一 概况

云南省重金属污染控制工程技术研究中心于2012年经省科技厅认定(2015年通过了科技厅组织的全面考核评价),由云南省环保厅主管,依托云南省环境科学研究院和云南银发绿色环保产业股份有限公司组建,是专门从事重金属污染防治的工程技术研发、成果推广应用及示范的平台和高层次人才培养基地。

中心的建设紧紧围绕创新云南行动计划及国家、省重金属污染防治科技需求,以重金属循环经济和清洁生产、重金属“三废”污染物治理与利用、重金属污染场地修复等为核心,开展关键共性技术、工艺和装备的研发,聚集、培养高层次专业人才,加速创新成果的孵化和转化,制定与完善相关行业技术政策、标准和规范,为我省重金属污染防治技术和管理体系的发展提供坚实的科学基础和技术支撑。

中心拥有云南省环境分析测试中心”、“云南省高原湖泊污染控制与生态过程重点实验室”、生态环境研究中心、环境工程设计中心等多个研究机构和平台的支持。经过4年多的建设,已具有重金属类危险废物火法处理、危险废物锍化处理、含重金属废水电絮凝、膜技术、连续离子交换技术、钛合金反应釜处理等常规研发装置,拥有全反射X射线荧光光谱仪(TXRF)、便携式能量色散X射线荧光分析仪、汞蒸气在线监测仪、原子吸收分光光度计、综合热分析仪、粒度分析仪、液压式压力试验机、ICP等多套大型分析仪器设备。承担有10多项国家及省级重金属污染综合防治技术研发项目,同时承担企业技术研发和技术咨询服务项目100余项,发表论文11篇,申请专利10项,其中6项实用新型专利、1项发明专利已授权,3项发明专利正在申请过程中。

中心注重建设成果转化平台,推进产、学、研相结合。先后与云南大学、云南铜业(集团)有限公司、北京高能时代环境技术股份有限公司、北京建工集团有限责任公司、伊尔姆环境资源管理咨询有限公司(ERM)等技术机构和企业建立了战略合作伙伴关系,共同开展重金属污染防控技术研发、成果推广示范。




二 中心建设与研发工作进展

中心试验基地位于昆明市花红洞,由原云南省珍稀濒危植物引种繁育中心废弃试验用房改造而成。占地面积约3000 m2,建筑面积610m2,已具备较为完备的试验系统。

(一) 基础设施建设

2012-2013年,投资200余万元,完成了花红洞试验基地基础场地建设。拆除废弃试验用房200m2,拆除废弃花棚300m2,拆除废弃垃圾房、卫生间等建筑设施30m2。对150m2边坡及场地进行平整;新建路面820m2;新建停车场420m2;对9间老旧实验室进行改造,约200m2;环境整治390m2;对部分围墙进行加固加高;新增监视系统1套;新建排水沟400余米(300mm×300mm×500mm);对原有供水系统进行了全面改造,维修水塔4m3,重新铺设供水管道,增加增压设备,保证基地正常供水。

2014年,投资300余万元,完成了315㎡(21m×15m×8.75m)试验用房的建设,包括火法处理区、湿法处理区、水处理区、废水贮存区、试验废物预处理区等功能单元。试验用房地面防腐防渗,建设有地下水监测井,投资42万元配套了完善烟气净化系统及辅助环保基础设施。废气净化系统主要包括可调节烟管、重力沉降室、布袋收尘室、二级动力波脱硫塔、碱洗塔、活性炭吸附塔等;废水处理拥有包括初级处理、电絮凝、膜处理、离子交换等废水深度处理装置。各处理设施均设置成模块化,可根据车间废气、废水及各处置系统的废物产生特性进行组合、调整,实现试验用房废水零排放、废气达标排放。投资80万元,配套了试验用房供配电系统,通过原有的低压配电房2号配电柜为新建的试验车间及实验室、小二楼办公室提供输配电,包括变配电、照明、动力、防雷接地、设备接地、自控仪表的安装配管、电缆敷设、桥架安装等内容。主要对原配电房2#配电柜进行改造,主要新增铺设3×240mm2+2×120mm23×240mm2电缆各300米,新建计量柜、配电柜各1套,新增车间照明灯12盏,动力插座想6套,新增监控系统1套。

2015年,投资约10万元,完成了试验基地实验室电路改造、试验车间大功率设备电路改造等工作,满足了大功率设备用电需求;同时,投资约22万元,建设了110 m2三防贮存库;青石板转铺设75m2;雨水倒排沟43m;墙地砖铺设215m2;水管改造40余米;建设20m3初期雨水收集池等基础设施。投资4.2万元完成试验车间内部风管及集尘罩建设,约铺设50米风管;投资4.8万元建设网络监控系统及报警系统1套,主要包括14台红外枪式网络摄像机、服务器1台、报警主机1台、12对红外对射设备等。投资4.6万元购置试验基地办公设备。

(二) 试验系统建设

4年来,陆续投资716.95万元,配备了全反射X射线荧光光谱仪(TXRF)、便携式能量色散X射线荧光分析仪、汞蒸气在线监测仪、原子吸收分光光度计(火焰石墨炉一体机)、原子吸收分光光度计(火焰型)、综合热分析仪、粒度分析仪、液压式压力试验机、ICP等大型分析、试验仪器65台(套),详见附表3所示。

