基于矿化反应过程三阶段划分的粉煤灰高效矿化方法研究

粉煤灰由于含有钙镁等碱土金属氧化物导致其浆液呈碱性,直接充填井下采空区易污染地下水源。利用陕北矿区府谷电厂粉煤灰开展组分测试、浆液pH值特性测试及固碳降碱试验,基于浆液pH值与OH−浓度理论关系对粉煤灰固碳降碱反应过程进行阶段划分并提出两级耦合的粉煤灰高效矿化方法。研究结果表明:①粉煤灰含CaO、MgO、K_(2)O等碱土金属氧化物,溶于水浆液呈高碱特性,浆液pH值随浆液浓度增大而增大,当粉煤灰浆液质量分数≥30%时,浆液pH值不受质量分数影响且粉煤灰碱土金属氧化物与水反应生成OH−速率较快,溶于水20 min,OH^(−)浓度饱和;②粉煤灰与CO_(2)发生矿化反应生成方解石型CaCO_(3),每1 kg粉煤灰可矿化封存29.57 g CO_(2);③粉煤灰与CO_(2)发生矿化粉煤灰固碳降碱过程中pH变化曲线呈“倒S”型,按降pH速率分为慢速(Ⅰ)、快速(Ⅱ)、慢速(Ⅲ)3个阶段,3个阶段的pH值分界点分别为11.39、7~8且第I阶段无法消除;④降pH与降碱不是同一概念,降碱指的是降浆液中OH−浓度,降pH第I阶段对应快速降碱阶段,降pH第Ⅱ、Ⅲ阶段对应深度降碱阶段;⑤决定粉煤灰固碳量的主要为降pH第I阶段,而非pH下降速率较大的第Ⅱ阶段,第I阶段CO_(2)利用率约为30.78%,第Ⅱ、Ⅲ阶段CO_(2)总利用率约为9.04%;⑥基于粉煤灰固碳降碱过程阶段划分及反应装置降碱速率、容积的差异性,提出两级耦合的粉煤灰高效矿化方法。研究结果对分析粉煤灰固碳降碱机理,提高粉煤灰固碳降碱效率,促进粉煤灰处置工业化应用具有重要意义。

微生物注浆固化粉土矿化反应的沿程变化特性

加固土体不均匀是制约微生物注浆固土技术应用的重要因素。为揭示微生物注浆固化粉土时矿化反应过程沿渗流路径的变化规律,采用微生物一维注浆固化粉土试验,分析在不同渗径长度条件下,细菌生物量、pH值、离子浓度和碳酸钙生成量等矿化反应参数沿渗流方向的变化特性。结果表明,土体中的游离细菌生物量随着相对渗径长度增大呈指数衰减。孔隙液的pH值、游离钙离子和铵根离子浓度随相对渗径长度增大呈抛物线变化。固化土中胶结碳酸钙生成量随相对渗径长度增大而逐渐衰减,与游离细菌生物量线性正相关,并随胶结液浓度增大而增大。细菌生物量的沿程变化是影响微生物固土胶结物分布的根本原因。提出了以归一化相对渗径长度为基本参量的碳酸钙生成量沿程分布的预测公式,预测值与试验结果具有较好的一致性,可适用于不同渗径长度的微生物注浆固化粉土效果的预测。该研究能够为微生物注浆加固粉土地基的设计与施工提供参考。

