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本成果提出了一種燃煤過(guò)程中砷、硒、鉛等重金屬的控制技術(shù)。本成果采用了“科學(xué)問(wèn)題突破—關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)—裝備開(kāi)發(fā)與集成—示范工程”的技術(shù)路線，基于“形態(tài)定向轉(zhuǎn)化并固定”思想，將爐內(nèi)與尾部調(diào)控技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)細(xì)顆粒態(tài)和氣態(tài)重金屬向粗顆粒態(tài)和易溶態(tài)轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠不同濃度重金屬高效控制。 該技術(shù)與超低排放技術(shù)互補(bǔ)，具有模塊化、可移植性強(qiáng)的特點(diǎn)，既可單獨(dú)使用，又可以組合使用來(lái)滿(mǎn)足煙氣特點(diǎn)和排放需求。模塊化特點(diǎn)使其燃料、爐型、工況和成本適應(yīng)性強(qiáng)，不僅適應(yīng)不同煤種，還適應(yīng)生物質(zhì)、污泥、城市生活垃圾等燃料的耦合摻燒；不僅適應(yīng)煤粉爐，也適應(yīng)流化床等爐型；不僅適應(yīng)電力行業(yè)，也可拓展至非電行業(yè)。 圖1 燃煤重金屬控制總體思路 圖2 尾部煙氣重金屬?gòu)?qiáng)化脫除技術(shù)體系 圖3 重金屬控制技術(shù)工程應(yīng)用示范 【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】 現(xiàn)有燃煤電廠重金屬控制多采用超低排放技術(shù)（低低溫電除塵、電袋除塵、濕式電除塵、脫硫增效、SCR催化劑等）實(shí)現(xiàn)重金屬的協(xié)同控制，但重金屬污染物含量范圍寬，形態(tài)復(fù)雜，使得超低排放技術(shù)對(duì)重金屬的捕集普適性和協(xié)同控制能力不強(qiáng)，適用性差。 本技術(shù)針對(duì)煤中重金屬濃度、種類(lèi)差異，基于“轉(zhuǎn)化與固定”思路，將爐內(nèi)與尾部調(diào)控技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)重金屬由細(xì)顆粒態(tài)、氣態(tài)向粗顆粒態(tài)、高毒性向低毒性轉(zhuǎn)變，技術(shù)選擇性強(qiáng)，針對(duì)不同重金屬特征的煙氣構(gòu)建模塊化控制策略，實(shí)現(xiàn)重金屬污染物的高效低成本控制。

技術(shù)成熟度：技術(shù)突破 本成套設(shè)備，以電供暖的各個(gè)電暖氣為控制對(duì)象，以建筑內(nèi)不同房間不同區(qū)域的取暖溫度為控制參數(shù)，自下而上，組成了由單片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制器（控制室單獨(dú)使用PLC控制器）、PLC中間層算法控制器、工控機(jī)為上位機(jī)構(gòu)成監(jiān)控界面的DCS控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)分散控制集中管理的控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)的目的在于替換傳統(tǒng)水暖系統(tǒng)，利用合理科學(xué)的軟件算法，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、減排的效果。設(shè)備兼具教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、科研及實(shí)用的功能。 成果技術(shù)特點(diǎn)：本套裝置由四個(gè)單片機(jī)組成現(xiàn)場(chǎng)控制器，一個(gè)PLC組成的控制室控制器，與中間層面的S7-300PLC控制系統(tǒng)，以及頂層監(jiān)控層的工控機(jī)裝置，統(tǒng)一安裝到了一個(gè)整體的平臺(tái)上。此平臺(tái)便于實(shí)地集中實(shí)驗(yàn)、研究，也有利于集中編程與項(xiàng)目演示。 圖1 設(shè)備實(shí)物圖 圖2 為智能控制系統(tǒng)電腦操作界面

