赤泥提铁研究进展

我国赤泥堆存量已超过10亿t,主要类型为拜耳法赤泥,该赤泥中含铁量高达30%以上,是经济价值较高的铁资源。目前回收赤泥中铁资源的方法主要是高温还原焙烧-磁选,还原剂以固态碳基还原剂和气基还原剂为主,需大量能耗和成本。我国是农业大国,主要农作物秸秆年产量在7亿t以上,这些生物质具有碳中性、反应活性高、灰分含量低、储量高、可再生等优点,而且热解温度远远低于固态碳质还原剂,其还原三价铁的温度仅为300~800℃,属于低温热解,采用生物质还原焙烧赤泥可大幅降低能耗和成本。本文重点对固态碳质还原剂、气基还原剂和生物质还原剂还原三价铁的参数进行对比,并详细阐述了生物质热解过程及还原赤泥中Fe_(2)O_(3)的机理,认为生物质还原焙烧-磁选技术可以实现赤泥和农业秸秆等固体废弃物的减量化和高值化利用,具有极高的经济价值和环境效益。最后对未来研究赤泥中铁资源回收提出以下建议:加强探究技术耦合实现赤泥产业化处置;回收利用生物质热解产气及热量;探究尾渣综合利用途径;增强对铁铝矿物的分离研究,以实现铁精矿的连续动态化生产。

固体废物的工业窑炉协同处置进展

工业窑炉协同处置固体废物是降低碳排放的重要途径。将固体废物作为替代燃料或原料在现有高温窑炉中进行处置,不仅可以减少污染物排放,还可实现固体废物的减量化、无害化和资源化利用。本文介绍了水泥窑、电厂燃煤锅炉、钢铁冶炼窑炉、煤气化炉等工业窑炉协同处置固体废物技术的现状,分析了多氯代二苯并-对-二口恶英/多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)和重金属两类典型污染物的排放特征,指出了该技术当前存在的问题,并对其发展方向进行了展望。

园区一体化工业固体废弃物资源化商业模式研究

在我国工业化快速发展的过程中,工业园区起到了非常重要的作用,促进了产业结构的调整和产业的集聚升级,但是伴随着工业固体废弃物资源化规模的不断扩大,园区固体废弃物利用方面也出现了循环化改造效果欠佳、固体废弃物交易规模受限等问题,现有的以PPP模式为首的多种固体废弃物处理处置商业模式也显现出弊端。基于我国工业园区固体废弃物资源化的发展情况,梳理了固体废弃物资源化主要的PPP商业模式并揭示其存在的问题,创新性地开发了园区一体化工业固体废弃物资源化商业模式并构建了商业模式画布对其进行分析,为固体废弃物资源化利用行业提供了可行的商业模式作为参考,并提出了相关政策建议。

固废基水化硅酸钙制备及综合利用研究进展

大宗固废是工业生产过程中产生的各种固体废弃物,大多数固废中含有较多的硅资源和各种有价资源。水化硅酸钙(C-S-H)是一种疏松多孔、表面活性强的材料,被广泛应用于水泥活化、保温材料制备和重金属吸附等方面,将大宗固废有价资源高效提取和硅资源高效利用制备C-S-H相结合,是提高固废资源化和实现C-S-H材料规模化利用的良好途径。因此,本文分析了固废基C-S-H的合成方法及其结构、性能特点,论述了C-S-H材料在建材、环境、化工、生物等领域的应用,并进一步展望了其未来的发展方向,从而为大宗固废的硅资源利用和C-S-H材料的可控制备提供参考。

