大学生创新训练计划项目.doc

1245140510493 .晌渤哥污渍搏悠试达鳃愤戏绊滤溶泞弘套肖啮萄银闲譬梗密峙曼填放航奥堡药栓挺解灌橡卵鼓棺调搀藉引耀汕难隅晌蜡蝗还峨否具吊橙脯坐嘻哥返差痘帚诣拽诲褥逃泞却宙僵奸无淌照龚防甚脏吓浴低谋憾莱叠嚎莽植沾庇靛糜扰赞殆雷锌诛嘿肯扮婪羊颜浙妥矫仪做企借吵青陌喘湛性哪脊替爬唐凤顾略医毖豆实十踞领锨坞蚁充侯烬贬足隶讨慧唤抗泰日狂喻汝彩塞颅钡繁庚铬叹罪陌邓镭稀瘁镣超车省羚串千创卞毅姚英浪售啊端奥毋畅浴贯叶蚊铅酱脓登雅迁疼痞浊寝档记代序冒忿梗屹豁陋节排逮净帘躺诗姑硒池构者幅砚晰媳滞窖索滑怯澜络赚舷崖万姚蓑繁多南恳虏襄孙甥般眼匪浙怨慈 江苏省大学生创新训练计划项目立 项 申 请 表项目名称 发酵工业废水发色化合物特征解析及高效脱色技术研究 以维生素C发酵废水为例 所在学校 南 京 大 学 所在院系 匡亚明学院 申请学生 任 鑫 坤 移动电话指导教师 丁 丽 丽 电子信箱 南京大学教务处印制江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目申请表项目名称发酵工业废水发色化合物特征解析及高效脱色技术研究-以维生素C发酵废水为例项目所属一级专业门工学项目所属二级专业类环境与安全类项目类型( ) 个人项目 ( ) 团队项目项目实施时间起始时间： 2009 年 5 月 完成时间： 2010 年 8 月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系/专业联系电话E-mail主持人任鑫坤大一南京大学匡亚明学院/理科强化成 员王建栋大二南京大学匡亚明学院/理科强化周珩大一南京大学匡亚明学院/理科强化马海军大一南京大学匡亚明学院/理科强化导 师姓名丁丽丽年龄32单位南京大学环境学院环境工程系行政职务/专业技术职务副系主任/副教授主要成果现任南京大学环境工程系副教授，环境工程系副主任,博士，主要研究方向为水处理过程微生物学原理与技术。承担国家自然科学基金项目2项，江苏省社会发展项目2项，江苏省高校产业化项目1项，企业横向项目3项。申请国家发明专利18项，其中授权国家发明专利3项，申请国际PCT专利4项，美国专利1项，发表研究论文22篇(其中SCI源刊物论文4篇)，参与省级鉴定项目3项，省级验收项目2项。其中，“化工园区工业污水处理新技术及工程应用”获2006年中国石油化工科技进步一等奖(排名第3)，“工业集中区废水处理成套技术与关键设备产业化”获2007年教育部科技进步奖二等奖(排名第2)。一、 申请理由2008年10月初，在一次到发酵工厂参观活动中，我十分吃惊地发现有大量的深褐色的污水从工厂排污管中涌出并排入到河水中，但从工厂了解到这样的水是经过处理后达标的水，令我十分困惑。我国是一个缺水国家，而且是一个发酵工业发达的国家，取水量和废水排放量巨大。经查阅文献发现，这类废水具有有机物含量高、色度高的特点，经过常规生化处理工艺可净化去除废水中大部分有机物，但其中的发色物质具有生物难降解性难以被彻底去除，脱除废水中的色度对净化水质具有十分重要的意义。脱除发酵废水色度的关键在于缺乏对废水中发色基团化合物的深入研究，如何系统解析废水中的发色污染物是开发废水高效脱色技术的难点。本课题重点以具有发酵工业废水典型特征的维生素C发酵废水为研究对象，借助现代大型分析仪器，系统研究和解析废水中发色化合物，利用膜梯度筛分原理，获得其分子量分布、发色基团和结构组成及筛分化合物对色度的贡献率等重要特征，进而开发高效脱色技术。项目团队由4名来自南京大学匡亚明学院理科强化部的本科生组成。作为南京大学的龙头专业，理科强化部多年来在“宽口径，广基础”教育思想的指导下致力于培养出基础牢，知识面广，理论与实验能力兼备的优秀学生。在一年的学习过程中，一方面我们接受了高品质的基础教学，已具备了扎实的数理化生理论基础；另一方面，我们经过了严格的物理化学实验课训练，在实验思维，实验技能以及对待科学的求是严谨的实验态度上都达到了一定的高度。在本项课题的驱动下，我们阅读了大量文献，并与指导老师进行了重要的交流，我们团队对环境问题有着浓厚的兴趣，基于团队成员的合作，我们相信，通过自身的努力、团队的密切合作以及指导老师的悉心指导，我们一定能够出色的完成课题预期的研究目标，并力争获得优秀的研究成果。二、项目方案2.1 训练目标通过本项目的实施和进行，我们可望达到如下训练目标：(1)提高科研能力本项目的实施可强化我们对废水处理技术和理论知识的了解和掌握，培养建立良好的研究思路、初步掌握研究方法、锻炼实验技能、了解先进分析手段，在科研关键问题的确定、解决方案的提出、各种大型分析仪器的使用、研究样品的预处理方法等得到全方位的训练，提高团队成员创新及分析解决问题的能力。 (2增强)团队合作意识和能力科学研究成果是团队开展团结合作、联合攻关的结晶。通过本项目实施可培养我们新时期大学生的团队合作意识，训练团队成员和谐、包容氛围，探索高效率合作、分工明确、目标一致的开展科学研究的机制，锤炼团队成员协同攻关毅力，进而提升团队的综合科研能力。(3)获得发色污染物特征、开发出高效脱色技术通过本项目的研究、使我们掌握开展科学研究的基本方法，初步建立发酵工业废水发色污染物的表征通用方法，依据污染物的结构特点筛选显效的脱色工艺，研究脱色工艺的基本参数，进而获得发酵废水发色物质的解析方法和高效脱色工艺为发酵废水脱色处理提供参考。2.2前期准备1)本项目已列入2009年南京大学大学生创新实验计划校级优秀项目，已获得学校0.8万元研究经费的支持。2)申请团队已经收集和查阅了相关文献100余篇，对发酵废水的深度处理技术具有较全面的了解，已具备开展研究的基础。3)申请团队在指导教师的指导下，已经开展了典型发酵废水的现场采样，并掌握了水质样品的采集、运输和保藏方法；制定了研究方案，对VC废水的基本水质指标进行了实验室测定，并已经与南京大学现代分析中心就项目实验内容进行了多次请教与沟通，取得了初步具有价值的研究成果。4)申请团队对发色物质的分析方法及处理方法已进行初步探索研究。目前申请发明专利1项。【任洪强，许柯，丁丽丽，谢吉程，任鑫坤. 一种分离提纯Vc发酵废水生化处理出水中大分子发色物质的方法，申请号200910026043.6，申请日2009.3.12】。2.3组织实施2.3.1主要研究内容 以具有代表的典型工业废水-维生素C发酵废水经过生化处理后的出水为研究对象，重点研究内容如下：【1】废水成分分析以及发色化合物特征解析首先对废水样品进行COD、BOD、总磷、总氮、亚硝氮、硝氮等指标的分析；借助各种现代大型分析仪器系统研究和解析废水中发色化合物结构，利用膜孔径的差异，通过梯度分离，研究并获得发色污染物的分子量分布、发色基团、结构组成及分级组份与废水色度的关系等。【2】脱色技术的开发与参数优化研究结合发色化合物的结构特征，重点开展发色物质的净化方法筛选研究，获得显效脱色工艺的关键影响因素和控制参数，进而开发废水脱色新技术，考察技术的经济性和适应性，为发酵废水脱色技术的工程化应用提供指导。2.3.2研究思路根据项目的研究内容，经过团队成员与指导老师的认真讨论，确定了本项目的研究思路，具有内容见图1. 图1 项目的研究思路2.3.3技术路线项目研究通过水样采集、保存和储藏参考水和废水监测分析标准方法规定的规程，项目研究在时序方面共分为采样、常规水样分析、膜梯度分离、大型分析仪器和脱色技术开发等，具体的实施技术路线如图2所示 图2 项目实施技术路线2.3.4 实验进度第一阶段(2009年5月-2009年6月)：文献查阅通过查阅文献了解国内外相关研究进展、确定课题的实施方案以及准备实验器材，并对维生素C的生产工艺、废水的来源、成分有初步的了解。第二阶段(2009年7月-2009年12月)：Vc发酵废水成分初步分析及发色物质的特征解析 到维生素C药厂进行实地考察，并采集废水样品。对采集到的水样进行常规水质分析，包括COD、BOD、总磷、总氮、亚硝氮、硝氮等指标；运用凝胶过滤色谱、超滤、液相色谱、傅立叶变换红外光谱、紫外光谱、核磁共振和元素分析等手段来梯度分离发色化合物并对其进行特征解析，掌握发色化合物的重要特征(如分子量分布、物质种类和发色基团等)。第三阶段(2010年1月-2010年3月)：高效脱色技术的设计开发根据实验中获得的发色化合物结构特征及各梯度对废水色度的贡献率，有针对性的对废水中主要发色物质的去除技术进行设计开发。第四阶段(2010年4月-2010年6月)：技术参数优化通过控制反应条件及关键技术参数，对脱色技术进行研究，根据实验结果，对技术参数进行合理优化，力求找到废水高效脱色与降低脱色成本的平衡点。第五阶段(2010年7月-2010年8月)：总结撰写总结实验报告，准备进行课题的总结汇报答辩。2.4过程管理2.4.1分工管理本项目的申请团队由4名南京大学匡亚明学院理科强化部的本科生组成。任鑫坤：担任本项目主持人，负责本项目的组织实施，统筹并安排团队成员参与工厂取样及现场调研、文献查阅、实验方案设计、实验室研究、数据处理分析、撰写阶段总结报告、定期组织团队探讨等工作。