兰州大学创新创业申请书钢渣治理煤矸石酸性污染的试验研究

大学生创新创业行动计划项目申报书项 目 名 称：钢渣治理煤矸石酸性污染的试验研究项 目 完 成 人： 项目指导教师： 项目总负责人： 所在学院（公章）： 资源环境学院 起 止 时 间： 2013年4月 至 2013年12月 共青团兰州大学委员会 制填 报 说 明一、填写申报书之前，项目团队所有成员和指导老师应仔细阅读兰州大学学生创新创业行动计划（校教字200255号），严格按照有关规定执行。鼓励学生跨专业申报项目，促进不同学科之间的交叉融合。二、个人最多参与两项，课题负责人只能参与一项。三、项目完成人根据实际情况填写（最多不超过5人）；如项目完成人来自不同学院，“项目总负责人”一栏必须为第一完成人所在学院团委书记，“所在学院”一栏填写项目第一完成人所在的学院。四、申报书请如实填写，表达明确严谨。所需签字之处，必须由相应人员亲笔签名。如有弄虚作假现象，一经核实，将按照撤项处理。五、项目实施时间的起止年月一般按自然年份填写，每个项目原则上在当年内完成，以半年为一阶段。申报书的各项内容，要实事求是，表达要明确、严谨。第一次出现的缩写词，需注出全称。六、项目及子项目经费预算中的科目名称可根据预算情况填写实验耗材、药品、试剂、图书资料、实地调研，参加校内外会议，生产采购、仓储运输、广告营销，场地租赁等。七、申报书要求用A4纸填写或打印（签字之处不得打印），于左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。电子版填表字体用小四号宋体，单倍行距，一式两份（学院备留一份，交校团委一份）。八、所列各项内容不能简单标注“见附件”，否则视为不合格。项目名称钢渣治理煤矸石酸性污染的试验研究项目类型哲学社会科学类 自然科学类申请经费 1.60千元（保留小数点两位）起止时间 2013年4月 至2013年12月申请团队（排名顺序为负责人先后顺序）姓名性别学号学院及专业（填写全称）联系电话E-mail男指导教师姓名职务/职称副教授电话E-mail单位兰州大学资源环境学院环境科学与工程系1、 项目简介（严格控制在200字左右）煤矸石淋溶液具有典型的酸性矿山废水特征，强酸的环境还可能导致SO4 2-、Fe3+、Cr6+、Mn2+等有害物质释出，对矿区及周围居民和动、植物带来直接危害。本项目采用柱状淋溶模拟实验，利用钢渣碱性较强，疏松多孔，比表面积大，具有一定吸附能力的特性治理煤矸石，分析钢渣治理煤矸石酸性污染的效果和机理。二、项目创新点（严格控制在100字左右）在氧气、水和氧化亚铁硫杆菌的作用下，煤矸石中硫化物发生氧化反应造成酸性和金属的复合污染。利用废弃钢渣处理煤矸石国内外研究较少，不仅“以废治废”并且在煤矸石酸性污染中有较好利用潜力。三、申请理由（可另附页。1500字左右，包括项目实施目的、背景、内容、自身/团队具备的知识、条件、特长、兴趣、前期准备，以及参加哪些科技事件创新活动和取得的成绩等。需对项目可行性分析作专门论述，背景分析、成本分析、社会效益或经济效益分析等。）3.1项目实施目的本项目旨在通过对钢渣治理煤矸石酸性污染的效果和机理进行分析，为钢渣的综合利用和煤矸石淋溶液污染的治理提供一个经济可行的理论依据。3.2项目实施背景 煤炭是我国的主要能源，在我国一次性消费中占76%以上。煤矸石是煤炭生产过程中的主要固体废物。目前，全国约有40多亿吨煤矸石堆积在地表。煤矸石化学成分大多为硅酸盐，以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主，还有部分微量元素，如Cr 、Pb、Zn、Hg、Cd、Mn、F、As、Ni等。煤矸石的存在不仅占大量土地，而且通过长期的风化、降水淋溶等作用，发生一系列的物理、化学变化，使煤矸石中有害元素从煤矸石中析出，入渗土壤和含水层，对周围环境造成严重的污染和破坏，特别是煤矸石内硫化物的氧化产生酸性矿山废水（AMD），引起较强的酸性及高浓度的金属等有毒元素，对周围居民和动、植物生命带来直接危害。