河南工程學院本科畢業(yè)設計（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教師李印霞職稱講師學生姓名楊銳學號201210410215專業(yè)/班級資源環(huán)境科學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)的能源消費結構中，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構在我國表現(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，顆粒表面帶有較強的負電荷，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)相當復雜，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?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入人體，并在人體內(nèi)累積從而導致各種疾病和機能紊亂，最終對人體健康造成嚴重影響。因此有效的去除煤礦煤水中的重金屬已成為當前的重要任務。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構復雜、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)境貢獻了自己的力量。二、 國內(nèi)外文獻綜述（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行研究，認為廢棄老礦區(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)境效應及煤研石中重金屬的沉積情況進行了水體重金屬去除技術研究評價，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。國內(nèi)煤礦廢水研究現(xiàn)狀：我國研究重金屬污染的學者也較多，主要研究領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的土壤進行采樣分析，結論認為距離煤矸石堆越遠，土壤中重金屬濃度有下降趨勢，并認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)生標準。徐佳全對燃煤中有害元素Cr在水體環(huán)境中的遷移轉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為：煤矸石對土壤質(zhì)量沒有明顯影響，矸石淋溶液進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，以保證污泥性能良好；3.模擬采煤廢水，對重金屬預先設定三個初始濃度；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)指標的測定：1. 懸浮物（SS）水質(zhì)懸浮物的測定 重量法GB/T11901-19892. 化學需氧量（COD）重鉻酸鹽法GB/T11914-19893. 氨氮 納氏試劑法GB/T7479-19874. 總氮 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 GB/T11894-19895. 總磷 鉬酸銨分光光度法GB/T11893-19896. 溶解氧 電化學探頭法GB/T11913-1989通過對添加營養(yǎng)液前后各項常規(guī)指標的測定，來決定其所需要的最適營養(yǎng)配比，然后以該營養(yǎng)配比對污泥進行跟蹤培養(yǎng)。與此同時，對鐵、錳、鉻預先設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/T7467-19872.鐵錳 火焰原子吸收分光光度法GB/T11911-89四、研究進度安排1.第一周至第二周：完成開題答辯，進行所需資料的初步整理；2.第三周至第六周：完成英文文獻翻譯、文獻綜述及實驗方案；3.第八周至第十一周：完成課題實驗內(nèi)容，整理、總結實驗結果；4.第十四周：向指導老師交付畢業(yè)論文初稿；5.第十五周：完成畢業(yè)論文的寫作，并在指導老師的幫助下最終定稿，把論文提交給指導老師和評閱老師；6.第十六周：進行畢業(yè)答辯。五、主要參考文獻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,2008. 2 李建華,張超,蔡貝珊. 礦山廢水處理技術現(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,2004.7 張文標. 活性污泥生物去除六價鉻的初步研究D.同濟大學,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,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,2010.10 洪凱. 煤礦綜合廢水處理及回用技術研究D.南昌大學,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.指導教師意見： 指導教師簽字: 年 月 日 院（部）領導審核意見： 學院負責人簽字： 學院蓋章： 年 月 日 課題來源：1.科 (教) 研項目；2.實驗；3.生產(chǎn)實習；4.工程實踐；5.社會調(diào)查；6.其它