付出与收获

庞浩

作为环境科学与工程学院的学生，目击并感受着周围环境的日趋恶化，内心总会涌现深深的不安和心痛，更觉得自己这些环境工作者未来的任重而道远。很荣幸能够参加第二届“上海大学生创新活动计划”，并与同样来自环境科学与工程学院卜冠华同学、毕春晖同学在并肩合作完成“热解无害化铬渣去除污水中磷的研究”的创新项目。

回首过去的一年来，我和同组的同学在这个项目上投入了大量的时间和精力，体验科研创新的苦与乐，收获着宝贵的实验室经历。回首来路，从选题申请、立项答辩、项目进行中直到结束，每个阶段我们都发挥着集体的力量与智慧，走到了收获与成功的彼岸。

当初听说“上海大学生创新活动计划”时，我并没有十足的把握，毕竟对大三的我来说如何创新，如何结合实践，都是不小的挑战。但是，在卜冠华同学的邀请下，我们还是找到了各有所长的队友，组队报名参加。最初报名参加上海大学生创新项目的时候，我们甚至不知该从何着手，我们既没参加过类似的比赛，也没有丰富的实验室研究经历。虽然不知道凭借我们几个本科生的能力能够做出什么样的科研成果。但我们相信有志者事竟成，于是鼓足勇气开始了我们的项目实验计划。

经过多次的热烈讨论后，我们锁定当今全球范围内的热门问题——水污染问题。于是在项目指导老师何圣兵老师的提示下，我们将研究重点放在水体富营养化问题。我国在经济持续高速增长的同时，所带来的最大负面效应就是环境污染日益严重，许多江河及湖库水体都有富营养化问题。通过查阅文献，我们发现磷是水体富营养化问题的主要限制性因子，并以如正磷酸盐、过磷酸盐、偏磷酸盐及其它复合盐等形式存在在天然水中。现阶段，在污水处理的除磷工艺中，基质的吸附作用是最主要、最容易控制的除磷方式。因此，选择吸附能力强的材料作基质是提高除磷效率的重要手段。铬渣包括金属铬及铬盐生产和铬铁生产过程中排放的废渣，具有很高的活性，同时，铬渣具有微孔多，比表面积大的结构特点，因而具有一定的吸附性能。但是铬渣含有Na2CrO4、CaCrO4等Cr(Ⅵ)有害成分。长期露天堆放的铬渣，会严重污染土壤和地下水。因此我们考虑结合课题组的相关研　了究，先将铬渣进行热解无害化处理后，利用有机质在高温下热解产生的挥发份将铬渣中的六价铬还原为三价铬，降低其毒性。然后利用铬渣的吸附性能，去吸附水中的铬渣。我们的这个想法，非常符合“以废治废”和“循环经济”的理论，具有创新性，得到了师兄和导师的肯定以及大力支持。

在本次创新试验中，我们主要完成一下几部分实验：考察铬渣对溶液中磷元素的吸附效果，并求得铬渣对一定浓度模拟含磷废水的最佳投加量，讨论了铬渣除磷的初步机理，并对用于除磷试验的热解铬渣进行了安全性研究等。

实验过程中,我们首先对无害化后铬渣的资源化利用进行安全性评价。我们发现pH值是影响解毒铬渣铬浸出的一个重要的因素。在碱性和中性环境下，铬渣浸出液的危险性很小，Cr浸出量小于10mg/kg。而在酸性环境下，随pH的减小Cr的浸出有较大增加。随着浸取时间的增加而上升，至8h左右增加缓慢。浸取48h时，两种热解铬渣浸出量仍小于1.5mg/kg。温度升高，铬的浸出量略有增加，但仍小于2mg/kg。我们通过长期稳定性实验表明，自然堆放过程中，随着自然堆放的延长，解毒铬渣Cr(VI)含量逐渐减少。Cr浸出量在自然堆放初期缓慢升高，之后呈下降趋势。总之，解毒铬渣的环境安全评价体系表明，解毒铬渣在一般情况下Cr的浸出不会对环境造成二次污染，具有稳定性和长期安全性。

