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[硕士论文] 孙兆云
工程硕士 山东大学 2017(学位年度)
摘要:拜耳法赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业废渣,大量的筑坝堆存不仅浪费土地资源,还可能对周围环境带来危害。目前赤泥的有效利用率很低,亟需建立减量化、规模化综合利用的有效途径。在查阅国内外研究动态文献资料和对山东省内赤泥堆存现状调研的基础上,研究赤泥作为路基填筑材料的工程应用和环境影响具有重要现实意义。
  通过对拜耳法赤泥的基本物理、水理和力学性质及环保指标的室内试验,分析其工程特点和环保分类。分别选取了石灰、水泥、磷石膏和复合改性材料等对其进行改性处理,通过室内试验确定最优改性处理方案,并分析强度形成与金属离子固化机理。研究结果表明,当选用复合改性材料掺量为8%时,改性赤泥的3天强度大于2.5MPa,28天强度大于4.0MPa,软化系数大于0.80,六价铬和氟化物的浸出浓度降低比例超过80%,能够满足路基填筑的技术要求。
  依托滨州北海新区园区试验路,开展改性拜耳法赤泥的工程应用研究。根据路基实际工作环境条件,采用危害物质稀释迁移模型,对试验路进行了环境风险评估,结果表明试验路建设不会对地下水产生不利影响。根据改性赤泥的材料特性和环保控制要求,提出了路基施工质量控制的技术要求。对成型路基进行了承载板、PFWD和分级FWD的定点测试,建立了赤泥路基回弹模量E0、动态变形模量Ed和弯沉值l之间的相关关系。在试验路段和对比路段分别埋设地下水监测井,对周围环境(地下水)进行长期跟踪取样与对比测试分析,试验段和对比段监测井内水样的pH值及危害物质浓度变化基本一致,长期稳定后低于Ⅲ类地下水污染物质限值,与环境风险评估结论相吻合。
  将拜耳法赤泥改性处理后用作路基填筑材料,不仅可以解决公路建设中土源严重不足的问题,而且为冶铝企业节省赤泥堆存的维护费用,具有良好的经济效益、社会和环保效益,对推动赤泥的减量化、规模化综合利用具有重要意义。
[硕士论文] 周育智
环境工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:20世纪80年代由国际科学联合会(ICSU)发起和组织的一项重大国际科学计划——国际地圈-生物圈计划(IGBP),其中,土地覆盖/土地利用(LUCC)变化对陆地生态系统碳存储以及碳循环的影响已经成为全球变化研究的热点问题。而矿区生态系统作为一个不同于自然生态系统的具有特殊结构和功能的有机整体,矿区内的生产活动(尤其是煤炭高强度开采)势必会造成矿区内土地利用方式的变动和由此引起的碳素循环失衡问题。因此,对矿区土壤有机碳、团聚体结合碳、以及矿区特殊碳循环的研究十分重要。本文选择淮南潘集矿区为研究对象,通过野外采样和室内试验相结合研究土壤有机碳、微生物生物量碳、可溶性有机碳季节变化,探讨植被类型、覆土厚度、覆土时间对土壤有机碳含量、团聚体组成的影响,旨在为潘集矿区碳循环研究提供基础数据。本文主要研究结果,如下:
  (1)东辰生态园区和潘一矿生态修复区土壤有机碳、微生物生物量碳、可溶性有机碳含量均低于周边自然土壤。潘一矿生态修复区全年有机碳含量基本上高于东辰生态园(除2015年11月),同时,还发现研究区土壤有机碳全年的变化趋势与修复区植物生长趋势基本一致。
  (2)不同覆土厚度土壤有机碳含量介于4.49-6.53g/kg,覆土较薄的地块(0-20cm)有机碳含量最高为6.53g/kg,分别比覆土20-40cm,40-60cm,40-60cm,80-100cm的地块高出23.91%、2.35%、26.31%、45.43%,这可能是由于植被类型对复垦区土壤有机碳的影响大于覆土厚度所导致的。
  (3)煤矸石充填复垦区土壤中各粒径机械稳定性团聚体组成比例均随粒级从大到小呈“W”型分布,>3.2mm粒级团聚体所占比例最大,且与其它粒级存在显著性差异(P<0.05),修复区水稳定性团聚体组成比例与机械稳定性团聚体相似。修复区土壤水稳定团聚体平均重量直径均小于对照区,分别为0.82mm和0.67mm,覆土60-80mm的地块土壤团聚体平均重量直径和几何直径均高于其它覆土厚度区,故土壤结构稳定性最优的覆土厚度在60-80cm。
  (4)修复区土壤总有机碳含量均小于对照区,分别比对照区减少了24.97%和35.10%,同时,各粒级水稳定性团聚体也小于对照区。不同覆土厚度的地块土壤平均有机碳含量的变化趋势呈单峰状,覆土40-60cm和60-80cm的地块各粒级团聚体有机碳含量均高于其它覆土厚度。
  (5)3个覆土厚度梯度下土壤胡敏酸含量的大小依次:0-20cm>20-40cm>40-60cm;土壤富里酸含量:40-60cm>20-40cm>0-20cm;土壤胡敏素含量:40-60cm>20-40cm>0-20cm。在腐殖质形成过程中,土壤有机碳、土壤含水量和全氮起到促进作用,有利于土壤腐殖质的形成。
[硕士论文] 邱增羽
环境工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:持久性有机污染物(POPs)具有持久性、半挥发性、生物蓄积性以及高毒性,可以严重损害人类健康和环境,随着POPs污染事故的频频发生,人们逐渐认识到POPs的危害,多环芳烃(PAHs)是POPs的一种,环境中的PAHs超过一百多种,其中16种被美国环保署定义为优先控制污染物,本文以淮南潘一矿杨庄采煤沉陷区作为研究对象,以PAHs为例,采集2014年、2015年、2016年三年水体、土壤、底泥样品,分析整个沉陷区PAHs含量的时空分布特征,探讨了水体、土壤、底泥中TOC含量与PAHs的相关性,从而探究有机质对PAHs分布的影响,结果表明:
  分析2014年~2016年杨庄样品中PAHs含量发现:2015年采样前长时间降雨导致PAHs在2015年浓度最低,2014年与2016年含量相差不大,PAHs含量稳定;水体中均以3~4环物质为主,6环物质在2015年和2016年均未检出;PAHs在水域中的分布情况在不同的年份中具有差异,2014年塌陷区东侧区域浓度较高,2015年中间区域浓度较高,2016年在靠近西北方向边界处(离煤矸石地区较近)浓度较高。悬浮物中2014年∑16PAHs含量>2015年>2016年,悬浮物逐渐沉积于水体底部,近年来周围无新的污染源产生。2016年底泥中PAHs含量明显高于前两年,悬浮物已经汇集于底泥中,5环、6环含量相比水体、悬浮物有所增加;悬浮物和底泥PAHs含量较高地区均集中在采煤沉陷区东部。
