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1、课题负责人：陈俊峰 申报单位：资源与环境工程学院 专业名称：环境科学 指导教师：钱晓莉副教授,申报日期：2011年5月14日,SRT申请案例书二,报单位：资源与环境工程学院,Simple,Powerful and free,快乐SRT,一、项目研究内容简介,二、项目的研究意义,三、项目研究的目标、内容和拟解决的关键问题,四、项目研究计划及预期进展,五、项目的特色和创新点,六、研究基础,七、申请者承诺,Part 1,项目研究内容简介,砷是有毒、致畸、致癌的非金属元素，广泛分布在岩石、土壤和天然水体中。由于砷化物在自然条件下不易分解，易 产生残留积累，这无疑增加了砷对人体健 康的危险。近年来，煤矿
2、开采是导致环境砷 污染的源头之一，煤矸石中的有害元素，也是 环境中使人致癌最普遍、危害性最大的元素之一，开采过程中砷元素由地层转至地表，形成局部地区 环境中砷浓度升高。砷能通过各种渠道进入人体，在 人体多个部位、特别易于在毛发和指甲种蓄积，引起慢 性中毒。因此砷污染成为一个全球性的问题。本项目综合运用植物学、生态学、微生物学以及环 境学方面的基本原理和方法，通过野外调查和室内实验 相结合，研究不同基质组合在高砷酸性矿山废水中的 生长情况，通过检测出水中砷的含量及植物的生长情 况，确定基质组合对酸性矿山废水中砷的最佳 去除效果。为煤矿酸性废水中砷的治理提供基础数据和理论方案。,项目研究内容简介,
3、R TS,Part 2,项目的研究意义,1、立论的背景 众所周知，贵州省是一个煤炭资源十分丰富的省份，煤炭资源的开发利用对贵州的经济发展和社会进步具有举足轻重的作用。但由于贵州的煤炭资源开发存在着结构不合理、增长方式粗放、科技水平低 等问题，不但造成许多煤炭资源的浪费，而且还造成了 许多严重的污染。其中煤炭资源利用后所剩的煤矸石及其含砷的废水的污染非常严重。砷是煤矸石中的有害元，也是环境中使人致癌最普遍、危害性最大的元素之一，能 通过各种渠道进入人体，在人体多个部位、特别易于在毛发和指甲种蓄积，引起慢性中毒。煤矸石中毒砷 如果不及时处理，在一定的条件下就会污染环境，对自然乃至人体都会造成巨大的
4、伤害。,项目的研究意义,S R T,2、项目的研究意义 砷元素（As）及其化合物广泛存在于环境中。元素形态的砷，因其不溶于水，因此几乎没有毒性。有毒性的主要是砷的化合物其中三氧化二砷（As2O3）即砒霜是剧毒物。一般情况下，土壤、水、空气、植物和人体都含有微量的砷。环境中的砷化合物不超过人体负荷时不会对人体健康构 成危害，但如果人体对砷的化合物的摄入量超过排泄量，如饮水含砷量较高，长期饮用，则会引起慢性中毒。煤 炭中含砷量过高，因烧煤造成污染而使人慢性中毒的事例 在国内也有报道。砷是人体的非必需元素，元素砷的毒性 极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其它砷 化合物毒性更强。砷通过呼吸道、
5、消化道和皮肤接触 进入人体，如摄入量超过排泄量，砷就会在人体的 肝、肾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位蓄 积，与细胞中的酶系统结合，使酶的生物作用 受到抑制失去活性，特别是在毛发、指甲中 蓄积，从而引起慢性砷中毒，潜伏期可 达几年甚至几十年，慢性中毒有,项目的研究意义,S R T,消化系统症状、神经系统症状和皮肤病变等。砷还有致癌作用，能引起皮肤癌，在一般情况下，土壤、水、空气、植物和人体都含有微量的砷，对人体不会构成危害。主要来源于采矿、冶金、化化学制药、玻璃工业中的脱色剂、各种杀虫剂、杀鼠剂、砷酸盐药物、化肥、硬质合金、皮革、农药等；危害的人群有农民、家庭主妇、特殊职业工人群体。地面水中
6、 含砷量因水源和地理条件不同而有很大差异，淡水为0.2 230m/L，平均为0.5m/L，海水为3.7m/L。如果24 小时内尿液中的砷含量大于100微克/升就使中枢神经系 统发生紊乱，并有致癌的可能。而且如果孕妇体内砷超 标还会诱发畸胎。随着冶金和化工等行业发展以及贫矿 的开发，砷伴随主要元素被开发出来，大量砷进入废 水中。含砷废水有酸性和碱性，当中一般也含有其 它重金属离子。砷与铅等共同作用会使废水的毒 性更大。随着冶金、化工等产业的日益发展，以及含砷制品市场的日益拓大，含砷废水的 排放和污染问题，必将影响到人们的生活 水平的提高，影响到人类生存环境的,项目的研究意义,S R T,改善，所
