基于DIVINER2000的自燃煤矸石山水分特征研究

利用D IVINER2000含水量测定仪定位测定了自燃煤矸石山深度为0—100 cm的黄土矸石复合层、黄土层和裸露矸石层水分体积含水率的季节变化和垂直变化,根据水分含量变化规律将自燃煤矸石山的水分季节变化分为4个时段:土壤水分消耗期(3—6月)、土壤水分积累期(7—8月)、土壤水分消退期(9—11月)和土壤水分稳定期(12—2月);通过标准差将自燃煤矸石山土壤水分的垂直变化分为速变层、活跃层和相对稳定层。上述研究结果可以为自燃煤矸石山的生态构建提供重要理论依据,为以水分动态平衡为基础的植被恢复和建设提供数据支持。     

煤矸石充填重构土壤水分再分布与剖面气热变化试验研究

为研究煤矿区用矸石作为垫底基质进行土壤剖面重构土壤水分再分布过程和剖面热扩散与气体浓度变化特征,以指导工程设计和重构土壤熟化技术应用,在实验室设计了一种煤矿区重构土壤水气热运移模拟装置,通过布设在土柱系统不同深度的温湿度传感器和CO_2浓度检测仪,连续监测重构土壤剖面含水量、温度和CO_2浓度。结果表明:煤矸石层具有良好的阻水性,阻碍水分的入渗,增加上层土壤的持水能力。但是,煤矸石的持水性差,煤矸石层的含水量低于土壤层10%左右;煤矸石具有更佳的热扩散性,在加热过程中煤矸石层的温度远大于土壤层,在重构土壤中容易形成稳定的温度梯度,尤其在煤矸石层与土壤层之间存在明显的温度差。土壤层的温度受底部加热的影响较小,短期内主要受室温影响,其变化曲线与室温日变化曲线基本一致,最大波动幅度在2.89℃;底部通CO_2对土壤层CO_2浓度的影响非常小,气体在煤矸石层向土壤层扩散时容易受到土壤层的阻隔,导致气体在土壤层下界面累积;煤矸石层会对邻近土壤层产生较大影响,影响微生物的生存环境,导致微生物的活性下降。当覆土厚度为60cm时,煤矸石层对土壤层的影响较小,随着覆土厚度的增加,煤矸石的影响会逐渐削弱。     

劣质型煤着火燃尽性能的试验研究

煤矸石和粉煤灰都存在着灰分高、热值低、燃烧性能差、飞灰污染严重等特点,其型煤的燃用技术难度较大。通过对比试验,研究了煤矸石和粉煤灰等劣质型煤的着火燃尽性能,测算出不同燃烧工况下劣质型煤的挥发物产率、燃尽率及其关联式,并分析探讨了CR助燃剂在劣质型煤燃烧过程中的助燃作用。     

煤矸石山防自燃隔离层的构建及其效果

露天堆放的煤矸石山极易自燃引发严重的地质灾害和环境污染。为改善传统的土壤覆盖治理方法,结合阳泉自燃煤矸石山综合治理现场,在黄土覆盖前以当地黏土和粉煤灰为原料构建不同设计构型的隔离层,并动态测量隔离层渗透率以及治理1a后试验区覆盖层的地温、紧实度,探讨在煤矸石与覆盖土壤之间添加隔离层防治自燃的效果。结果表明:利用黏土和粉煤灰构建隔离层,改善了传统的覆盖层结构,土壤紧实度随土层深度增加呈逐渐增大趋势,形成"上松下紧"利于植被生长的理想剖面;隔离层可有效阻隔空气,效果为粉煤灰与黏土混合黏土粉煤灰,试验以粉煤灰∶黏土=1∶2(体积比)比例充分混合构成的隔离层效果最佳,监测期间渗透率一直保持在低于50×10-12 m2的水平,地温从表入深基本平稳,在土层深度10~30 cm处温度大致稳定在10~15℃之间。该研究可为自燃煤矸石山综合治理中隔离层的构建提供参考数据及思路。     

