學(xué)校名稱

長沙理工大學(xué)

學(xué)生姓名

學(xué)  號

專      業(yè)

性 別

入 學(xué) 年 份

劉京都

201613040322

給排水科學(xué)與工程

男

2016

呂昱

201513040105

給排水科學(xué)與工程

女

2015

夏建杰

201613040321

給排水科學(xué)與工程

男

2016

張俊才

201613040329

給排水科學(xué)與工程

男

2016

魯浩南

201613040328

給排水科學(xué)與工程

男

2016

指導(dǎo)教師

禹麗娥

職稱

講師

項(xiàng)目所屬

一級學(xué)科

土木

項(xiàng)目科類（理科/文科）

理科

學(xué)生曾經(jīng)參與科研的情況

項(xiàng)目組成員有不同年級的學(xué)生，基本功都非常扎實(shí)，學(xué)習(xí)成績優(yōu)秀。通過前面多課程的學(xué)習(xí)，掌握了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能，具備了一定的分析能力。掌握了數(shù)據(jù)分析工具，具備了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)動手能力。項(xiàng)目組成員英語和計算機(jī)能力較強(qiáng)，能夠熟練查閱外文文獻(xiàn)，掌握多種軟件的運(yùn)用。課題組團(tuán)隊成員在生物過濾及水處理的研究方面經(jīng)過了一年多的探尋與思考，對該項(xiàng)目具有濃厚的興趣與信心。此外，學(xué)生還參與了下列科研情況：

1、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：沸石對水中四環(huán)素吸附的最佳反應(yīng)條件研究；

2、科技立項(xiàng)：沸石對水中四環(huán)素吸附的最佳反應(yīng)條件研究；

3、科技立項(xiàng)：一種處理含鎘廢水的改性炭化稻殼負(fù)載地衣芽孢桿菌生物吸附劑的制備。

指導(dǎo)教師承擔(dān)科研課題情況

指導(dǎo)老師是具有多年教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)的老師，擔(dān)任主干課程的教學(xué)工作并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。并對地下水鐵錳的生物過濾去除等機(jī)理進(jìn)行了初步探討，取得了一定成果：主持了湖南省科技廳項(xiàng)目1項(xiàng)；主持“水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金”課題1項(xiàng)；主持了湖南省教育廳課題1項(xiàng)；主持了湖南省教育廳教研教改課題1項(xiàng)；發(fā)明國家專利1項(xiàng)；參與了省建設(shè)廳“湖泊水庫水源生物過濾除藻除臭的研究”和“洞庭湖區(qū)地下水生物除鐵除錳新工藝的研究”等課題，指導(dǎo)學(xué)生榮獲第二屆全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎；指導(dǎo)了長沙理工大學(xué)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)共5項(xiàng)。

近年來，在核心期刊發(fā)表科研論文多篇， EI核心版收錄兩篇。與此項(xiàng)目相關(guān)的研究如下：

1、含鐵地下水的危害及治理對策與展望，科技信息，2007.23（279）；

2、地下水除鐵濾池的成熟及其生物研究，哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005.3（286-287，297）；

3、地下水生物除鐵的探索性試驗(yàn)證究，濕法冶金，2005.4（218-220）；

4、地下水生物除鐵的效果及機(jī)理驗(yàn)證研究，工業(yè)用水與廢水，2006.2.（25-27）；

5、地下水生物除鐵效果及其動力學(xué)研究，供水技術(shù)，2009.3（19-21）。

6、有機(jī)物分子量分布特性對生物除鐵濾柱的影響研究，哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2010.4

7、Research on the Effect and Kinetics Mechanism of Biological Iron-Removal from Groundwater，Environmental Pollution and Public Health Special Track within iCBBE:（EPPH 2010）（EI：20103613208354）

8、Impact of Molecular Mass of Natural Organic Matter on Biological Removal of Iron：（ICCAHE2012）

項(xiàng)目研究和實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要解決的主要問題

目前，我國自來水凈化過程普遍采用的是液氯消毒甚至預(yù)氯化的方法，在水處理上有著常規(guī)處理的局限，飲用水水質(zhì)安全性難以絕對保證。在我國居民生活水平日益提高的情況下，飲用水水質(zhì)亟待提高。然而，作為一個發(fā)展中大國，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，許多供水企業(yè)在資金和場地上都難以接受通過新增處理工藝、構(gòu)筑物或設(shè)備來改善水質(zhì)但是若以生物過濾代替常規(guī)過濾，只需在原有的處理設(shè)施基礎(chǔ)上加以改進(jìn)（更換濾料、改變預(yù)氯化等方法）即可以達(dá)到去除水中有機(jī)物和懸浮顆粒的雙重效果，這無論是在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都具有很大的可行性。