7、以解决含砷废水的污染问题已迫在眉睫。然而传统的处理方法都存在一定的问题。3、立项的依据鉴于以上重要的课题研究意义，我们选择了该研究项目。下面将进一步阐述我们选择该项目的依据：该课题具有很大的研究潜力。正如以上所说，贵州煤炭资源丰富，因为每年产生的煤矸石的量是非常大的。据测算煤矸石约占煤炭产量的10-30，按全省已利用 煤炭资源总量约为85亿吨计算，排放的煤矸石的量已超过 10吨。按目前全省每年开采煤炭1亿吨的生产规模，煤矸 石的排放量将以每年1000-3000万吨递增。当煤矸石被雨 水冲刷后将会产生大量的含砷的煤矿酸性废水，煤矸石 的量如此大，那产生的含砷废水就会非常多，因此它 的危害面积也就
8、很大了。处理含砷废水，目前国内外主要有中和沉淀法、絮凝沉淀法、铁氧化法、硫化物沉淀法等。1、石灰法一般适用于含 砷量较高的酸性废水。投加石灰乳，使其 与砷酸根或亚砷酸根离子发生反应，,项目的研究意义,S R T,生成难溶的砷酸钙或亚砷酸钙的沉淀。石灰铁盆法：一般用于含砷量较低，ph值接近中性或碱性的废水处理，利用砷酸盐、亚砷酸盐能与铁、铝等金属形成稳定络合物，并被铁、铝等金属的氢氧化物吸附沉淀而除砷。2、转化除砷：用硫化亚铁作转化剂，通过难溶沉淀的转化，把废水中的五价砷、三价砷转化成硫化物沉淀而除去。转化法兼有离子交换法，硫化物沉淀 法、铁盐凝聚法和中和法的共同作用。PH值在2-10范围 内转
9、化，含砷废水通过转化处理后，除砷效果能达到外排 标准。并且废水中其他重金属离子亦可同时除去，出水水 质的PH值常常在5=9范围内。3、活性污泥法：国内外诸 多研究表明，活性污泥ECP（胞外多聚物）能大量吸附溶液中的金属离子，尤其是重金属离子，他们与ECP 的络合更为稳定。关于吸附机制，在ECP的复杂成 分中吸附重金属离子的似乎是糖类。Brown和 Lester（1979）指出ECP中的中性糖和阴离子 多糖有着吸附不同金属离子的结合点位，不 同价态或不同电荷的金属离子可以在不同 的点位与 ECP结合，如中性糖的羟基、阴离子多聚物的羟基都可能是金属的,项目的研究意义,S R T,结位13。Kasa
10、n、Lester、Modak和Natarajam等认为：活性污泥对重金属离子的吸附有两种机制即表面吸附和胞内吸收；表面吸附是指活性污泥微生物的胞外多聚物（甲壳素、壳聚糖等）含有配位基团OH，COOH，NH2，PO43-和HS等，他们与金属离子进行沉淀、络合、离子交换和吸附，其特点是快速、可逆和不需要外加能量，与代谢无关；胞外吸收 通过金属离子和胞内的透膜酶、水解酶相结合而实现，速 度较慢需要能量。以上几种方法虽然能去除废水中大部分 的砷，但还是有其缺点。首先：以上几种方法所耗用的成 本相对较高，同时所采用的除砷原理是把砷转化为含砷的 沉淀而去除，这些沉淀在一定的条件下会转化为一些有 毒物质，造
11、成严重的二次污染。就目前而言，许多除 砷的方法对于废水的要求非常苛刻；例如PH值不能 过低，矿山废水的ph值一般都在2左右，因此目前国内外的除砷方法还具有很大的局限性。本 实验采用空心莲子草、煤矿酸性废水组合同 时加入一种特殊基质来消除煤矿酸性废水 中的重金属砷。空心莲子草是一种外来,项目的研究意义,S R T,入侵的水生植物，随处可见根本不需要成本，同时其生命力比较顽强，可以在ph=2的水中较好的生长，而且其对像砷等重金属具有较好的吸附作用，因此通过空心莲子草可以去除煤矿酸性废水中的神等重金属。由于煤矿酸性废水的ph=2左右，一般的植物在里面根本不可能成活，因此选用生命力顽强的空心莲子草。不
