2014年度(新苗人才计划)浙江省大学生科技创新项目申报书(修改版)2.doc

项目编号：浙江省大学生科技创新项目申 报 书创新项目名称： 低温化熔融垃圾焚烧飞灰的研究 创新项目负责人： 祝佳杰 学校名称： 杭州电子科技大学 申报日期： 项目类别：个人项目 团队项目浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划实施办公室 制一、项目简介项目概况项目名称 低温化熔融垃圾焚烧飞灰的研究项目性质（）基础研究 （）应用基础研究项目来源（）自主立题 （）教师指导选题起止时间自 年 月 至 年 月项目状况1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）申请人姓名祝佳杰性 别 男出生年月1994/2入学年月2012/9所在院系材料与环境工程学院联系电子信箱290803549项 目 组主要成员姓名年龄性 别专业具体分工冯裕东男环境工程热重分析，数据处理龚闻杰男环境科学重金属检测，ppt制作郭建飞男环境科学样品采集，试剂准备项目指导教师姓名潘新潮性 别 男出生年月主要研究方向 固体废弃物的无害化处理与资源化利用近三年获奖成果：国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_8_万元，年均_万元项目主要内容简介（1） 研究在成分复杂多变的飞灰体系，熔融处理系统中重金属物质的迁移规律及熔渣中重金属物质的固定效果，以便更有效地控制重金属类污染物的排放。（2） 研究飞灰熔融过程中的热反应行为特性，探索影响飞灰熔融温度、熔融时间与熔融反应效果的相关性。（3） 研究在飞灰中引入针对性的添加剂后其熔融反应行为和熔融温度的变化规律，在此基础上着力开发飞灰的低温化熔融处理技术。（4） 研究在飞灰中引入一些典型的固体废物，如废玻璃、废硼酸、废硼砂等，来改善飞灰的熔融效果，以至实现飞灰的低温化熔融处理。（5） 研究将垃圾焚烧飞灰制成高附加值的微晶玻璃产品，同步实现飞灰的固定化和资源化。二、项目的研究目的及意义1、申请项目的必要性、目的及意义必要性：城市生活垃圾处理在当代已成为全球关注的大问题。在我国，随着城市化进程的加快、城市数量的增多、城市规模扩大和人口增加，城市生活垃圾的产生量都在迅速地增长。据统计，目前我国城市人均年产生活垃圾450-500kg，200万以上人口的城市人均日产生活垃圾0.62-0.98kg，中小城市人均日产生活垃圾1.1-1.3kg。我国60%的城市生活垃圾集中产生在50万以上人口的重点城市，全国2/3以上的城市处于生活垃圾的包围之中，城市生活垃圾的处理已变成一项亟待解决的环境问题。传统的垃圾填埋处理，由于填埋场地的日益缺乏，受到逐渐严格的限制。而城市垃圾焚烧处理技术（Municipal Solid Waste Incineration，简写为MSWI）由于处理垃圾的无害化彻底、减量化程度深、可能源化利用等优点，使其在城市生活垃圾处理中的应用越来越广。然而焚烧处理过程中产生的无机灰渣以及飞灰(约占垃圾焚烧灰渣总量的20)却带来新的环境问题。这些灰渣 (尤其是飞灰)中含有一定量的重金属和二恶英等污染成分，不能直接填埋处理，因此，垃圾焚烧飞灰处置和固化是国内外的一个研究热点。如果对飞灰不加以妥善处理 ，会对人类生存环境造成比垃圾本身更为严重的二次污染。目前常用的飞灰处理方法有水泥固化、沥青固化、化学药剂稳定化及湿法提取等。然而，这些技术方法都具有共同的缺陷：不能对飞灰中的有机污染物如二恶英类污染物进行有效地去毒；并且处理后的产物还需要进入填埋场，也即意味着对环境还存在长期的潜在的威胁。比如经过水泥固化后，进入填埋场的飞灰水泥固化体在酸雨、碳酸、有机酸等酸性介质作用下，固化体中的重金属元素会再度溶出，以致危害环境。因此，发展一种更为可行、更有竞争价值的飞灰处理技术是极为必要的。