  分析2016年杨庄样品的空间分布情况发现:2016年杨庄水体中PAHs浓度在79.05~239.14ng/L之间,以3~4环为主,水体PAHs分布均匀,层与层之间无明显规律,2~4环PAHs在水体的不同深度浓度变化不大,采煤沉陷区水体中的PAHs主要来自于草木、煤等物质的燃烧,在靠近煤矸石区域浓度较高。悬浮物中PAHs浓度在137.5~586.31ng/L之间,以萘、菲为主,受到低级煤以及生物质燃烧的影响较大,底层环数分布规律比较明显,3~5环PAHs垂直分布特征不明显,悬浮物流动性大,导致空间分布特征无明显规律,表层悬浮物中间浓度略高,中层东侧浓度较高,底层西侧浓度较高。土壤PAHs浓度在42.11~4152.379ng/g之间,以萘、菲、芘、荧蒽、(蘑)为主,0-5cm层PAHs浓度较低,5-10cm层浓度最高,然后随着深度的增加PAHs浓度降低;0~5cm和15~20cm土壤深度上,采样区域北侧浓度较高,在5~10cm、10~15cm土壤深度上,采样区域西南角PAHs浓度较高。底泥作为污染物最终的汇,PAHs含量最高,2016年底泥中PAHs含量在43.968~7644.210ng/g之间,菲含量最高,高分子量物质吸附于有机质上,浓度增加,垂直分布特征明显,2环、5环PAHs随着深度变化不大,3~5环PAHs随着深度的增加浓度降低;空间分布规律明显,不同层次样品均在西侧区域浓度较高,西侧有煤矸石堆,且有大面积农田土壤,受到周围煤矸石堆和土壤中PAHs的影响较大。
  水样中16种PAHs含量与溶解性有机碳相关性不大;土壤中16种PAHs的总含量与有机碳呈不显著弱相关,其中高环(5、6环)PAHs与TOC呈极显著强相关,底泥中16种PAHs含量与有机碳含量相关性很强,且不同深度的底泥样品PAHs含量与不同环数PAHs含量均与TOC呈极显著强相关。说明土壤、底泥中PAHs的分布迁移规律与有机质相关。
[硕士论文] 黄肖萌
环境科学 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:采煤沉陷区是由于过量采煤,导致采空区上方出现大面积沉陷塌落,经过降雨和地下水渗透后出现大面积的水域,原先的陆生环境变成水域环境,其中的持久性有机污染物也会发生一系列的迁移转化行为。鉴于环境中的有机氯农药具有持久性和生物累积性,会在生物体内蓄积,最后危害人类健康,研究OCPs的归趋行为具有十分重要的意义。
  本文通过选取淮南市杨庄采煤沉陷区作为研究对象,通过采集杨庄沉陷区水样和底泥样品,分析其中的OCPs含量,并建立了沉积物-水稳态逸度模型,对沉陷区域γ-HCHs和p,p'-DDT的归趋行为进行了数学模拟,计算出了底泥中γ-HCHs和p,p'-DDT预测浓度,并对模型的可行性做出了分析和比较,得出以下结论:
  1、通过分析15年和16年杨庄沉陷区水体样中的OCPs含量,发现受附近煤矸石堆和泥河的影响,一些采样点位处有机氯农药含量出现偏高的情况,纵向分布基本呈现为表层水<上覆水<间隙水的规律,并且γ-HCH在两年的水样组成中均占较多比例,是HCHs的主要成分之一;p,p'-DDT在15年和16年DDTs中的占比较大,是DDTs的主要成分之一。故而选择这两个有机氯农药进行逸度模拟更有代表性。
  2、通过分析15年和16年杨庄沉陷区底泥样中的OCPs含量结果可以发现:9号、10号、11号点位(靠近泥河入口和煤矸石堆)处HCHs和DDTs浓度较其他点位高;并且纵向上呈现随着底泥深度的增加,有机氯农药含量逐渐减少的规律。
  3、水体中TOC含量分布也与周边环境有密切关系,靠近泥河流域和居民区的水域TOC含量较高。并且通过分析水体和底泥中的OCPs含量和TOC含量的相关性,发现底泥中的OCPs含量与TOC含量之间具有显著相关性,也即底泥中TOC含量越高,有机氯农药也就越高。
  4、以2016年OCPs中的γ-HCH和p,p'-DDT为例,通过实测和引用文献值等方法确定参数值,然后建立了沉积物-水两相间的稳态逸度模型,对有机氯农药在塌陷区水域环境中的迁移转化行为进行模拟计算,并将预测值与实测值进行比较,发现吻合度较好,数值偏差在一个数量级内,说明模型建立较为成功,能够反映有机氯农药在杨庄塌陷区中的迁移转化行为。
  5、通过分析计算关键性参数的灵敏度系数找出对模型影响较大的参数,并分析发现悬浮物沉降速率灵敏度系数最大,说明沉积物-水系统中悬浮物沉降对污染物向底泥迁移的过程起重要作用。
[硕士论文] 杨茗
环境工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文中选取杨庄塌陷区为研究对象,在夏季时期采样,选取水样7个,土壤样12个,底泥样12个,分别测定各环境中理化性质:(1)水样:总氮、总磷、氨氮、COD、、TOC、pH、DO、T;(2)土壤:有机质、含水率、Fe2+、Mn2+、粉粒含量;(3)底泥:有机质、Fe2+、Mn2+、粉粒含量,采用GC-MS分析方法测定各环境中HCHs和DDTs浓度,运用Origin、SPSS等软件分析测定结果,简要概述HCHs、DDTs在研究环境中分布特征,采用三种分析方法:皮尔逊分析、偏相关分析、回归分析,系统研究了测定结果之间的相关性,最后得出以下结论:
  (1)δ-HCH和o,p'-DDT是水样环境的两种主要检出异构体,位于塌陷区东南区域的1、5和7号采样点,HCHs的检出浓度程度:水底上0.5m处>水深1/2处>水下0.5m处,西北区域采样点HCHs的检出浓度程度:水下0.5m处>水深1/2处>水底上0.5m处;位于西北区域的2,4,6号采样点DDTs浓度累积在下层,呈现出向下迁移的趋势。
  (2)γ-HCH、o,p'-DDT和p,p'-DDT是土壤环境的三种主要检出异构体。围绕塌陷塘的东边区域的采样点5,6、12号采样点的HCHs检出浓度累积在中层,即5-15cm的区域,西边区域9号和10号采样点HCHs浓度呈现出向下迁移的趋势,即在底层出现一个累积层位。塌陷塘由东至西采样点4、5、6、8号采样点DDTs检出浓度累积在中层,靠近煤矸石堆旁的9、11号采样点DDTs检出浓度在底层出现一个累积层。
  (3)γ-HCH、o,p'-DDT和p,p'-DDT是底泥环境的三种主要检出异构体。其中位于塌陷塘东边区域的7、8号采样点HCHs检出浓度累积在底层土,西边区域的10、11号采样点HCHs检出浓度累积在中层,其他采样点的HCHs检出浓度呈现出逐渐向下减小的趋势;塌陷塘西边区域的1、3、8、11号采样点的DDTs检出浓度累积在中层,其他号采样点均呈现DDTs检出浓度随着深度加深,浓度减小的趋势。
  (4)相关性分析中:水样环境中只有总磷、温度与HCHs间有低等程度相关性,而其他理化性质和HCHs相关程度不高。对于DDTs来说,总磷与DDTs相关性最高,呈中等程度正相关性。
  (5)偏相关分析中,有机质和土壤中HCHs相关性最高,含水率和HCHs呈负相关关系。回归分析中,得出有机质和HCHs有较好的相关性;偏相关分析中有机质与土壤中DDTs的相关性最大,呈正相关关系,含水率和DDTs呈负相关关系。在回归分析中经过一系列检验后得出有机质和DDTs有很好的的相关性。
  (6)偏相关分析中,有机质与底泥中HCHs的相关性最大,Fe2+和DDTs呈负相关关系。回归分析中,经过一系列检验,得出有机质和HCHs有很好的相关性;偏相关分析中与底泥中DDTs的相关性最大,呈正相关关系,Fe2+和DDTs呈负相关关系。回归分析中,经过一系列检验后得出有机质和DDTs有很好的相关性。