針對(duì)礦區(qū)地表徑流和河道的重金屬污染問(wèn)題，結(jié)合礦區(qū)流域特點(diǎn)，在礦區(qū)徑流匯集區(qū)構(gòu)建以改性生物質(zhì)材料、天然礦物以及甲殼質(zhì)和微生物為填充材料三級(jí)攔截箱，當(dāng)?shù)乇韽搅髁鹘?jīng)攔截箱時(shí)，在填料和微生物的共同作用下，吸附徑流中重金屬離子，實(shí)現(xiàn)地表徑流中重金屬有效削減。在河道構(gòu)建挺水、浮水和沉水植物搭配的水生植物修復(fù)帶，并輔以自主研發(fā)的生態(tài)浮床，利用不同植物對(duì)各重金屬的富集特征及各植物間的協(xié)同強(qiáng)化作用，構(gòu)建水生植物生態(tài)削減緩沖屏障，以進(jìn)一步削減河道水體重金屬。通過(guò)濱岸攔截溝和河道植物修復(fù)帶，實(shí)現(xiàn)河道水體中重金屬 V、Cr、As、Cd、Pb、Hg 濃度穩(wěn)定低于地表 II 類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

        技術(shù)成熟度：技術(shù)突破         針對(duì)船舶機(jī)械設(shè)備減振降噪需求，提出了結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息作為性能指標(biāo)的主動(dòng)減振控制策略。解決了船舶復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下，主動(dòng)減振技術(shù)“減振不一定降噪”的難題。攻克超低頻、高出力密度主動(dòng)減振系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析方法和設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了系列化的電磁式作動(dòng)器和主被動(dòng)復(fù)合減振器，應(yīng)用于船舶主機(jī)、輔機(jī)和管路系統(tǒng)振動(dòng)抑制。突破了現(xiàn)有主動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)低頻作動(dòng)能力的瓶頸，發(fā)明了準(zhǔn)零剛度作動(dòng)器，有效覆蓋國(guó)外探測(cè)技術(shù)的頻率下限，解決了新一代船舶對(duì)超低頻線譜振動(dòng)和水下輻射噪聲控制的迫切需求。提出了穩(wěn)定性高、收斂速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)的主動(dòng)減振核心控制算法并形成工程應(yīng)用軟件。突破了參考輸入線譜增強(qiáng)、多頻振動(dòng)均衡控制、控制輸出飽和抑制等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)，解決了主動(dòng)減振技術(shù)實(shí)船應(yīng)用的穩(wěn)、快、準(zhǔn)的難題。研發(fā)了首套兼具工作過(guò)程自監(jiān)測(cè)、運(yùn)行故障自診斷、控制效果自評(píng)估功能的集成化、模塊化主動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振系統(tǒng)100%國(guó)產(chǎn)化。解決了船舶機(jī)械設(shè)備主動(dòng)減振系統(tǒng)關(guān)鍵部件自主可控難題。         意向開(kāi)展成果轉(zhuǎn)化的前提條件：船舶機(jī)械設(shè)備減振降噪

在十月召開(kāi)的十七屆五中全會(huì)上，黨中央多次強(qiáng)調(diào)了：“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)；發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，加大環(huán)境保護(hù)力度，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)體系建設(shè)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。”這說(shuō)明，當(dāng)前我國(guó)環(huán)境治理工作的重要。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，除了資源節(jié)約，更重要的是環(huán)境友好，因?yàn)檫@涉及到子孫后代的健康和國(guó)民身體素質(zhì)的優(yōu)劣。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境的污染越加嚴(yán)重，特別是有毒重金屬的污染不僅蔓延到江河湖泊地下水，也已滲入到植物、動(dòng)物，因此通過(guò)食物、藥物已影響到國(guó)民的健康及生命。有毒重金屬污染的治理較為理想的方法是：即可去除污染的重金屬，使污染的水達(dá)標(biāo)排放；又可將重金屬資源循環(huán)再利用；其三，用以處理重金屬的材料也可循環(huán)多次使用，從而達(dá)到“三循環(huán)”，實(shí)現(xiàn)最大資源化。本成果可根據(jù)具體污染源，設(shè)計(jì)專(zhuān)一性的重金屬離子吸附材料，該材料可高效專(zhuān)一性吸附所涉重金屬離子，使污染水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放后，所吸附的重金屬離子可選擇性解吸附使重金屬離子資源回收再用，而所用吸附材料也可再生重復(fù)使用。應(yīng)用領(lǐng)域: 廢水中重金屬離子的吸附與回收利用

