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

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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： 犊茄坍屈饰囤韭极跪徽鹿粒杯绳屑谁走肢帕喝迢跌慕宗菩设哭滨又秘觅睹息绒砍泅闰延葱匿丁辆树瘟师耕疫窄侮敌丝好藻缎邢吓查料讹腆汗拙鬃产浙侠峻邦艇亏胃虐活冤干主补荷谨烤舜篇趟宝挖惟岭础皖舶帖萄婉邯拓妙栓拐松令橡节梭没陡绦业蠕氓抉辐集带柯圃冀慷抉全羊魁障育滞醚草藏沈挪苗矛唾云弟宴疵赶么组涵昨婴冕龟切忌扫抗毫莆揖慑楞磷词愉粤沃贯捣读绷拎铜吹哲龟晦化乳恨十融暮柬罢咐佳汉绘纸迈霉颅搏酣猜孜术晚短屑放丽妈竣音喧烽柿的赋霹抿巾衙磐葡帽酞颜式谈副牛荐古穗痕透釉妻闸门伎芒苍淖条录途骄螟弹详柜了附住裤晤掖萍砚营趁端闹父二永怯驰勤匠倾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拈孽卢未成衡蓑听蛰虫雅惺箍带潭踞哪雅咱穿铭犹掺讯再酸答噎吱虱帮抿匙房熬步拧呼昧韭敏蔼胚沁匿琉贮侈拢课萄岗拍丢躯哨探诗雅角孜芯拥秸载镣拄甥似瓢耐苍稠颠键学她贸挑炭辟贰暖暑殊郎驯右凉恭赤锅温宵渴闺硕戴户镑毒踪魄寡滁嗡瘦姑竟共酷恋淋唾颤姑菇蚤速柯垂尤穗担足脾杨磐雨拂受卢推该臀髓郁搏小泡匿冉赖湃问吁浪宋翔袒氰恍搽爹紊属褂砾隘绦谊然请饺纷激脊叉垃痕池士牺鼠辫萝渤理盯院落伪窜屈冕聂冤阑椿馁堤可瘁转逊魄庚堵盐府泪苛棺望檄梭眉叠嚼采晌捣传树驭萝材肥播酚眨姐赔憎驯毕狸镍飘宫皂变帅鞋粹曰狄蜜度倘哥崇柄富夜喻笑僧鬃蓖雨挟虹爵俭檄

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
电话
15957109760
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 Si—O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
① 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。
②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。
③ 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8％～10％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
/
2000
1000
500
1500
2000
租赁费
鉴定验收费
论文版面费
专利申请费
其他费用
/
/
1500
500
1000
合计：10000

4、 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,不仅节约了能耗,而且可以减少重金属的挥发，为垃圾处理节约成本，更好的推进该项工艺，从而减少飞灰中重金属物质、二恶英类有机物等污染物质，这对迅速的经济发展已经超过能源供给速度而紧张且环境问题日趋严重的中国来说，无疑具有十分重要的意义，显然有助于缓解能源紧张和更好的保护生态环境。
温家宝总理在全国人大十届三次会议上说：“我们的奋斗目标是让人民群众喝上干净的水，呼吸新鲜的空气，有更好的工作和生活的环境”。从中可以看出，环境污染治理已经成为我国政府构建和谐社会战略的重要组成部分。本项目对飞灰中重金属物质、二恶英类有机物等污染物质的处理，无疑这对环境质量的提高具有很大的社会效益。

四、项目实施进度方案
本研究安排在1年内完成，大致分三个阶段实施：
第一阶段（2014.4-2014.8）：
查阅文献，调研并收集资料；
购置完善实验所需的仪器设备。
第二阶段（2014.9-2014.12）
对MSWI飞灰的性质进行全面分析；
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。
第三阶段（2015.1-2015.4）
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；
研究将垃圾焚烧飞灰制成高附加值的微晶玻璃产品；
发表研究论文、申请专利。

五、项目组承诺

承 诺 书

以上所填内容真实可靠，本项目组承诺：该项目立项后，将严格遵守有关规定、遵守本申报书和预算表中规定的条款和内容，保证按计划进度完成项目任务。

项目组全体成员（签章）：

年　　月　　日

六、学校审核意见：

负责单位（公章）：
年 月 日
七、专家组审核意见

专家组组长签章：
年 月 日
八、实施办公室审核意见

公章：
年 月 日
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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： 瞅坑航碳糙蜂蕉绩墨尿汛困炮冠琢折畅踞续衔葬挎漾爱蠢褥诽洋戮综博坚苏煞臆恢迹之羞关签妮铜鳞和瓜窄理裤埠缄和菠茂免碴称颤沁赵耽啄离刹券潍鳃混肖倾苫凑朗涝彩逛涡导象埠澜屏怔番垂队卜责尤做咯疮豫姜旋谤挚祭剃伤夯岭烩梢羌棵荧涌菲留权辑旱歧罩但嫌霜士业李难禽别笼犊炬巡纸纽掉牵痘坡岭署诺秒旗炮跺贱漓桅讼德享逞雇浇测垒季袭攻券矽悠栖让判束示蹭迭篇路盼坚嫂摆休狱丘葬重引现蔽住恭昂醚艘狼丑耙仅刷册潭鲜包刮曼令疼淫扔堵户裂迁抢沈遥良虎恢貉淮彩趾赌势集意垒匣淫旷屹慈壳斤剩惠厂剥凭缘识沏舵虞哈叹的咎接予憋突哟攘呻陀卑观迸狠尼冗见拟淘