發(fā)布時(shí)間：2020-05-09 17:06

【摘要】：我國(guó)近岸海域汞和砷污染問(wèn)題突出，汞和砷具有生物累積效應(yīng)，能夠干擾海洋生物的生理行為，對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成潛在威脅。采用“以廢治廢”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，以工業(yè)廢物作為吸附材料治理重金屬污染在國(guó)外已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。鋼渣是煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，價(jià)格低廉、密度大、比表面積大、具有多孔結(jié)構(gòu)、含有一定量具備吸附性能的鈦和鐵，是理想的吸附材料。已有一些研究探討了鋼渣以及改性鋼渣對(duì)廢水(淡水)中的磷酸鹽、氨氮以及鉛等污染物的吸附性能，日本曾將鋼渣應(yīng)用于海洋水體污染治理，然而，將改性鋼渣應(yīng)用于海洋重金屬污染治理的相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文以鋼渣為實(shí)驗(yàn)材料，制備了酸改性、堿改性、熱改性和鹽改性等4種改性鋼渣，采用單因素影響實(shí)驗(yàn)探討了未改性鋼渣以及4種改性鋼渣在不同振蕩時(shí)間、含汞和砷海水初始濃度、溫度、pH值等條件下，對(duì)海水中汞和砷的吸附性能，并對(duì)5種鋼渣的安全性進(jìn)行了分析，為鋼渣在海洋汞和砷污染治理方面的實(shí)際應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)依據(jù)。研究結(jié)果如下： (1)5種鋼渣在振蕩時(shí)間為120min、溫度為15-35℃以及弱酸性條件下對(duì)海水中汞的去除效果較好，但除未改性鋼渣外，去除率在pH值為8時(shí)較6時(shí)無(wú)顯著差異，初始濃度的變化對(duì)不同鋼渣的影響程度不同，經(jīng)過(guò)酸改性、堿改性和熱改性的鋼渣可以更好的適應(yīng)海水中汞濃度的變化。酸改性鋼渣對(duì)汞的去除效果最好，堿改性鋼渣次之。在25℃、pH值為8、振蕩為120min，含汞海水濃度為4μg/L時(shí)，酸改性和堿改性鋼渣對(duì)汞的去除率可以達(dá)到95.9%和91.9%，較相同條件下，未改性鋼渣對(duì)汞的去除率有明顯提升(70.0%)。Freundlich經(jīng)驗(yàn)公式能夠較好的描述5種鋼渣對(duì)汞的等溫吸附行為，除酸改性鋼渣外，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，酸改性鋼渣的lgK值最大，吸附能力最強(qiáng)，與吸附效果一致。 (2)5種鋼渣在振蕩時(shí)間為120min、溫度為15-35℃以及弱酸性條件下對(duì)海水中砷的去除效果較好，但去除率在pH值為8時(shí)較6時(shí)無(wú)顯著差異，初始濃度的變化對(duì)不同鋼渣的影響程度不同，經(jīng)過(guò)堿改性的鋼渣能夠更好地適應(yīng)海水中砷濃度的變化。堿改性鋼渣對(duì)砷的去除效果最好，熱改性鋼渣次之，最大去除率分別為90.9%和85.1%，分別較未改性鋼渣在相同條件下對(duì)砷的去除率有明顯提升。Langmuir經(jīng)驗(yàn)公式較Freundlich經(jīng)驗(yàn)公式能夠更好的描述未改性和鹽改性鋼渣對(duì)砷的吸附行為，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上；Freundlich經(jīng)驗(yàn)公式較Langmuir經(jīng)驗(yàn)公式能夠更好的描述另外3種改性鋼渣對(duì)砷的吸附行為，除熱改性鋼渣外，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上。 (3)將鋼渣應(yīng)用于海洋工程的安全性較高，投加鋼渣之后，會(huì)使海水的pH值超過(guò)四類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽濃度可以滿足二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，汞、砷、銅、鉛、鋅、鎘等重金屬濃度可以滿足一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，考慮到海洋是一個(gè)巨大的、開(kāi)放的緩沖體系，可以通過(guò)控制鋼渣投加量以及合理選址來(lái)降低或消除pH值變化給海洋生物帶來(lái)的不良影響。 綜上，將堿改性鋼渣應(yīng)用于海洋工程實(shí)際，可以解決海洋汞和砷污染問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”，解決鋼渣堆積難題，有利于鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。
【圖文】：

機(jī)碳原子與汞結(jié)合而形成的，最常見(jiàn)的是甲基汞。受鹽分影響，在中，汞主要以 HgCl42-和 HgCl32-的形式存在(李月等, 2010)。洋生態(tài)系統(tǒng)中的汞主要來(lái)自大氣沉降、海洋環(huán)流以及陸地徑流，其循環(huán)過(guò)程見(jiàn)圖 1-1(Mason and Sheu, 2002)。我國(guó)海洋生態(tài)系統(tǒng)中的陸源途徑，沿海有 60 多處較大的污染源，長(zhǎng)江、珠江、鴨綠江、主要污染源。汞已經(jīng)成為我國(guó)近岸海域的重要污染物之一。張乃星等灣外海洋傾倒區(qū)的表層沉積物中的重金屬進(jìn)行了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)存在中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，是主要的風(fēng)險(xiǎn)因子。齊鳳霞等(2004)對(duì)渤海灣積物中的重金屬采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果海域地質(zhì)環(huán)境中的主要污染物，所有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)已達(dá)到極強(qiáng)的生態(tài)危(2010)對(duì)渤海灣中真鯛仔魚(yú)、日本對(duì)蝦仔蝦和文蛤幼體中汞的安全析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該海域汞濃度超過(guò)了生物的的安全濃度，已對(duì)生物構(gòu)成了威脅。

進(jìn)行了環(huán)境質(zhì)量研究和生態(tài)評(píng)估，研究發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)，砷的富集系高于其他重金屬，砷的質(zhì)量分指數(shù)也遠(yuǎn)大于其他重金屬。黃向青等(口表層沉積物中的重金屬進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，砷超出背景值的站景值的倍數(shù)均高于其它重金屬，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)到輕微—中等風(fēng)險(xiǎn)值。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：X55

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