1、烟气脱硫副产物的综合利用陈云嫩 , 梁礼明(南方冶金学院 ,赣州 341000)摘 要 :通过分析烟气脱硫石膏的性能 ,介绍了脱硫石膏的利用情况和研究进展 ,利用脱硫石膏生产建筑材料 ,如 石膏和 石膏的工艺日臻成熟 ,利用脱硫石膏生产水泥辅料已进入工业化 ,而利用脱硫石膏生产充填尾砂胶结剂已经完成试验阶段 ,脱硫石膏在农业上也有很广泛的用途。关键词 : 脱硫石膏 ; 建筑材料 ; 水泥辅料 ; 胶结剂 ; 肥料中图分类号 :X701. 3 文献标识码 :A 文章编号 :100326504 (2003) 0620043203随着人们对烟气中二氧化硫以及素有“空中死神”之称的酸雨严重污染环境及破
2、坏生态的认识 ,湿式烟气脱硫技术也在不断地推广、改进和提高 ,由此而产生大量的脱硫副产物石膏。烟气脱硫副产物石膏的主要成分是结晶硫酸钙 ,颜色微黄 ,其酸碱度与天然石膏相当 ,呈中性或略偏碱。按照欧洲观点来看 ,脱硫石膏是与天然石膏相同或等值的原料和产品 ;从质量上看 ,脱硫石膏纯度较高、成分稳定。如表 1 所示。与天然石膏相比有以下不同 :含水率较高 ;粒度较小 ,成粉状 ;含水溶性盐类较多。表 1 某厂脱硫石膏与天然石膏的组成成分对比名称 CaSO4 2H2O CaSO3 1/ 2H2O CaCO3 MgO H2O SiO2 Al2O3 Fe2O3 Cl脱硫石膏 85 90 1.2 5 8
3、 0.86 10 15 1.2 2.8 0.6 0.01天然石膏 70 74 0.5 2 4 3.8 3 4 3.49 1.04 0.30 0.01据统计 ,目前全世界脱硫石膏的年排放量约 1. 5亿 t ,我国脱硫石膏的年排放量也超过 100 万 t ,并有逐年增长势头。从 20 世纪 60 年代后期至今 ,不少国家都在致力于脱硫石膏的再生资源化利用开发工作 ,在理论和实践上都取得了较大的成果。本文将从五个方面概述脱硫石膏综合利用的研究现状和最新进展。1 利用脱硫石膏生产建筑材料 1 2 1. 1 建筑石膏 ( 型石膏 )建筑石膏是由二水脱硫石膏在不饱和水蒸汽的气氛中经回转窑煅烧脱水 (13
4、0 ) 、干燥、粉磨制成。我国脱硫石膏经权威部门多次化验 ,认为 :品位高、杂质少 ,尤其是可溶性杂质少 (Cl - 、 Na + 、 K+ 的含量均不高于 0. 01 %) ,可以代替天然石膏作建筑材料。试验表明 ,用脱硫石膏生产的建筑石膏性能优异 ,强度比国家标准规定的优等品的强度值高 40 % 45 % ,是目前国内建筑石膏强度最高的品种 ,如表 2所示。生产电耗作者简介 :陈云嫩 (1970 - ) ,女 ,工程师 ,环境工程硕士 ,南方冶金学院环境与建筑工程分院教师。主要从事大气污染治理与废物资源化研究。比天然石膏低 40 % 60 % ,生产成本为天然石膏成本的 70 % 80 %
5、 ,彻底改变了脱硫建筑石膏强度低于天然石膏的状况 ,为脱硫石膏的大量应用奠定了基础。表 2 建筑石膏性能比较种类 初凝时间 (min) 终凝时间 (min) 抗折强度 (MPa) 抗压强度 (MPa)脱硫建筑石膏 6 10 3. 8 8. 2天然建筑石膏 7 12 2. 4 4. 2国家标准 6 45 600 7. 0 42. 53 脱硫石膏在农业上的应用3. 1 肥料硫是排在 N、 P、 K 之后的第四种植物营养元素 ,其需要量与磷相当。由于我国农业生产密集 ,加上氮肥施用的比例失调致使耕地严重缺硫。研究发现高等植物吸收硫酸根形式的硫比吸收其它形式的硫要快得多。用脱硫石膏制硫酸铵 ,是利用碳
6、酸钙在氨溶液中的溶解度比硫酸钙小得多 ,硫酸钙很容易转化为碳酸钙沉淀 ,溶液转化为硫酸铵溶液的原理。(N H4) 2CO3 + CaSO4 CaCO3 + (N H4) 2 SO4碳酸钙是制造水泥的原料 ,硫酸铵是肥效较好的化肥 ,特别适合在我国北方碱性土壤中使用。经过转化 ,可以将价值较低的碳酸铵转化为价值较高的、营养成分较多的硫铵肥料。钙是作物需要量仅次于硫的第五种营养元素 ,它可以增强作物对病虫害的抵抗能力 ,使作物茎叶粗壮、籽粒饱满。如花生需钙量仅次于钾 ,增施钙肥可以显著提高花生的产量与品质。利用脱硫石膏中的钙离子和土壤中游离的碳酸氢钠、碳酸钠作用 ,生成碳酸氢钠和硫酸钠可以降低土壤
7、碱性 ,消除碳酸盐对作物的毒害 ,同时钙离子可替代土壤胶体上的钠离子 ,补充活性钙 ,增强土壤的抗碱能力。3. 2 改造苏打盐碱地阳离子代换性能是土壤的重要特性 ,通常是评价土壤保水保肥能力的指标。苏打盐碱地的许多不良性质与其含有大量的代换性钠密切相关 ,它能导致土壤性质不断恶化。脱硫石膏的加入可以使代换性钠降低 ,这是由于石膏中的 Ca2 + 和 Mg2 + 置换了土壤代换性钠 ,同时 ,土壤强碱状况也随之改变 ,从而为作物的正常生长提供比较好的土壤环境。经印度科学家试验研究 ,在碱土中加入 0. 5 % 1. 0 %的脱硫石膏 ,不仅使碱土中的小麦正常生长 ,而且增产增收 ;在不毛之地重盐
8、碱土壤播种玉米 ,加入 0. 5 % 1. 0 %的脱硫石膏后 ,玉米长势喜人 6 。4 利用脱硫石膏生产路基回填材料随着城乡环境建设的发展 ,大规模公路建设对路基回填材料的需求和质量要求也愈来愈高。充分利用脱硫石膏作为修筑道路的回填材料 ,既可为城市筑路提供材料来源 ,又可解决脱硫石膏的处置问题。试验选定回填材料的配比为脱硫石膏火电厂废弃物矿物外加剂 = 50 40 10 ,外掺复合早强减水剂 1 % ,其中矿物外加剂是由化铁炉渣与有机外加剂均匀配制而成 ,其主要矿物组成是无定型硅酸盐材料。试验结果表明 ,此回填材料的 28d 强度达到 325 # 水泥的标准。在膨胀率、溶出率的影响路基材料