  通过研究理化性质和OCPs的相关性,研究影响OCPs在环境中浓度分布具有差异性的因素。对塌陷区复垦、生态环境修复都具有重要的意义。
[硕士论文] 杜晓丽
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:重金属吸附材料一直是环境科学的研究重点,其中针对典型吸附材料铁氧化物、锰氧化物的研究较多。天然含铁锰矿集合了铁氧化物、锰氧化物的特性,对重金属具有很好的去除效果,且资源广泛,具有非常好的应用前景,但目前对含铁锰矿性质及对重金属去除机理的研究较少。本文以天然含铁锰矿、合成的铁氧化物、锰氧化物及铁锰二元复合氧化物作为研究对象,采用XRD、FTIR、TG、XPS、扫描电镜等技术手段对材料进行成分分析、矿物学及表面化学表征,并研究了材料对重金属(铅、锌、镉、铬、砷)的吸附效果,分析了不同因素对含铁锰矿吸附砷的影响,再结合对吸附砷前后材料的表征,探讨了含铁锰矿吸附砷的机理。主要结论如下:
  1.采用XRD、FTIR分析技术发现,供试10种天然含铁锰矿均含有软锰矿、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿,其中碳酸锰矿还含有特有物质菱铁矿和菱锰矿。通过扫描电镜观察材料形貌特征发现,天然含铁锰矿以块状形式存在为主,表面较光滑,吸附砷后有小颗粒吸附在块状表面;而合成矿物颗粒较小,排列疏松,比表面积相较于天然含铁锰矿而言要大幅增加。
  2.采用TG分析技术发现,10种天然含铁锰矿及人工合成的铁氧化物、锰氧化物在47℃、260℃、590℃时质量减轻幅度较大,分别造成湿存水、结晶水、结构水的损失,同时物质结构遭到破坏。而人工合成的铁锰二元复合氧化物主要在300℃之前损失质量。
  3.采用Tessier5步顺序提取法分析铁、锰形态发现,天然含铁锰矿中Mn主要以可氧化态、可还原态和残渣态的形式存在,含量分布分别是18%20%、11%~21%和59%~68%; Fe主要以残渣态的形式存在,含量约占95%,但残渣态不具备氧化As的能力。因此,含铁锰矿在对砷的吸附氧化过程中,Fe主要起吸附作用,而Mn则起到氧化作用。此外,在10种天然含铁锰矿中, Ca、As含量与铁、锰各形态含量显著相关,但与Fe、Mn含量无关。
  4.研究供试材料对5种重金属的吸附实验发现,10种天然含铁锰矿对Pb的吸附能力最强,平均去除率为92.17%,其次为As,平均去除率为61.60%,碳酸锰矿对As的吸附能力最弱,去除率仅有15.54%,但对Zn和Cd具有较好的吸附能力,其去除率分别为66.93%、42.62%。人工合成的铁锰二元复合氧化物对Pb、Cr、As的吸附能力都很强,平均去除率依次为97.25%、99.34%、99.98%,对Zn、Cd的吸附能力却很弱,平均去除率依次为67.61%、53.85%。人工合成的铁氧化物和锰氧化物对Pb、As的吸附量很高,对Zn、Cr、Cd的吸附量随氧化物种类不同而有较大差异,表现出选择性吸附。含铁锰矿对Cr的去除率与材料比表面积及Fe含量显著正相关,与锰的氧化度显著负相关;As去除率与材料比表面积及Fe含量显著正相关。
  5.采用实验室批处理实验发现,含铁锰矿材料吸附砷符合Freundlich等温吸附方程。吸附动力学分析结果表明,前4h含铁锰矿与砷溶液反应迅速,至12h时反应达到平衡。
  6.采用XRD、FTIR、XPS对吸附砷前后的矿物材料进行分析,结果表明,在吸附过程中,Mn作为氧化剂将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ),而Mn则由Mn(Ⅳ)还原成Mn(Ⅱ),反应过程中Fe的价态并未发生变化,说明在含铁锰矿吸附As(Ⅲ)过程中Mn起到氧化还原的作用,而Fe仅参与吸附反应,促进提高含铁锰矿对As(Ⅲ)b的去除。
[硕士论文] 李海彬
公共管理 云南财经大学 2017(学位年度)
摘要:我国是一个矿产资源大国,对矿产资源的开发和利用历史悠久,我国的一部分地区实现经济快速发展与矿产资源的开发和利用密不可分,因此,矿区成为了这些地方的特有地区,磷矿开采业在工业总产值中的比重虽然不高,但是磷矿开采和工业化过程中的资源耗费率高,浪费问题突出,大量磷矿石资源被消耗的同时还造成了矿区周围大气粉尘污染、当地水系和土壤污染,从而出现了生态破坏,且范围大、周期长,影响矿区群众生产生活的同时也给地方政府形象造成了不良影响。随着党的十八大的胜利召开,生态文明建设首次纳入社会主义建设“五位一体”的总布局,面对资源约束趋紧的现实,作为技术密集型和资本密集型的磷矿资源企业,如何在实现矿区发展的同时保护好磷矿区生态环境,引起了众多专家学者、政府部门的高度关注。
  本研究以典型磷矿区----昆明市晋宁区为例,以各涉矿乡(镇、街道)及云南磷化集团有限公司为研究样本,把公共管理、多中心治理和可持续发展理论作为研究基础,广泛深入的调研了当前晋宁磷矿区在开采过程中对生态环境面临的严峻形势和突出问题,深入了解了晋宁磷矿区在生态环境治理上所开展的工作和取得的成效,分析研判了存在的问题及原因,并有针对性的提出了解决问题的对策和建议。针对晋宁磷矿区生态环境治理,提出如下建议:建立健全法律法规,整合规范管理机构;破除体制障碍,创新管理制度;破解资金瓶颈,保证治理成效;大力发展矿区循环经济。
[硕士论文] 史蔓蔓
微生物学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:锑(Antimony)是一种剧毒的类金属,锑中毒会导致人体心肌衰竭、肝坏死等疾病。自然界中有些微生物能够通过氧化毒性强的Sb(Ⅲ)至毒性弱的Sb(Ⅴ)来解毒。本课题组前期发现在锑氧化型细菌Agrobacterium tumefaciens GW4中Sb(Ⅲ)的氧化是锑氧化酶AnoA催化的酶促和H2O2介导的非酶促锑氧化共同组成的,但对于AnoA表达的调控机制还尚未阐明并且目前微生物Sb(Ⅲ)压力下的响应机制也尚未报道。本论文开展了菌株GW4在不加锑与加50μM Sb(Ⅲ)条件下的比较蛋白质组研究,然后利用分子生物学技术研究锑氧化酶AnoA的调控机制,并分析了锑压力下的代谢路径。
  通过蛋白质组学和质谱测序鉴定得到21个加锑差异表达蛋白质均上调表达,根据KEGG功能分类,分别属于锑氧化及外排、碳代谢、脂类代谢、氨基酸代谢及膦酸酯代谢和磷酸盐转运等。其中,我们发现在加锑条件下磷酸盐转运蛋白PstS2的上调表达,前期报道PstS蛋白受磷酸盐调控蛋白PhoB的调控。PhoB为全局性调控蛋白,我们推测磷酸盐调控系统可能与Sb(Ⅲ)氧化存在相关性。