高钙粉煤灰固碳降碱反应特性及煤矿井下规模化利用新途径

高钙粉煤灰浆pH较高,直接用于煤矿井下防灭火易污染地下水。为研究CO_(2)矿化利用粉煤灰制井下防灭火材料固碳降碱反应特性,选取陕北某煤电一体化企业粉煤灰为样品,通过XRF、XRD分析了粉煤灰组分及物相结构,利用N2和CO_(2)的混合气模拟电厂烟气,开展了CO_(2)矿化利用粉煤灰实验室小试及扩试试验,研究了粉煤灰固碳降碱反应过程中浆液pH变化规律及模拟烟气CO_(2)体积分数、烟气流量、固液比、温度、搅拌方式等关键参数对矿化反应过程的影响,并从粉煤灰固碳降碱浆液特性、矿化反应装置研制等方面提出了井下规模化应用有待攻克的关键技术,研究结果表明:(1)粉煤灰原样中富含Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)、Al^(3+)等碱金属元素,其中CaO质量分数高达17.8%;(2) CO_(2)与粉煤灰中含Ca^(2+)、Mg^(2+)等碱性矿物产生矿化反应,反应后CO_(2)以方解石型碳酸钙附着在粉煤灰球形颗粒表面,表明了高钙粉煤灰固碳降碱具有可行性;(3)矿化反应过程中,浆液pH下降呈“慢—快—慢”3个阶段,当粉煤灰浆液pH降至7.0~7.5后,浆液返碱p H不会超过9,满足煤矿井下粉煤灰防灭火材料要求;(4)确定了最优矿化反应参数为CO_(2)体积分数10%~15%、固液比300 g/L、每升浆液的烟气流量1.0 L/min、温度不高于55℃;(5)综合考虑固碳量、降碱返碱速度以及反应规模等因素,提出了涡流式反应器与旋桨式反应器串并联两级耦合反应系统。

生活垃圾焚烧飞灰直接湿法矿化固碳性能

为实现生活垃圾焚烧飞灰(MSWIFA)资源化利用,采用单因素法和响应面曲线法研究MSWIFA直接湿法矿化固碳性能,获得最大CO_(2)封存率,并采用BCR形态分析及毒性浸出试验评价其矿化前后重金属环境风险。结果表明:随着反应温度、压力、时间及液固比的增大,MSWIFA的CO_(2)封存率先增大后减小,在105℃、2.0 MPa、1.5 h和液固比为20 mL g时最大CO_(2)封存率分别为16.71%,15.80%,15.36%,14.96%;基于响应面曲线法得出的优化反应条件为0.5 MPa、99.19℃、1 h及液固比25 mL g,最大CO_(2)封存率为12.91%;矿化反应后,MSWIFA中As和Pb的可氧化态转化为残渣态,Ba转化为可还原态,Cd转化为残渣态和可还原态,Zn的残渣态和可氧化态转化为可还原态和酸可溶态,反应后均无重金属毒性浸出的环境风险。

地质封存过程中饱和二氧化碳水溶液在岩心中矿化反应研究

本文以二氧化碳地下深部咸水层封存为背景,研究了在地质封存过程中二氧化碳水溶液通过天然岩心时发生矿化反应的过程。本文主要通过实验研究,利用核磁共振设备,对比了矿化反应前后,钙化岩心注入二氧化碳饱和水溶液后渗透率、孔隙率等基本参数的变化。发现在矿化反应过程中,岩心的渗透率和孔隙率都会不断增加,而入口及原大孔隙部分孔隙率增加尤为明显,发现矿化反应对渗透率的影响较大,在实际二氧化碳地质封存模拟时,需要考虑矿化反应对渗透率的影响。

改性矿化垃圾反应床处理填埋场渗滤液研究

在固液比(矿化垃圾与废水的质量比)为100:1,运行周期为3h,水力负荷为0.08m3/(m3.d)条件下,分别采用废铁屑、钢渣、蘑菇渣、秸秆作为改性材料进行矿化垃圾反应床处理填埋场渗滤液的工艺强化研究。结果表明,废铁屑对COD、色度、总氮和总磷的去除有显著的强化作用,COD、总氮和总磷去除率平均提高9.3%、17%和7.7%;钢渣不利于氨氮和总氮的去除,且需定期置换钢渣以维持其去除COD和总磷的强化作用;蘑菇渣和秸秆均需先进行合适的驯化降解处理,才能实现其去除COD、色度、氨氮和总氮的强化作用。从工程应用角度看,废铁屑是相对理想的一种改性材料。