熔融固化技术是目前公认的最稳定、最安全的垃圾焚烧飞灰的处理方法添加熔融固化处理技术的一些优点介绍或论述吧。熔融固化是美国、德国、日本等发达国家最推崇的固化处理技术。在1 400以上，飞灰中有机物发生热分解、燃烧及气化，而无机物则熔融形成玻璃质熔渣。经过熔融处理，飞灰中的二恶英等有机污染物受热分解破坏。飞灰中所含的重金属物质，部分发生气化现象，部分则转移到玻璃态熔渣中，SiO：在熔融处理中形成 SiO网状构造，把移入的熔渣金属包封固化在网目中，形成极稳定的玻璃质熔渣，大大降低了浸出可能性。灰渣经过熔融后，密度明显增加，灰渣减容可达1/2以上，并且可以回收灰渣中的某些金属，得到化学性质稳定的熔渣可作为建筑材料，达到有效利用的目的。但由于飞灰熔融工艺本身的高温高能耗要求，导致此工艺的成本大大增加。针对飞灰熔融工艺本身的高温高能耗要求，进行低温化熔融垃圾焚烧飞灰研究是非常必要的。目的：（1） 开发飞灰的低温化熔融处理技术，来改善飞灰的熔融效果，以至实现飞灰的低温化熔融处理，从而降低能耗，减少成本，提高市场竞争力。（2） 研究在成分复杂多变的飞灰体系，熔融处理系统中重金属物质的迁移机制及熔渣中重金属物质的固定机理，以达至有效地控制重金属类污染物的排放。意义： 随着城市生活垃圾数量的快速增长，城市垃圾焚烧处理技术越来越受到欢迎，但垃圾焚烧后的飞灰将对人类社会存在潜在的威胁，如果不进行适当地处理而直接地填埋，在一些特殊的环境条件下，飞灰中的重金属元素和二恶英类有机物质容易随渗滤液溶出，透过防渗层污染土壤和地下水。目前熔融固化技术是公认的最稳定、最安全的垃圾焚烧飞灰的处理方法。但由于该技术能耗较大,而且在高温熔融过程中部分重金属会挥发迁移，导致二次污染；垃圾焚烧飞灰在较低温度下熔融,不仅节约了能耗，而且可以减少重金属的挥发；同时，将熔融固化后得到的玻璃制成高附加值的微晶玻璃，具有潜在的市场前景。所以研究低温化熔融垃圾焚烧飞灰，适应当今社会的需求，具有很高的市场运用前景，将为我国实现对垃圾焚烧飞灰无公害处理提供重要技术支撑。2、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围项目背景： 城市生活垃圾处理在当代已成为全球关注的大问题。据统计，我国城市生活垃圾每年以8%10%速度增长。目前，全国600多个城市一年排放的生活垃圾就达1.6亿吨。由于焚烧技术在减量化与资源化方面比填埋和堆肥技术更具有独特优势，使得垃圾焚烧处理率近年来一直呈上升趋势。尤其是在沿海地区，如浙江、广东、江苏、上海等地，垃圾焚烧处理技术的发展非常快，在浙江和广东两省，已经各有20多家垃圾焚烧厂在运营。然而，垃圾焚烧处理也面临着严重的二次污染环境问题。在焚烧处理的初期，人们主要关注垃圾焚烧过程中会产生大量的污染物随烟气排放到环境，而现今，随着先进的烟气净化处理技术在垃圾焚烧设备尾气端的广泛应用，使烟气得以较为清洁的排放到环境，但同时也导致烟气净化处理后得到的飞灰中含有大量的污染物质，如重金属物质、二恶英类有机物等2-6。所以，这些焚烧飞灰对人类社会存在潜在的威胁，如果不进行适当地处理而直接地填埋，在一些特殊的环境条件下，飞灰中的重金属元素和二恶英类有机物质容易随渗滤液溶出，透过防渗层污染土壤和地下水。我国生活垃圾焚烧污染排放控制标准（GBl8485-2001）中规定焚烧飞灰（即MSWI飞灰）属于危险废弃物，并列入国家危险废物名录（编号HW18）。目前常用的飞灰处理方法有水泥固化、沥青固化、化学药剂稳定化及湿法提取等。然而，这些技术方法都具有共同的缺陷：不能对飞灰中的有机污染物如二恶英类污染物进行有效地去毒；并且处理后的产物还需要进入填埋场，也即意味着对环境还存在长期的潜在的威胁。比如进入填埋场的飞灰水泥固化体在酸雨、碳酸、有机酸等酸性介质作用下，固化体中的重金属元素会再度溶出，以致危害环境。随着我国垃圾焚烧量的不断增加，焚烧飞灰的处置量必然会随之上升。目前熔融固化技术是公认的最稳定、最安全的垃圾焚烧飞灰的处理方法。