在重金属危险废物方面,已建成火法处理技术研发小试试验装置、含砷废物处理处置、含汞废物处理处置、废物锍化处理中试试验装置、重金属类危险废物固化稳定化试验装置1套、土壤稳定化试验装置。在重金属废水方面,建成了电絮凝技术试验装置、膜深度处理技术试验装置、连续离子交换技术深度处理、扩散渗析技术处理、陶瓷微鼻滤料处理、钛合金反应釜处理含氯重金属废水试验装置等;正在与云南易门科源工业固体废物综合利用有限公司合作建设“含砷、汞废物高效处理处置技术工业化试验基地”,与云南云铜锌业股份有限公司共同建设“云南省含重金属复杂酸性废水深度处理技术中试试验基地”等。

(三) 技术研发

中心成立3年以来,开展了技术研发项目9项,在关键技术研究开发方面取得了一定的突破。

1 含砷废渣低温脱砷技术研发

该项目为2014年云南省环保厅中央重金属专项资金支持项目重金属类危险废物锍化处理技术研发及中试平台建设2015年云南省科技厅科技计划项目“有色化工行业含重金属废渣低温高效脱砷、汞技术研发平台建设”项目主要研发任务之一。

项目主要针对云南省涉砷企业产生的典型含砷废物,主要包括含砷铜烟尘、砷钙渣、含砷氧化锌烟尘、锑砷烟尘、含砷阳极泥、硫化砷渣等重金属类危险废物,采用低温高效脱砷技术,开展无害化及资源化技术研究。

该项目2014-2015年在环保专项资金支持下,中心与云南大学合作,完成了小试试验研究,掌握了低温脱砷关键技术工艺及参数,并在花红洞试验基地自主研发建设了低温脱砷试验线1条,处理规模1-3t/d,于2016年底与易门科源固废物综合利用有限公司合作开展项目技术示范工程建设,建设规模10t/d。计划20171-3月开展工业化试验研究。

2015年底,为加强低温脱砷工艺尾气控制安全性,同时兼顾含汞废物无害化处置需要,中心在科技计划项目经费支持下,计划于2016-2018年完成建设“有色化工行业含重金属废渣低温高效脱砷、汞技术研发平台”,补充完善烟气冷却、沉降、冷凝、除尘、吸收、吸附等工艺试验设备及试验检测系统。

该技术具有适应面广(各种含砷废渣)、脱砷温度低(有价金属元素不挥发)、处理量大、砷脱除率高(95%以上)、尾气控制安全可靠等特点,处理后的废物含砷量较低,可实现有价元素的回收和废渣的无害化处置。项目技术可用于云南省含砷废物的脱砷处理,市场前景较好。

2 砷钙渣固化稳定化技术研发

该技术研发项目主要为解决陆良县境内五家企业采用石灰沉淀除砷法产生的砷钙渣无害化处理难题,于2014年由企业委托中心开展砷钙渣无害化处置技术研发项目。

项目主要针对石灰沉淀法处理含砷废水后产生的砷酸钙盐沉淀物进行无害化、资源化处置技术研究。该项目已于2014年完成了小试及中试试验,试验结果满足《危险废物鉴别标准  浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中的鉴别标准。研究开发了一种高效、价廉的砷钙渣固化稳定化药剂,并申请了相关专利“一种高砷砷钙渣重金属砷固化稳定化剂及使用方法(专利号:201410697331.5)”。

该项目由于后期企业资金困难,该技术没有开展工程化应用。但该技术不仅仅只可用于砷钙渣的固化稳定化,还可用于其他低价值有色金属冶炼含砷废渣、含砷污染表土等的固化稳定化处理处置。

3 酸解红土镍矿废渣固化稳定化技术研发

该技术研发项目主要为解决镍湿法冶炼过程中产生的大量酸解红土镍矿废渣(湿法渣)无害化处理技术难题,于2013年由企业委托中心开展的酸解红土镍矿废渣固化稳定化回填采空区技术研发项目。

该技术研发项目已于2013年完成相关试验研究,技术采用镍冶炼火法渣固化/稳定化酸性浸出渣的治理工艺,使渣中的重金属浸出浓度低于国家相关标准,实现酸浸渣安全无害化,回填采空区,减少尾矿、火法渣堆存量,降低尾矿库环境安全风险,消除环境重金属污染隐患。开发技术具有处理规模大,可连续工作,所选药剂固化/稳定化时间短,效果好等特点。

在项目即将开展中试试验阶段,因企业人事变动、资金困难等原因,没有继续开展。

4 含汞盐泥热解吸技术研发

该技术研发项目主要为云南红云氯碱有限公司污染场地综合治理工程项目前期工作项目主要研发任务之一。

项目采用间接加热的方法对含汞废物进行热解析处理,含汞废物在一定解析温度、停留时间、药剂添加等工艺条件下将汞脱除,并在烟气系统中将汞及其化合物回收富集。其原理是无机汞通常以元素汞存在于土壤中或无机汞化合物中比如 HgS,HgO,HgCO3。当温度达到 600800℃,这些汞化合物会被转化成可回收的气态元素汞。一些汞热解实验证实温度在 127℃至 700℃之间汞去除的可行性,在相对更高温度460700℃时有更好汞去除效率。含汞废物在受热条件下,汞及其化合物受热挥发而进入烟气中,烟气中的汞及其化合物经过强制降温而迅速冷凝,因此将烟气经过沉降收尘、冷凝、尾气处理,即可将含汞废物中高的汞去除。该技术的关键在于在处理含汞废物过程中直接将汞脱出,彻底实现含汞废物的解毒,另外处理效率高,工艺流程简单可行。

20158月至12月,中心开展了对某污染场地含汞废物取样分析,同时编制并完善小试实验方案,同时开展部分小试实验,期间同时对热解析中试设备、冷原子分析仪等设备进行安装调试。