9、的应用性质方面也符合有关要求。5 利用脱硫石膏生产充填尾砂胶结剂 7 胶结充填采矿法是一种经营费用较高的采矿工艺 ,其充填成本占采矿成本的 1/ 3 左右 ,充填成本中充填胶凝材料水泥占 80 %以上 ,昂贵的胶结充填成本 ,严重地制约了胶结充填采矿法的应用和发展。研制新的胶凝材料 ,在不降低充填体强度的情况下 ,替代部分或全部水泥 ,是充填技术的主攻方向。由于尾砂和棒磨砂中含有大量的潜在胶凝成份(Al2O3 + Fe2O3 + CaO) ,将脱硫石膏、火电厂废弃物、44环境科学技术 第 26 卷 第 6 期 2003 年 11 月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Op
10、tical Disc Co., Ltd. All rights reserved.尾砂、棒磨砂按一定比例混合后 ,可得到与普通硅酸盐水泥矿物组成相似的胶结材料。脱硫石膏水化过程中 ,会生成大量溶解度低、并以胶体微粒析出的硅酸钙凝胶 (CSH)水化产物。水化硅酸盐凝胶 (CSH) 主要是由钙矾石、水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、未水化的二水石膏组成 ,结构较致密和均匀 ,并以此为结构骨架 ,相互交叉连接 ,从而具有巨大的比表面积和刚性凝胶的特性 ,凝胶粒子间存在范德华力和化学结合键 ,具有较高的强度。水化产物所包裹的未水化物质及二水石膏颗粒作为微集料填充于粗颗粒骨料 尾砂及棒磨砂的孔隙中 ,使其结构
11、更为致密、均匀。而且含有大量氧化钙 (或碳酸钙 ) 、且发热量低的脱硫石膏代替发热量高的水泥 ,不仅可以降低水泥的水化热 ,降低充填体的绝热温升 ,还可以推迟水化热峰值出现的时间 ,从而防止温度裂缝的产生 ,提高胶结料的后期强度。6 结语随着工业技术的发展和人们环保意识的增强 ,过去视为废弃物和烟气脱硫石膏正在越来越广泛地用于工业原料。目前利用脱硫石膏生产建筑材料已形成一定规模 ,用于水泥辅料的生产也进入工业化 ,而用于充填尾砂胶结剂也具有一定的发展潜力。脱硫石膏的综合利用既有利于烟气脱硫技术的推广应用 ,也有利于减少脱硫副产物推放所带来的二次污染及占地 ,因此 ,可以预料在不久的将来 ,脱硫
12、石膏将被视为真正意义上的工业原料。参考文献 1 彭志辉 ,季建新 ,林芳辉 ,等 . 烟气脱硫石膏及建材资源化研究 J .重庆环境科学 ,2000 (12) :26 28.2 黄爪敏 . 烟气脱硫及脱硫石膏的应用研究 J .辽宁建材 ,1999 (2) :26 27.3 卫生 . 脱硫石膏在建村中应用研究 J .北京建材 ,1998(4) :29 34.4 李传炽 . 烟气脱硫技术及脱硫石膏的应用 J .新型建筑材料 ,1999 (9) :44 46.5 川崎重工业株式会社 . 日本脱硫石膏利用现状和中国脱硫石膏利用前景 J .新型建筑材料 ,1999 (12) :37 40.6 李焕珍 ,徐
13、玉佩 ,杨伟奇 ,等 . 脱硫石膏改良强度苏打盐渍土效果的研究 J .生态学杂志 ,1999 ,18 (1) :25 29.7 陈云嫩 ,王海宁 . 烟气脱硫石膏的利用新途径 J .矿业安全与环保 ,2002 ,29 (3) :34 35.(收修改稿日期 :2002211215)(上接第 19 页 )从分析结果可知 ,在地表漫流处理系统中 ,N 的迁移转化包含下面 4 个过程 : (1) 土壤表层对 N H4 + 的吸附 ; (2) N H4 +的硝化作用 ; (3) NO3 - 向厌氧层的迁移 ;(4)反硝化作用和作物吸收。其中土壤表层的吸附作用和硝化作用主要是产生 NO3 - ,产生的 N
14、O3 - 将迁移到合适的环境从系统中去除。在常规的大型田间处理系统中 ,由于处理场地的渗透性很小 ,NO3 - 向厌氧层的迁移作用主要依靠扩散和作物蒸发 9 ,很明显 ,4 个过程中 ,过程 (3) 的速率最慢 ,因此 ,NO3 - 向厌氧层的迁移决定着系统中氮总的去除率。在污水投配期间 ,4 个过程都起着作用 ,但是在不投配污水时 ,没有 N H4 +的进入 ,而 (2) 、 (3) 和 (4)仍继续进行着 ,由于土壤表层对 N H4 + 的吸附通常很充分 ,因此 ,即使在不投配期间 ,系统的总的去除率不会降低。相反地 ,通过间歇投配污水 ,可以恢复土壤表层的好氧环境 ,从而使土壤的吸附能力
15、得以恢复。为了提高系统 N 的总的去除率 ,有必要使过程(3)达到最充分 ,关键的问题是增加 NO3 - 的浓度梯度 ,以有利于 NO3 - 向厌氧层的迁移。在常规的地表漫流处理系统中 ,过程 (3) 决定着系统中氮总的去除率 ,这种迁移作用由土壤表层中和硝化作用产生的H +的缓冲能力控制 ,并可以通过投加 CaCO3 来强化。3 结论研究结果表明 ,污水地表漫流处理系统中 ,N 的去除主要取决于下面 4 个过程 : (1) 土壤表层对 N H4 + 的吸附 ; (2) N H4 + 的硝化作用 ; (3) NO3 - 向厌氧层的迁移 ; (4)反硝化作用和作物吸收。常规的地表漫流处理系统中
