共生产业链毒害元素迁移转化机理及模型研究

本项目针对毒害元素沿共生产业链迁移转换而导致环境污染复杂化、多样化的问题，在国内外已有研究和课题组前期研究成果的基础上，首先建立共生产业链接物质流分析方法。基于该方法，依托高铝粉煤灰多联产共生产业链，研究产业链接毒害元素迁移转换关键驱动因素删选方法，进而研究高铝粉煤灰提取氧化铝多联产共生产业链毒害元素迁移转换驱动力分析方法，包括物质流驱动力方向和大小的核算方法；结合高铝粉煤灰多联产产业链中预脱硅、提氧化铝、提镓等关键节点处动力学机理的研究，分析上诉关键节点处毒害元素迁移转换的驱动因素和驱动力模型，通过对各关键节点驱动力模型的耦合，建立高铝粉煤灰多联产共生产业链毒害元素迁移转化模型，为建立高铝粉煤灰多联产共生产业链环境污染源头消解、过程控制、末端治理一体化的清洁生产技术体系提供理论和方法支撑。

围绕项目预定的研究内容与研究目标，研究过程首先重点开展了以产业共生系统物质流、能量流耦合关系为研究对象的工业园区产业链接物质流分析方法的研究，形成了基于Bottom-Up及企业PIOT的IPMFA方法体系，有别于传统MFA Top-Down的建模方式，进一步参考宏观物质流分析方法，建立了工业园区产业链接物质流分析的指标体系。.针对我国特色钒钛磁铁矿的多资源综合利用过程，本项目基于IPMFA方法，建立了基于物质流过程的钒元素流分析框架，并完成了2008-2010年我国钒元素的分析，结果表明：2008-2010年我国社会系统钒资源消耗量分别为249.4kt、233.9kt、278.9kt，净存量分别为18.9kt、17.3kt、21.2kt；钒产业整个生产过程的环境影响指数分别为10.2、9.3、10.0。.针对近年来我国西部地区高铝粉煤灰利用模式的发展，项目研究过程与内蒙古大唐再生资源等企业合作，开展了高铝粉煤灰铝硅镓多资源利用过程重金属元素迁移模型研究与产业链风险控制方案及控制平台的试点工作。研究过程首先对粉煤灰中重金属分布进行了分析，发现铅、铬等重金属元素是粉煤灰利用过程需重点关注的污染源。进而本研究利用IPMFA方法，通过对企业DCS数据、质检数据的定向抽提，结合化学分析的方法，刻画了高铝粉煤灰铝硅镓多资源利用过程铝、硅、铅、铬等元素的流动过程，分析各个元素的主要环境排放界面。研发发现铅、铬等重金属元素主要沿预脱硅-烧结-溶出-赤泥这一路径迁移，最终大部分进入赤泥，少量随烧结烟气排出，因此为控制铅、铬等元素对大气环境的直接污染，重点需控制烟气中粉尘的排放，提高含铅粉尘的除尘效率。同时应该开发赤泥资源化利用技术，预防赤泥堆存过程中的重金属污染。.针对共生产业链环境风险与产业链稳定性风险控制的需求，研究过程形成了共生产业链风险控制方法，建立了以共生产业链为研究对象，以产业链稳定运行为目标的风险分析与控制模型，并应用于高铝粉煤灰多资源协同利用产业链，与企业合作建立了高铝粉煤灰资源化产业链风险控制平台，为高铝粉煤灰利用过程的环境风险预警与应急管理提供支撑。