20161月至10月,完成了含汞废渣热解析处理小试、中试实验,研究解析温度、停留时间,药剂添加等对含汞废物热解析效果的影响。在考究解析温度对汞脱除率的影响实验中停留时间为60min,温度分布设定为100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃七个梯度。解析温度对汞脱除率的影响如图1-1所示,盐泥热解析汞脱除率随着温度的升高呈现增长的规律。在解析过程的初级阶段,总汞脱附率急剧上升,从图1-2可知,当热解温度达到分别400℃、500℃时,汞的脱除率分别为 95.1%97.2%,总汞残余量分别为51ppm29ppm,随着解析温度再升高,总汞脱除率基本保持恒定。

当解析温度为500℃的情况下,停留时间设 10min20min30min60min90min120min150min180min八个梯度。实验结果如图2所示,盐泥和含汞土壤汞的脱除率都随着停留时间的增长而增加。在热解析过程的初级阶段,汞脱除率缓慢上升,当停留时间分别达到60min 时,脱除率分别为 97.4%97.8%。热解析停留时间再增加,总汞脱附率基本保持恒定。

1-1  解析温度对汞去除率的影响

1-2  停留时间对汞去除率的影响

通过中试实验研究,采用热解析处理含汞废物,汞的去除了能够达到98%,处理后的废渣汞残余量在20ppm以下,能够达到相关含汞废物处理技术标准,该技术处理效率高,技术、经济可行。

5 汞污染土壤固化稳定化修复技术研发

该技术研发项目主要为云南红云氯碱有限公司污染场地综合治理工程项目前期工作项目主要研发任务之一。

项目针对某氯碱厂汞污染土壤,通过投加化学药剂,使污染土壤中的汞离子成难溶性的金属氧化物、氢氧化物,被吸附在化学药剂表面或沉淀在药剂胶凝基体中,降低污染土壤中汞离子的浸出性,从而达到固化/稳定化效果。开发的药剂A-1A-2固化稳定化含汞污染土壤的效果理想,全部达到国家危险废物鉴别标准。该技术于2013年申请了发明专利“一种重金属固化剂及使用该重金属固化剂固化稳定化土壤重金属的方法(201310732102.8

该项目完成试验研究后没有进一步开展中试试验及应用,该技术主要针对含汞及有机农药污染土壤,在云南省有一定的应用市场。

6 重金属类危险废物锍化处理技术研发

该项目为2014年云南省环保厅中央重金属专项资金支持项目“重金属类危险废物锍化处理技术研发及中试平台建设”项目主要研发任务之一。

该项目于2015年配置中频无芯感应熔炉、埋弧式矿冶电炉、电热回转窑、钛合金反应釜、不锈钢层析柱等设备,完成小试试验。主要针对省内有色金属冶炼企业产生的资源化利用价值高、危害较大的重金属类危险废物,将锍化捕集技术引入到重金属危废的资源化处置技术中。通过重金属危险废物锍化处置技术的研究,摸清高温熔体中锍的捕集行为和各种矿物物相交互反应和反应机理,开发出一套全新、高效、节能环保并能适应国内原料市场的统一工艺流程来综合回收铂族贵金属,使含铂族贵金属危险废物得到有效的资源化利用,并在试验中不断完善锍化处理工艺的技术水平,为产业化提供可行性依据,为云南省重金属污染防治技术研发提供新技术。

2016322日开展了鋶化项目小试试验,以贵研铂业易门分公司等离子炉产生的熔炼渣和水处理污泥为主要原料,硫铁矿、磷渣、氧化铁、碳粉等为辅料,通过不同试验配比研究硫捕集稀贵金属的富集效率。

试验结果表明,通过添加磷渣和氧化铁能有有效降低熔炼温度和减少熔炼时间,并且可以提高熔炼效率,使熔炼后硫渣的形态致密。

在熔炼渣小试试验的基础上,以汽车尾气催化剂为主要原料,以硫铁矿为硫捕集剂,以氧化铁、磷渣为助溶剂,以碳粉为保护剂,通过不同物料配比,通过感应炉火法熔炼研究硫捕集稀贵金属的最佳试验配比。

通过对催化剂5#配比进行分析测试可知,该配比可以有效富集催化剂中的稀贵金属,其中稀贵金属铂可以富集3.85倍,钯可以富集4.39倍,铑可以富集4.33倍。

20161019日开展了鋶化项目的中试试验,通过物料预处理、试烧、熔炼渣中试试验,摸索中试试验设备中频炉的试验性能,再次基础上开展汽车尾气催化剂中试试验。

通过鋶化项目小试试验、中试试验可以看出,中试试验可以明显提高汽车尾气催化剂中稀贵金属的富集倍数,稀贵金属铂的富集倍数由3.85倍提高至8.82倍,钯的富集倍数由4.39倍提高至14.85倍,铑的富集倍数由4.33倍提高至14.34倍,试验取得阶段性成果。

鉴于目前中试试验上浮渣中稀贵金属含量在100mg/kg左右,含量较高,造成稀贵金属资源的浪费,下一步将继续研究将上浮渣中的稀贵金属的含量降低至10mg/kg以下,进一步回收上浮渣中的稀贵金属。

7 复杂成分重金属废水深度处理技术研发

该技术研发项目为“云南省有色化工行业重金属废水处理技术中试平台”的研发任务之一,该平台是中心2013经省科技厅批准建设成立的重金属废水处理技术创新平台,主要针对重金属废水治理的关键工程技术研发、中试及工程化和产业化应用研究,解决复杂成分重金属废水关键技术难题,开发经济高效的重金属废水处理工艺及设备,形成一批以同轴电絮凝废水处理技术为核心的重金属深度处理技术。

