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基于黑臭河道长效治理的生态系统修复技术研究与应用

申报人:杨宏哲 申报日期:2024-11-04

基本情况

2025年度大学生创新创业训练计划
基于黑臭河道长效治理的生态系统修复技术研究与应用 学生选题
创新训练项目
工学
环境科学与工程类
教师科研项目选题
一年半期
水体的富营养化及黑臭现象主要与氮、磷等营养盐含量及溶解氧密切相关。底泥作为河道的一部分,能够吸附河道中的重金属。但河道或底泥的性质改变时,底泥中的重金属会被释放,造成污染。因此,解决底泥重金属污染也是急需解决的问题。本项目着力于开发一种改善富营养化水体及黑臭河道的集控磷、除氨氮与缓释氧一体化的处理剂,主要探究处理剂释氧性能、对河水中磷和氨氮的去除以及抑制底泥内源磷释放的效果,控制藻类爆发。
曾经作为组员参与过燃料燃烧热量测定、水净化的实验。

1项目1

任务来源:中国21世纪议程管理中心

项目编号:2023YFC3707704

项目名称:在产医药化工园区土壤-地下水污染风险防控与原位协同修复

起止年月:2023.12.01-2027.10.30

在项目中的责任:课题参与人


2项目2

任务来源:企业合作

项目编号:SUMEC-HJ2401

项目名称:基于铁催化过氧化物技术处理地下水中有机污染物的效果和机理研究

起止年月:2024.04.18-2025.12.31

在项目中的责任:项目负责人


3项目3

任务来源:企业合作

项目编号:CSCEC6B-2022-Z-15

项目名称:基于黑臭河道长效治理的生态系统修复技术研究与应用

起止年月:2022.11.01-2025.10.31

在项目中的责任:课题负责人


指导教师全力支持本项目的研究,并与实际工程相结合,开展校企合作。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
杨宏哲 资源与环境工程学院 环境工程 2023 资料查找,后期实验
杨孟秋 资源与环境工程学院 环境工程 2023 资料查找,后期实验

指导教师

序号 教师姓名 教师账号 所属学院 是否企业导师 教师类型
吕树光 07239 资源与环境工程学院

立项依据


针对水体修复材料功能单一的问题,本项目着力于开发一种改善富营养化水体及黑臭河道的集控磷、除氨氮与缓释氧一体化的处理剂,主要探究处理剂释氧性能、对河水中磷和氨氮的去除以及抑制底泥内源磷释放的效果,控制藻类爆发。

另外,清淤疏浚产出大量河道底泥,这些底泥污染物浓度较高、有些重金属超标或者有机污染物,氮磷钾肥力较低不宜直接回归农地和农田。针对河道疏浚底泥难以合理处理与处置的问题,本项目于拟研发一款新型底泥资源处理剂集钝化底泥重金属、提升NPK肥力、防止营养物质流失、减少底泥污染源,真正实现大规模底泥资源化利用。

 

水体富营养化及黑臭现象是指在人类活动的影响下,生物生存所需的氮、磷等营养物质大量进入河口、湖泊、海湾、城市河道等水体中,引起了藻类及其它浮游生物的迅速生长繁殖,造成水体溶解氧(DO)浓度降低、透明度下降、水质变差的现象。水体的富营养化及黑臭现象主要与氮、磷等营养盐含量及DO密切相关,富营养化及黑臭河道的防治过程,实质上就是通过控制或调节诱发富营养化和黑臭发生的主要条件,从而抑制富营养化及黑臭情况的发生。在各种影响富营养化及黑臭河道的因素中,磷和水体中的DO是关键性的限制因素。水生态系统修复面临的限制条件众多,既要近自然修复,寻找土著物种,又要求不同季节生长的动植物具有很强的耐污性净化能力,还要防止形成生物入侵。本项目通过筛选并引入本土优质品种的水生植物和水生动物,再结合河湖清淤-菌剂投加等底质水质改良技术和曝气充氧等原位强化处理技术,最终实现黑臭河道的生态系统修复。