不同风化年限的淮南矿区煤矸石理化性质变化规律

堆存于地表的煤矸石在遭受风化以后,其物理和化学性质可在短时间内发生较大变化,这些变化往往具有一定规律。该文选取淮南矿区潘北、潘一及新庄孜煤矿5个不同风化年限的煤矸石采样区进行分层采样。通过对135个样品的相关理化性质测试,对比分析了不同风化程度下煤矸石主要理化性质变化规律。结果表明,煤矸石在电导率、pH值和阳离子交换量等理化性质的变化具有一定规律:随着风化年限的增加,煤矸石电导率与pH值降低,阳离子交换量则不断增高。新鲜煤矸石的3项指标在2a内具有较快的降低速率,其中电导率在2 a内可降低30%,pH值下降接近10%,此后的降低变化速率则较缓慢。阳离子交换量在2 a内可增加17%,在后期的变化中则表现为缓慢上升趋势。在剖面变化特征方面,通过对30和30~60 cm之间的上下两层对比分析发现位于上层的电导率与pH值普遍略高于下层,阳离子交换量则为上层略低于下层。其中p H值的上、下两层的变化差距较小,仅在0.1~0.3之间。煤矸石的电导率、pH值,以及阳离子交换量等3项指标的时空变化均与风化作用的时间或风化程度密切相关。从植物生长条件角度出发,上述理化指标的变化均有利于煤矸石的复垦利用。     

煤矸充填复垦土壤可溶性镉的分布特征与运移模拟

在现场调查研究煤矸石充填复垦地上覆土壤可溶性镉含量的基础上,应用田间小区试验,模拟土壤可溶性镉的迁移特征。结果表明,土壤可溶性镉在时间和空间维度上都具有明显的分布特征：可溶性镉浓度沿剖面深度逐渐递增,即离煤矸石层越近,浓度越高;随时间推移,土壤下部接近煤矸石处,可溶性镉浓度的富集现象存在。模型模拟结果显示,由于土壤毛管力作用,接近煤矸石层的土壤可溶性镉浓度每年可增加10%左右,但表层土壤（0~40cm）增加速度缓慢或反而有所下降。尽管如此,由于植物根系活动,煤矸石中镉析出具有一定的生态环境风险。     

浅谈煤矸石的危害及综合利用

煤矸石作为采煤过程中的固体废弃物,随着煤炭生产的不断发展与日俱增.通过了解煤矸石的组成性质以及危害,本文对煤矸石的综合利用进行了论述,提出了煤矸石变废为宝、变害为利、节省能源及资源循环利用方面今后发展的方向或途径.     

极端干旱地区绿洲边缘带天然植被的保育策略--以新疆鄯善绿洲为例

以山西省阳泉市280煤矸石山为研究对象,通过对煤矸石物理性质、水分入渗特性和水分含量的分析,初步研究了煤矸石山风化堆积物水分的动态特征.研究结果表明,煤矸石质地较差,砾石和块石平均含量达86.07%.煤矸石山孔隙组成以非毛管孔隙为主,其剖面4个深度(0-15 cm,15-30 cm,30-45cm,45-60 cm)的毛管孔隙度平均值分别为1.40%,1.36%,1.32%和1.17%,导致土壤持水量常年维持在较低水平,0-60 cm的平均土壤持水量为19.7 t/hm2.Kostiakov人渗模型能较好地反映研究地区煤矸石风化物的入渗过程,且在入渗过程中煤矸石风化物一直保持着较高的渗透速率.煤矸石风化堆积物水分季节性变化主要受降水量及其季节分配的影响,随着季节性降水量的增加,矸石风化物水分平均含量也相应升高.煤矸石山的储水量与降水量之间,表现出较好的一元线性正相关关系.在降雨量较少,或是降雨次数多,雨强较大的情况下,裸露煤矸石地的储水量往往大于覆土煤矸石地的储水量.一般情况下,煤矸石山30-40 cm深处有明显的干层,使得煤矸石山下层在旱季保持有较多的水分.     