中心与共建单位云南银发绿色环保产业股份有限公司以自主研发的同轴电絮凝技术为核心,将MMP吸附剂、反渗透、离子交换、膜分离等技术进行集成,研究开发复杂成分重金属废水深度处理技术,开展了个旧双龙重金属废水处理项目、个旧万坤重金属废水处理项目、个旧金鹰重金属废水处理项目、云南沙甸重金属废水处理项目、云南鑫耀半导体材料有限公司砷化镓废水处理项目等5家企业废水小试、中试试验,并成功推广应用。

该项目开发了“同轴电絮凝污水处理系统”并申请了发明专利1项,申请“一种同轴电絮凝污水处理器内管”等新产品,申报实用新型专利4项,“同轴电絮凝废水处理设备”已申报国家科技部重点新产品。开发技术对有色金属冶炼企业含重金属废水的处理有明显效果,具有推广意义。

8 含重金属污酸废水处理技术研发

该技术研发为2015年云南省环保厅中央重金属专项资金支持项目“云南省含重金属复杂酸性废水深度处理技术示范工程”技术研发任务。

项目针对重金属酸性废水的特点,中心开展了隔膜电极-正渗透-微鼻集成技术试验研究,该技术是结合三种技术特点及优势创新组合而成的技术,目前正在开展小试试验。三种重要技术的集成能使砷从其他重金属中分离出来进行集中处理处置,其余重金属可以得到有效的回收利用,并且减少了中和废渣的产生,解决了出水F-Cl-高的问题,出水可以进行生产回用,降低了企业总耗水量投资,推广意义明显。

项目自行研发隔膜电解脱砷中小试装置,将高酸度含砷废水置于隔膜电解槽阴极室,循环工作液(PH=4~5的稀酸)加入隔膜电解槽阳极室,阳离子交换膜为隔膜,使用石墨或碳纤维做阴极板,惰性耐酸腐材料石墨做阳极板,向所述电极施加直流电,在酸性环境下选择性脱除砷等重金属污染物。本技术与现有技术相比,无需消耗石灰石、铁盐等药剂调节废水PH,节约了药剂的购买费用,电解生成沉淀物量远远小于中和法产生的含砷废渣量,降低了后续二次废物处理费用,处理后废水可返回生产系统使用,间接降低生产成本,具有重要的研究意义。

本项目于2015年开展隔膜电解法处理酸性废水小中试实验研究。对电极板材料、离子交换膜、废水水质成分的对比实验研究,小试实验在11月底实验取得了初步进展。

针对离子交换膜选择开展以下实验,实验条件:阴极为石墨碳布,阳极为铁片,隔膜为阴离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,施加电压12V,运行6h,实验结果见表1-1。相同实验条件下,将隔膜换为阳离子交换膜,实验结果见表1-2,可以看出铁片做为阳极时,使用阴离子交换膜,铁板消耗较快,但砷去除率较高。如不加膜进行如上实验,则砷无法去除。

  1-1

ta
各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd Pb
原水 400.96 180.22 61.61 109.45 22.54
过滤后阴极 424.13 25.9 127.75 20.63 7.34
过滤后阳极 4.22 25.49 2411.1 2.41 5.07
去除率(% -6.83 71.48 -4020.84 78.95 44.94

  1-2

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd Pb
原水 359.12 135.23 65.7 85.93 6.21
过滤后阳极   17.38 134.57 1.58 2.46
过滤后阴极 370.69 48.61 72.51 51.01 13.77
去除率(% -3.22 51.20 -215.19 38.80 -161.35

针对电极材料进行了如下研究,实验条件:阴极为石墨碳布,阳极为铝片,隔膜为阴离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,施加电压12V,运行6h,实验结果见表1-3,由表可知,砷去除率优于阴极板为铁片,但实验中观察到铝片消耗速度极快,工业化运用中会增大运行成本。

1-3

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd Pb
原水 336.83 133.1 65.57 64.1 7.23
过滤后阳极 4.52 0.67 53.39 1.32 2.46
过滤后阴极 352.12 17.44 219.31 65.56 2.99
去除率(% -5.88 86.39 -315.89 -4.34 24.62

针对电压大小对实验效果的影响开展了如下研究,实验条件:阴极为石墨碳布,阳极为铁片,隔膜为阴离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,分别施加电压3V6V12V,运行6h,实验结果见表1-4,表1-5,表1-1。由表可知,电压大小及其电流密度是实验效果的关键。

  1-4

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd Pb
原水 282.77 128.89 59.94 59.75 10.79
过滤后阴极 284.29 85.8 76.24 52.55 11.62
过滤后阳极 1.4 21.99 5.44 1.72 3.41
去除率(% -1.03 16.37 -36.27 9.17 -39.30

  1-5

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd Pb
原水 359.12 135.23 65.7 85.93 6.21
过滤后阳极 1.37 31.96 405.3 3.48 5.39
过滤后阴极 280.28 48.07 89.11 53.31 14.65
去除率(% 21.57 40.82 -652.53 33.91 -222.71

根据以上实验结果,不论阳离子交换膜或阴离子交换膜做隔膜,使用金属电极板为电极,都将消耗电极材料,故实验设计使用碳布做阴极和阳极电极板,隔膜为阳离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,阳极加入等量稀硫酸(PH=4),施加电压12V,运行24小时,砷去除率最优效果可达82.99%,实验在11月末取得了突破性进展。

  1-6

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd Pb
原水 375.51 140.53 90.25 61.8 11.36
过滤后阳极   5.68      
过滤后阴极 288.89 18.23 415.01 70.95 49.47
去除率(% 23.07 82.99 -359.84 -14.81 -335.48