长江流域固废治理现状、挑战与对策建议

长江是我国第一大河,长江经济带是我国重要经济带,实施长江保护修复是国家重大战略,对长江经济带高质量发展具有至关重要的作用。固体废物既是污染源,又是污染汇,其治理兼具减污和降碳协同效应,是长江保护修复战略的重要组成部分。本文系统研究了2017−2021年长江流域固体废物产生量和利用处置能力的空间分布和时间演化特征,结果表明:2021年长江流域固体废物产生总量约20.7×10^(8)t,一般工业固体废物(简称“一般工业固废”)、生活垃圾和危险废物占比分别为89.1%、8.5%和2.4%;占比最大的一般工业固废每亿元GDP产生强度约为2209.6 t,为全国平均水平的64.0%,但超过欧盟近0.5倍,且上、中、下游差异明显,上游固废产生强度是下游的3.6倍;从增长趋势看,2017年以来流域一般工业固废产生量趋于下降,但危险废物和生活垃圾还在增长,增速为每年5%左右。进一步分析发现,长江流域固体废物治理主要问题包括以下几方面:传统资源消耗型产业多,固废产生强度较大,源头减量压力大;固废利用处置能力区域性和结构性短板凸出;存量固废底数不清,环境风险较大。建议通过强化政策和规划引导,依托“无废流域”建设,结合流域的自然资源、行业分布特征,推动固废源头减量;因地制宜,多措并举优化利用处置能力结构,补齐能力短板;坚守环境底线,防范流域性固废环境污染风险。

高吸水树脂改良煤矸石基质水分特性

【目的】探究不同质量分数的高吸水树脂(SAP)对矿区煤矸石基质容重、孔隙度、毛管水运移规律和保水性等方面的改善状况,阐明SAP最佳使用量下煤矸石基质的水分运移规律,为无土矿区煤矸石基质水分条件改善提供依据,实现矿区煤矸石固废资源化利用,为植被生长提供适宜条件。【方法】通过室内土柱试验模拟质量分数0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的SAP对煤矸石基质水分运移规律的影响。【结果】(1)SAP可以改善煤矸石基质物理性质,随SAP使用量的增加,煤矸石基质容重呈下降趋势,总孔隙度与毛管孔隙度呈上升趋势;(2)SAP会极显著抑制煤矸石毛管水上升高度,且质量分数在0%~0.4%范围内,随SAP使用量的增加抑制效果逐渐增强,但当SAP质量分数为0.4%时,对煤矸石毛管水抑制程度较0.3%差异不显著;(3)最小显著差异法拟合分析得到:煤矸石毛管水上升高度随时间变化呈幂函数增加趋势(P<0.01),上升速率与时间变化呈对数函数下降趋势;(4)在室内通风条件下,72 h内不同SAP质量分数的煤矸石基质含水率持续降低,纯煤矸石(SAP质量分数0%)基质含水率下降趋势最大,水分损失率为15.96%,SAP质量分数为0.3%与0.4%下降趋势较小,水分损失率分别为3.90%和3.52%,差异不显著,且作用时间越长,SAP的保水性能表现越突出。【结论】SAP可以改善煤矸石基质水分条件,且在一定范围内,含量越高改善效果越显著。因此从经济和效果两方面考虑,首选质量分数为0.3%的SAP应用于无土矿区煤矸石基质中,为植被生长提供适宜的水气条件。

工业固废基地质聚合物在环境领域的应用研究进展

工业固废基地质聚合物是一种以工业固体废弃物为原料制备而成的新型绿色凝胶材料,具有原料来源广泛,成本低廉,绿色环保等特点,是工业固废资源化利用的重要途径之一,在环境保护领域具有十分广阔的应用前景。重点概述了不同工业固废制备地质聚合物的研究现状,并介绍了其在碳捕集、废水治理、固化重金属以及其他环境治理领域的应用研究进展,以期推动固废基地质聚合物的研究和促进工业固废的资源化利用。