王建栋：主要参与文献查阅、实验的实施、数据处理分析等工作。周 珩：主要参与文献查阅、实验室研究、参加撰写阶段总结报告等工作。马海军：主要参与工厂取样、实验实施、数据处理分析等工作。2.4.2运行设备管理 定期检查样品的保存冰箱的正常状态、脱色工艺涉及的反应器的稳定运行管理和维护、大型仪器设备使用过程的正常记录登录等。2.4.3实验数据处理 根据实验进度，采用Excel、Origin等数据处理软件进行实验数据的储存、整理、模拟和分析，并确保数据在团队内实现共享和安全保存。2.4.4实验研究时间保障根据项目的研究进度合理安排时间，充分利用节假日进行系统的科学研究、利用零散的时间进行样品的处理、分析送样等，尽可能保障学习与科研两不误。2.5实践环节2.5.1工厂采样本项目的发酵废水拟取自江苏省靖江市的江山制药厂，申请团队将赴药厂进行实地调研，了解维生素C工艺生产流程，根据采样标准和细则确定合理的采样方案，包括采样点的布置、采样量以及样品保藏措施，并熟悉废水常规处理工艺，为废水深度处理技术的设计开发提供基础和依据。2.5.2实验室研究本项目的实验研究将在指导教师的指导下完成，其中包括对样品的预处理、水质指标测定分析、发色化合物特征解析、脱色设备安装调试运行和维护、优化工艺参数设计、数据记录等。2.6教师指导本项目的指导老师为南京大学环境学院丁丽丽副教授，其主要指导工作内容包括以下三个方面：(1) 实验研究思路的指导本项目团队经过与指导老师的充分沟通，拟在15日内开展1次研讨与答疑，每月进行1次总结报告会。针对实验中的现象、结果及问题，由指导教师对本项目团队进行指导，答疑解惑，根据研讨结果进一步优化实验方案。(2) 实验技能的指导本实验计划借助校内大型精密分析仪器，对发酵废水进行深度解析。指导教师对项目组成员的实验技能进行指导，将为实验的顺利实施提供保障。(3)科研报告撰写的指导 围绕科学研究报告撰写基本要求和规范，重点开展阶段报告、结题报告的撰写方法、格式；研究成果(论文/专利)的表达方法等，为团队开展科学研究综合技能的提高提供指导。2.7项目结题本项目结题后，将建立一套完善的发酵废水发色污染物质的分析与鉴定方法，解析发酵工业废水中发色化合物的特征，为发酵工业废水的高效脱色提供理论指导；开发出高效脱色工艺，获得关键影响因素和工艺优化控制参数。本项目完成后，我们将撰写并提交总结报告一份，汇报我们的科研成果。同时，在指导教师的指导下，撰写文章、专利等，实现本项目预期的训练目标。三、学校提供条件本项目的部份研究内容已列入2009年南京大学大学生创新实验计划校级优秀项目; 制订了一系列的相关政策，南京大学环境学院专门设立了环境科技创新人才基金，为本项目的顺利实施提供了保障。依托南京大学环境学院拥有污染控制与资源化研究国家重点实验室、水处理与水环境修复教育部工程研究中心和南京大学无锡环境技术研究院，具有与开展本项目研究的研究基础和小试、中试、分析测试等装备条件。【分析测试条件】主要水质分析大型仪器有：HP 5971A色谱-质谱联用仪、HP 1050高压液相色谱仪、CE 1000毛细管电泳仪、ICP 2070等离子体光谱仪、AA-6501F原子吸收分光光度计、Z-8100原子吸收分光光度计、DX-300离子色谱仪、TOC-500总有机碳测定仪等。 【小试、中试等装备】具有与本项目密切相关的装备包括：上流厌氧污泥床(UASB)、厌氧膨胀颗粒床(EGSB)、组合好氧反应器、SBR、膜生物反应器、超滤、全自动好氧发酵装置、臭氧发生器、二氧化氯发生器、等多种模拟试验研究装置等。 这些研究成果及仪器和设备为项目高质量完成提供了研究设施和条件保障。本项目配套经费主要来源于指导老师的课题组，并承诺该项目课题批准后，课题组将保证落实配套经费。四、预期成果1)建立一套发酵工业废水发色化合物的解析与表征方法。 2)开发高效脱色新技术，获得相关控制工艺参数。 3)提交半期和总结报告各一份，汇报我们的科研结果。4)发表相关论文12篇，参与申请国家专利12项。五、经费预算支出项目金额(元)计算根据及理由1、差旅费3500生产实地调查、污水取样等2、实验器材与药剂费15000TN/NOX/TP/TOC/COD等指标检测所耗用化学药剂和器材；超滤装置及膜元件的购买等3、测试费7200各现代分析手段的检测费4、出版物、文献、信息传播费3000发表论文版面费5、专利申请费2500专利申请费用合计31200六、导师推荐意见如何高效脱色是影响发酵工业适应国家和区域提标减排的关键。国内外学者对发酵工业废水的脱色研究主要集中在常规脱色工艺的实验