根据小试实验结果,在201512~20162月,本中心设计中试实验设备1#两套(容量14L)开展中试实验,主要针对以上小试实验结果进一步提高效率。实验条件:使用碳布做阴极和阳极电极板,隔膜为阳离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,阳极加入等量稀硫酸(PH=4),施加电压12V,持续实验时间70h,实验结果见表1-7,在45h以后砷转化率在50%左右,随着时间的增加,阴极区阳离子有跑入阳极区趋势,故停留时间不宜过长,还需通过改进电极间距,电极板材料提高电流密度,简短反应时间,提高反应效率。

  1-7

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Fe Cd
原水 521.5 410.67 120.74 22.16
阴极(18h 655.85 353.63 127.11 26.63
阳极(18h   5.44    
去除率(%   12.56    
阴极(24h 507.53 204.32 102.86 27.34
阳极(24h   26.35 4.84  
去除率(%   43.38    
阴极(45h 471.53 145.18 110.68 20.01
阳极(45h 8.06 33.11    
去除率(%   56.59    
阴极(53h 495.08 139.42 114.4  
阳极(53h   42.03    
去除率(%   55.81    
阴极(66h 437.64 112.29 96.65  
阳极(66h 12.47 71.4    
去除率(%   55.27    
阴极(70h 430.38 139.55 144.01  
阳极(70h 9.03 103.42 10.7  
去除率(% 15.74 40.84 -28.13 100.00

根据以上实验结果,3月至6月,本中心自主开发新中式实验设备2#用于后期实验研究,该设备为三级流动可循环设备(容量50L),该设备缩短电极板间距可至2mm,更换电极板为预处理石墨板,购买了可负载该设备运行的电源,经过实验设备的改装,大大增强了电流密度,当施加电流50A,在2h内可稳定处理50L废水至砷去除率90%以上,后进行了更换工作液的实验,工作液使用稀硫酸(PH=4)、氢氧化钠(PH=10)、自来水进行实验,实验结果在2h内无太大差异。

关于实验过程中产生的气体进行了检测和分析,在阴极区有氟化氢和氯化氢气体产生,在产业化设备中要注意对阴极区气体进行收集处理。

实验条件:使用石墨板做阴极和阳极电极板,隔膜为阳离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,阳极加入等量稀硫酸(PH=4),施加电压12V,持续实验时间2h,实验结果见表1-8

  1-8

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Cu Fe Cd
原水 5568.37 492.04 299.58 1177.2 349.85
阴极(1h 3484.04 83.73 24.37 735.47 124.4
阴极(2h 3232.29 8.21 0  646.12 175.17
消除率 41.95 98.33 100.00 45.11 49.93

实验条件:使用石墨板做阴极和阳极电极板,隔膜为阳离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,阳极加入等量氢氧化钠(PH=10),施加电压12V,持续实验时间2h,实验结果见表1-9

  1-9

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Cu Fe Cd
原水 1960.94 112.53 70.41 405.14 109.6
阴极(1h 1590.44 107.4 14.96 283.07 57.73
阴极(2h 1547.07 18.03 0 304.09 23.88
阴极(3h 1585.4 5.58 0 307.18 14.49
消除率 19.15 95.04 100.00 24.18 86.78

实验条件:使用石墨板做阴极和阳极电极板,隔膜为阳离子交换膜,在阴极区加入云铜锌业废水,阳极加入等量自来水,施加电压12V,持续实验时间2h,实验结果见表1-10

  1-10

各元素浓度(mg/L)
  Zn As Cu Fe Cd
原水 3028.91 307.79 107.23 531.55 175.8
阴极(1h 1773.29 23.74 4.97 332.85 40.61
阴极(2h 1630.57 18.34 0 313.88 96.21
阴极(3h 1491.98 13.88 0 275.04 14.48
消除率 50.74 95.49 100.00 48.26 91.76

至此,从中试实验研究数据上可以看出,高酸度酸性废水中含砷废水可以在不添加中和剂的情况下去除率达到90%以上,取得了突破性进展,大大降低了中和渣的二次污染。

根据前期实验结果,选取云铜锌业有限公司为示范工程建设点,设计一套20m3/d处理量的含砷废水处理工艺,8月至今,示范工程设备及安装运行已完成政府招标采购工作,目前设备正在生产建设中。

9 开展水泥窑协同处置危险废物技术研究及工程示范

该技术为中心自2005年以来一直持续投入研发的技术,水泥窑协同处置技术以其减量化、资源化等优势在危险废物处置领域得到了越来越多的认可和应用,尤其是在云南省重金属污染防控重点区域,推广水泥窑协同处置技术对于区域目标控制有着积极作用。

该技术应用示范项目“云南省利用水泥回转窑处理危险废物技术研究与示范”获云南省科技进步二等奖,且在云南省多个企业进行研究示范;已申请专利“一种由水泥回转窑处理含砷废渣的方法(201310732103.2)”。目前该技术已经成功在会泽滇北工贸有限公司(水泥厂)、云南文山壮山水泥厂、东骏水泥厂和滇西水泥厂等推广应用,计划继续在重点区域推广示范处置工程。

(四) 中心管理与对外交流合作

1 中心管理制度

云南省重金属工程技术研究中心管理主要依托《云南省环境科学研究院管理办法》,建立了《云南省重金属污染控制工程技术研究中心管理办法》、《花红洞试验基地管理办法及实验室管理规章制度》。未来3年内,中心还将建立《管理委员会和技术委员会工作制度》、《人员聘任、流动、考评和激励制度》、《科研项目管理制度》、《考核与评估制度》、《收益分配及知识产权管理制度》、《工程中心产业化管理制度》、《工程中心专、兼职科研人员聘任与管理办法》、《工程中心专、兼职人员绩效考核办法》、《工程中心科研项目管理办法》、《财务管理制度》等管理制度。