矿化垃圾反应床处理垃圾渗滤液出水中的水溶性有机物

以矿化垃圾反应床处理垃圾渗滤液出水(以下简称尾水)为研究对象,采用国际上最常用的树脂联用法,对其进行梯度分离表征。研究结果表明,憎水性腐殖质对尾水COD和溶解性有机碳(DOC)的贡献分别为42.55%和45.12%,准亲水性物质对尾水中COD和DOC的贡献分别为34.89%和37.14%,憎水性腐殖质和准亲水性物质是尾水中水溶性有机物(DOM)的重要组成部分。近紫外区域吸光度分析发现,尾水中含有大量带共轭双键或苯环的有机物质,这些物质从尾水中去除后,尾水在近紫外区域的吸光度明显下降。分子量分布显示,尾水中DOM的分子量主要集中在2000u以下。元素分析和红外光谱结果显示,胡敏酸(HA)和富里酸(FA)带有苯环结构,存在醇羟基或酚羟基及羧酸官能团;准亲水性物质含有较多的羧酸官能团,另外存在一定量的羟基官能团,同时还可能含有三键和双键的结构。

矿化垃圾反应床处理渗滤液的工程应用

矿化垃圾含有大量的高活性微生物种群,具有高效处理渗滤液的能力。2004年9月以矿化垃圾反应床为主体的规模为70 m3/d的渗滤液处理系统在山东省即墨市垃圾填埋场正式运行,其出水COD浓度可达到国家二级排放标准,BOD5、NH3-N、TP、SS和大肠杆菌等指标均达到国家一级排放标准,系统运行费用约为3元/m3。

矿化垃圾生物反应床在废水处理中的应用及其存在的问题

综述了矿化垃圾生物反应床对城市污水、填埋场渗滤液、畜禽废水以及离子交换树脂再生废水处理的工况条件及其处理效果 ,并对其存在的主要问题进行了分析。

准好氧矿化垃圾生物反应床的最佳工况研究

准好氧矿化垃圾生物反应床是一种新型、高效的渗滤液处理技术,为了确定准好氧矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的最佳运行工况,设计了按L(934)运行的正交实验。研究表明,温度(A)、回灌频率(B)、水力负荷(C)、进水COD浓度(D)4个因素对COD、氨氮和总氮去除率3个指标项的影响程度各有不同,其中对COD的影响由大到小依次为C→D→A→B,氨氮为D→B→A→C,总氮为B→D→C→A。运用"综合平衡法"分析得其最佳运行工况为:温度30℃、回灌频率3 d/次、回灌量2 L/次、进水COD浓度50 000 mg/L,其水力负荷为30 L(/m3.次)、有机负荷约550 g(/m3.d)。结果表明,该技术不但操作运行简单,而且能有效去除渗滤液中的污染物,尤其是对TN的去除优势十分明显,是一种具有良好应用前景的渗滤液处理技术。

矿化垃圾反应床出水对植物发芽与幼苗生长的影响

通过测定植物种子萌发率、萌根数、根长、幼根鲜质量、芽长和幼芽鲜质量这6个指标,考察了矿化垃圾反应床出水对大麦和玉米2种植物的毒性。结果表明,垃圾渗滤液经三级矿化垃圾反应床处理后,其出水中的COD、BOD5、NH4+-N和大肠菌数虽然较低,但仍会对植物的生长产生抑制作用;随着处理时间的延长,抑制作用更显著;同时,不同植物对矿化垃圾反应床出水毒性的敏感程度不同,同一植物的不同部位其敏感程度也不同。

塔式矿化垃圾生物反应床处理垃圾填埋场渗滤液的效能研究

通过正交试验研究了固液比、进水COD和运行周期对塔式矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的性能影响。小试试验结果表明，在温度为10-37℃条件下，固液比是影响污染物去除性能的关键因素。现场中试研究表明，在水力负荷为0．267-0．444m^3／d（以每立方米矿化垃圾计）条件下，出水COD和出水氨氮基本满足国家二级排放标准。塔式矿化垃圾生物反应床是一种高效低耗的垃圾渗滤液处理工艺。

可拆卸式矿化垃圾生物反应床处理电厂柠檬酸酸洗废水研究

在实验室和现场对电厂柠檬酸酸洗废水进行生石灰前处理和后续可拆卸式三级矿化垃圾生物反应床的生物处理,主要研究了以往采用矿化垃圾反应床处理废水未涉及的反应床级数对废水处理效果的影响,比较了现场试验和实验室试验中的废水处理效果,并探讨了其原因。试验结果表明,本研究中的矿化垃圾反应床的适宜级数为3,第一级反应床的贡献最大,无论是实验室试验还是现场试验,采用本法处理电厂柠檬酸酸洗废水,均可使废水COD达到一级排放标准。