針對(duì)分布式風(fēng)光發(fā)電在配電網(wǎng)中的高比例接入態(tài)勢(shì)，源荷存在時(shí)空不匹配特性，導(dǎo)致功率倒送和節(jié)點(diǎn)過(guò)電壓等問(wèn)題，面向電網(wǎng)網(wǎng)架相對(duì)薄弱地區(qū)，開(kāi)展考慮風(fēng)光發(fā)電不確定性的儲(chǔ)能的選址定容研究，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行方式下儲(chǔ)能的優(yōu)化配置；提出基于有功/無(wú)功電壓控制分區(qū)的新型配電系統(tǒng)電壓控制策略，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電壓的分散式與集中式協(xié)同控制，滿(mǎn)足高滲透率風(fēng)光并網(wǎng)場(chǎng)景下的電能質(zhì)量要求。

利用農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)重金屬污染農(nóng)田土壤的安全和高 效利用，工礦污染區(qū)土壤重金屬等污染物的生態(tài)阻斷，降低和消除重金屬的環(huán) 境毒害效應(yīng)。我國(guó)重金屬污染面積占耕地面積 20%以上，工礦企業(yè)場(chǎng)地污染嚴(yán)重。 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)環(huán)境意識(shí)不斷提高，污染治理和土壤保護(hù)工作將日益受到 各級(jí)政府和廣大人民群眾的重視，重金屬污染土壤生態(tài)工程治理技術(shù)（綠色原 位修復(fù)）將具有廣闊的應(yīng)用前景。 技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：重金屬污染物年度年均下降 5%以上；土壤質(zhì)量和生產(chǎn)潛 力得到恢復(fù)；生產(chǎn)效益（產(chǎn)值）比治理前提高 15%以上。綠色技術(shù)，治理與利用 同步，阻斷污染危害，保持和提高土壤生產(chǎn)效率。 

成果重點(diǎn)研究了污染土壤修復(fù)功能材料的高效性、配伍性、穩(wěn)定性和實(shí)用性等問(wèn)題。針對(duì)As、Sb污染土壤，以白炭黑為基體，開(kāi)發(fā)了生物型鐵基材料，其作用機(jī)制主要包括：表面絡(luò)合、靜電吸附、配體交換、氧化還原；針對(duì)Pb、Cu、Zn、Cd復(fù)合污染土壤，以高嶺土/白炭黑為基體，開(kāi)發(fā)了生物型硫化零價(jià)鐵材料，其作用機(jī)制主要包括：離子交換、吸附、沉淀、礦化、表面絡(luò)合；針對(duì)As、Sb、Zn、Ni、Cu復(fù)合污染土壤，以赤泥為基體，開(kāi)發(fā)了含磷型修復(fù)材料，其作用機(jī)制主要包括：離子交換、吸附、表面絡(luò)合；針對(duì)Pb、Cu、Zn、Cd復(fù)合污染貧瘠土壤，以硼砂為原料，開(kāi)發(fā)了含硼型修復(fù)材料，其作用機(jī)制主要包括：離子交換、吸附、表面鰲合；針對(duì)多金屬（Cd、Pb、Cu、Zn、Sb、As等）復(fù)合污染土壤，以白炭黑為載體，以配位、螯合、礦化沉淀、靜電吸引等作用機(jī)制為導(dǎo)向，通過(guò)多種配方的優(yōu)化組合，已開(kāi)發(fā)出適用不同污染行為的穩(wěn)定化材料。 目前已完成污染土壤修復(fù)示范基地2個(gè)。對(duì)東安縣金江流域銻礦區(qū)周邊銻、砷污染土壤采用生物性白炭黑材料和硫酸鹽還原菌協(xié)同穩(wěn)定化修復(fù)后，銻的穩(wěn)定化率達(dá)到53.13%-92.03%，砷的穩(wěn)定化率達(dá)到52.36%-70.9%；對(duì)水口山鉛鋅煤礦區(qū)周邊多金屬?gòu)?fù)合污染土壤采用含硼型白炭黑材料和紅麻聯(lián)合修復(fù)后，土壤中重金屬含量分別降低為：Cd，75.46%、Pb，60.54%、Cu，57%、Zn，59.29%、As，44.57%，Sb，21.12%。 成果研制的穩(wěn)定化材料具有高效的重金屬穩(wěn)定化效果，且能夠顯著提升農(nóng)作物產(chǎn)量和抗逆性能；同時(shí)白炭黑材料施入土壤可以增加土壤活性硅含量、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤通透性、提高土壤水肥涵養(yǎng)能力等。