12、同价态的砷对活性污泥的毒性不同。实验表明，As对脱氢酶的毒性比As平均大53倍。As对蛋白酶活性的 毒性约为As的75倍。还有，As对活性污泥脲酶活性的毒 害作用是As的35倍。所以处理含砷废水时有必要将As氧 化成As。实验还表明，活性污泥对低浓度砷的去除率高于 对高浓度砷的去除率，这是由于污泥的吸附能力有限所造成的。此外，重金属离子浓度小于5mgL-1时，活性 污泥法对污水中有机物的处理效果不受重金属影响，当重金属离子浓度大于30mgL-1时，活性污泥法污水中有机物的处理效果则大大受到影响。对于我们的实验则没有这样的影响，只需要 保证空心莲子草成活，过一段时间后，将 死亡和枯萎的空心莲子草
13、换掉即可。,项目的研究意义,S R T,Part 3,项目研究的目标、内容 和拟解决的关键问题,1.研究目标：通过野外调查和室内实验相结合，利用不同组合的基质处理煤矿高砷废水，通过废水中砷含量、植物的搭配组合生长情况等综合反应除砷效果。2.研究内容：通过初步试验研究不同基质对酸性矿山废水中砷的处理效果，再通过精确实验，确定出那种配方比对酸性矿山废水中砷的处效果最好。3.研究方案：实验步聚：1、前半个月把各种基质都放在酸性矿山废水中驯化 2、以后每隔一个星期取一次样，每次都分别取各装置中层 液体一杯3、测出在装置中取的液体的Eh、EC、pH。然 后过滤，取其过滤后的液体，用来测其中的含砷量4、把
14、过 滤后的液体拿到地化所测砷的含量5、记录数据、对比分析数据4.测定指标5.关键问题：（1）不同矿山煤矸 石中砷的含量不同；（2）如果拿到野外的话，雨水冲刷、淋蓉等不确定因素太多；（3）实验室不能测砷的含量，每次取样后都要拿到地化所测定。,解决关键问题,S R T,Part 4,项目研究计划及预 期进展,2011.05文献查阅，基础资料收集。完成文献综述及材料准备。2011.06-2010.07方案设计，准备实验材料。开始实施实验方案并逐步优化装置2011.08和老师一起去高砷煤矿区采样。完成初期样品的分析与实验数据收集。2011.09-2011.12进入实验阶段、测相关指标。按预定方案进行试
15、验2012.01201202分析处理数据，对实验进行评估。达到预期效果2012.0404根据相关数据撰写论文。发表处理酸性矿山废水中砷的论文一篇。2012.5进行解题报告，并申请国家专利。顺利结题、申请到专利预期研究成果：酸性矿山废水处理方法论文：1、提交酸性矿山废水对水体碳汇/碳循环的影响研究研究报告一份；2、完成本科毕业论文（毕业设计）1-2人；,计划及进展,Part,项目的特色和创新点,砷是煤矸石中的有害元素,如果不及时处理，在一定的条件下就会污染环境，对自然乃至人体都会造成巨大的伤害。而贵州煤炭资源丰富，每年产生的煤矸石的量也是非常大的，那产生的含砷废水也会非常多，因此它造成的危害也是
16、相当大的。本实验采用空心莲子草、煤矿酸性废水组合同时加入一种特殊基质来消除煤矿酸性废水中的重金属砷。在处理含砷废水的同时，也可将外来入侵物种空心莲子草进行有效利用。且空心莲子草生命力顽强，较其他植物更容易种植。,特色和创新,Part,研究基础,已具备的条件、尚缺少的条件和拟解决的途径（包括现有的研究成果、利用教学实验室、科研实验室和实习基地等的计划与落实情况）1、已具备的条件：申报者及参加者都是马上就要进入大学三年级学习的学生，已学习了环境生态学、环境微生物学、环境科学概论、环境生物学等相关专业知识的课程，马上就要学习更多的专业知识。具备了研究该课题的专业知识，并且动手工作能力强。本项目是教师
17、科研课题的衍生出的一个子项目，研究基础好，资料积累丰富，：学校图书馆可方便查阅CNKI全文数据库、万方数据库等数据资源中关于低碳经济的相关资料；学校实验室资源丰富，为我们提供了必要的实验场所，我们会通过实验等方式展开研究。且资源与环境工程学院具备该课题相关实验的实验设备该项目指导老师钱晓莉一直致力于微生物处理废水的研究，具有大量的研究资料和丰富的工作经验，为本课题的立项和开展研究奠定了很好的基础，也具有很强的指导性。,研究基础,Part,申请者承诺,我保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组成员将严格遵守学校的有关规定，在不影响课程学习的同时，保证项目研究工作的时间，并按计划认真开展研究工作，在项目研究过程中或结束时，接受学校对本项目的中期检查和结题验收，并按时提交工作总结和结题报告。,申请者承诺,THANK YOU!,