2 组织机构

工程中心建立了系统的组织管理机构,工程中心设管理委员会、学术委员会,实行管理委员会领导下的主任负责制。下设5个部门、2个基地,分别为综合办公室、环境修复部、水处理技术部、危废处理技术部、工程设计部、试验研发基地、工程示范基地。根据中心研究方向及领域,组建了重金属废水处理技术研发团队、重金属类危险废物处理技术研发团队。

3 设备及耗材采购管理

设备采购由中心报计划,经院后勤科统一公开招标采购,设备到位后,由中心、后勤科共同验收、入库,中心指定专人负责设备的领用、管理及维护

                

3-1  中心设备固定资产登记记录

中心试验耗材采购,5万元以上报后勤科招标采购,并根据院相关程序验收、领用;5万元以下由中心指定专人负责采购、验收及管理,中心内部建有验收、领用登记制度。

4 大型仪器设备共享

工程中心目前有16台仪器设备加入了云南省大型科学仪器协作共用网,设备原值约480万元,涉及分析测试设备、小试及中试试验设备等。

             

3-2  中心实验耗材验收、领料记录

5 对外开放与合作

为保障中心的先进性,工程中心进一步建立了有利于共同发展的科技平台和运营管理机制,对外实行设备资源开放、研究项目开放、学术交流开放和人才使用开放。充分开展相关学术交流和科研合作,加强消化、吸收引进技术,提高引进技术的质量和效率,通过引进后再创新,提高自身的研发能力。

为更好的完成云南省重金属污染综合防治任务,为全省重金属污染治理和管理提供技术支撑,云南省重金属污染控制工程技术研究中心与云南铜业股份有限公司建立长期战略合作关系,以云铜冶炼加工总厂为研究基地,共同开展重金属污染防控技术研发及示范研究。

为加强中心在环境修复领域场地环境评价、修复工程、技术咨询等方面的技术优势,中心与北京高能时代环境技术股份有限公司、北京建工集团有限责任公司、伊尔姆环境资源管理咨询有限公司(ERM)等环境修复公司形成了战略合作伙伴关系。通过整合各自在环境修复领域的优势,在技术、设备、市场项目等多方面开展合作,共同构筑涵盖的竞争优势,共同为云南省环境修复工作提供强有力的支持与高品质的服务。

为加强中心分析测试能力,中心2013 年与云南大学化学科学与工程学院建立了战略合作关系。作为协作单位,可补充和增强中心分析测试能力。

针对云南省重金属污染控制领域的现实需要,2015年工程中心与昆明铂锐金属材料有限公司初步建立了含砷、汞的贵金属材料产品研发战略合作关系,双方共同合作在含砷含汞的贵金属废料的深度加工,含砷、汞的贵金属材料产品研发等重金属污染控制技术全业务领域开展战略合作。双方实现优势互补,信息、资源共享,在“互惠互利,共同发展”的基础上形成合作关系,采取联合建立研究开发平台、技术转移机构或者技术创新联盟等产学研合作方式。

工程中心将继续保持较广泛的对外合作与交流关系,积极与国内外公司密切合作,广泛吸引国内外学者来工程中心进行交流,同时为工程中心的科研人员外出考察创造条件,建立科研人员请进来,走出去的交流模式。

三 取得的主要成效

(一) 主要成果

经过3年的建设,中心于201510月通过了省科技厅组织的3年阶段考核。中心共获中央财政及地方财政资金支持1943.00万元。承担有10多项国家及省级重金属污染综合防治技术研发及服务项目;同时承担企业技术研发和技术咨询服务项目80余项,其中,中心承担60余项,共建单位银发公司承担20余项;中心与共建单位银发公司以同轴电絮凝重金属废水处理技术为核心,转化科技成果5项。中心3年间共发表论文11篇,申请专利11项,其中6项实用新型专利、1项发明专利已授权,4项发明专利正在申请过程中;申报国家科技部重点新产品(同轴电絮凝废水处理设备)一项,申报1项国家重点环境保护实用技术示范工程。

经过3年的人才培养与引进,中心拥有一支研究特色鲜明、专业结构合理的高层次科研人才梯队,拥有固定人员30人以上。博士学历占中心总人数的30%、硕士学历占30%、本科学历占40%;高级职称人数达到了40%,中级职称占30%、其它占30%。同时,与云南大学、云南铜业(集团)有限公司、北京高能时代环境技术股份有限公司、北京建工集团有限责任公司、伊尔姆环境资源管理咨询有限公司(ERM)等形成了战略合作伙伴关系,形成25人以上的重金属污染控制技术研发团队。团队整体技术水平达省内领先、国内同行领先水平。

(二) 国家、省级项目承担情况

12013年中心按照计划开展各项科研任务,服务省级以上科技项目1项(有色化工行业重金属废水处理技术平台项目);共建单位银发公司承担省级项目1项(水体砷污染控制与治理技术及工程示范示范工程)。

2)服务省环保厅重大工程项目1项(云南红云氯碱有限公司污染场地综合治理工程项目前期工作);共建单位银发公司承担省环保厅重大工程项目1项(会泽者海重金属废渣清理工程)。

32014年中心按照计划开展各项科研任务,服务省级以上科研项目3项,主要为:中央环保专项资金项目1项(重金属类危险废物锍化处理工艺技术研发及中试平台建设项目);自主承担科技计划项目1项(科技创新平台建设计划项目--有色化工行业重金属废水处理技术中试平台建设项目);作为技术支撑单位,协助云南红云氯碱有限公司开展科技创新强省计划项目1项(含汞盐泥及汞污染土壤热解析处理技术研发应用)。