  基因组分析发现菌种GW4有两套磷酸盐调控系统。将位于砷基因岛上一套命名为1,该基因簇中的磷酸盐调控蛋白基因phoB1位于磷酸盐转运系统pstBACS1的下游,方向相反;将远离砷基因岛的另一套命名为2,该基因簇中的磷酸盐调控蛋白基因phoB2位于磷酸盐转运系统pstBACS2的下游,方向相同。本论文主要结果如下:(1)通过报告基因融合实验,我们检测到GW4中的磷酸盐调控蛋白基因phoB1受Sb(Ⅲ)诱导效果不明显,但phoB2能够受Sb(Ⅲ)显著诱导;(2)在加Sb(Ⅲ)条件下检测菌株GW4、GW4-△phoB1、GW4-△phoB2、GW4-△phoB1/phoB2中锑氧化酶基因anoA的酶活,结果发现较野生型GW4中anoA的酶活相比,缺失phoB2基因anoA的酶活性受到明显的抑制,phoB1基因的缺失使anoA的酶活性略有下降,而双敲除株GW4-△pho B1/phoB2中anoA酶活几乎丧失;(3)对各个菌株进行生长和锑氧化实验结果表明,单敲除株在50μM Sb(Ⅲ)浓度下生长、锑氧化均不受影响,GW4-△phoB1/phoB2双敲菌株在不影响生长的情况下锑氧化效率明显降低;(4)对各个菌株在加Sb(Ⅲ)条件进行胞内H2O2含量测定,结果显示GW4-△phoB1中H2O2含量较GW4显著升高,GW4-△phoB2中H2O2含量极显著升高,互补株均回复表型。这些结果表明单敲除株氧化速率没有降低很可能是由于H2O2发挥了Sb(Ⅲ)氧化作用;而双敲除株中H2O2含量虽比野生型高,但仍低于GW4-△phoB2,并不足以弥补anoA的作用,因此氧化速率减慢;(5)细菌单杂交和EMSA等方法证明PhoB1、PhoB2能够与anoA启动子区DNA在体内和体外相互作用,并确定了结合位点。以上结果表明,磷酸盐调控蛋白PhoB1与PhoB2均对锑氧化酶基因anoA有一定的调控作用,但是PhoB2的调控作用更强。
  该研究阐明了菌株GW4中锑氧化酶基因anoA的调控机制,并解析了异养型细菌对锑的压力响应机制,为利用微生物进行锑污染治理具有十分重要的理论价值。
[硕士论文] 蔡冬梅
生态学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:砷是一种有毒重金属,通过食物链在生物体内富集,对人体及其他生物造成严重危害。在水和土壤环境中,As(Ⅲ)比As(Ⅴ)移动性更强,且不易被吸附除去,对于人体而言,亚砷酸盐的毒性比砷酸盐大,因此,As(Ⅲ)的氧化不仅影响砷的生物有效性和毒性,而且还会影响到砷在水体和土壤中的形态、迁移和转化,以及环境砷的修复效果。天然含铁锰矿具有电荷零点低、反应活性强、孔隙率高等特点,是As(Ⅲ)的天然氧化剂,在我国矿藏丰富,是一种有开发利用前景的砷污染修复环境材料。
  本课题采用实验室批量法研究天然铁锰矿氧化和吸附As(Ⅲ)的动力学特点,探讨不同因素对天然铁锰矿氧化As(Ⅲ)的影响,揭示含铁锰矿/水界面氧化和吸附As(Ⅲ)的原位动力学过程及其作用机制。主要结论如下:
  (1)对3种天然锰矿和2种合成锰矿理化性质的研究表明,3种天然含铁锰矿(编号1-3)的Mn/Fe比(31.94、4.88、2.2)和电荷零点(3.5-6.4)差别较大,而其锰氧化度(3.4-3.8)和pH(6.8-7.0)相差不大;人工合成酸性水钠锰矿(编号4)的MnO2含量和锰氧化度大于钙锰矿(编号5),而电荷零点和pH值趋势相反。2种人工合成锰矿比表面积相比于3种天然含铁锰矿的比表面积、孔容及平均孔径都要大,尤其是两类锰矿的孔容相差6倍左右。
  (2)采用批量法实验研究了含铁锰矿氧化As(Ⅲ)的动力学特点及其影响因素。结果表明,对As(Ⅲ)的氧化能力依次为:4号酸性水钠锰矿(70.2%)>1号低铁锰矿(49.2%)>3号高铁锰矿(32.8%)>2号中铁锰矿(26.8%)>5号钙锰矿(24.1%),对As(Ⅲ)的吸附能力依次为:4号酸性水钠锰矿(58.18%)>5号钙锰矿(50.42%)>3号低铁锰矿(40.62%)>2号中铁锰矿(36.45%)>1号高铁锰矿(29.74%)。随着pH(6-7.9)的增大,铁锰矿对As(Ⅲ)的氧化性增强。
  (3)采用现代波谱技术,分析了天然含铁锰矿/水界面氧化As(Ⅲ)的作用机制。XRD图谱分析表明,铁锰矿氧化吸附前后并没有生成新的晶型物质。FTIR分析发现,铁锰矿吸附前后,在856 cm-1处出现了M-O-As的伸缩振动,表明其表面形成了砷酸盐。应用XPS分析表明,铁锰矿在氧化吸附As(Ⅲ)过程中锰元素将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ),而锰元素则由Mn(Ⅳ)还原成Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅱ);铁元素价态并未发生变化,说明在铁锰矿氧化吸附As(Ⅲ)过程中Mn起到氧化作用,而Fe仅起着吸附作用,从而进一步促进锰氧化物氧化As(Ⅲ)。
  (4)通过探讨吸附砷的解吸特性研究了天然含铁锰矿的再生性。结果表明,三种解吸剂解吸能力依次为NaOH>NaHCO3>NaCl,其中NaOH的解吸率达到了59%~94%,表明吸附砷的铁锰矿有一定的再生性。
  (5)研究了反应体系中添加Na4P2O7对2号天然锰矿(中铁)和5号钙锰矿氧化As(Ⅲ)的影响及其机制。结果表明,溶液中存在Na4P2O7时,对As(Ⅲ)的氧化有促进作用,氧化率分别提高了1.31倍和2.67倍,这是由于溶液中Na4P2O7的络合了氧化还原反应过程中矿物表面生成的Mn(Ⅲ),形成Mn(Ⅲ)-Pyrophosphate返回到溶液中,继而提供更多的氧化吸附位点,在很大程度上促进了氧化反应的继续进行。
[硕士论文] 张晨星
市政工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:河北南部拥有峰峰、邯郸、邢台三大矿区近二十多座大中型煤矿。河北南部邯邢矿区,由于受太行山以西黄土高原地下水的补充,有十分丰富的矿井水资源,初步统计矿井水排放量约为3600万m3/a。同时,华北地区特别是河北的南部属于缺水较为严重的地区,制约了当地经济的发展,阻碍人民生活水平的提高。对矿井水进行资源优化配置是企业走可持续发展的必经之路,也是煤矿发展的必然选择。
  本文以河北南部七个矿的矿井水为研究对象,通过对各矿进行实地的考察、现场取样和实验室水质检测分析,进而对七个矿的矿井水进行资源化优化配置。同时对处理含铁、锰的矿井水进行工艺优化。
  本文针对二矿矿井水除铁锰工艺进行优化。为了促使水中的Fe2+氧化为Fe3+,在矿井水调节池中首先进行曝气使水中氧含量提高,从而达到最佳的混凝除铁目的。选用聚合氯化铁作为混凝剂,投加量80mg/L,助凝剂PAM的投加量为0.7mg/L时,混凝效果最好,经混凝沉淀后对铁的去除率可达到90%。混凝沉淀而对锰的去除率只有20%左右,未能达到回用标准,需要通过过滤进一步去除矿井水中的锰。滤料选择天然锰砂,滤层的高度800mm,过滤的滤速控制在8m/h,滤后出水效果好,锰的含量可小于0.1mg/L,铁的含量小于0.3mg/L。
  邢邯地区的矿井水因为各矿区相对独立,各矿之间,矿区与市区之间都没有相连的管网,针对这种情况确定出邢邯地区对矿井水资源优化模式为矿区内部循环为主,外部利用为辅。形成了以矿区用水为中心,向周围辐射供水。