項(xiàng)目所在公司為天津華清環(huán)宇環(huán)保科技有限公司，公司為一家綜合型環(huán)保企業(yè)，公司目前與中國(guó)華冶科工集團(tuán)以及天津大學(xué)簽署三方戰(zhàn)略合作協(xié)議，搭建產(chǎn)學(xué)研基地從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，可以幫助KGMB材料更好的推向市場(chǎng)。 一、項(xiàng)目進(jìn)展 已注冊(cè)公司運(yùn)營(yíng) 二、企業(yè)信息 企業(yè)名稱(chēng) 天津華清環(huán)宇環(huán)保科技有限公司 企業(yè)法人 史全濱 注冊(cè)時(shí)間 2015.12.28 注冊(cè)所在省市 天津 組織機(jī)構(gòu)代碼 91120118MA07863298 經(jīng)營(yíng)范圍 水處理技術(shù)咨詢(xún)、廢水設(shè)計(jì)施工、污水處理設(shè)備制造、安裝調(diào)試及污水處理廠專(zhuān)業(yè)化運(yùn)營(yíng)（EPC、BOT、PPP）; 大氣治理技術(shù)研發(fā)與技術(shù)服務(wù)、產(chǎn)品設(shè)備制造及安裝調(diào)試； KGMB吸附材料研發(fā)生產(chǎn)； 電子廢棄物回收再利用； 粉煤灰固體資源化再生。 企業(yè)地址 天津市津南區(qū)咸水沽鎮(zhèn)海棠眾創(chuàng)大街中科國(guó)際科創(chuàng)園B座底商3-203 獲投資情況 無(wú) 三、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專(zhuān)業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 史全濱 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2013.9/- 張媛 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2017.09/2020.1 田婧 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2017.09/2020.01 蘇紅 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2018.09/2021.01 劉思彤 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2019.09/2022.01 張盛世 機(jī)械學(xué)院 2018.09/2021.03 四、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專(zhuān)業(yè) 職務(wù)/職稱(chēng) 研究方向 劉洪波 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 黨委書(shū)記 城市水環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化、環(huán)境技術(shù)評(píng)估評(píng)價(jià)、環(huán)境規(guī)劃管理、水處理吸附材料 五、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 目前工業(yè)廢水中的重金屬污染問(wèn)題非常嚴(yán)峻，而市場(chǎng)上的主流吸附材料是以活性炭為主，但是活性炭暴露出了諸多的問(wèn)題，比如吸附效率低，通常只有70%,容易產(chǎn)生二次污染，不可以循環(huán)使用，針對(duì)于這些痛點(diǎn)問(wèn)題，我們公司研發(fā)生產(chǎn)了KGMB吸附材料，可以完全替代目前市場(chǎng)上的活性炭材料。 KGMB材料相比于傳統(tǒng)的吸附材料具有諸多優(yōu)勢(shì)： （1）原料來(lái)源廣泛，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，節(jié)約成本，綠色環(huán)保； （2）吸附效果較其他類(lèi)型吸附材料更好，更高效，有更好的市場(chǎng)； （3）表面改性后可去除特定污染物、以及難以處理的重金屬等； （4）可再生循環(huán)，使資源最大化利用； （5）對(duì)重金屬離子的吸附量可以?xún)?yōu)化條件得到提升。 項(xiàng)目所在公司為天津華清環(huán)宇環(huán)保科技有限公司，公司為一家綜合型環(huán)保企業(yè)，公司目前與中國(guó)華冶科工集團(tuán)以及天津大學(xué)簽署三方戰(zhàn)略合作協(xié)議，搭建產(chǎn)學(xué)研基地從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，可以幫助KGMB材料更好的推向市場(chǎng)，同時(shí)我公司目前已與天津華冶設(shè)計(jì)院聯(lián)合成立天津華冶設(shè)計(jì)院津南分院，津南分院的成立將使得企業(yè)資源平臺(tái)更加豐富，方便對(duì)接各大型企業(yè)，深耕KGMB材料的市場(chǎng)空間。

