胡蕊开题报告.doc

中北大学信息商务学院毕业设计开题报告学 生 姓 名：胡蕊学 号：08040142X07系 别：化工与环境系专 业：环境工程论文题目：酸性硫铁矿废水处理工艺设计指导教师:赵英虎 2012 年 3 月 10 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。 毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 本课题的研究背景硫铁矿是世界上一种丰富的矿产资源，主要是由地慢中的硫与地壳中的铁及其它杂质元素，如Al、Mn、Cu等在适宜的地球化学条件下，经过成千上万年的成矿演化而形成，所以硫铁矿的主要成分是FeS2(黄铁矿、白铁矿)、FeS(磁黄铁矿)，同时还含有Al、Zn、Cu、Pb等金属元素1。由于硫铁矿的主要成分FeS2具有还原性，在空气、水和细菌的共同作用下，产生了大量的酸性废水。矿坑废水的主要特性是强酸性，是除了生活污水、工业废水外的又一大水污染问题，已引起了各国学者的关注。我国的煤矿、硫铁矿分布较广，且硫铁矿是Cu、Pb、Zn等硫化矿床及含煤地层中最常见的硫化物矿物，也是产生酸性矿山废水的主要原因。随着采矿也的发展，我国的酸性矿山废水问题也日趋严重2。1.2 酸性矿山废水产生及危害酸性矿山废水的产生：在金属矿山，由于矿石或围岩中含有硫化矿物，它们经过氧化、分解并溶解在矿坑水源之中，从而使之形成酸性水3。尤其在地下开采的坑道里，有大量渗入的地下水和良好的通风条件，为硫化矿的氧化、分解创造了极为有利的条件。酸性矿山废水的危害：由于矿山废水的排放量大，持续性强，而且其中含有大量的重金属离子、酸、固体废弃物、选矿时应用的各种药剂，在个别矿山废水中甚至含有放射性物质等，因此，矿山废水在外排过程中对环境的污染是特别严重的4。矿山废水引起的污染，不仅限于矿区本身，其影响范围，远比矿区本身广。例如，日本足尾铜矿，由于矿山废水流出矿区，排入渡良獭川，又遇发生洪水泛滥，导致矿山的废水广为扩散，茨城、栖木、群马、旗玉四县数万公顷的农田遭受危害，废水流过之处，田园荒芜，鱼类窒息，沿岸数十万人民流离失所，无家可归5。1.3 酸性矿山废水处理的国内外现状 水是人类生活、动植物生长和工农业生产不可缺少的物质，是地球上最丰富的自然资源。随着近代工业生产的迅速发展6，工矿企业生产过程中大量用水，排出的工业废水也日益增多，如不加以处理，直接排入水体，必然会引起水体的严重污染，因而造成各种危害。水中的有毒物质(如氰、铬、汞等)7会被人体和生物吸收而使机体受毒;大量的有机物和无机物(如硫化物、亚硫酸盐等还原物质)排入水体后，使水中溶解氧显著降低，甚至完全缺氧，因而影响水中生物的生活;含有某些无机物的废水排入水体，会使水中硬度或盐量增加，若用此类废水灌溉农田，将使土壤盐碱化8。 目前国内外常见处理酸性硫铁矿废水的方法主要有如下几种：中和沉淀法：中和沉淀法是处理矿山酸性废水的常用方法，该方法是通过投加碱性中和剂，提高矿山酸性废水的pH，并使废水的重金属离子形成溶度积较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀9。常用的中和剂有生石灰、石灰乳、石灰石等，此类方法可在一定的pH条件下去除多种金属离子，具有工艺简单、可靠、处理成本低等特点。投加NaOH作为pH值调节药剂具有工作环境干净、固体NaOH有运输方便、易存储、占地小、投资少的优点，同时也是合理可行的。根据其具体方法的不同，中和沉淀法又具有不同的处理工艺、系统。具体有以下几种：（1）水塘处理工艺；（2）基坑连续/批处理系统；（3）传统处理工艺；（4）简易底泥回流工艺；（5）HDS处理技术；（6）分段中和处理技术10。王洪忠等人利用中和沉淀法对排入孝妇河的矿山废水进行处理，出水pH达到7.5，硫酸根和总铁量为微量。陈喜红对江西万年银金矿矿山废水采用中和沉淀法处理，出水水质指标优于农灌用水标准。硫化沉淀法：硫化物沉淀法式利用硫化剂将废水中重金属离子转化为不溶或者难溶的硫化物沉淀法，金属硫化物沉淀比氢氧化物沉淀离子溶度积更小11。该法的优点是硫化物的溶度积小、沉渣含水率低，不易因返溶而造成二次污染，同时产渣量相较于碱中和沉淀法少，而且当用中和沉淀法处理矿山酸性废水不能达到相应的限制要求时可采用硫化沉淀法，同时可以与浮选法组合成沉淀浮选工艺，对废水的中金属进行选择性沉淀回收12。日本电子公司用硫化铁去除重金属，污水与铁盐混合后，加碱并在空气中氧化，产生铁氧体沉淀物，通过过滤器或磁场去除沉淀物。