我们利用控制变量法对最佳反应条件进行了探索，考察了铬渣对磷酸盐溶液的吸附作用。解毒铬渣对模拟含磷废水有较好的去除效果，总体上说，800℃热解铬渣除磷效果高于600℃。磷处理效率随投加量和接触时间的增加而增大,但在接触时间超过2 h时基本达到稳定，所以可以确认两小时为最佳有效吸附时间。600 ℃和800 ℃解毒铬渣的最佳投加量分别为10.0 g/L和2.5 g/L,此时对磷的处理效率均大于99%。我们确定温度，对解毒后铬渣除磷效果的影响不大，40 ℃即可。解毒铬渣对磷的吸附量随着初始磷浓度的增加而增大，当磷浓度由5mg/L增至200mg/L时，解毒铬渣B-600除磷量由0.5mg/kg增至14.6mg/kg，解毒铬渣B-800除磷量由0.5mg/kg增至17.7mg/kg。我们发现，pH对除磷有较大影响。两种解毒铬渣都是pH值在10以上时，处理效率最高;从图中还可以看出，pH在6～10时仍能保持一定的除磷效率，B-600在35-50%左右，B-800较高，在92-99 %之间。由于生活污水的pH值范围一般在7.5～8.0之间,因此B-800较为适宜处理生活污水。pH<6后，解毒铬渣除磷率随pH降低。

最后，通过进行动态试验，利用自己设计并搭建的仪器工程填充塔，证明铬渣除磷的效果很好，100g解毒后的铬渣，大概可以处理50L的污水。

在整个项目的实践过程中，我收获也颇多。首先，我深刻了解到了合理而有效地安排时间的重要性。在课余的时间里，我们需要查阅资料，制定试验计划，与学院协调，以利用院里的现有资源。其次，跟导师以及实验室中的诸位师兄师姐的交流，能学到了很多实验的技巧，积累了一定的研究经验。我们在与学院以及实验室的老师交流的过程中发现，再难的科研实验也是从基础实验做起的。曾经被我们轻视的简易的有机、无机实验，在我们整个测定环节中起到了至关重要的作用。如比色管的使用，分光光度计的使用，甚至小到移液管、洗瓶的正确操作无不决定着我们实验就结果的精确性。在此，还要特别感谢老师们的辛勤指导以及同学们的热情帮助。另外，我还领悟到，鼓励学生勇于尝试才是此创新活动的主要目的。只有做过了，尝试过了，才能真正一种实验方法的可行与否，才能知道自己创造性的想法，是否能真正成为一个有力的事实，让人信服，而不知是一个虚有其表的美好设想。每当我们的实验成功的证明了我们的设想时，总是最令我们激动的时刻，也正是我们长期努力的最好回馈。

整个项目过程中，我学到了很多。首先，我深深体会到合理安排时间、提前规划的重要性。课程安排紧，但同时我们也需要查阅资料，制定试验计划，如何合理协调学业和项目，需要我们做出仔细认真的规划。其次，如何和导师交流沟通，如何才能将遇到的问题向导师请教，如何与实验室中的诸位师兄师姐的交流，向他们学习，这些对我来说都是新的内容。我们在与学院以及实验室的老师交流的过程中发现，再难的科研实验也是从基础实验做起的，一些很细微的、不经意的小错误都可能引起结果的很大偏差。在此，特别感谢老师们的辛勤指导以及同学们的热情帮助。另外，创新项目的真正目的是鼓励学生勇于尝试，只有做过了，尝试过了，将自己的想法付诸实践并验证之，才能知道自己创造性的想法是否符合实际，是否可行，而不知是一个虚有其表的美好设想。创新是一个不断探索的过程，结果固然重要，但过程更能够给人启发，让人获益。

遇到问题，进而分析解决问题，不断重复着这一过程，使我不断吸收新的知识和经验，不断得到提高。同时也体验到科研创新的不易。实际运行过程中并不能如预想一样顺利，这样就需要仔细分析操作过程，寻找可能引起问题的因素，通过反复的试验解决问题。这是一个苦与乐并存的过程，累并享受着。

最后，我要特别感谢我们的导师何圣兵老师以及张大磊、彭亢晋师兄，他们给了我很多帮助，很多鼓励。他们让我们的创新走得更远。