矿化垃圾生物反应床处理焦化废水研究

本工作研究了矿化垃圾生物反应床处理焦化废水的可行性。研究表明,当废水浓度COD在(900～1450)mg/L时,经过单级矿化垃圾生物反应床,COD,NH3-N和挥发酚的去除率分别为82%,95%和98%,几种典型杂环化合物的去除率达64%。同样条件下经过两级回流(系统出水以1∶1的出水回流比回流至第一级反应床前后再进入两级反应床处理)矿化垃圾反应床处理,相应的COD,NH3-N、挥发酚和几种典型杂环化合物的去除率分别上升到92%,96%,99%,74%以上。整个过程中无需曝气,没有污泥排出。

曝气量对中间曝气矿化垃圾反应器处理渗滤液效果的影响

采用中间曝气的矿化垃圾反应器处理垃圾渗滤液,研究曝气量对中间曝气矿化垃圾反应器处理垃圾渗滤液效果的影响。结果表明,曝气量对处理垃圾渗滤液有一定的影响。在实验条件下,当曝气量从0.894 m^3/(m^3·d)增加至4.47 m^3/(m^3·d)时,COD、NH_4^+-N、TN、TP平均去除率分别从50.9%、21.9%、21.6%、22.3%提高到55.7%、62.1%、49.2%、84.8%,NH_4^+-N、TN和TP的去除效果都有所改善。

矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗沥液

介绍了青岛即墨市新建城市垃圾处理厂渗沥液的处理工艺和设备。其工艺采用矿化垃圾生物反应床,处理效果稳定,达到污水综合排放标准中的三级排放标准。并针对该工艺提出了存在的问题和建议。

矿化垃圾生物反应床渗滤液出水深度处理

针对填埋场渗滤液COD和氨氮高浓度、难去除问题,通过水化剂处理试验研究,考察无机盐种类、投加量对处理效果的影响,以及活性炭、硅藻土和离子吸附树脂预处理的影响。试验结果表明:矿化生物床尾水经水化剂处理后,COD、氨氮能够有效去除,去除率分别为25.12%、95.47%;无机试剂的种类及投加量对水化剂处理效果有一定抑制作用;活性炭、硅藻土及阴离子树脂预处理后,水化剂的去除效果明显增加,活性碳、硅藻土、离子吸附树脂对COD的去除率分别为53.37%、48.85%和54.72%,对氨氮的去除率分别为89.22%、96.72%和88.13%,对TOC的去除率分别为87.32%、72.36%和75.70%,为渗滤液出水质满足《生活垃圾填埋场控制标准》(GB16889-2008)的最新排放标准奠定了基础。

用Fenton试剂-矿化垃圾生物反应器联合处理离子交换树脂再生废水

研究了Fenton试剂-矿化垃圾生物反应器联合处理离子交换树脂再生废水.研究结果表明:当原水CODCr为413 mg/L和过氧化氢投加量为24 mL/L(废水)时,经Fenton试剂预处理后,再经矿化垃圾生物反应器后续生化处理(运行周期为4 h,1 h进水,3 h落干,进水流量为600 mL/h),出水CODCr降至85 mg/L左右,达到国家排放标准.

矿化垃圾反应床处理印染废水系统驯化效果

为开发廉价的吸附剂和生物载体,将矿化垃圾资源化利用,在实验室建立矿化垃圾反应床处理模拟染料废水,考察容积负荷及水力负荷渐增法对反应床内微生物的驯化效果。训化结束时,容积负荷渐增法出水中COD,NH3-N,TP,MB浓度分别为49.81,3.06,0.45,1.09 mg·L-1,驯化时间越长出水效果越稳定,去除率维持在98%以上。水力负荷渐增法驯化结束时出水COD,NH3-N,TP,MB分别为81.00,4.39,0.15,1.38 mg·L-1。结果表明两种驯化方法均可取得较好的驯化效果,容积负荷渐增法去除效果优于水力负荷渐增法。在矿化垃圾反应床处理染料废水应用中,将选用容积负荷渐增法对矿化垃圾进行驯化,同时需保证一定的训化时间。