随着2015年《水污染防治行动计划》的审议通过以及2018年打响的碧水保卫战,地级市及以上城市的水生态环境得到改善,截至2020年年底,全国地级及以上城市2914个黑臭水体消除比例达到98.2%,并提出到2030年力争全国水环境质量总体改善,水生态系统功能初步恢复;到本世纪中叶,生态环境质量全面改善,生态系统实现良性循环。然而,水体返黑返臭问题以及县级城市、农村地区黑臭水体管控治理的形势依旧严峻。2021年发布的《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》明确提出向县级城市的黑臭水体发出治理的号角,指出20226月底前,县级城市政府完成建成区内黑臭水体排查并制定整治方案,统一公布黑臭水体清单及达标期限。到 2025年,县级城市建成区基本消除黑臭水体,京津冀、长三角、珠三角等区域力争提前1年完成。同时,农村黑臭水体治理刚刚起步,相对城市黑臭水体而言,我国农村黑臭水体数量不清,分布面广且分散,农村黑臭水体治理体制和机制不完善,技术支撑力量薄弱,黑臭水体的防治形势依然严峻。

水体的富营养化及黑臭现象主要与氮、磷等营养盐含量及溶解氧密切相关。 生物生存所需的氮、磷等营养物质大量进入城市河道中,引起了藻类及其它浮游 生物的迅速生长繁殖,造成水体溶解氧浓度降低、透明度下降、水质变差的现象。 黑臭水体发生时,大量有机质发生厌氧分解,所产生的恶臭物质对水生生物产生毒害;同时藻类死亡残体及厌氧分解产物硫化亚铁等黑色悬浮物导致水体乌黑浑 浊,水生植物光合作用被抑制,水体自净能力丧失。黑臭水体在混流作用下,发生输移扩散,空间分布不确定,如果进入饮用水水源地,将对供水的水质产生不利影响,严重影响居民的生活质量。因此,对于如何高效处理富营养化黑臭水体,已经成为当前的研究热点。底泥污染是富营养化的一个重要原因,底泥污染与整治作为城市河道污染控制的难点之一,是目前全世界普遍存在的突出环境问题,底泥中积累的大量有毒有害污染物通过一定的交换作用重新释放到上覆水体,是影响和制约上覆水质的主要二次污染源。因此如何选择行之有效的氮磷污染底泥修复技术作为河流治理的关键性问题,也是目前黑臭河道防治修复的重中之重。此外,工业产生的废水未达到排放标准便直接排入河道,造成河道中重金属污染。底泥作为河道的一部分,能够吸附河道中的重金属。但河道或底泥的性质改变时,底泥中的重金属会被释放,造成污染。因此,解决底泥重金属污染也是急需解决的问题。
针对含有大量内源有机物和氮磷营养物质的富营养化水体或黑臭河道底泥,开发低耗、高效的水处理技术成为现阶段水体环境治理研究的热点。相比于常用的氧化处理、生物处理等技术,具有除磷氨氮缓释氧控藻功能的新型材料却鲜有研究报道。同时河道疏浚底泥的合理处理与处置也是亟待解决的问题。因此,本项目着力于开发一种基于包埋缓释技术的多功能材料和底泥资源化调理剂,旨在突破河道修复难以长效维持的技术瓶颈,为高效、绿色、安全的实际污染河道修复以及疏浚底泥资源化利用提供理论依据和技术支持,实现河道修复治理技术的创新性突破。

