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河南工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 活性污泥處理采煤廢水中的鐵、錳、鉻 課題來源 實驗 指導(dǎo)教師 李印霞 職稱 講師 學(xué)生姓名 楊銳 學(xué)號 201210410215 專業(yè)/班級 資源環(huán)境科學(xué)1241 一、 研究的背景、目的和意義 研究背景： 能源作為人類生存和社會發(fā)展的基本條件之一，對經(jīng)濟增長和人民生活水平提高都具有極其重要的作用。在亞洲、大洋洲地區(qū)的能源消費結(jié)構(gòu)中，礦物燃料占93.5%，其中煤炭占48.3%，石油占37.3%，天然氣占7.9%。這種以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在我國表現(xiàn)的尤為突出，到目前為止，已探明的煤炭儲量超過8.11011t，占我國能源組成的70%以上；能源消費方面，75%的發(fā)電燃料、75%的工業(yè)燃料、80%的居民生活燃料和60%的化工原料都來自煤炭。 煤炭作為一種重要資源，被大量用于開發(fā)。在開采、加工、利用和運輸?shù)冗^程中都伴隨著一系列的環(huán)境問題。其中煤礦廢水尤為突出，煤礦廢水不僅包括酸性礦井水、洗煤廢水、還包括露天采場廢水和尾礦堆淋濾水。這些廢水的主要特點是酸度大，濁度高，固體懸浮物粒度細(xì)，顆粒表面帶有較強的負(fù)電荷，在水體中保持分散狀態(tài)。由于煤礦廢水中固體顆粒界面之間的相互作用，使煤礦廢水的成分和性質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，不僅具有懸浮液的性質(zhì)，還具有膠體的性質(zhì)，因此處理起來非常困難。這類廢水經(jīng)沉淀后上清液仍帶有大量煤泥等懸浮物，如不經(jīng)治理加以排放，將會造成嚴(yán)重的地表水和地下污染，給周圍環(huán)境帶來危害，同時由于環(huán)境破壞和大量離子的流失，也將給當(dāng)?shù)厣鐣l(fā)展造成經(jīng)濟損失和巨大浪費。 其中廢水中含有的重金屬對環(huán)境及人體危害更大，因為重金屬具有毒效長期持續(xù)，生物不可降解的特點，且可通過食物鏈作用進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)累積從而導(dǎo)致各種疾病和機能紊亂，最終對人體健康造成嚴(yán)重影響。因此有效的去除煤礦煤水中的重金屬已成為當(dāng)前的重要任務(wù)。 研究目的及意義： 對于煤礦廢水的處理，有很多處理方法會產(chǎn)生二次污染。而本項研究采用的是活性污泥法，活性污泥是由自然選擇的、非確定的、混合培養(yǎng)的微生物群、有機物、無機物、無機物膠體和懸浮物組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、肉眼可見的絨絮狀微生物共生體，具有很強的吸附和降解能力，并且對環(huán)境沒有影響。因此，本項研究不僅能了解到活性污泥對金屬離子的處理效果，而且也為保護環(huán)境貢獻(xiàn)了自己的力量。 二、 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述（可另附頁） 國外煤礦廢水研究現(xiàn)狀： 目前，在一些開采礦業(yè)的國家和地區(qū)，礦業(yè)生產(chǎn)活動造成的重金屬污染越來越受到人們的重視，國外如美國、英國、俄羅斯、意大利、澳大利亞、巴西、印度等，針對煤礦區(qū)環(huán)境開展了大量研究工作。 印度的Prasad B.等對Himalayas地區(qū)石灰石礦區(qū)的地表水體中重金屬含量進(jìn)行研究，以評價礦業(yè)的開采是否對該區(qū)內(nèi)水質(zhì)產(chǎn)生污染;巴西的Teixeira E.c.等對R5 Baixo Jacui地區(qū)的煤礦區(qū)中河流底部沉積物中重金屬進(jìn)行研究，評價所選的Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn等元素的可遷移及生物的可利用率，結(jié)果表明該區(qū)受到了煤礦開采引起的Cu、Fe、Ni、Pb和Zn污染；Dninelli E.