因此减少煤矸石酸性和金属污染淋溶液产生已成为当前迫切需要解决的问题。国内外许多学者利用石灰、石灰石、苛性钠等治理酸性矿山废水，但存在治理费用较高而且易造成二次污染等弊端。 我国工业迅速发展，钢铁大量利用，钢渣排放量与日俱增，但钢渣利用率较低，约为10%。利用钢渣治理煤矸石酸性和金属污染研究较少，为此，在前人研究煤矸石酸性和金属污染的基础上尝试钢渣治理，为钢渣的综合利用及煤矸石淋溶液污染治理提供理论依据。3.3项目内容对单独煤矸石，钢渣覆盖后的煤矸石和钢渣煤矸石的均匀混合物进行室内柱状淋溶实验。并对产生的淋溶液进行pH、氧化还原电位、电导率、SO42-浓度的测定，比较处理结果，同时分析不同处理过程中氧化亚铁硫杆菌的数量及影响。3.4团队介绍 团队成员具备较强学习和实验能力，并有较强的实践能力、创新能力和很好的团队合作精神。通过本科学习已经掌握了环境方面的一些基础知识，如环境监测、环境微生物、分析化学、物理化学、土壤地理学等。其中三名成员均参加过2012年兰州大学学生“创新创业行动计划”，并成功结项，完全有能力胜任项目的实施。3.5前期准备通过图书馆查阅文献和网络资源的利用，整理出这次项目所必须的资料和信息，了解目前相关研究发展动态和项目背景，并与指导老师讨论提出初步方案。3.6可行性分析研究思路的可行性：通过查阅相关文献，煤矸石产生酸性污染的原因是由于在氧气、水和氧化亚硫杆菌的作用下，煤矸石中的硫化物发生氧化反应造成的。由于钢渣具有较强碱性可以促进Fe等氢氧化物沉淀和多种金属的共沉淀，生成的沉淀包被在煤矸石的外表，阻止氧气和黄铁矿的联系，使黄铁矿的氧化受到抑制。同时钢渣形成的碱性环境可以抑制氧化亚铁硫杆菌的生长。研究方法的可行性：采用室内柱状淋溶实验，模拟大气降水，实验方法成熟。采用硫酸钡比浊法分析淋溶液中的SO42-的浓度，灵敏度高数据准确。对于所得到的数据，将采用SPSS统计软件进行数据统计处理。3.7成本和经济效益分析煤矸石和钢渣都是工业废料，故获取容易几乎无成本，对于钢渣治理煤矸石也采用简单工艺，成本低。国内外许多学者利用石灰、石灰石、苛性钠等治理煤矸石淋溶液污染，治理费用较高，本项目利用废弃钢渣改良煤矸石，达到“以废治废”的目的，具有较好的经济效益。四、项目方案（可另附页。1500字左右，包括目标任务，技术路线或运作模式，行动方案，以及人员分工和资源整合等。）4.1目标任务本项目旨在探讨钢渣治理煤矸石酸性污染的效果与机理。对单独煤矸石，钢渣覆盖后的煤矸石和钢渣煤矸石的均匀混合物进行室内柱状淋溶实验。并对产生的淋溶液进行pH、氧化还原电位、电导率、SO42-浓度的测定，同时分析不同处理过程中氧化亚铁硫杆菌的数量及影响。以期达到钢渣对煤矸石酸性污染的防治效果，为酸性煤矸石山的绿化复垦提供基础。4.2项目步骤(1) 对取得的钢渣和煤矸石进行粒径和形状的观察，并进行预处理。(2) 选用直径为7.5cm、高40cm的PVC管，在其底部铺设1层定量滤纸，并加50g石英砂，在其底端设置一个直径为2mm的排水孔以收集淋溶液。(3) 设置3组对照实验：对照处理1装有1kg煤矸石；处理2中装有1kg煤矸石，并用300g钢渣覆盖；处理3装有1kg煤矸石和300g钢渣的均匀混合物。(4) 分别在3组设置好的装置中加入等量去离子水润湿24h，模拟大气降水，每天用50mL间歇式加水进行淋溶，用150mL样品瓶收集淋溶液，每3d取样1次，取至第30天。取样后立即测试淋溶液的pH、氧化还原电位(Eh)、电导率(EC)，然后将淋溶液过0.45m滤膜并放入冰箱(4 )待分析。利用硫酸钡比浊法测定溶液SO42-的浓度。(5) 取每次的淋溶液，用稀释涂布平板法对氧化亚铁硫杆菌计数，同时分析各处理中氧化亚铁硫杆菌的数量及影响。(6) 对所得数据用SPSS进行统计，分析其规律，对钢渣治理煤矸石酸性污染的效果与机理进行总结。