但由于飞灰熔融工艺本身的高温高能耗要求，导致此工艺的成本大大增加。因此，研究低温化熔融垃圾焚烧飞灰，已成为我国目前一个亟待解决的重大研究课题。主要内容：（1）MSWI飞灰的理化性质和污染特性 实验分析MSWI飞灰的化学成分组成、矿物相构成；研究原始飞灰的重金属元素含量和重金属元素的赋存形态，以及飞灰的重金属元素浸出特性；分析考察重金属元素的浸出行为与飞灰的晶相结构特征、重金属元素的赋存形态之间的影响关联；为下一步工作飞灰的无害化、资源化处理方法的选择确定提供基础依据，为后续的飞灰熔融固化处理的实验研究提供数据参考。（2）MSWI飞灰熔融反应过程中重金属元素的迁移行为 熔融工艺参数对重金属迁移行为的影响研究：利用实验室高温管式炉（具有程序控温、分段加热、气氛可调等功能）对飞灰样品在不同的升温速度、反应温度及反应时间等条件下进行实验，分别考察易重金属的迁移特性，研究重金素元素的迁移规律。 重金属的赋存形态与重金属迁移行为的关联影响：研究重金属元素的不同赋存形态（可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态及残渣态）对重金属元素在熔融体系中的迁移行为的影响规律。 不同类型的添加剂对重金属迁移行为的影响研究：分别研究废玻璃、硼砂、萤石等对各重金属挥发率的影响作用以及对熔渣中重金属固化效果的影响作用。（3）MSWI飞灰的低温化熔融处理依据前面已取得的研究结果：飞灰共熔体的熔融反应机理与熔融系统中重金属的迁移机制。在飞灰中引入助熔剂、性能优越的热载体介质等，并调节它们的添加配置，然后对各种配比的混合灰样进行熔融反应实验，研究飞灰共熔体的黏度变化规律，飞灰共熔体熔融温度的降低效果，进而考察飞灰共熔体熔融反应性能的提高效果。在此基础上，发展飞灰的低温化熔融处理技术，并研究在飞灰低温化熔融处理系统，重金属的迁移特性，熔渣的物理化学性能及重金属的浸出特性。技术水平：杭州电子科技大学环境科学与工程研究所在环境中固体废弃物中重金属元素的迁移变化行为及影响因素等研究方面有着扎实的科研基础，指导老师潘新潮博士也长期在固体废弃物的无害化及资源化处理领域进行研究工作，积累了经验。本项目基于该类科研基础和实验条件，在热重分析、熔融实验研究、元素检测分析方面有着达到国家相关标准的技术水平。应用范围：再稍微改善完善些！（1） 研究领域：为飞灰的无害化、资源化处理的深化，及飞灰的熔融固化处理技术的推广提供研究数据和理论依据；（2） 环保领域：为垃圾处理厂实现低温化熔融垃圾焚烧飞灰提供理论依据。（3）把熔融固化后的玻璃进行晶化处理，得到高附加值的微晶玻璃，应用于国防尖端技术、工业、建筑及生活等各个领域。 3、 实施该项目所具备的基础、优势和风险基础：（1） 设备基础雄厚申请者所在的单位材料与环境工程学院长期从事环境化工、环境污染治理、新型材料的研究与开发，具备相应的研究设施和实验条件。实验室：热重分析仪可以研究飞灰的热化学反应行为和热反应动力特性，考察飞灰的熔融温度熔融特性。程序升温的高温管式炉可以对飞灰进行熔融实验。还有电感耦合等离子体质谱仪（ICP-TP）和原子吸收光谱仪可以检测羊品种的重金属含量。（2） 团队专业性强团队成员均为环境类专业，有较为扎实的专业知识，在资料搜集、文献自学、论文撰写等方面能力较强。其中队员们之间已经有过合作进行实验的经历，能更好的协调团队工作。优势：熔融固化技术是目前公认的最稳定、最安全的垃圾焚烧飞灰的处理方法。但由于该技术能耗较大,而且在高温熔融过程中部分重金属会挥发迁移,导致二次污染;垃圾焚烧飞灰在较低温度下熔融,不仅节约了能耗,而且可以减少重金属的挥发;同时,将熔融固化后得到的玻璃制成高附加值的微晶玻璃,具有潜在的市场前景。所以研究低温化熔融垃圾焚烧飞灰，适应当今社会的需求，具有很高的市场运用前景，将为我国实现对垃圾焚烧飞灰无公害处理提供重要技术支撑。4、项目计划目标 （1） 进一步查阅文献，调研并收集资料，购置完善实验所需的仪器设备。 （2）对MSWI飞灰的性质进行全面分析。分析原始飞灰的化学成分，重金属元素含量及其毒性浸出特性，热稳定特性和热力学行为等等。 （3）在熔融实验台上进行飞灰熔融反应过程中的重金属挥发迁移实验。研究反应温度、反应时间、反应气氛对重金属挥发特性的影响，以及飞灰中各重金属自身理化性质、含量浓度及其赋存形态与重金属迁移行为的关联影响。 （4）在飞灰中引入添加剂，分别研究各添加剂（如废玻璃、硼砂、萤石等）对灰样的熔融反应行为的影响规律，考察灰样熔融反应过程中重金属物质的迁移规律。并利用它们对飞灰熔融反应行为的影响作用，对灰样的低温化熔融处理进行实验研究。（5)拥有自主知识产权，申请相关专利，并在专业期刊上发表专业论文；（6）提高团队队员的科研创新能力。三、预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析1、 项目的预期成果及知识产权归属情况预期成果： （1）通过本课题的研究，可以进一步为飞灰的无害化、资源化处理的深化，及飞灰的熔融固化处理技术的推广提供研究数据和理论依据。 （2）通过研究尝试在飞灰中引入一些典型的固体废物，如废玻璃、废硼酸、废硼砂等，来改善飞灰的熔融效果，以至实现飞灰的低温化熔融处理。 （3）发表研究论文、申请专利。知识产权归属情况： 低温化熔融垃圾焚烧飞灰的研究的知识产权由本科研团队及其所在的杭州电子科技大学环境科学和工程研究所所有。2、 项目的市场前景查看一些相对应的文献资料！分析 随着国民经济的高速发展，城市化进程不断加快，我国城市生活垃圾产生量急剧增加，目前我国每年城市垃圾己达 1.5亿吨以上，而且每年以810的速度增长，全固有200(占全国城市总数的30)多座城市处于垃圾的包围中。大量的城市生活垃圾不但对土壤、水体、大气造成了严重污染。而且对公民的身心健康构成严重威胁，如何妥善解决城市生活垃圾问题。为城乡居民创造一个清洁、健康的生存和工作环境，已成为世界各国政府面临的一大难题。而城市垃圾焚烧处理技术由于处理垃圾的无害化彻底、减量化程度深、可能源化利用等优点，使其在城市生活垃圾处理中的应用越来越广，但焚烧后残留的飞灰对人类社会存在潜在的威胁。垃圾焚烧飞灰由于含有高浓度的重金属和二恶英等污染成分，被视为危险废物。焚烧飞灰等危险废物的处理是当前各国研究者所关心的热点问题。随着垃圾焚烧处理的逐渐推广，焚烧飞灰的妥善处理日益迫切，而低温熔融技术具备有能源利用率高、熔融完全彻底及环保效益显著等优点，焚烧飞灰中的二恶英可被有效地分解，飞灰中的重金属在低温熔融状态下可以形成稳定的化合物，且由于废气急速冷却，可抑制二恶英的二次合成，熔融后的熔渣可作为建筑和路基材料。因此，低温熔融处理技术已成为焚烧飞灰稳定化处理再利用的最有潜力的方案。由于经济和技术等原因，迄今国内对垃圾焚烧飞灰的垃圾焚烧灰渣的低温熔融处理研究还处于初步阶段。因此，该技术如能成功开发，可广泛用于各种类型焚烧炉的飞灰处理，实现熔渣资源化利用过程中重金属二次污染最小化，其市场前景和商业化运行前景十分广阔。同时,将熔融固化后得到的玻璃制成高附加值的微晶玻璃,具有潜在的市场前景。所以研究低温化熔融垃圾焚烧飞灰，适应当今社会的需求，具有很高的市场运用前景，将为我国实现对垃圾焚烧飞灰无公害处理提供重要技术支撑。3、 项目的盈利能力分析及财务预算财务预算：表1. 项目经费开支预算设备费能源材料费试验外协费资料印刷费会议及调研费实验试验费/200010005001500 2000租赁费鉴定验收费论文版面费专利申请费其他费用计：100004、 项目的社会效益同上：查文献完善！分析我国在快速发展经济的同时，伴随的是在环境保护和资源利用方面付出的沉重代价。坚持经济的可持续发展之路，必须大力倡导和发展环境保护与节能减排。 现有的高温熔融固化技术能耗较大,而且在高温熔融过程中部分重金属会挥发迁移,导致二次污染。研究低温化熔融垃圾焚烧飞灰，符合社会发展的需要，符合节能环保的要求。垃圾焚烧飞灰在较低温度下熔融,不仅