凯里地区煤矿废水污染分析及微生物处理试验研究

论文摘要

煤炭产业是目前人类生存和经济社会发展的一个重要能源支柱。在煤炭大量产出的同时,生态环境也遭受严重破坏,其中以煤矿废水所引发的环境问题最为严重。作者在两年时间内五次深入贵州凯里鱼洞村到江口寨这一区域进行实地调查,开展了凯里地区煤矿废水污染分析及微生物处理试验研究。运用土壤富集因子、单项污染指数法、内梅罗综合污染指数法和HQ（人类健康潜在危害评价）等一系列评价方法与污染评价标准,分析了该煤矿地区河流——土壤——植被中的重金属污染特征。研究表明,重安江上游河段已受到煤矿废水严重污染,多项水质指标均已超出国家二级排放标准;矿区土壤潜在酸度较大,伴有锌轻度污染,汞重度污染,重金属综合污染程度深;废水污染流域所采集的植物样品蜈蚣蕨、水稻幼苗和蔬菜等都受到了煤矿废水不同程度污染的影响,其中与人类密切相关的蔬菜受污染最严重,豆角、西红柿和茄子含铅量分别超过国家食品卫生标准含量的53.00倍、30.35倍和15.20倍;辣椒、黄瓜、豆角、西红柿和茄子含汞量分别超过国家食品卫生标准含量的49.00倍、33.50倍、61.70倍、88.30倍和60.70倍。通过微生物吸附法以硅酸盐细菌BM03菌株展开对受煤矿废水污染水体的微生物治理初步研究。结果表明,处理后絮凝率可以达到97.94%,SS去除率也高达99.43%,总铁、zn2+和Ti4+的最大去除率分别为91.94%,90.93%和90%,效果显著。在此基础上,结合Plackett-Burman法、最陡爬坡法和中心组合设计法（central composite design）对微生物吸附过程进行优化。得到6个因素对总铁去除率的影响依次为:静态处理时间＞菌液投加量＞动态处理时间＞摇床转速＞动态处理温度≈静态处理温度,其中只有前两个因素及其交互作用影响显著,其余因素影响均不显著。由实验结果进行二次拟合方程,经求导得到当菌液投加量和静态处理时间分别为42.35mL和9.13h时,总铁去除率达到最大,即92.88%。结合前面开展的环境污染评价以及微生物吸附法治理煤矿废水的研究,设计较为可行的生物修复方案,提出通过农耕法、投菌法、植物修复法等一系列措施逐渐改善凯里地区的生态环境状况。贵州是产煤大省,煤矿众多,并且多数矿区污染严重,亟待治理。因此,研究采用微生物法治理煤矿废水具有广阔的应用前景;同时,加强煤矿地区的综合治理,不仅有利于矿山地区环境污染状况的根本改善,而且也是煤炭行业健康发展的必然选择。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 煤炭开发现状及引发的环境问题
• 1.2 煤矿废水治理常用技术
• 1.2.1 沉淀法
• 1.2.2 萃取电积法
• 1.2.3 人工湿地法
• 1.2.4 矿物吸附法
• 1.2.5 生物吸附法
• 1.3 煤矿废水微生物吸附法治理展望
• 1.4 本课题研究目的、意义和主要内容
• 1.4.1 本课题研究目的及意义
• 1.4.2 本课题主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 贵州凯里地区煤矿废水污染特征及环境评价
• 2.1 贵州凯里地区环境概况
• 2.1.1 贵州凯里地区自然概况
• 2.1.2 贵州凯里地区社会经济概况
• 2.2 煤矿废水污染分析研究
• 2.2.1 材料与方法
• 2.2.1.1 采样线路及布点
• 2.2.1.2 样品采集及分析方法
• 2.2.1.3 主要仪器设备及药品
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 煤矿废水分析
• 2.2.2.2 矿区土壤分析
• 2.2.2.3 矿区植物分析
• 2.2.3 结论
• 2.3 本章小结
• 第三章 微生物吸附法治理煤矿废水的初步研究
• 3.1 硅酸盐细菌BM03介绍
• 3.1.1 BM03形态特征
• 3.1.2 BM03培养方式
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 水样采集方法
• 3.2.2 水样处理方法
• 3.2.3 水样分析方法
• 3.2.4 主要仪器设备及药品
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 受煤矿污染水体水质分析
• 3.3.2 微生物处理受污染水样试验研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 微生物吸附法治理煤矿废水的条件优化
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 实验菌种
• 4.1.2 Plackett-Burman设计法
• 4.1.3 最陡爬坡法
• 4.1.4 中心组合优化法
• 4.1.5 主要仪器设备及药品
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 确定主要实验因素
• 4.2.2 确定实验因素水平
• 4.2.3 中心组合优化设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 贵州凯里煤矿地区生态重建研究
• 5.1 煤矿开采与环境治理协调发展的意义
• 5.2 矿山地区生物修复常用方法
• 5.2.1 原位生物修复技术
• 5.2.2 异位生物修复技术
• 5.3 贵州凯里煤矿地区生物修复研究
• 5.3.1 煤矿开采区污水治理工艺流程设计
• 5.3.2 煤矿废水污染河流生态重建研究
• 5.3.3 矿区土壤生态恢复研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 本论文的创新之处
• 6.2.1 研究材料与方法上的创新
• 6.2.2 面向于应用的创新
• 6.3 展望
• 6.4 有待进一步完善的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录