4)服务省本级财政项目1项(云南省历史遗留工业污染场地调查与评估);共建单位银发公司承担省环保厅重大工程项目1项(会泽县者海力士遗留金属污染综合治理—者海区域重金属污染土壤修复示范一期工程)。

52015年服务省级以上科技项目1项(有色化工行业含重金属废渣低温高效脱砷、汞技术研发平台建设);承担中央重金属污染防治专项资金项目1项(云南省含重金属复杂酸性废水深度处理技术示范工程);作为技术支撑单位,协助易门科源固废物综合利用有限公司承担中央重金属污染防治专项资金项目1项(含砷、汞废物高效处理处置技术示范工程);承担省本级财政项目1项(云南省工业污染场地调查与评估)。

62016年,深入推进云南省含重金属复杂酸性废水深度处理技术示范工程、含砷、汞废物高效处理处置技术示范工程,完成了小试、中试试验。目前,两个项目均已进入工业化试验设备安装、调试阶段,2项发明专利正在申请中,部分试验成果正在总结过程中。


3-1  国家、省级项目承担情况

序号 项目名称及编号 项目主管部门 项目内容 项目经费
(万元)
完成时限 进展情况 备注
序号 项目名称及编号 项目主管部门 项目内容 项目经费
(万元)
完成时限 进展情况 备注
1 云南省重金属污染控制技术创新平台建设 (云南省重金属污染控制工程技术研究中心)(2013DH008 云南省科技厅 建设云南省重金属污染控制工程技术研究中心,完成重金属污染控制技术研发5项,组建重金属污染控制技术研发团队,提交重金属污染控制技术成果,进行成果转化。 150.00 201210-201512 完成,顺利通过省科技厅3年阶段考核 共建单位为银发公司
2 云南省有色化工行业重金属废水处理技术中试试验平台(2013DA003 云南省科技厅 建设云南省有色化工行业重金属废水处理技术中试试验平台,完成研发任务3项,组建重金属废水处理技术研发团队,提交重金属污染控制技术成果,进行成果转化。 120.00 20136-20166 正在进行,目前已完成了以电絮凝为核心的重金属废水处理技术研发,并实现成果转化5 共建单位为银发公司
3 云南省重金属污染控制工程技术研究中心中试平台建设 云南省财政厅 提升云南省重金属污染控制工程技术研究中心研发实力,完善试验基地基础设施建设,新增配套试验设施、重金属污染控制技术研究小试设备、专业试验分析设备、重金属废水处理技术中试设备等。 230.00 201310-201412 完成  
4 水体砷污染控制与治理技术及工程示范示范工程 环境保护部南京环境科学研究所 配合水专项水体砷污染控制与治理技术及工程示范示范工程,开展示范工程建设。 125.17 20133-20143 完成 共建单位银发公司为项目承担单位
5 云南红云氯碱有限公司污染场地综合治理工程项目前期工作 云南省环保厅 作为技术支撑单位,受云南红云氯碱有限公司委托,开展含汞盐泥、汞污染土壤、废水处理等技术研发,并编制《云南红云氯碱有限公司含汞盐泥处理工程实施方案》。 350.00 2013 完成  
6 会泽者海重金属废渣清理工程 云南省环保厅 中心与滇北工贸水泥有限公司合作,将水泥窑共处置技术成果转化为实际项目,协同处置会泽者海含重金属废渣。 299.65 2012-2013 完成 共建单位银发公司为项目承担单位
7 重金属类危险废物锍化处理工艺技术研发及中试平台 云南省环保厅 建设重金属类危险废物锍化处理工艺技术研发及中试平台,完成2项研发任务,提交技术研发成果,完成重金属类危险废物锍化处理中试试验 400.00 2014-2015 正在进行,预计20166月前完成  
8 云南省历史遗留重金属污染场地调查 云南省环保厅 开展云南省历史遗留重金属污染场地调查,摸清云南省历史遗留污染场地底数,并对场地环境风险进行分级评估,编制调查报告 80.00 2014-2015 完成,已提交调查报告待验收  
9 含汞盐泥及汞污染土壤热解析处理技术研发应用 云南省科技厅 协助云南红云氯碱有限公司开展含汞盐泥热解吸处理技术研发及中试试验研究 190.00 2014-2016 完成科技计划项目申报任务,需正在进行,推进难度较大,暂无进展 云南红云氯碱有限公司为项目承担单位
10 会泽县者海力士遗留金属污染综合治理—者海区域重金属污染土壤修复示范一期工程 云南省环保厅 开展会泽者海区域重金属污染土壤修复技术研发,并开展土壤修复示范工程 900.00 2014-2016 正在进行 共建单位银发公司为项目承担单位
11 有色化工行业含重金属废渣低温高效脱砷、汞技术研发平台建设 云南省科技厅 建设有色化工行业含重金属废渣低温高效脱砷、汞技术研发平台,完成研发任务3-5项,提交科技成果,开展成果转化及示范工程建设 20.00 201510-201812 正在进行  
12 云南省工业污染场地调查与评估 云南省环保厅 开展云南省工业污染场地调查,摸清云南省工业污染场地底数,并对场地环境风险进行分级评估,编制调查报告 120.00 2015-2016 正在进行  
13 云南省含重金属复杂酸性废水深度处理技术示范工程 云南省环保厅 采用国内外较为新进的扩散渗析、反渗透、石墨布、连续离子交换、电絮凝、正渗透、微鼻滤料吸附等技术,集成经济效果较好的水处理技术工艺,开展含重金属复杂酸性废水深度处理及微鼻陶瓷滤料深度处理重金属废水验证对比试验。有效实现酸回收,减少废水处理中和渣的产生,出水实现深度处理 665.00 201510-201612 正在进行  
14 含砷、汞废物高效处理处置技术示范工程 云南省环保厅 项目通过对省内大中型企业砷、汞废物处置现状及历史遗留含砷废物开展调研,掌握我省含砷、汞废物处理技术、总量与废物砷、汞含量范围等关键数据,依托云南省重金属污染控制工程技术研究中心,采用自主研发的高效脱砷、汞技术,开展验证性工业试验,解决工业化关键技术问题。在云南易门科源工业固体废物综合利用有限公司建设技术示范工程。 585.00 201510-201612 正在进行 云南易门科源工业固废物综合利用有限公司为项目承担单位
15 文山州西畴县岔河、麻栗坡县南汀历史遗留砷渣水泥回转窑协同处置工程实施方案 云南省环保厅 作为项目支撑单位,提供水泥窑协同处置含砷废物关键技术咨询,开展文山州历史遗留砷渣水泥窑协同处置工业试验,并编制项目实施方案 30.00 2012-2013 完成  
16 利用水泥窑协同处理城市生活垃圾可行性研究报告   作为项目支撑单位,提供水泥窑协同处置关键技术咨询,开展工业试验,并编制项目可行性研究报告 12.00 2011-2012 完成  
17 阳宗海砷污染表土水泥窑协同处置项目 云南省环保厅 作为项目支撑单位,提供水泥窑协同处置含砷污染表土关键技术咨询,开展工业试验,并编制项目实施方案 / 2009-2011 完成  