16、,NO3 - 向厌氧层的迁移作用对整个系统 N 的去除起着决定性的作用 ,且一般情况下反硝化作用都没有得到充分利用 ,但可以通过增加 NO3 - 的浓度梯度和提高作物蒸腾来强化系统氮的去除能力。参考文献 1 黄海歌 . 污水资源化是解决水危机的重要途径 J .陕西环境 ,2001 , 8 (2) :19 21.2 高效江 ,胡雪峰 . 淹水稻田中氮素损失及其对水环境影响的试验研究 J .农业环境保护 ,2001 , 20(4) :196 198 ,205.3 李宝国 ,龚元石 ,左强 ,等 . 农田土壤水的动态模拟及应用 M .北京 :科学出版社 ,2000 ,181 190.4 Nakano
17、 Y , Khalid R A , Patrick W H ,et al. Water move2ment in land treatment system of wastewater by overlandflowJ . IAWPR Journal , Progress in Water Technology ,1979 , 11 (4/ 5) :185 206.(收修改稿日期 :2002207217)54烟气脱硫副产物的综合利用 陈云嫩 ,等 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.ty
18、, a county in Zhejiang Province , as an example. The schemeconsisting of overall objective , network construction , spacedatabases and functional modules is described.Key words : GIS ; environment management information system ;designOn Building Green Community in ChinaL I Jiu2sheng , XIE Zhi2ren( S
19、chool of Geographic Science , N anjing Norm alU niversity , N anjing 210097)Abstract :This paper deals with implementing sustainable develop2ment strategies for speed2up of urbanization process in modern Chi2na. Some essential issues such as green idea and life style for thegreen community , public
20、participation in the community manage2ment are discussed.Key words :green community ; green idea ; green life style ; civiliza2tionConstruction Industry2related EnvironmentPollution and CountermeasuresYAN G Shi2jian , FAN G Xiao2ling(1. S uqian M unicipal Environmental Monitoring Center ,S uqian 223
21、800 ;2. Hubei Environment science Academy , W uhan 730072)Abstract :In this paper , various aspects of environmental pollutionrelated with construction activities at the present time are ana2lyzed , measures for abatement of pollution put forwarded.Key words :construction industry ; environmental po
22、llution ; coun2termeasuresStudy on Microbiological Ecology of SteadyFermentation in Acidogenic PhaseZHAO Dan , REN Nan2qi ,WAN G Ai2jie ,CHEN Xiao2lei( Research Center of Environmental Biotechnology ,Harbin Institute of Technology , Harbin 150090)Abstract :A continuous2flow fermentation reactor in b
23、ench scalewas used to study the structure and dominant composition , as wellas ecological succession of climax community restricted by factorssuch as p H , ORP. In this paper , typical characteristics of metabo2lization of different fermentation and relevant climax communitywas enunciated. Physiolog