碱激发下粉煤灰-市政污泥固废基混凝土抗冻融性能

为改善市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,在氢氧化钠及水玻璃的复合激发下,用经生石灰改性后的市政污泥取代10%细骨料,粉煤灰分别取代10%、20%与30%水泥,制备了混凝土;分析不同冻融循环次数下,混凝土的表观现象、相对质量、相对动弹性模量、相对抗压强度及微观结构随粉煤灰掺量与碱当量的变化规律;分别以相对动弹性模量与相对抗压强度为损伤变量建立不同的冻融损伤模型。研究结果表明:随冻融循环次数增加,混凝土表观损伤愈发严重,内部孔隙增多,相对动弹性模量及相对抗压强度逐渐降低;与对照组相比,粉煤灰及碱激发剂的加入可以改善市政污泥对混凝土冻融耐久性的劣化效果,降低混凝土在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失;当粉煤灰掺量10%、碱当量4%时,粉煤灰会在碱激发剂及改性污泥中残余碱的联合作用下被较充分地激发,消纳改性污泥中的残余碱,减弱市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,此时,混凝土水化程度最高,在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失最小,且服役寿命最长,约为16 a以上;相对动弹性模量与相对抗压强度相关性良好,分别以两者为损伤变量的冻融损伤模型与试验结果均吻合良好。

硫酸铵强化石膏溶解矿化制备高纯CaCO_(3)

近年来,利用固废石膏矿化CO_(2)联产CaCO_(3)及硫酸铵工艺技术受到广泛关注,然而由于固废石膏成分复杂,分离纯化困难,成本与矿化产品品质难以兼顾导致其无法大规模工业化利用。为此,以硫酸钙及磷石膏为原料,提出以石膏矿化液相产物硫酸铵溶液强化硫酸钙溶解浸出,液固分离后再进行矿化的间接矿化工艺。试验研究了溶解强化过程中硫酸铵浓度及溶解浸出时间对硫酸钙溶解特性的影响,以及矿化过程中氨水浓度、温度、矿化反应时间等因素对矿化过程和矿化产物的影响。确定了优化的溶解与矿化工艺条件,基于此,进一步研究磷石膏的间接矿化过程,结果表明,与直接矿化相比,间接矿化可使CaCO_(3)产品纯度由82.2%提高至98.6%,且产品粒度D_(50)由22.00μm降至10.98μm。间接矿化工艺可有效强化石膏溶解浸出过程,避免引入外加介质,并制备高纯度轻质CaCO_(3),相关研究可为固废石膏矿化CO_(2)技术的经济应用提供基础支持。

关于水热技术处理垃圾焚烧飞灰的研究探讨

生活垃圾焚烧飞灰含有重金属和有毒有机物,对环境危害十分严重。水热法被认为是一种有效的无害化处理技术,能将飞灰改性,降低飞灰毒性,还可以合成沸石类物质,提高产物的应用价值。本文基于垃圾焚烧飞灰理化特性,对现有的水热处理技术进行了较为全面的总结。根据水热法的机理,系统地介绍了传统水热法、微波水热法、熔融预处理的微波水热法和超声波水热法,并通过对比分析指出各方法在处理效率、处理效果等方面存在的问题。此外,还简要介绍了水热处理后飞灰的主要应用领域。最后结合近几年水热技术的研究现状,提出了新型水热技术在工业化应用上存在的大型化的局限性以及未来发展方向。

污泥处理与资源化虚拟仿真实验的设计与实践

阐述了污泥处理与资源化虚拟仿真实验体系的设计背景、构建、实验环境及教学效果。针对好氧发酵和脱水焚烧工艺建立了虚拟仿真模块。学生操作具体分为构建工艺路线、设计计算、运行与调试仿真实验、提交操作4部分。虚拟仿真实验可以使学生熟悉好氧发酵和脱水焚烧工艺相关的基础知识、主要设备及工艺流程,弥补实体实验的不足。

植物类固体废物环保资源化利用预处理技术研究

为解决植物类固体废物稻草秸秆预处理问题,研究了各种预处理方式对稻草酶水解产生还原糖浓度的影响。结果表明,经过2.0%稀硫酸、3.0%氢氧化钠、微波(450 W、10 min)、稀酸-微波和氢氧化钠-微波预处理后的稻草粉,酶水解产生的还原糖浓度比未处理时分别增大了1.39、2.07、0.39、2.34和3.11倍,起到了良好的预处理效果,其中氢氧化钠-微波联合预处理的效果最好。稻草秸秆采用氢氧化钠-微波联合预处理后,再加入纤维素酶进行水解,当纤维素酶加量为30 FPU/(g底物)、底物质量浓度为60 g/L、水解反应为50 h后,酶水解率可达85%以上,加入质量浓度2 g/L的非离子表面活性剂C能够使酶水解率增大至90%以上。