虽然硫化沉淀法在一些矿山酸性废水处理过程中已经得到了一些应用，但也发现了一些问题13：硫化剂本身有毒，在矿山酸性废水处理过程中易形成有毒的H2S气体造成空气污染；与其他处理药剂相比，硫化剂价格较高，增加了污水处理的成本14；处理过程中不易控制药剂添加用量，过量不但增加污水处理成本而且也会造成污染。但一些研究考虑利用资源丰富的硫铁矿(Fe2S)制备硫化剂FeS，可以避免硫化沉淀过程中产生H2S，排水可再处理，使硫化沉淀法得到改进15。氧化还原法：氧化法是利用强氧化剂氧化与分解废水中的污染物净化废水的一种化学处理方法。强氧化剂能把废水中有机物逐步降解为简单无机物，也能把溶解于水中的污染物氧化为不溶于水、而且易于从水中分离的物质16。氧化还原法在矿山酸性废水处理过程中的应用主要是两个方面：一是酸性废水中二价铁的氧化，在矿山酸性废水中有大量的二价铁，在中和、硫化沉淀法处理过程中不易处理，将二价铁氧化为三价铁(矿山酸性废水处理过程中一般采用曝气法)可以便于去除，控制pH在3.0左右即可去除大部分的铁离子，同时由于三价铁的共沉淀作用，可以去除部分的其它重金属；二是废水中重金属的置换、回收。在矿山酸性废水的处理过程中氧化还原法主要是铁屑置换工艺，利用铁的还原性还原废水中的重金属离子17。江西铜业股份公司永平铜矿和山东招远黄金冶炼厂都有相关工程应用，永平铜矿在采区废水形成汇流端处建起了数个小型氧化还原反应池,采用铁屑置换法,生产收集海绵铜,每年可获得近10万元的经济效益。微生物处理技术：根据微生物处理重金属废水作用机理的不同，微生物处理技术主要分为生物吸附技术、生物累积技术、生物浸出技术三大类18。微生物处理技术的低成本、不产生二次污染等优越性决定了其在在矿山酸性水治理过程将具有广阔的应用前景，例如美国的蒙大拿州废弃的某矿，在用微生物处理技术处理前矿井水的pH约为3，且含有大量的Al、Cd、Cu、Mn、Fe、Zn和硫酸盐。在1994年设计建成了微生物处理系统，利用废弃的矿坑作为生物反应器19，在水面下用两个平台，并放置有机底物培养基，同时钻井到主要矿坑处并注入培养基。因此，酸性矿坑水在向上流动时通过矿井中的培养基发生了生化反应，使流出的水得到处理。但该技术也有一定的局限性20：微生物一般具有一定的适应性处理废水pH、温度的高低等均可影响微生物的活性，进而影响处理效果；微生物一般都具有选择性，只吸附一种或几种金属，针对矿山多金属废水的处理不具有优势；微生物具有一定的耐受性，在重金属浓度较高时会导致中毒，限制了其广泛的应用。离子交换法21：离子交换法是指用离子交换、吸附材料离子交换、吸附矿山酸性废水中的重金属离子，以达到富集，消除或降低其浓度的目的。离子交换法是一种特殊的吸附过程，即吸附重金属离子的同时放出等当量的离子22，这就是该方法的实质。现阶段离子交换吸附、材料的研究取得了一定的研究成果，但是应用仅局限于实验室规模，且大多用来处理实验配置水溶液，对于实际废水中污染物的吸附处理研究还较少，实际废水由于水源不同、成份复杂23，进行处理要不具有针对性，而且在处理实际污水时具有操作复杂性，高成本性，其工程应用的技术、经济可行性还要进一步分析、研究。离子交换树脂法处理重金属废水相对技术比较成熟，在技术上是可行了的，但是用其对矿山废水进行处理不具有经济可行性，矿山废水水量大、离子浓度低24，用离子交换树脂进行处理具有高成本性，同时，离子交换法处理重金属比较单一，这就更限制了其在矿山酸性废水处理中的应用25。但可针对不同金属矿山废水的特点，离子交换法可与其它处理法组成组合工艺，利用离子交换法富集特性，富集矿山酸性废水中某一可回收重金属，不但可以对矿山废水进行达标处理，而且通过废水中重金属离子的回收可以产生较好的经济效益26。1.4 本课题研究的目的及意义 本课题研究的主要目的是针对该硫铁矿尾矿库废水高含铁酸性的特点，对其处理技术进行研究，提出经济可行的技术工艺及设计参数，为硫铁矿高含铁酸性废水的处理提出经济有效、切实可行的技术措施27，研究矿区环境的意义就是在于通过对污水的处理，矿区实现了废水零排放，达到了清洁生产的目的。这样由矿区对周围的环境带来的污染将会最终消除，切实解决硫铁矿的酸性高含铁尾矿库废水问题，实现社会环境效益、企业经济效益双赢。参考文献：1 任万古. 德兴铜矿酸性废水处理实践J. 采矿技术, 2002, 2(2): 2-52 韦冠俊, 蒋仲安, 金龙哲. 矿山环境工程M. 北京: 冶金工业出版社, 2001: 91-963 MaTijievic E, kolak N. 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