等對意大利北部的Vigonzano區(qū)的銅礦開采產(chǎn)生的尾礦渣進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)生Cr、Ni、Cu、Co的富積現(xiàn)象，并解釋可能是尾渣中幾種礦物長期風(fēng)化帶來的；澳大利亞的Clark et.al等對Drake的煤礦區(qū)內(nèi)重金屬在環(huán)境介質(zhì)中的分布進(jìn)行研究，主要是因含重金屬的礦渣在礦區(qū)內(nèi)堆放，對水體中Zn、Fe、Cd含量升高有影響，因此對此類礦物中重金屬的賦存方式進(jìn)行了研究，以更有效地管理礦區(qū)內(nèi)環(huán)境；Gnandi Kissao等對多哥的KPogame和Hahotoe地區(qū)富含Cd地海底沉積底磷鈣土開采區(qū)周圍土壤中重金屬底分布進(jìn)行研究，認(rèn)為廢棄老礦區(qū)比廢棄新礦區(qū)土壤中重金屬含量低，這主要是因廢礦石底熱帶交換，對土壤中微量金屬分布起了極為重要的作用，這些廢巖石對重金屬產(chǎn)生了吸附作用。Mascaro和Benvenuti等對煤研石的環(huán)境效應(yīng)及煤研石中重金屬的沉積情況進(jìn)行了水體重金屬去除技術(shù)研究評價，Benvenuti研究了廢棄礦區(qū)采礦廢棄物引起的重金屬污染，Kratochvil對煤及煤殲石元素分析的采樣情況進(jìn)行了探討，上述研究推動了礦區(qū)重金屬污染治理的發(fā)展，為今后深入研究及其污染防治等奠定了良好的基礎(chǔ)。 國內(nèi)煤礦廢水研究現(xiàn)狀： 我國研究重金屬污染的學(xué)者也較多，主要研究領(lǐng)域集中于煤中重金屬含量、污水灌溉引起的土壤一植物中重金屬的生物有效性，對某些煤礦區(qū)重金屬污染也作過一些調(diào)查和研究。劉桂建等對山東礦區(qū)的煤矸石堆及其東側(cè)的土壤進(jìn)行采樣分析，結(jié)論認(rèn)為距離煤矸石堆越遠(yuǎn)，土壤中重金屬濃度有下降趨勢，并認(rèn)為煤矸石中徽量元素會淋溶滲入煤矸石堆附近土壤中而發(fā)生遷移。余永波等矸究了山東省泰安、萊蕪、新汶等礦的煤矸石堆附近水體中的微量元素，發(fā)現(xiàn)水體中鈹、錳、鍶、鉬、鎳、氟等元素的濃度有過高的現(xiàn)象，他認(rèn)為煤矸石中黃鐵礦的氧化會加速其它組分的溶出，從而污染附近的水體。馮啟言等對充州煤田矸石中的微量元素研究認(rèn)為：As，Cr，Hg，Cd，Pb，Cu等超過該區(qū)土壤背景值。劉玉榮等對貴州省水城礦區(qū)汪家寨煤礦的煤矸石風(fēng)化土壤含有的重金屬的含量、形態(tài)及被植物的可利用性作過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)：煤矸石風(fēng)化后的土壤對鎘、銅、鉛、鋅有一定程度的積累；夏季和冬季土壤中的重金屬形態(tài)分布有差異：不同植物吸收重金屬的量不一樣，可食用植物中鋅和鎘的含量超過國家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。徐佳全對燃煤中有害元素Cr在水體環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化提出了自己的看法。葛銀堂矸究了山西煤矸石中微量元素的含量、分布、來源及賦存狀態(tài)，通過模擬矸石淋溶試驗認(rèn)為：煤矸石對土壤質(zhì)量沒有明顯影響，矸石淋溶液進(jìn)入地表水或地下水源會對水體造成一定污染。 三、研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方法 主要內(nèi)容： 1.采集并培養(yǎng)活性污泥； 2.定期測定各項常規(guī)指標(biāo)，以保證污泥性能良好； 3.模擬采煤廢水，對重金屬預(yù)先設(shè)定三個初始濃度； 4.比較活性污泥對不同濃度重金屬離子的處理效果。 研究方法： 培養(yǎng)活性污泥： 所用活性污泥直接在污水處理廠曝氣池內(nèi)取樣，在實驗室進(jìn)行曝氣培養(yǎng)。所用水為實驗室自來水，污泥與水的比例為1:4，總體積3L。培養(yǎng)過程中所添加的營養(yǎng)液按BOD5：N:P=100:5:1的比例添加。 常規(guī)指標(biāo)的測定： 1. 懸浮物（SS）水質(zhì)懸浮物的測定 重量法GB/T11901-1989 2. 化學(xué)需氧量（COD）重鉻酸鹽法GB/T11914-1989 3. 氨氮 納氏試劑法GB/T7479-1987 4. 