石碌铁矿尾矿渣石固废回收利用

针对海南矿山环境修复治理的生态问题,选取昌江黎族自治县石碌铁矿172 m排土场作为研究对象,在系统分析该矿山固废现状与尾矿渣石特性的基础上,阐明了尾矿渣石资源化利用的可行性。提出了基于破碎筛分、跳汰除铁、含铁粉料及泥粉脱水的技术方案,并实际应用于石碌铁矿172 m排土场的固废回收。实施过程中与生态环境保护措施同步推进,达到年产出143.93万t产量为5~30 mm石子、94.62万t产量为0~5 mm机制砂等产品的生产目标,同时矿区水土流失强度得以有效保持。该研究有助于协同推动生态修复、废弃资源利用和产业融合的共同实现,为生态修复工程提供了宝贵经验。

“无废城市”建设及“无废”理念背景下固废资源化利用探析

伴随我国城镇化的快速发展,我国固体废物产生量逐年递增,但资源回收率不足50%。《生态文明体制改革总体方案》制定和实施以来,包括生活垃圾、工业固废等系列固体废物的回收利用由相关部门进行了单项试点。在此基础上,国务院部署开展“无废城市”建设试点工作。“无废城市”建设是从城市整体层面继续深化固体废物综合管理改革的重要措施,基于我国现阶段“无废”理念背景下的“无废城市”建设,分析固体废物资源化利用新途径,识别“无废”背景下固废资源化利用中的重点领域和关键环节,通过改变城市发展和生活方式向绿色方式转变,促使从源头对固废资源化和减量化利用,最终实现“零废弃”的城市发展模式。

利用电解锰渣制备陶瓷骨料及在混凝土中的应用

电解锰渣的堆放威胁着人们健康和生态环境,因此电解锰渣的无害化处理成为亟需解决的难题。利用1 100℃高温烧结使电解锰渣中可溶的Mn和Cr固化在晶粒内,同时热分解含氨复盐。高温烧结后的电解锰渣已经瓷化且拥有较高的抗压强度,经过破碎分级后可替代混凝土中的骨料。研究结果表明,电解锰渣陶瓷粗骨料和细骨料能基本满足GB/T 25177—2010《混凝土用再生粗骨料》,由XRD和EDS分析可知,烧结后的电解锰渣含有一定量的CaSO_(4),CaSO_(4)的存在促进了水泥水化产物钙钒石的合成,使陶瓷骨料与水泥结合更加紧密,混凝土试块在断裂时陶瓷骨料不以拔出的形式失效,增加了混凝土试块力学的强度。利用陶瓷粗骨料和天然砂细骨料制备的混凝土试块14 d抗折强度为7.54 MPa,优于粗骨料和细骨料均为天然砂石的样品(5.36 MPa),且陶瓷粗骨料在混凝土中所含质量分数较大(48.55%),对于电解锰渣再利用具有重要意义。

铁尾矿特性分析及其利用技术现状和展望

铁尾矿是我国矿山固废体量最大的组成部分,目前仍面临着综合利用率低、产品附加值不高等问题。由于不同类型矿山尾矿的特性差异较大,且不同应用领域对原料的要求也不相同,因此,有必要对铁尾矿的原料特性及利用技术进行概括,并对该领域的发展前景进行评估,为铁尾矿和其他大宗固废的合理化利用提供借鉴。本文首先分析了我国不同地区、不同矿种以及不同选矿工艺排放尾矿的特性差异,包括元素组成、有价组分以及粒度等。其次从大宗利用和高值化应用两个方面对铁尾矿利用技术现状进行了概括。铁尾矿的大宗利用技术包括尾矿再选和制备建筑材料等,其中尾矿再选以提取铁精矿、有价金属元素以及高品质非金属矿为主。铁尾矿作为建材原料时,其应用方向可以概括为胶结型材料、烧结型建材以及熔制型材料,高值化应用以制备功能性非金属矿物材料为主。选矿工艺、设备以及人工智能等新技术的发展,对提高尾矿品质具有重要作用。在上游提高铁尾矿品质的同时,通过产业链上下游协同攻关,根据不同分选工艺排放铁尾矿的特性差异,进行针对性的应用研究,将有望真正解决铁尾矿高附加值利用不高的问题。