  调查邢邯地区七个矿处理后矿井水的水质情况,目前矿区矿井水的利用率仅能达到50%。最后各矿的矿井水经过优化配置后,7个矿的总利用水量为52440m3/d,利用率达到了90%以上,主要回用与工业用水、农灌和景观用水。各矿的矿井水经过合理的优化配置后,将处理后的矿井水代替自来水作为企业的生产用水,7个矿的处理矿井水一年的综合成本为2千多万元,比未进行优化配置的矿井水一年的综合成本降低了56%。使矿井水的利用率得到了很大的提高,减少了对地下水资源的开采,减轻了对周围环境的污染,缓解了工农矛盾,给企业带了一定的经济社会效益。
[硕士论文] 孙建军
矿业工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:资源短缺和环境污染是制约我国发展的重要因素。我国目前是世界上铜、铁最大的生产和消费国,铜、铁资源对外依赖度分别在70%、50%以上,因此回收利用尾矿、冶炼渣等大宗工业固体废物中所含有的有价金属组分,可以有效补充金属矿产资源,提高国内资源保障力度,同时减轻环境污染。
  基于目前铜转炉渣选矿回收存在的问题及提高铜铁等有价金属回收指标,本论文提出了“改性焙烧-磁选-浮选-浸出”这一新工艺。通过试验探讨了工艺条件,并从理论上分析了工艺的可行性。
  (1)通过偏反光显微镜分析、多元素分析、XRD分析、SEM-EDS分析、XPS分析等多种方法,对某铜转炉渣及其改性渣进行了工艺矿物学研究。结果表明,改性前后铜渣中有价金属存在形式发生了根本性的变化,金属铜、氧化铜转化为硫化铜,铁橄榄石转化为磁铁矿。
  (2)对工艺过程,特别是改性焙烧、酸浸过程进行了热力学分析,以加深对新工艺的理论支持。理论分析说明,通过改性焙烧可以实现铜组分向硫化铜、铁组分向磁铁矿选择性富集;通过硫酸浸出,能达到硅酸钠与磁铁矿分离的目的。
  (3)通过试验对工艺条件进行了探讨,并在优化条件下进行了铜浮选的闭路试验。结果表明,浮选铜精矿品位36.4%,回收率72.9%,加上进入浸出液中铜的回收率24.77%,铜的总回收率达97.67%;铁精矿品位60.31%,回收率55.81%。
[硕士论文] 孙立群
环境科学与工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:铁矿的采选不仅造成大量固体废物的排放和堆存,而且选矿药剂和重金属污染还会通过不同方式进入大气、水体和土壤中,造成严重的环境污染。因此铁尾矿的土壤化、资源化利用不仅是突破铁矿产业环境瓶颈的重要措施,而且可以解决矿山修复过程中土壤资源不足的问题。本研究可为微生物技术修复土壤中的重金属污染提供理论基础,具有极为重要的应用价值。传统的修复重金属污染的铁尾矿的方法根据原理可分为化学法、物理法和生物法。化学法使用的添加剂会导致土壤的二次污染,而物理修复技术成本高,流程及设备操作复杂。生物修复技术绿色环保且不会产生二次污染,在重金属污染修复领域展现了广阔的应用前景,近年来逐渐成为污染土壤原位修复的首选技术。本文针对鞍山铁尾矿重金属污染的实际状况,筛选出了耐受Pb、Mn和Zn的土著菌种,并优化修复作用条件以提高修复效率,然后研究其在铁尾矿土壤化利用过程中的应用,有效改善铁尾矿肥力,提高铁尾矿利用效率。
  本研究主要内容包括:⑴通过富集培养技术,对铁尾矿样品进行驯化后,获得了能够耐受Pb、Mn和Zn重金属污染的菌种。对菌种的内转录区间经过扩增后比对,分别绘制各菌种的系统进化树。三种菌种分别为能够耐受Pb污染的土著菌种-卷枝毛霉,耐受Mn污染的土著菌种-棘孢木霉,耐受Zn污染的土著菌种-被孢霉,三种菌种在液体培养基中培养12h后基本达到对数生长期,生物学特征明显,对重金属污染具有较强的耐受能力,同时能很好地适应环境,为重金属污染铁尾矿的微生物修复提供了技术支持。⑵通过吸附实验,以三种真菌活化后的菌丝作为吸附剂,分别用卷枝毛霉吸附Pb2+,棘孢木霉吸附Mn2+,被孢霉吸附Zn2+,分别考察了温度、pH和初始接种量对各菌种吸附效果的影响。结果表明卷枝毛霉对Pb2+和棘孢木霉对Mn2+的吸附作用最佳pH为6,被孢霉对Zn2+的最佳pH为7;卷枝毛霉对Pb2+、被孢霉对Zn2+吸附作用的最佳温度都为26℃,而棘孢木霉对Mn2+的吸附作用的最佳温度为28℃;卷枝毛霉和棘孢木霉分别对Pb2+和Mn2+的吸附率在初始接种量为1.0ml的时达到最大值,而在初始接种量为1.2ml的条件下被孢酶对Zn2+的吸附率最大。在初始重金属离子浓度设置为20mg/L时,卷枝毛霉菌种对Pb2+、棘孢木霉菌种对Mn2+以及被孢霉菌种对Zn2+的吸附率分别达到了95.46%、92.78%和86.89%。三种菌种都可以很好的吸附溶液中的重金属离子,吸附能力最强的为卷枝毛霉,其次是棘孢木霉,最小的是被孢霉。⑶ 通过吸附实验,分别研究了最佳实验条件下卷枝毛霉菌种对Pb2+、棘孢木霉菌种对Mn2+以及被孢霉菌种对Zn2+的吸附热力学和动力学曲线,发现Langmuir型等温吸附模型可以用于拟合三种菌种分别对重金属离子的吸附作用过程,并且根据公式算得的卷枝毛霉对Pb2+、棘孢木霉对Mn2+、被孢霉对Zn2+的最大吸附量分别为79.76、76.42和78.16 mg/g,R2分别为0.9932、0.9693和0.9759,比较R2可知,卷枝毛霉对Pb2+的亲和力大于另外两种菌种的亲和力。将卷枝毛霉对Pb2+、棘孢木霉对Mn2+、被孢霉对Zn2+的吸附曲线分别进行拟合发现,拟合曲线符合伪二级动力学模型,说明菌种主要通过离子交换和络合等反应吸附重金属,卷枝毛霉对Pb2+,棘孢木霉对Mn2+以及被孢霉对Zn2+的最大吸附量分别为77.42、75.00和68.57mg/g; R2分别为0.9991、0.9192和0.9844,卷枝毛霉对Pb2+的吸附曲线拟合效果较好,三种菌种对重金属吸附量都较高,说明它们在重金属污染铁尾矿的原位修复中具有较高的应用潜力。⑷通过现场应用研究,分析混合菌剂对铁尾矿中重金属可交换态、酶活性以及微生物多样性的影响。将菌种混合培养后制成微生物菌剂,应用到铁尾矿土壤化利用的过程中。结果表明,实验室微生物菌剂对重金属具有较好的固定作用,固定效率分别为74.98%(Zn)、85.29%(Pb)和79.41%(Mn),微生物菌剂的添加使得铁尾矿中的微生物数量增加(p<0.05),其中细菌、真菌和放线菌的数量分别比施加菌剂前分别增加了16.81%、34.62%和27.63%。同时经微生物菌剂处理的铁尾矿过氧化氢酶和脲酶的活性比施加菌剂前分别增加了68.79%和56.47%,说明随着铁尾矿中重金属可交换态的含量的降低对酶活性的抑制作用减弱,且微生物数量与酶活呈显著相关。铁尾矿的微生物多样性指数(Shannon-Wiener指数)由3.7增加到了4.05,说明微生物菌剂的添加对铁尾矿中微生物的多样性有促进作用,有效改良了铁尾矿的生物群落结构,促进了铁尾矿中微生物的生长和繁殖(p<0.05)。
[硕士论文] 姚茜