總氮 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 GB/T11894-1989 5. 總磷 鉬酸銨分光光度法GB/T11893-1989 6. 溶解氧 電化學(xué)探頭法GB/T11913-1989 通過對添加營養(yǎng)液前后各項常規(guī)指標(biāo)的測定，來決定其所需要的最適營養(yǎng)配比，然后以該營養(yǎng)配比對污泥進(jìn)行跟蹤培養(yǎng)。與此同時，對鐵、錳、鉻預(yù)先設(shè)定三個初始濃度以此來模擬含不同濃度重金屬的煤炭廢水，在添加金屬離子之前對污泥水樣進(jìn)行金屬含量測定，之后再依次添加不同濃度的金屬離子，最后進(jìn)行測定，通過前后兩次的金屬離子含量來確定活性污泥處理的效果。 重金屬的測定方法： 1.鉻 二苯碳酰二肼分光光度法GB/T7467-1987 2.鐵錳 火焰原子吸收分光光度法GB/T11911-89 四、研究進(jìn)度安排 1.第一周至第二周：完成開題答辯，進(jìn)行所需資料的初步整理； 2.第三周至第六周：完成英文文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述及實驗方案； 3.第八周至第十一周：完成課題實驗內(nèi)容，整理、總結(jié)實驗結(jié)果； 4.第十四周：向指導(dǎo)老師交付畢業(yè)論文初稿； 5.第十五周：完成畢業(yè)論文的寫作，并在指導(dǎo)老師的幫助下最終定稿，把論文提交給指導(dǎo)老師和評閱老師； 6.第十六周：進(jìn)行畢業(yè)答辯。 五、主要參考文獻(xiàn) [1] 趙海霞. 凱里地區(qū)煤礦廢水污染分析及微生物處理試驗研究[D].貴州大學(xué),2008. [2] 李建華,張超,蔡貝珊. 礦山廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀[J]. 山西建筑,2014,29:160-161. [3] 郭超,劉懷英,馬兆瑞,石林. 煤礦廢水處理工藝及應(yīng)用分析[J]. 煤炭工程,2015,05:79-82. [4] 牛瑞芳. 談煤礦廢水污染的綜合治理[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012,09:206-207. [5] 劉恢,柴立元,閔小波,王云燕,于霞. 活性污泥處理重金屬廢水的研究進(jìn)展[J]. 工業(yè)用水與廢水,2004,04:9-11+20. [6] 劉恢. 改性活性污泥處理含鉻廢水的研究[D].中南大學(xué),2004. [7] 張文標(biāo). 活性污泥生物去除六價鉻的初步研究[D].同濟大學(xué),2008. [8] 裴斐. 生物制劑法處理含錳廢水新工藝研究[D].中南大學(xué),2010. [9] 彭映林. 酸性礦山廢水中Zn2+、Fe2+、Mn2+的分離及處理新工藝研究[D].中南大學(xué),2010. [10] 洪凱. 煤礦綜合廢水處理及回用技術(shù)研究[D].南昌大學(xué),2013. [11] 樊玉川. 含錳廢水處理研究[J]. 湖南有色金屬,1998,03:36-38. [12] Teixeira E. C.,Ortiz L. S,A1vesM. F. C. C,et al. Distribution of selected heavy metals in fluvial sediments of the coat mining region of Baixo Jacui,RS,Brazil,Environmental Geology.2001,41:145-154. [13] Dinelli E., Tateo F. Factors controlling heavy-metal dispersion in mining areas: the case of Vigonzano(northern Italy),a Fe-Cu sulfide deposit associated with ophiolitic rocks. Environmental Geology.2001,40:1138-1150. 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日 院（部）領(lǐng)導(dǎo)審核意見： 學(xué)院負(fù)責(zé)人簽字： 學(xué)院蓋章： 年 月 日 課題來源：1.科 (教) 研項目；2.實驗；3.生產(chǎn)實習(xí)；4.工程實踐；5.社會調(diào)查；6.其它