煤矸石填充对沟道导排水性能和土壤肥力及重金属污染的影响

为探寻适合东北黑土区侵蚀沟复垦的技术方法,该文研究了一种基于复垦后导排水能力最大的侵蚀沟煤矸石填充复垦技术方法,通过模拟一定深度的沟道、应用响应曲面法探究覆土和煤矸石填充厚度的变化对于复垦沟道导排水性能的影响及最优厚度搭配组合预测。同时引入土工布并考察土工布对煤矸石淋溶过程中重金属的隔绝作用。选择一条用煤矸石填充复垦4 a后的侵蚀沟,在耕层(0～20 cm)进行土壤肥力以及重金属污染情况的调查研究。结果表明:1)土层厚度增加减弱沟道导排水能力,混合粒径、大粒径煤矸石层厚度增加增大沟道导排水能力,土层与大粒径煤矸石层组合存在交互作用。覆土、混合粒径及大粒径煤矸石层厚度分别为53.42、38.51、90 cm时,模拟2 m深沟道导排水能力最强。2)沟道复垦4 a后,容重增加、酸度改善、全磷含量持平于对照土壤,全氮、全钾及有机质含量显著低于对照土壤。综合肥力小于对照土壤,略高于黑龙江省第二积温带的土壤综合肥力。3)复垦土壤Pb含量持平于当地对照土壤及背景值,Cr、Cu含量高于当地对照土壤及背景值,但均未超过环境质量二级标准值,3种重金属存在轻度污染及富集现象。研究结果可为土地整理规划提供一定借鉴。     

不同植物组合对煤矸石混合土中镉的吸收效应

煤矸石是煤炭开采和利用过程中产生的废弃物,堆放的煤矸石风化物镉含量高,易造成邻近水体和土壤污染,利用植物修复煤矸石重金属污染已成为研究热点。本文采用盆栽模拟试验方法,将煤矸石风化物与土壤以1︰1混合作为培养基质,比较黑麦草、菊苣、紫花苜蓿单作与间作条件下的生长状况,以及植株氮、磷、镉含量和吸收量等,以期筛选出适合煤矸石镉污染修复的植物组合。结果表明,单作条件下黑麦草在煤矸石混合土壤上生物量最大,但其镉吸收量与菊苣、苜蓿无显著差异;间作提高了黑麦草生物量、氮、磷和镉的吸收量,降低了菊苣的生物量、氮、磷和镉的吸收量,间作对苜蓿的影响不明显;6种植物组合中,黑麦草与苜蓿间作植物地上部生物量、氮、磷和镉吸收量均最高,其中镉吸收量是其它组合的1.29~1.76倍,可作为修复煤矸石重金属镉污染的优质组合。     

生物质成型颗粒燃料燃烧特性的试验研究

该文利用热重分析仪对玉米秸秆、木屑、混合木屑三种生物质成型颗粒燃料进行了理论分析，分段比较了三种颗粒燃料的燃烧特点及各段表观活化能和频率因子的热化学动力学参数，分析了成型处理工序对生物质燃烧特性的影响。结合颗粒燃料在燃烧炉中的实际燃烧特点，明确了影响颗粒燃料燃烧适应性的主导因素是挥发分的析出和燃烧速率，由此为改良低质颗粒燃料、提高燃烧炉适应性提出了指导性建议。     

秸秆捆烧技术及其排放特性研究进展

秸秆捆烧技术是实现农业秸秆能源化清洁利用的有效途径之一,但实际运行中仍然存在燃烧不充分、NO_X和颗粒物生成机理不清晰、烟气污染物排放较高等问题。该文综述了秸秆捆烧技术最新研究进展,简述了秸秆捆燃烧反应原理和秸秆捆燃烧特性,重点分析了秸秆捆烧过程中颗粒物、NO_X和CO等污染物产生及减排方法,系统总结了国内外秸秆捆烧技术类型、原理及特点等研究进展。通过全球文献检索,分析了秸秆捆烧技术研究热点、主要研究机构以及发展趋势,并评价了秸秆捆烧供暖运行成本。建议深入开展秸秆捆烧燃烧与污染物排放特性研究,开展秸秆捆烧锅炉结构及配风工艺优化,从源头减少烟气污染物生成,为实现秸秆清洁能源化利用提供参考。     