石英砂是一種天然、無毒、無味、相對于環(huán)境沒有影響的濾料，在我國同樣分布很廣泛且價格低廉，具有吸附、離子交換等性能，可通過吸附、離子交換等作用處理微污染水源水，通過微波等改性處理將提高其吸附能力。項(xiàng)目組成員為給水排水工程專業(yè)二年級學(xué)生，基本功扎實(shí)，學(xué)習(xí)成績優(yōu)秀。通過前兩年來的課程的學(xué)習(xí)，掌握了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能，具備了一定的分析能力。高等數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)使我們掌握了數(shù)據(jù)分析工具，普通化學(xué)等課程使我們具備了一定的化學(xué)反應(yīng)理論和實(shí)驗(yàn)動手能力。項(xiàng)目組成員英語和計算機(jī)能力較強(qiáng)，能夠熟練查閱外文文獻(xiàn)，掌握多種軟件的運(yùn)用。指導(dǎo)老師是具有多年教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)的老師，擔(dān)任主干課程的教學(xué)工作并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，主持教育廳和科技廳項(xiàng)目各一項(xiàng)，也指導(dǎo)了5次學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，能給我們的試驗(yàn)啟迪思路、把握方向。

目前, 我國大多數(shù)水廠采用的是（混凝/ 沉淀/ 過濾/消毒）的常規(guī)處理工藝, 對于水質(zhì)良好的水源, 其可制得符合標(biāo)準(zhǔn)的飲用水, 但隨著水源污染的日益加重, 尤其是有機(jī)物含量的大量增加,常規(guī)處理工藝已顯得力不從心。雖然采用強(qiáng)化混凝、膜分離等技術(shù)可有效地提高凈水效果, 但其運(yùn)行、管理費(fèi)用相對較高, 基于我國目前的經(jīng)濟(jì)水平,還不能得到廣泛的應(yīng)用。因此, 提高常規(guī)處理工藝的凈水效能十分必要。過濾是常規(guī)處理工藝中保障飲用水衛(wèi)生安全的重要工序, 可以通過強(qiáng)化過濾來提高凈水效能, 而濾料又是強(qiáng)化過濾技術(shù)的關(guān)鍵。

目的：

1、分析、比較普通石英砂和改性石英砂的去除機(jī)理及去除有機(jī)物的效率；

2、培養(yǎng)出成熟的生物濾池，能有效處理微污染水的機(jī)理及效果；

3、采用生物過濾法處理微污染水；找出生物去除的最佳運(yùn)行條件；鑒別濾池生物氧化產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)。

研究內(nèi)容：

1、電鏡觀察改性后石英砂的表面特征、分析計算比表面積、孔隙率等考察超聲波聯(lián)合微波對石英砂的改性效果；

2、通過石英砂和改性石英砂對微污染水的處理對比試驗(yàn)研究，考察石英砂改性對去除效率的影響。

解決的主要問題：

1、分析改性石英砂的制備條件；

2、比較與研究改性后石英砂的改性效果。

3、探索改性石英砂去除效率的影響因素、規(guī)律，確定最佳工藝運(yùn)行條件；

4、探討生物過濾去除微污染水的機(jī)理、參數(shù)及推廣運(yùn)行情況等。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)

過濾是凈水工藝不可缺少的處理單元，濾料作為曝氣生物濾池的核心組成部分，影響著工藝的處理效果和運(yùn)行控制，濾料性能的優(yōu)劣直接影響到濾池運(yùn)行的穩(wěn)定和效果。濾料（filtering media）主要分為兩大類，一類是用以進(jìn)水過濾的粒狀材料，通常指石英砂，白煤或礦石等。常用濾料以石英砂和活性炭為主，前者密度大、孔隙率小，后者凈水能力強(qiáng)，但價格較高。而且天然石英砂來源廣泛，價格便宜，經(jīng)過化學(xué)改性后，具有離子交換功能，在地下水除鐵工藝應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢。另一類是物理分離的過濾介質(zhì)，主要包括過濾布，過濾網(wǎng)，濾芯，濾紙，以及最新的膜。