24、ical metabolic mechanism of internal bal2ance and the feedback adjusting mechanism of the climax commu2nity was described. In addition , a figure of ecological niche withp H / ORP as coordinate during the course of ecological successionwas presented.Key words :acidogenic fermentation reactor ; ecolo
25、gical factor ; cli2max community ; ecological succession ; ecological nichesIntegrated Analysis of Multi2Factors Involvedin Ecological ConstructionXIA Feng1 , L I Man2bi1 , HON G Shang2qun2 ,ZHAO Cheng1 , TAI Xaio2lin1 , HE Bin1(1. Y unnan Provincial Institute of Environmental Science ,Kunming 65003
26、4 ;2. Environmental Protection B ureau of Kunming City ,Kunming 650032)Abstract :Numbers of factors rather than one or two factors affectthe successful construction of ecological system. This paper focuseson the multi2factor analysis , which can avoid one2sidedness of thesingle2factor analysis in in
27、terpreting the reason , motivation , mech2anism and approaches to realization of the ecological goal.Key words :multi2factor ; integrated analysis ; ecological construc2tionMethod to Improve Treatment of Washing andBleaching Wastewater Using Bio2f ilmJ IAN G Ke2bin( Research Institute of Environment
28、al Scienceof S uqian City , S uqian 223800)Abstract : This paper deals with a case study of a dye2workswastewater treatment plant with a handling capacity of 6000m3/ d ,hydrolysis and bio2contact oxidation being included in the process.Some recommendations regarding acclimatization of sludge in earl
29、ystage and measures for improving treatment efficiency are dis2cussed.Key words :washing/ bleaching wastewater ; bio2film ; hydrolysis ;bio2 contact oxidationAn Overview of Comprehensive Utilizationof Byproduct of Flue2gas2desulfurizationCHEN Yun2nen , L IAN G Li2ming( Southern Institute of Metallur
30、gy , Ganz hou 341000)Abstract :This paper reviewed the utilization of flue2gas desulfur2ization gypsum based on the survey related to the quality of thegypsum compared with the natural one. While 2 and 2 gypsumswhich have been used as building materials become mature , moreand more applications of t
31、he recovered gypsum are being found inother areas.Key words : building materials ; flue2gas desulfurization gypsum ;cement agent ; fertilizerStrategies for Controlling Membrane Contaminationof Submerged MBRs66Environmental Science and TechnologyVol. 26 , No. 6 , November 2003 Abstract 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