成果介紹重金屬離子污染是影響人類(lèi)生命健康及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題之一。方便、快捷低成本的重金屬離子檢測(cè)方法及裝置的研發(fā)仍然是分析化學(xué)及儀器分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的低成本紙基微流控芯片逐漸引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注，如何將紙基微流控芯片負(fù)載熒光染料后用于高通量篩查水質(zhì)中的重金屬離子，并且可以方便快捷的分析檢測(cè)結(jié)果仍然是一大難題。基于上述挑戰(zhàn)，本項(xiàng)目擬研制基于紙基微流控芯片重金屬離子檢測(cè)集成裝置，并建立相關(guān)分析方法及分析標(biāo)準(zhǔn)曲線。在檢測(cè)的過(guò)程中紙基微流控芯片可以顯示不同強(qiáng)度的熒光和顏色，然后利用智能手機(jī)通過(guò)集成裝置捕獲光學(xué)信號(hào)，最后通過(guò)建立的分析曲線快速分析樣品中重金屬離子的含量。從而實(shí)現(xiàn)重金屬離子高通量快速篩查與定量分析。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及參數(shù)本項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于使用紙基微流控芯片成本較低；負(fù)載熒光染料后分析快捷方便無(wú)需樣品預(yù)處理；熒光染料熒光強(qiáng)度及顏色變化明顯靈敏度高；使用微型集成裝置及智能手機(jī)捕獲光學(xué)信號(hào)可現(xiàn)場(chǎng)快速分析檢測(cè)；集成裝置可通過(guò)3D打印制作費(fèi)用較低；檢測(cè)過(guò)程無(wú)需大型儀器操作簡(jiǎn)單能耗低等。現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)是野外水質(zhì)重金屬離子污染檢測(cè)的需求之一，利用研發(fā)的集成裝置搭載微型電源即可完成野外現(xiàn)場(chǎng)的快速檢測(cè)，通過(guò)預(yù)先建立的分析標(biāo)準(zhǔn)曲線可定量檢測(cè)水體中的重金屬離子含量。另外如果開(kāi)發(fā)分析軟件，建立手機(jī)內(nèi)部的分析應(yīng)用程序即可完成用手機(jī)獲取光學(xué)信號(hào)后直觀方便的讀出分析數(shù)據(jù)，可以快速方便的分析較大的樣品量。市場(chǎng)前景目前重金屬離子檢測(cè)主要依賴(lài)大型儀器分析，存在樣品預(yù)處理繁瑣、分析儀器操作復(fù)雜、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)和無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等缺點(diǎn)。本項(xiàng)目研發(fā)的基于紙基微流控芯片重金屬離子檢測(cè)集成裝置可彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)方便、快捷、低能耗、低成本的高通量快速分析檢測(cè)的目標(biāo)，并可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用。這一裝置將為野外的水質(zhì)重金屬離子污染檢測(cè)提供方便快捷的檢測(cè)策略。