胜利油田钻井液环保处理技术研究与应用

在胜利油田钻井过程中,废弃物总量大、污染物含量高,废弃物污染控制集中于末端治理,资源化利用程度低、成本高,无法实现钻井过程中的污染控制,严重影响油田生态环境。针对该油田钻井过程中的环保关键技术难题,以“减量化、无害化、资源化”为目标,进行了理论研究、装备研发、技术攻关和集成应用,形成了钻井污染物源头控制、全井段钻井废弃物随钻过程减量化和钻井废弃物末端无害化处理与资源化利用等3项核心技术,创新了覆盖“源头控制、过程减量、末端治理”的钻井液环保处理技术。“十三五”期间,该钻井液环保处理技术在胜利油区及新疆、四川等地的中国石化工区实现规模化应用,建成了胜利油田滨105、盐222、桩146等绿色低碳钻井示范工程,为保障胜利油田绿色低碳开发提供了技术支撑,也为我国陆上油气田绿色低碳开发提供了有益借鉴。

煤化工行业固体废物资源化利用现状及展望

以煤化工行业固体废物的处置现状为基础,分析了煤化工行业固体废物的来源及特征,总结了国内外煤化工行业固体废物资源化利用技术,并对煤化工行业固体废物资源化利用技术的发展方向进行展望。通过分析,认为煤化工行业固体废物种类繁多,成分复杂,开发高附加值产品的回收技术、高效成熟的技术路线、绿色环保节能的技术以及固体废物的减量化和相关政策支持是今后的发展方向。

利用制革肉渣废弃物发酵生产饲用蛋白酶的研究

制革肉渣固体废弃物是一类富含蛋白质的废弃物,长期堆放易腐败变质,污染环境,因此如何开发其价值是目前制革企业比较关注的问题。本研究采用生物酶法将制革肉渣固体废弃物制备成肉渣水解液,通过试验确定肉渣水解液干粉的制备工艺,设定进风口温度为140℃、流速为17 r/min,肉渣水解液干粉可获得最大收率。此干粉可作为氮源用于饲用蛋白酶的发酵生产。在单因素试验的基础上,利用响应面分析法,筛选出肉渣水解液干粉的最佳添加比例,同时优化培养基。结果表明,肉渣水解液干粉作为氮源时,基因工程菌株WB800N/pHT43-npr产酶的最佳培养基为糊精30 g/L,肉渣水解液干粉20 g/L,MnSO_(4) 26 mg/L,CaCl_(2) 0.05 g/L,蛋白酶发酵活性可达1 203.5 U/mL,与基础发酵培养基相比,酶活性提高了约10%。这为制革肉渣固体废弃物的资源化利用开辟了新的途径。

厨余垃圾破碎挤压工艺试验研究

厨余垃圾主要来源于菜市场及农贸批发市场,主要以菜根、菜叶以及部分生活垃圾为主,目前国内一般采用“预处理+厌氧”的方式进行处理。针对于厨余垃圾对其破碎挤压的预处理工艺进行试验研究,通过调整分选频率以及优化刀头结构对处理效果进行分析,结果显示:分选频率与厨余垃圾的破碎程度成正比,破碎程度亦与后端的脱水效果相关,优化破碎刀头后,进一步增强对厨余垃圾的破碎剪切力,挤压固渣含水率从59.31%降低至56.88%,分拣结果显示分选破碎一体机筛上物部分有机质明显减少,提高了资源利用率;同时本文对直接挤压、破碎挤压、生物水解三种厨余垃圾预处理方式进行了对比,破碎挤压工艺具有运行稳定,投资较小,资源化利用率高等优势具有较好的市场前景。