安全科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:烧结烟气中含有大量有毒有害物质,如重金属、二噁英、SO2和NOx等。其中,SO2和NOx超过了钢铁行业排放总量的85%和40%,造成严重环境污染。同时,烧结烟气具有烟气量大、温度波动幅度大和湿度大等特点,导致烧结烟气SO2和NOx治理非常困难。本文以氨法脱硫为基础,提出并开发了氨-Fe(Ⅱ)EDTA-电解法同步脱硫脱硝技术。
  本论文先研究了络合剂浓度、液气比、pH值、电压和还原剂等对脱硫脱硝效率的影响。然后进行中试实验,优化电极类型和电解装置结构,最后在获得的最佳工况条件下进行现场热烟气验证实验。其主要结论如下:
  络合剂Fe(Ⅱ)EDTA浓度从0.01mol/L增加到0.07mol/L时,脱硫效率均超过98%,而脱硝效率从30%提高到68%。当液气比从8L/m3增加至20L/m3时,脱硫效率维持在98%以上,脱硝效率则会随着液气比增大而升高。当液气比为20L/m3时,脱硝效率达到最大(约为60%)。当pH值从8下降到4时,脱硫效率从98%下降到60%以下,同时脱硝效率从58%下降到35%。当电解电压在1.5~2.4V范围内变化时,脱硫效率维持在98%以上,脱硝效率随着电压增大而升高。当电极电压为2.4V时,脱硝效率达到60%。同时,添加一定量Na2SO3作还原剂可进一步提高脱硝效率,而脱硫效率不受影响。
  在中试实验研究中,探究了石墨碳棒、石墨碳板、碳钢铁桶和U型不锈钢管等电极类型和结构对脱硫脱硝效率的影响。实验结果表明,石墨碳板卧式电解槽效果最佳,脱硫效率和脱硝效率分别为98%和40%。同时在最优中试条件下进行了现场热烟气实验,SO2和NOx脱除效率也能达到98%和40%,且出口排放浓度分别在200mg/Nm3和300mg/Nm3以下,达到国家相关的排放标准。
[硕士论文] 李奇男
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着不锈钢产量的增加,其副产品不锈钢废渣产量及累积量也逐年增加,同时冶炼工艺中产生大量CO2。不锈钢废渣中含钙矿物含量很高,是一种良好的替代自然矿物固定和存储CO2的材料。
  本研究针对微波场中电炉不锈钢废渣的浸出和碳酸化工艺进行了研究。探究了废渣基础特性和废渣在微波场中的升温特性,在此基础上研究了微波辅助铵盐浸出过程工艺参数对废渣中钙及杂质离子离子浸出率的影响;然后,研究了在碳酸化过程中工艺参数对碳酸钙收得率的影响,并初步探索了浸出介质的循环利用。
  研究结果表明:废渣中主要成分为含钙矿物,渣中CaF2、CaSi2O7F2和CaAl2Si2O8等物相难以与NH4Cl溶液反应;微波浸出能促进废渣颗粒内裂纹的产生和扩展,提高废渣中钙、镁离子的浸出率;且浸出过程中,微波功率、固液比及NH4Cl溶液的初始浓度等的增加能提高钙、镁离子的浸出率;废渣中钙离子浸出反应的优化工艺条件为:浸出剂为NH4Cl、微波功率P=385W、固液比为1∶20、浸出剂初始浓度C=2mol/L、初始体积V=400ml、机械搅拌速度为300rpm;在碳酸化过程中,CO2流量、搅拌速率、氨水添加量以及水浴温度的增大,都将有利于碳酸化速度的提高。浸出液碳酸化速率较快,在添加适量氨水的条件下,钙的收得率在30min内能达到95%及以上。
[硕士论文] 李汉弘
矿业工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:川南地区硫铁矿资源储量丰富,矿石中主要矿物为黄铁矿与高岭石,在长期的硫铁矿开采和选矿过程中,由于采选技术落后,很多高岭土资源没有得到充分的利用而被弃于尾矿中,大量尾矿不但占用大量宝贵的土地资源,还会引起严重的酸性矿山废水环境污染。因此开展高岭石型硫铁尾矿的大宗量高效利用,对于川南地区煤硫产业的循环发展无疑具有重要意义。
  本文对川南高岭石型硫铁尾矿的工艺矿物学性质、硫铁重选尾矿脱碳浮硫工艺、浮选尾矿用作混凝土矿用外加剂以及表面改性煅烧高岭土用作橡塑填料工艺等进行研究,主要研究内容及结果如下。
  (1)川南高岭石型硫铁尾矿工艺矿物学特性。川南高岭石型硫铁尾矿分为重选尾矿与浮选尾矿,主要矿物成分为高岭石和黄铁矿,并含有锐钛矿、方解石,重选尾矿中有些许碳质矿物;重选尾矿中SiO2和Al2O3含量为59.35%,碳和硫的含量分别为6.27%和7.84%,浮选尾矿中SiO2和Al2O3含量为76.50%,碳和硫的含量分别为1.06%和0.82%。
  (2)重选尾矿脱碳浮硫试验。重选尾矿需再磨至-0.074mm85%进行浮选,经过脱碳浮硫,尾矿碳、硫品位降低至1.28%、1.03%;碳精矿发热量为5285.68kcal/kg(22.11MJ/kg),达到GB/T15224-2010《煤炭质量分级》中发热量的标准;硫精矿品位为48.63%,达到硫精矿优等品的要求;浮硫尾矿的碳、硫品位与高岭石型硫铁浮选尾矿极为接近,可用于混凝土矿物外加剂的研究。
  (3)浮选尾矿作混凝土矿物外加剂试验。浮选尾矿(-0.074mm85%)经过煅烧后,成为煅烧高岭土,粉磨过后,具有极高的火山灰活性;最佳煅烧温度为800℃,最优煅烧时间为2h,磨矿细度为d90为19.64μm,最优条件下水泥胶砂试验活性指数可达125.6%;煅烧高岭土作混凝土矿物外加剂,掺量为30%时混凝土力学及施工性能最佳,并且煅烧高岭土能够代替水泥熟料并且有效降低水化热;随着水化龄期的增大,水泥生成Ca(OH)2的量逐渐增大;相同的水泥水化龄期内,Ca(OH)2随着掺量增大而减小,并且随着掺量的增加,活性硅铝消耗的Ca(OH)2含量就越大(活性SiO2、Al2O3与Ca(OH)2发生二次水化反应),火山灰反应越显著。
  (4)煅烧高岭土表面改性后作橡塑填料试验。煅烧高岭土经粉磨(d60≈2μm),硅烷偶联剂改性(用量为煅烧高岭土质量的1.5%)后所得的表面改性高岭土,可作为 EPDM橡胶和 PP塑料的充填剂,改性高岭土充填橡胶的最佳配比为15%M,橡胶的拉伸强度达到4.32MPa,比空白样增加45.5%;断裂伸长率由322.03%增加至402.85%。;改性煅烧高岭土可以明显增强PP的力学性能,最佳添加量为10%M,断裂伸长率由28.15%提升至51.29%,屈服点伸长率由12.28%提升至16.54%,未改性高岭土与PP塑料相容性差,对PP塑料没有补强作用。
  川南高岭石型硫铁尾矿所制备的煅烧高岭土,用作混凝土矿物外加剂可大宗量消耗川南高岭石型硫铁尾矿,改性煅烧高岭土可用作橡塑填料,也能够达到减排的目的。这些举措对于四川煤硫产业的循环发展具有重要意义,不仅能够利用资源,更能对尾矿进行大宗量消耗,实现川南高岭石型硫铁尾矿的大宗量高效利用。
[硕士论文] 李敏