生物质燃烧技术综述

燃烧作为生物质能源转化的一种成熟技术，具有低成本、低风险和高效率等优越性。该文集中论述了有关生物质燃烧技术的各种观点与问题。首先，介绍了生物质燃料的物理和化学特性；其次，论述有关生物质燃烧和混合燃烧技术，其中生物质燃烧主要形式为层燃、下饲式、流化床和悬浮燃烧，生物质与煤的混合燃烧主要形式为直接利用和气化利用；然后，讨论有关灰分熔点较低而引起结渣、积灰和腐蚀等问题；最后，介绍生物质燃烧对环境的影响及最新研究现状。     

基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定

为了比较不同种类生物质的燃烧特性,丰富热重分析技术的应用方向,该文采用热重分析技术对农业剩余物、林业剩余物和工业加工废渣的代表性生物质进行了空气气氛下不同升温速率的燃烧特性试验研究。研究表明:3种类型生物质的燃烧过程均包括4个主要阶段:水分蒸发阶段、挥发分析出及燃烧阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段。该文提出1种确定样品工业分析值的方法,即热分析曲线法,并推荐应用20℃/min升温速率下的热分析曲线图来计算确定。同时还提出1种差热分析法,用以计算生物质样品发热量,分析发现,农业秸秆类剩余物适用于20℃/min的升温速率,木屑和甜高粱渣适用于5、10℃/min的升温速率。该文提出的计算工业分析值的热分析曲线法与计算发热量的差热分析法,为热重分析技术研究生物质的燃烧特性提供了新的应用方向,但2种新方法的建立,以及他们的有效性和适用性,仍需要大量试验数据的验证和进一步的试验研究。     

Airborne heavy metal pollution in the environment of a danish steel plant

A survey of heavy metal deposition was carried out in the vicinity of a Danish steel plant. Bulk precipitation and transplanted lichen (Hypogymnia physodes (L.) Nyl.) were sampled at 12 stations in the environment before and after the production had been converted from open-hearth furnaces to electric-arc furnaces. The samples were analyzed for Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb and Zn. The results show that heavy metal pollution from the steelworks still is severe and that it follows a decreasing power curve when the distance to the steelworks is increased. However, a reduction in the deposition of heavy metals close to the steelworks has been observed, pointing to the conclusion that the change from a situation of emission through a 46 m stack without any filter to emission from the electric arc furnaces equipped with bag-filters has lead to changes in the emission. At the sampling stations with the highest deposition levels measured in bulk precipitation the corresponding concentrations in the lichens were relatively lower indicating a change in particle size distribution. Within each station there was a direct proportionality of metal concentrations in lichens and atmospheric fallout measured in bulk precipitation.     

Emission Control of SO2 by Dry Coal-Cleaning and Bio-Briquette Technology

In China, the large amount of sulfur dioxide and dust discharged from the combustion of low-grade raw coal causes severe air pollution and acid rain. Therefore, the need to control the emission of such pollutants is urgent. It is well known that wet coal-cleaning technology is used to prepare clean coal from low-grade raw coal containing large amounts of sulfur and ash. However, this technology is not used in areas where water is scarce or severely polluted, because of the high cost of treating the wastewater. In an attempt to overcome this limitation, we studied an integrated technology, which combines dry coal-cleaning and bio-briquetting technologies, to prepare clean coal from low-grade raw coal. In the dry coal-cleaning method, refined coal was separated from ash and other minerals containing inorganic sulfur as pyrite by means of the differences in their electrostatic character. Most of the sulfur left in the refined coal was organic sulfur. The residual ash was fixed in combustion ashes of bio-briquettes made from coal, biomass, and slaked lime (Ca/S mole ratio =2) under pressure. By combining these two technologies, we were able to decrease the emission of sulfur dioxide and ash by 70≈90% compared to the combustion of raw coal.     