(三) 论文发表及专利申请

中心2012-2015年,发表论文11篇;申请专利11项(见表3-4),其中6项实用新型专利已授权,1项发明专利已授权,1项发明专利已申请公布,2项发明专利申请公开,1项发明专利正在申请中。

3-4  申请(授权)专利

序号专利名称申请人发明人专利号
(申请号)
发明
类型
申请日
(授权日)
法律
状态
序号专利名称申请人发明人专利号
(申请号)
发明
类型
申请日
(授权日)
法律
状态
1 同轴电絮凝水处理系统 云南银发绿色环保产业股份有限公司 魏东 CN202594732 U 实用新型 2012.12.12 已授权
2 一种由水泥回转窑处理含砷废渣的方法 云南省环境科学研究院 吴学勇
张涛
尚江涛
 
201310732103.2 发明专利 2013.12.27 已授权
3 一种重金属固化剂及使用该重金属固化剂固
化稳定化土壤重金属的方法
云南省环境科学研究院 吴学勇
张涛
尚江涛
 
201310732102.8 发明专利 2013.12.27 2014430日,已申请公布
4 一种烟气脱硫装置 云南银发绿色环保产业股份有限公司 马祝平 ZL201320425625.3 实用新型 2013.12.18 已授权
5 一种同轴电絮凝污水处理器内管 云南银发绿色环保产业股份有限公司 魏东
杨剑
魏莉
ZL201320656322.2 实用新型 2014.4.9 已授权
6 一种同轴电絮凝污水处理器内管 云南银发绿色环保产业股份有限公司 魏东
朱文涛
马可
ZL201320655832.8 实用新型 2014.4.9 已授权
7 一种同轴电絮凝污水处理系统 云南银发绿色环保产业股份有限公司 魏东
张瑾
杨剑
ZL201320657147.9 实用新型 2014.4.9 已授权
8 一种同轴电絮凝污水处理系统的缓冲池 云南银发绿色环保产业股份有限公司 魏东
朱文涛
ZL201320657124.8 实用新型 2014.7.2 已授权
9 一种高砷砷钙渣重金属砷固化稳定化剂及使用方法 云南省环境科学研究院 吴学勇张涛
牛学奎
尚江涛
周曼
201410697331.5 发明
专利
2014.11 已申请公开
10 一种含汞污染物中汞的脱除装置及方法 云南省环境科学研究院   姬成岗 王金华
  毕廷涛涂学炎
201610792669.8 发明专利 2016-08-31 受理
11 一种离子膜电解处理含砷废水的方法 云南省环境科学研究院   涂学炎   
 
 
毕廷涛
  发明专利 201612 正在申请

(四)云南省重点企业重金属污染控制调研

为准确把握我省重金属污染控制技术需求,在长期从事重金属污染控制工程技术咨询的基础上,中心于2014-2016年历时3年对我省六个典型有色化工企业开展重金属技术需求调查调研,通过调研把握共性、难点问题,主要调查调研结论如下:

1、发生重金属污染风险的主要因素为高毒性低价值重金属废物和高浓度重金属废水;

2、主要风险元素为砷、汞、镉、铅等一类污染元素;

3、主要重金属污染元素在几个重要环节存在管理和技术风险:生产过程富集收集率过低、重金属废物处理处置未达到国家规范要求;重金属危险废物降级管理;重金属废水处理工艺技术落后、成本高并产生大量二次低价值重金属危险废物;

4、全省一类污染元素危险废物处处置深度明显偏低。

以砷为为例,6个企业原燃材料输入砷总量约7000吨,火法渣正常残存约2500吨(35.71%),其余砷进入烟尘、污泥、少量进入产品和排放,应有4000左右的砷是以含砷危险废物的形式产出,处理后应产出近4500吨三氧化二砷或4000吨金属砷,我们调查发现,6个企业以危险废物形式输出的砷总量不足2000吨,更没有等级三氧化二砷和金属砷产出。管理风险和技术缺陷显而易见。

因此,重金属工程中心重点技术研发方向应在重金属类危险废物的无害化处置资源化处理及复杂成分


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