环境工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:我国铁矿采选业的快速发展,造成铁尾矿和废石的产排放量急剧增加,由于其综合利用率低,导致铁尾矿和废石堆存量不断增加,环境污染和生态破坏风险显著增高。因此,铁尾矿的大规模资源化利用以及污染控制对于突破行业技术瓶颈具有重要的意义。植物修复技术具有修复成本低、修复效果好、现场扰动少、易与其它修复技术相结合等诸多优点,是一项发展前景广阔的修复技术。本研究在全面查阅和系统分析国内外相关研究的基础上,以鞍山矿业集团有限公司大孤山尾矿库的选矿尾渣(铁尾矿)和采矿废石(废石)为研究对象,通过植物盆栽实验和现场应用等手段,开展了铁尾矿土壤化利用过程中的植物修复技术研究,一方面是改良铁尾矿的理化性质,破解其透气保水性差、有机质含量低、盐碱度高等技术难题,另一方面是控制消除铁尾矿土壤化过程中的重金属污染风险,实现工程化应用。
  本研究主要内容包括:⑴通过全面调查鞍山地区植物资源的分布,结合国内外植物修复的相关研究基础,确定了紫花苜蓿(Medicago sativa L.),地肤(Kochia scoparia(L.)Schrad.)和碱蓬(Suaeda glauca)作为本次植物修复技术研究的典型实验植物。⑵在系统调查和现场监测的基础上,确定了Cd、Pb、Mn作为本次研究的目标金属元素。利用铁尾矿(或废石),通过添加重金属配置一系列浓度梯度的Cd、Pb、Mn模拟污染土壤,采用盆栽实验方法,通过测定植物成熟后的地上生物量、叶绿素含量和叶片内过氧化氢酶的活性等指标,研究不同植物对铁尾矿土壤化利用过程中特殊环境的适应性,结果表明:少量的Cd、Mn会刺激紫花苜蓿的生长,而高浓度的重金属则产生明显的抑制作用;碱蓬和地肤的地上生物量随着重金属浓度的增加而递减。三种植物的叶绿素含量均随着重金属浓度的增加而减少;而三种植物叶片内过氧化氢酶活性则均呈先升高后降低的趋势,而且均高于对照。⑶采用盆栽植物实验室模拟方法,研究了不同植物对铁尾矿土壤化利用的理化性质改良效果,结果表明:三种植物均显现出明显的改良效果,其中紫花苜蓿、地肤和碱蓬改良的土壤有机质含量最大增长率分别为48.9%、44.8%和38.7%;土壤过氧化氢酶的最大增长率分别为66.7%,85.4%和72.7%。地肤和碱蓬改良的土壤pH值降低了0.4个单位,紫花苜蓿改良土壤降低0.2个单位,对尾矿土壤的碱性有明显改善作用。土壤含水率均提高了2.0%左右,紫花苜蓿、地肤和碱蓬土壤最大含水率分别达到9.4%、9.5%和9.1%,达到了种植土壤的要求。⑷通过测定植株体内以及土壤中Cd、Pb和Mn含量,评价三种植物对重金属的耐受性、富集能力以及土壤重金属污染修复能力。结果表明:三种植物对重金属Cd的富集修复能力依次为:碱蓬>紫花苜蓿>地肤,且碱蓬和紫花苜蓿可作为高浓度Cd污染土壤的修复植物;对Pb的富集能力依次为:地肤>碱蓬>紫花苜蓿;对Mn的富集修复能力依次为:碱蓬>地肤>紫花苜蓿。三种植物对Cd、Pb、Mn的耐受性和富集吸收能力各不相同,分别表现为紫花苜蓿和碱蓬对Mn富集效果较好,其次是Cd和Pb,而地肤对Pb富集效果较好,其次是Mn和Cd。⑸根据实验室研究结果,结合课题组其它研究成果,采用地肤、经济作物大豆和五彩石竹三种植物进行工程化现场应用,通过定期监测植物生长情况和相关指标,验证植物修复技术对土壤改良和重金属污染的修复效果。实验室内以及第三方监测结果表明:尾矿综合理化性质得到明显改善,pH值降低0.6个单位左右,含水率提升约50%,有机质提高70%~109%,地肤、大豆株高达98cm、82cm,五彩石竹覆盖率达100%。同时尾矿中主要重金属污染也得到有效控制。Cd、Pb、Mn、Zn和Cu去除率达到13%~49%。
[硕士论文] 蒋顺成
环境工程 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:矿业生产活动产生了大量的尾矿废弃物。目前尾矿中高浓度的重金属已经成为土壤环境重金属污染的重要来源,直接或者间接地危害动植物和人类的生命健康。
  本研究从废弃尾矿长期堆放现状导致的重金属污染问题出发,以治理尾矿重金属污染为基本目标,在查阅大量相关文献和利用环境化学等学科知识的基础上,以凤县安河流域铅锌尾矿为研究对象,调查了铅锌尾矿和周围耐性植物重金属含量状况,并评价了铅锌尾矿的污染状况。在此基础上,通过柱淋洗和BCR的方法评价了2种常用的钝化剂-氧化钙和竹炭在铅锌尾矿重金属污染治理上的实际效果。主要得出了以下结论:
  1.铅锌尾矿中重金属Cu、Zn、Pb和Cd含量较大,分别为131、3332、4474和140mg/kg。周边荩草的地上部分Zn含量较高,为683 mg/kg。中国繁缕的地上部分Pb和Zn含量都较高,分别为757和702 mg/kg。可作为潜在的土壤重金属修复植物。
  2.通过潜在生态风险指数法评价风县安河流域铅锌尾矿对环境造成的影响,发现铅锌尾矿中重金属Zn对环境有中等的生态风险,重金属Cd和Pb会对环境存在极强的生态风险,铅锌尾矿的综合潜在生态风险指数为6673,表现为极强,亟需治理。
  3.柱淋洗实验中铅锌尾矿淋出液的pH一般在7.88~8.89之间,添加1%氧化钙作为钝化剂的B柱淋出液的pH却大大不同,在12.80~13.03之间。
  4.使用氧化钙作为钝化剂的铅锌尾矿淋洗实验表明,河水对于重金属的溶出效果好于酸雨和去离子水。使用竹炭作为钝化剂的铅锌尾矿淋洗实验显示,河水和酸雨的重金属溶出效果好于蒸馏水。
  5.通过淋溶实验和BCR实验分析了添加1%氧化钙作稳定化处理的铅锌尾矿样,发现氧化钙对重金属Cd和Zn有较好的钝化效果,对重金属Cu和Pb稳定化能力较差。
  6.通过淋溶实验和BCR实验分析了添加1%竹炭作稳定化处理的铅锌尾矿样,发现竹炭对重金属Cd、Pb和Zn有较好的稳定化作用,对铅锌尾矿中的Cu稳定化能力较差。
[博士论文] 欧阳林男
生态学 中南林业科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文以湘潭锰矿污染区治理为研究对象,致力于探索重金属污染场地生态修复涉及的理论与工程技术问题。通过野外调查和样品采集,分析了锰矿渣堆积区基质的理化性质与重金属污染程度,统计了区内分布的本土植物种类,分析了其重金属耐受和积累特性,选出了16种生态-经济型修复植物。采用矿渣作为基质开展了盆栽试验,测试分析了筛选植物耐受复合重金属污染的机理,检验了专用有机菌肥改良根际土壤的效果。结合盆栽试验,构建了中试模拟场地试验装置,对比了复合与单一植物模式的修复效应。基于上述研究,以泡桐和栾树为建群植物,采用专用有机菌肥改良根际土壤微生态环境来代替常规的覆土方法,成功地在湘潭锰矿污染区建立了面积为4 hm2的生态修复示范区。示范区建成后5年里,通过采样、监测,比较了泡桐和栾树5年生长量和重金属积累特性,分析了逐步形成的植物群落结构和其重金属吸收的季节变化效应。结合运用物理化学与生态学原理,建立了用以描述重金属污染修复区状态的生态系统热力学方程,测试分析了不同植物群落模式的Gibbs自由能和不同物种的化学势。本研究为指导生态修复工程实践和评价污染区生态修复效果提出了新的理论依据与实用参数。主要研究结果如下:
  (1)湘潭锰矿渣基质保水性差,氮、磷含量低,不利于植物生长。基质中最高Mn含量可达24727.73mg/kg,Pb、Cd、Cu、Zn的平均含量也远超过湖南省和全国的背景值。污染指数、地累积指数和潜在生态风险指数评价结果表明,试验点属多重金属重度污染区,存在极大的潜在生态风险。矿区本土植物共63种29科,多为草本植物。盆栽筛选试验中,泡桐、乌桕、蓖麻、栾树、小叶女贞、红麻、夹竹桃成活率均达100%,7种植物中,泡桐和栾树生长速度最快,泡桐、栾树、红麻、夹竹桃的Mn、Pb积累量大,专用有机菌肥显著增大了植物生物量和锰吸收量,含20%有机菌肥基质处理的成本效益最高。
  (2)中试模拟试验中,复合植物模式的生物量、Mn积累量、持水量分别是单一植物模式的1.6、7.5、1.5倍,有机菌肥能增大群落重金属吸收量,提高基质保水能力,降低重金属污染扩散量。模拟降雨淋失试验中,有机菌肥处理提高了土壤水溶性Mn含量,但降低了其络合性重金属含量,系统水土流失和随其带走的重金属量随模拟降雨强度增大而增大。要控制污染扩散,必须拦截阻隔降雨时期污染区的水土流失。复合植物-有机菌肥处理的植物覆盖度、生物量、重金属积累量最大,生态修复效果最好,形成的乔-灌-草空间结构具有生物多样性丰富,保水力强和水土流失量低的综合特点。
  (3)生态修复示范区中,专用有机菌肥处理区栽种的泡桐和栾树的成活率大于83%,利用其速生特点,能快速恢复污染区植被景观。3至5年树龄的泡桐平均树高、胸径、生物量、重金属积累量均大于栾树。两种植物重金属积累量随树龄显著增大,在植体内的分布规律为茎>根>叶。两种植物的Mn、Pb含量随树龄的变化不大,在植体内的分布规律为叶>根>茎。复合植物群落的密度、盖度、丰富度、多样性指数的季节变化显著,规律为夏>秋与春>冬。由于落叶和草本植物的消亡,植物群落地上部生物量和重金属吸收量随季节变化的规律为秋>夏>冬≈春。处理区根际土壤Mn水溶性季节规律为夏、秋和冬大于春季,土壤微生物数量和种类数为秋和夏大于春和冬季。植物的生长量和锰积累量与土壤重金属有效性和工程区植物多样性呈正相关。
  (4)监测的植物修复模式中,复合植物群落模式的覆盖度、丰富度、多样性指数、均匀度最大。不同模式植物的平均年生物量增长率为:复合植物-有机菌肥>单一草坪-覆土>单一栾树-覆土>对照;植物锰吸收量为:复合植物-有机菌肥>单一栾树-覆土>对照>单一草坪-覆土。复合植物-有机菌肥模式的群落层次丰富度和多彩美景度最高,景观效果最好。
  (5)本研究定义的转运量系数TQ和积累量系数BQF可定量描述植物的重金属转运和去除能力,而建立的生态系统Gibbs自由能方程可用以确定工程区生态系统的状态和评价修复的效果。植物群落自由能和化学势描述的生态修复效应与相关生态学指标反映的基本趋势一致,复合植物-有机菌肥模式的锰吸收量的Gibbs自由能值最高、富集锰元素的势能最强。自由能G包含了系统生产力和生物多样性信息,化学势μ能反映植物生长势、元素吸收能力及其相关的生态学特性。与传统指标相比,G和μ可从热力学角度分析生态系统与立地环境的相关性,因此,建立的热力学方程在指导生态修复工程实践和评价修复效果中具有一定的应用价值。
  本文主要的创新点为:
  (1)采用用材树种为建群物种,发展了新的用以修复重金属污染场地的植物群落模式技术。
  (2)应用了具有解毒和供肥功能的含有耐性菌株的有机菌肥。
  (3)建立了用以确定生态修复工程区植物群落自由能和化学势的热力学方程。
[硕士论文] 王亚雨
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:本论文主要研究如何合理利用烧结除尘灰、高炉灰、转炉泥、轧钢皮等钢铁厂废物资源,高效脱除有害元素生产高炉用低还原铁产品(LRI)。
  烧结电除尘灰内配碳实验研究结果:抗压强度受焙烧温度的影响最大,受焙烧时间的影响最小;脱锌率受焙烧温度的影响最大,受焙烧时间的影响最小;金属化率和还原度受焙烧温度的影响最大,受C/O影响最小。研究发现,当C/O为0.8、焙烧温度为1325℃、焙烧时间为10min时,抗压强度达到2105N/个,脱锌率达到91%,还原度达到86.3%,金属化率达到80%,产品质量基本满足高炉生产的要求。
  C/O比事关能耗和CO2排放,合理的C/O比与希望达到的目的有关。若只考虑对抗压强度的要求,则C/O选择0.8较为合理;若考虑到各有害元素脱除情况,C/O选择为1.0比较合理。综合考虑生球强度和焙烧阶段的要求,则合理的C/O在0.8~1.1之间。
  烧结电除尘灰内配碳球团在氮气气氛下的还原动力学研究结果表明,还原的限制性环节是气相内扩散,活化能为191.22kJ/mol。
  空气下烧结电除尘灰含碳球团还原动力学研究结果显示,950℃~1200℃时还原反应的限制性环节是气相扩散,活化能为138.84kJ/mol。意味着在空气气氛中比在氮气气氛中温度对反应速度的影响更大,还原速率也比氮气气氛下快,完全还原的时间更短。控制合适的反应时间有利于防止球团矿发生再氧化,一般在600s之内就能反应完,因此,时间控制在10min之内较为合理。温度越高还原度越高,1200℃就可获得80%的还原度。
  弱氧化性气氛下含碳球团直接还原试验研究发现,合适的含氧量为0~5%,以不超过7%为宜,这为竖炉工艺确定冷却风成分提供了依据。
[硕士论文] 雷蕾
环境工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:辽宁西部地区钒铁磁铁矿在开发利用过程中,会产生大量高盐高氨氮的废水。目前现有处理方法存在着费用高、处理效果差、能耗大的缺点。本文采用电容去离子技术(CDI)处理钒铁磁铁矿高浓度废水。
  本论文采用性能优良、价格低廉的活性碳为主要电极材料,采用涂覆法制备用于CDI技术的泡沫铜/活性碳电极,利用制备的电极材料构建了CDI脱盐反应器。研究了电压、流速、初始浓度对电吸附效果的影响,分析各影响因素与电吸附容量的关系,优化电吸附试验系统的操作条件,研究表明电容去离子操作的最佳工艺参数是:操作电压为1.4 V,流速为10mL/min,电极板间距为4mm时。处理不同工作电压下的动力学研究表明,准一级反应动力学模型能更好的描述活性碳电极在电容去离子中的吸附过程。通过吸附等温线的拟合,电容去离子过程的吸附能用Langmuir模型较好的描述,说明电容去离子吸附过程趋近于单分子层吸附。吸附脱附实验表明,制备的活性碳电极的循环可逆性能较好。
  采用HNO3对活性碳的物理结构特性和表面化学性质进行改性,将改性后的活性碳制备电极,组建电吸附试验系统,优化电吸附试验的操作条件。通过对比相同试验条件下活性碳和改性活性碳电极的吸附/脱附循环曲线,两种电极的吸附再生性能较好,但经过HNO3改性后的吸附/脱附周期变短。HNO3改性后电极的表面酸性官能数量的增加,改善了电极表面的亲水性,通过对比电吸附试验效果,改性活性碳电极组建的试验系统的电荷效率增大,电吸附容量增加。
  电容去离子处理钒铁磁铁矿废水的电耗分析表明:硝酸改性活性碳电极与未处理活性碳电极都可较好处理试验废水,并且硝酸改性活性炭电极降低了电极材料的用量,缩短了处理时间,节省了电耗量。
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