4.2技术路线图观察粒径、形状预处理钢渣、煤矸石废弃物单独煤矸石钢渣覆盖煤矸石钢渣与煤矸石均匀混合物柱状淋溶实验 煤矸石淋溶液分析pH、氧化还原电位、电导率SO42-氧化亚铁硫杆菌利用SPSS软件统计数据分析效果及应用前景4.3项目分工原料的采集、钢渣改良煤矸石防治酸性污染效果实验、实验机理的研究、论文的撰写原料的采集、钢渣改良煤矸石防治酸性污染效果实验、实验机理的研究、论文的撰写：原料的采集、SPSS统计软件的学习和数据的统计分析、论文的撰写原料的采集、钢渣改良煤矸石防治酸性污染效果实验、实验机理的研究4.4资源整合参考文献1刘桂建，杨萍玥，等.煤矸石潜在有害微量元素淋溶析出研究J.高校地质学报，2001,7(4)：449-457.2 李林涛，等.煤矸石中重金属对环境的污染问题C.煤科院西安分院文集，第五集.3王丹璐，等.钢渣改性粉煤灰吸附处理渗滤液中氨氮的实验研究J.甘肃科技，2012,18(13)：29-31.4刘盛余，马少健，等.钢渣吸附剂吸附机理的研究J.环境工程学报，2008.2(1)：115-119.5奚旦立，孙裕生，刘秀英.环境监测M.北京：高等教育出版社，2007:275-277.6国家环保局,水和废水监测分析方法M.北京：中国科学出版社，2002:102,112-113,368-370,371-372,415-418.7 魏嵬，等.改良煤矸石基质淋溶液主要污染物特征J.山地农业生物学报，2009，28(1)：32-35.8程维平.煤矸石淋溶液对环境影响的研究J.煤炭加工与综合利用，2005，6(6)：47-49.9李文，任晓旭，等.不同排矸年限煤矸石废弃地养分含量及重金属污染评价J.林 业 科 学,2011,47(6):162-166.五、项目进度安排（300-500字，包括进度计划安排，实施阶段和步骤等）第一阶段：2013年4月-2013年5月(1) 查阅钢渣和煤矸石处置利用的相关文献，加强对钢渣和煤矸石特性的理解，进一步细化和完善实验步骤。(2) 学习SPSS统计软件，为后阶段数据分析做准备。(3) 准备实验所需仪器、药品，前往榆中钢铁厂和兰州阿干镇煤矿厂采集原料并搜集原料采集地周围环境情况。第二阶段：2013年6月-2013年10月 (1) 观察原料粒径和形状并对原料进行预处理，结合所搜集的采集地环境情况，对原料性质初步分析。(2) 完成三组淋溶实验装置的设置，进行柱状淋溶实验，同期进行氧化亚铁硫杆菌的培养及计数。(3) 针对实验中的问题，征询指导老师的建议并查阅有关书籍文献，进行及时的改正。 (4) 记录数据，利用SPSS软件分析数据结果，得出初步结论。第三阶段：2013年11月-2013年12月 (1) 对数据结果进一步分析讨论，探讨钢渣治理煤矸石酸性污染的机理、意义。(2) 在以上研究的基础上撰写并发表论文，提高研究报告，参加结题答辩。六、项目完成预期成果与形式（可另附页。500-1000字，请简述：专著或编著、调研或实验报告、论文篇数及论文级别，或专利、设计、产品、服务、公司性质及规模、社会融资或风险投资、营业额和利润额等。）6.1预期效果 (1) 根据实验得到钢渣治理煤矸石酸性污染的效果和产生机理，在核心期刊论文发表1-3篇相关研究论文。 (2) 得到钢渣治理煤矸石酸性污染的规律，改进治理方法，以期得到最佳的治理效果。 (3) 评价钢渣治理煤矸石酸性污染的效果，为钢渣的开发和利用提供理论依据和技术支持。(4) 对钢渣抑制煤矸石中氧化亚铁硫杆菌进行探索性研究。6.2成果形式 (1) 论文1-3篇。(2) 提交一份研究报告。七、项目成员及指导教师承诺在获得立项后，本人将与项目组成员团结一致，努力做好该项目的研究及实施工作，实现制定的目标。如果因主观原因导致项目执行不力，未达到预期目标，本人与项目组成员愿意承担相应损失，并接受学校相应处理。项目成员签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日八、经费预算科目名称预算经费（单位：元）备注（预算依据与具体说明）测试费1200试剂和材料费200购买必要的试剂和材料市内交通费200去榆中钢铁厂50元，去兰州阿干镇煤矿厂150元九、项目审批指导教师意见（需附具体的指导计划）：签名： 年 月 日学院团委意见：签章： 年 月 日学校团委意见：签名： 盖章 年 月 日 备注10