推广使用小型低排放采暖炉 改善城乡大气环境

在中国北方地区,小型燃煤采暖炉已经大规模使用,传统的燃烧结构造成了采暖炉排放烟气超标,对城乡大气污染日益严重。本文介绍了一种适用于小型采暖炉的低排放燃烧技术,阐述了该技术的原理,并对采用该技术的小型采暖炉的烟气排放指标与国家标准进行了对比,提出了推广使用小型低排放采暖炉,改善城乡大环境的建议。     

硼铬稀土共渗对提高钢的耐磨粒磨损性能的试验研究

研究了采用固体硼铬稀土共渗工艺（一种新的金属表面硬化工艺）,得到硬化层硼铬稀土共渗层的组织,脆性和耐磨粒磨损特性均得到改善。并进行了应用试验。结果表明,硼铬稀土共渗层在保留了渗硼层高硬度的同时,明显降低了脆性,可使共渗层的耐磨粒磨损性能比渗硼层提高０．３１～０．６８倍,且应用效果显著。研究结果对农业机械零件表面硬化工艺的选择具有指导作用。     

农业生物质燃烧特性及燃烧动力学

为了充分燃烧利用农业生物质,采用 TG-DTG-DSC ( thermogravimetric-differential thermogravimetric-differential scanning calorimetry)联用技术对玉米杆、玉米芯、稻草、龙眼枝、荔枝条及其混合燃料进行了热重试验,考察了其可燃特性、着火特性、燃尽特性及综合燃烧特性,计算了燃烧动力学参数.结果表明,玉米杆及玉米芯燃烧前期DTG曲线分别出现2、3个峰值,而稻草、龙眼枝及荔枝条燃烧前期DTG曲线均只出现一个峰值;玉米杆及稻草燃烧中后期出现DSC曲线的吸热峰;玉米杆的可燃特性指数及着火特性指数均最大,且着火温度最低,荔枝条的燃尽特性指数最大,玉米芯的综合燃烧特性最好;低温阶段反应级数约为1.0~1.2,高温阶段反应级数约为0.5~0.8,低温阶段活化能大于高温阶段的活化能;生物质燃烧前期属于均相着火,后期属于多相着火.秸秆类生物质纯烧的后期稳定性较差,在木质类生物质中适当加入秸秆类生物质有利于混合燃料的前期燃烧,研究结果可为农业生物质的燃烧利用提供指导.     

Estimating soil organic carbon through loss on ignition: effects of ignition conditions and structural water loss

Loss on ignition (LOI) is one of the most widely used methods for measuring organic matter content in soils but does not have a universal standard protocol. A large number of factors may influence its accuracy, such as furnace type, sample mass, duration and temperature of ignition and clay content of samples. We conducted a series of experiments to quantify these effects, which enabled us to derive (i) guidelines for ignition conditions (sample mass, duration and temperature), (ii) temperature‐specific soil organic matter (SOM) to soil organic carbon (SOC) conversion factors and (iii) clay content‐dependent correction factors for structural water loss (SWL). Bulk samples of a sandy soil (4% clay) and a silt loam soil (25% clay) were used to evaluate the effects of ignition conditions. Samples with a range of clay contents (0–50%) were used to quantify conversion and correction factors. Two furnaces, one without and one with pre‐heated air, did not show significant differences in terms of within‐batch LOI variability. In both furnaces less combustion occurred close to the door, which necessitated tray turning at half‐time as this reduced the standard deviation per batch significantly. Variation in mass loss declined exponentially with sample mass (range, 0.15–20 g). The LOI increased with duration at lower temperatures (≤ 550°C) for the sandy soil. At greater temperatures (600 and 650°C), no effect of duration was found. For the silt loam soil, LOI values increased with duration for each temperature, which was attributed to SWL. The SOM to SOC conversion factor decreased strongly with temperature at an ignition duration of 3 hours from 0.70 (350°C) to 0.57 (500°C) and stabilized around 0.55 between 550 and 650°C, indicating that at temperatures ≥ 550°C all SOM had been removed. The clay correction factor for SWL increased from 0.01 to 0.09 as the temperature of ignition increased from 350 to 650°C. To minimize within‐batch LOI variation we recommend a standard ignition duration of 3 hours, tray turning at half‐time, a sample mass ≥ 20 g and temperatures equal to or greater than 550 °C. To avoid over‐estimates of SOM through structural water loss, the presented SWL correction procedure should always be applied.