國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)多種新型濾料并應(yīng)用于凈水處理，例如王聯(lián)奎等試制的爐渣濾料對水中懸浮物平均脫除率達(dá)90%以上，薛金鳳等研制的粉煤灰濾料可有效去除飲用水中的氟離子，鄧慧萍等聯(lián)合使用涂鐵鋁砂和活性炭可使原水有機(jī)物去除率增加50%，Ago Kaasik 等用水合石灰頁巖濾料去除人工濕地的磷效果較好。

但目前使用的濾料的功能一般比較單一，主要通過截留降低濁度，而對有機(jī)物和重金屬離子等不能有效去除。針對水源水的有機(jī)物和重金屬離子污染，出水一般不能達(dá)標(biāo)，給飲用水處理工作帶來很大挑戰(zhàn)。本研究擬探討一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、化學(xué)性能穩(wěn)定的具有較強(qiáng)吸附能力和離子交換能力的多功能濾料，是目前微污染水處理領(lǐng)域研究和關(guān)注的熱點(diǎn)，也是提升出水水質(zhì)、應(yīng)對地表水源污染的有效對策。該技術(shù)能夠有效提高和保障飲用水水質(zhì)，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[4] 國家環(huán)?？偩?/span>,生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006

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[16] 汪寧改;李國亭;劉秉濤;李東穎;劉會娟;曲久輝紫外光照射下鐵錳物種對酸性橙Ⅱ的脫色研究  環(huán)境化學(xué) 2009 第2期

本項(xiàng)目學(xué)生有關(guān)的研究積累和已取得的成績

相關(guān)積累：

通過對創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“沸石對水中四環(huán)素吸附的最佳反應(yīng)條件研究”、科技立項(xiàng) “沸石對水中四環(huán)素吸附的最佳反應(yīng)條件研究”及 “一種處理含鎘廢水的改性炭化稻殼負(fù)載地衣芽孢桿菌生物吸附劑的制備”等項(xiàng)目和課題的研究和實(shí)踐，總結(jié)出相關(guān)課題的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)。

已取得成績：

通過長期的多方實(shí)踐與研究，了解了國內(nèi)外現(xiàn)有的多種水處理的方案與模式，總結(jié)出現(xiàn)有發(fā)展模式的優(yōu)點(diǎn)與弊端，并通過研究實(shí)踐，對更多的有待改善的水處理模式進(jìn)行了了解與考察。此外，項(xiàng)目組成員的具體情況如下：

劉京都：男，給排水16-03班，基礎(chǔ)知識牢固，專業(yè)興趣濃厚，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，喜歡鉆研探索，組織能力強(qiáng)，細(xì)致，認(rèn)真。為本項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

呂  昱: 女，給排水15-01班，實(shí)踐能力好，成績優(yōu)異，參與完成多項(xiàng)科研研究，積極負(fù)責(zé)，有很好的擔(dān)當(dāng)意識。在本項(xiàng)目中主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)及分工安排。

夏建杰：男，給排水16-03班，具有良好的給排水的基礎(chǔ)知識，動手能力強(qiáng)，思維開闊，具有創(chuàng)新精神，物理知識豐富。在本項(xiàng)目中主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)整理與實(shí)驗(yàn)。

張俊才：男，給排水16-03班，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，有較強(qiáng)的團(tuán)隊合作精神，動手實(shí)踐能力較強(qiáng)。細(xì)心、認(rèn)真、善于觀察。在本項(xiàng)目中主要負(fù)責(zé)理論分析及計算。

魯浩南：男，給排水16-03班，有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)認(rèn)真，有較強(qiáng)的團(tuán)隊精神，溝通能力強(qiáng)。在本項(xiàng)目中主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析。

項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)和特色

1、近年來水體中微污染水污染狀況日趨嚴(yán)重，本項(xiàng)目挑戰(zhàn)傳統(tǒng)處理工藝。而且，微污染水的處理一直沒有得到系統(tǒng)研究，更沒有其特定的規(guī)律及成熟的處理方法，本項(xiàng)目將立足于本目的和方向展開研究。

