%~96%的NaSCN产品及纯度为95%~98%的Na₂S₂O₃产品,其中第一类废盐（白色,改良ADA脱硫法）中NaSCN和Na₂S₂O₃的回收率分别为90.8%和68.3%,第二类废盐（绿色,PDS脱硫法）中NaSCN和Na₂S₂O₃的回收率分别为91.3%和81.8%。通过XRD、TG-DSC以及FT-IR等表征手段分析发现,经过水-乙醇体系分溶分离法提纯分离后的产品接近市售的纯NaSCN和Na₂S₂O₃的品质。因此,水-乙醇体系可以代替无水乙醇、甲醇等纯溶剂对废盐进行分离提纯,且操作过程相对安全;此外,与分步结晶工艺相比,该工艺具有产品纯度高、耗能少等优点。因此,脱色与水-乙醇体系分溶分离法对焦化脱硫废盐的资源化利用具有一定的理论和实践参考价值。     

有机固废沼渣特性及其资源化探究

有机固废厌氧消化是固体废物领域实现"双碳目标"的重要途径,但沼渣处理的"梗阻"问题制约了其应用与发展。通过文献调研大中型厌氧消化工程案例的实际数据,分析了4类典型有机固废沼渣,厨余垃圾、市政污泥、农业固废、城市固废有机组分的基本性质、营养物含量与重金属含量。基于沼渣特性、结合政策与规范标准阐述了国内外沼渣处理模式异同,并探讨了我国沼渣发展的瓶颈与发展方向。最后,从运输距离、规模效益、经济成本、市场渠道、碳排放等方面重点探讨了沼渣传统资源化处置路径与新兴资源化技术的机遇与挑战,旨在为政策制定、技术发展和产业应用提供参考。     

双碳背景下有机固废资源化处理处置技术发展思考

有机固废资源化是我国减污降碳和无废城市建设的重要任务,是绿色低碳循环发展的重要抓手。综述了我国不同来源有机固废的产量与处理现状,梳理了我国无废城市、减污降碳等有机固废相关政策文件。基于有机固废易腐败、高含水的特性,以及污染和资源双重属性,提出了以无害化为目标、以资源化为手段的基本理念。总结分析了有机固废作为多介质、多组分交互的复杂体系,在生物转化、热化学转化、固液分离、产物资源利用方面的研究进展和技术难点,并提出了有机固废未来重点突破方向,旨在为我国有机固废资源化处理处置的技术研究提供参考。     

生物炭掺入对水泥固化重金属离子的效果研究

生物炭作为新型吸附剂在工业废水处理领域受到关注,该材料因良好的孔隙结构和广泛的原料来源,展现出较好吸附性能和潜在经济实用价值。文章为了探讨生物炭水泥基复合材料固化处理废水中重金属离子的可能性,选择4种常见的农业废弃生物质制备出的生物炭以不同掺量（1%、3%、5%、8%）替代水泥制备出水泥净浆试块,研究了不同水泥生物炭配比下所制得水泥净浆试块的力学性能和重金属浸出毒性,试验结果表明：掺入1%的生物炭能提高水泥的强度约10%,掺量超过5%将降低其力学性能。掺入4种不同材料生物炭之后,水泥基材料对重金属离子的固化效果均得到明显增强,pH值较高的玉米棒生物炭具有更好的增强效果,固化率可达99%以上。     

镧改性生物炭对砷、镉的吸附特征研究

为研究改性生物炭对砷镉复合污染水体中镉和砷的吸附特征。本研究以牛粪、污泥、竹屑三种不同原料制备生物炭,利用镧(La)对生物炭进行改性,并采用元素分析、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等分析手段对改性前后的生物炭进行表征,结合等温吸附实验及吸附动力学实验,对比各生物炭对As (V)、Cd (II)的吸附性能并探讨其内在机理。结果表明,竹屑炭(BB)的芳香性大于牛粪炭(CB)和污泥炭(SB)。La改性使三种生物炭在热解过程中形成了酮类、酯类、羰基等含氧官能团,并在表面引入羟基。X射线光电子能谱结果显示La以氢氧化物的形式负载在生物炭表面。各生物炭对Cd (II)、As (V)的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir等温吸附方程。La改性生物炭对As (V)的最大拟合吸附量达到3.47～4.51 mg/g,显著高于未改性生物炭(1.82～2.50 mg/g)(p<0.05)。在As (V)、Cd (II)吸附过程中,La改性生物炭表面的La与As (V)发生络合反应,同时Cd (II)与镧基氢氧化物发生配体交换,生成Cd (OH)₂沉淀。本研究证明了La改性有效提高了生物炭对As (V)、Cd (II)同时吸附的能力。     

硒和生物炭联合施用降低稻米甲基汞累积的研究

汞矿区土壤汞污染是造成水稻及其他作物中汞累积的主要原因,尤其是稻米中甲基汞的累积已成为当地居民甲基汞暴露的重要途径之一。本文针对含汞废水排放所造成的稻田汞污染情形,分别进行了模拟实验和盆栽试验,探究无机硒、生物炭、硒和生物炭联合施用对降低稻米甲基汞累积的作用效果。结果表明,无论向土壤中添加无机硒,还是生物炭,抑或是两者的组合均能有效降低土壤中甲基汞含量,且随着硒添加量的增加,其相应处理组土壤甲基汞含量不断降低。盆栽试验表明稻米中甲基汞含量因硒或生物炭的添加降低62%～73%（硒处理）、88%（生物炭处理）和90%～91%（硒+生物炭处理）,表明了硒和生物炭共同施用的作用效果要好于单独施用硒的作用效果。这种效果可能与生物炭降低了土壤中甲基汞的生物可利用性有关。总之,本研究为原位修复控制稻田汞污染风险提供了可能途径。