1.    针对富营养化水体或黑臭河道底泥,开发低耗、高效、绿色的水处理技术

2.    模拟重金属污染的底泥,采用复合调理剂钝化重金属,使其向稳定形态转化,降低浸出浓度。

3.    模拟盆栽实验,探究底泥中在加入复合调理剂后对植物生长状况的影响。

1.     学术论文1

2.     专利申请1

3.     竞赛获一等奖

4.  研发成果推广应用

202410月至11

进行国内外河道污染治理与河流水生态保护文献调研及河道污染调查分析与风险评估,筛选目前河道底泥修复治理的主要技术

202411月至12

河道底泥污染调查分析与风险评估,判断河道水体和底泥污染情况,并筛选主要污染物作为目标污染物

202412月至20252

设计河道修复以及底泥资源化利用的研究方案,设计改善富营养化水体及黑臭河道的集控磷、除氨氮与缓释氧一体化的处理剂以及新型底泥资源调理剂

20253月至8

进行大量实验研究,对实验数据进行统计、处理及分析

20258月至9

进行中期检查,填写结题表、撰写研究论文和总结报告

20259月至10

参加结题答辩和成果推广

1.生物炭去除水中硝酸呀氮研究进展

2.生物炭吸附法处理氨氮废水的研究进展

3.生物炭、沸石与化肥配施的农学和环境效应的研究进展

4.金属改性生物炭及其去除水中氮磷的研究进展

1. 加强专业知识的应用与拓展:

   通过项目研究,可以将课堂上学到的理论知识应用到实际问题中,深入理解黑臭河道生态修复的原理和技术。

1.1 水处理工艺:在项目中,我们可以运用所学的污水处理工艺,如生物处理、人工湿地等技术,探索如何改善水体中的污染物(如氨氮、磷、悬浮物等)。

1.2环境监测:项目的监测环节能够帮助我们熟练掌握环境监测技术,学会如何采集水样、分析水质指标,如溶解氧、CODBOD等,从而评估修复效果。

1.3系统思维:通过项目研究 ,能深刻理解生态系统的复杂性和相互依存的关系,比如如何利用植物、微生物等生物因子来恢复河道生态,达到生态修复的效果。

 

2. 提升实践能力:

   项目参与可以极大地增强我们的实际操作能力和解决问题的能力。

2.1现场调研与勘察:通过对河道的实地考察,了解河道的现状、污染源分布和水体流动特性。我们可以学习如何编制生态修复方案,并根据实际情况进行调整,这能够锻炼我们在复杂环境下进行问题诊断和处理的能力。

2.2设备与实验操作:在项目中,参与水质检测、污水处理设备的运行和维护,这不仅能增强动手能力,还能提升设备操作的熟练度。我们可以通过实验验证各种修复措施的有效性,并学习如何优化生态修复技术。

2.3项目管理与团队协作:通过项目,我们将参与到从方案设计、实验验证到项目执行的全过程,学习如何进行项目规划、时间管理以及团队合作,提升组织和协调能力。

3. 培养科研能力:

   参与科研项目可以极大提高我们的科研素养和创新能力。

3.1文献调研与理论创新:在项目初期和实施过程中,需要进行大量的文献调研,了解国内外黑臭河道修复的先进技术和案例。通过深入研究和对比不同修复方法的优缺点,我们可以培养批判性思维,并提出改进措施或创新方案。

3.2实验设计与数据分析:生态修复项目往往需要进行多次实验和调试。我们可以通过设计不同的实验方案来测试修复技术的效果,掌握如何控制变量、分析数据,最终形成有价值的实验结论。这对于科研能力的培养至关重要。

3.3撰写论文与科研报告:在项目进行的过程中,可以通过数据整理和分析,撰写科研论文或报告。这样的写作过程不仅可以提高我们的科研思维能力,还能帮助我们积累科研成果。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 4250.00 购制实验材料,检验试剂 4250.00 0.00
1. 业务费 0.00 0.00 0.00
(1)计算、分析、测试费 0.00 0.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 0.00 0.00 0.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 0.00 0.00
4. 材料费 4250.00 购制实验材料,检验试剂 4250.00 0.00

项目附件

  • 大学生创新创业训练计划项目申报书-创新训练类(1).doc
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结束