2、隨著新版飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）的頒布和公眾健康意識的提高，生物過濾法將成為去除微污染水的首選工藝之一。本課題擬采用環(huán)保、高效和經(jīng)濟(jì)的生物過濾法達(dá)到去除水中微污染水的目的，探討可操作的微污染水水源治理方案、措施與模式。

3、通過在石英砂表面附著不同功能的物質(zhì), 改善濾料表面的性質(zhì), 制成具有優(yōu)良吸附性能和一定機(jī)械強(qiáng)度的改性濾料。鑒于我國目前的經(jīng)濟(jì)水平, 這一技術(shù)將在給水處理中有廣闊的應(yīng)用前景。

 總的來說，該方法對傳統(tǒng)的水處理技術(shù)是一個很大的挑戰(zhàn)，有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，一旦實(shí)驗(yàn)成功，可以大量推廣應(yīng)用于水處理，服務(wù)于各大城鎮(zhèn)。

項(xiàng)目的技術(shù)路線及預(yù)期成果

研究方案和技術(shù)路線：

1、研究方案

根據(jù)理論分析，超聲波+微波對石英砂進(jìn)行改性應(yīng)當(dāng)會改變石英砂的表面特征及比表面積等，改性后的石英砂對微污染水的處理效率也將發(fā)生變化，基于此，我們計劃分以下幾部分開展研究工作：

（1）石英砂改性研究

用不同方法進(jìn)行改性，尋找出比較理想的改性方法。按照先超聲波再微波的順序?qū)κ⑸斑M(jìn)行改性，分別對原天然石英砂和改性石英砂進(jìn)行電鏡掃描和表面面積測定，考察改性效果，確定超聲波和微波處理強(qiáng)度、時間等與改性效果之間的規(guī)律。

（2）湘江微污染水源水處理試驗(yàn)研究

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定的最佳運(yùn)行條件，用取自湘江微污染水源水進(jìn)行處理試驗(yàn)，驗(yàn)證此前的研究結(jié)果，并進(jìn)一步對運(yùn)行條件進(jìn)行調(diào)整，最終確定指導(dǎo)工程實(shí)踐的設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2、技術(shù)路線

收集吸附和化學(xué)氧化理論與實(shí)踐的前沿成果作為理論指導(dǎo)，運(yùn)用水處理理論、化學(xué)、物理、儀器分析等多學(xué)科的原理，對影響處理效果的因素進(jìn)行理論分析和比較，確定試驗(yàn)考察參數(shù)，改變參數(shù)進(jìn)行一系列的反復(fù)試驗(yàn)，然后在對湘江微污染水源水進(jìn)行處理，確定工藝的控制參數(shù)。

項(xiàng)目實(shí)施遵從“理論——試驗(yàn)——理論——實(shí)踐應(yīng)用”的路線。

預(yù)期成果：

1、查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和參考資料，根據(jù)已有資料寫出試驗(yàn)方案（包含技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析）。

2、探索出處理微污染水的處理模式，預(yù)測其實(shí)際應(yīng)用前景，進(jìn)行理論性的研究。

3、探索影響去除效率的因素、規(guī)律，確定最佳工藝運(yùn)行條件，對湘江微污染水源水進(jìn)行處理研究。

4、總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并深入研究撰寫論文。

年度目標(biāo)和工作內(nèi)容（分年度寫）

本實(shí)驗(yàn)計劃研究的時間預(yù)期1年7個月，期限為2018年5月—2019年12月。階段工作計劃如下：

2018年5月～2018年6月：廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)，制定詳細(xì)可行的研究計劃，進(jìn)行人員分工，全面做好研究準(zhǔn)備工作。

2018年7月～2018年12月：電鏡觀察改性后石英砂的表面特征、分析計算比表面積、孔隙率等等考察超聲波聯(lián)合微波對石英砂的改性效果。通過天然石英砂和改性石英砂對微污染水源水的處理對比試驗(yàn)研究，考察石英砂改性對去除效率的影響。   

2019年1月～2019年7月：通過正交試驗(yàn)試驗(yàn)探索影響去除效率的因素、規(guī)律。

2019年7月～2019年12月：對湘江微污染水源水進(jìn)行處理研究，確定最佳工藝運(yùn)行條件；總結(jié)課題、撰寫論文、完成并呈交結(jié)題報告。

指導(dǎo)教師意見

選題合理、新穎，方案可行，具有明顯的社會價值與效益，同時實(shí)際工程價值顯著，同意指導(dǎo)！

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