改性钢渣对海水中汞和砷的吸附性能研究

发布时间：2020-05-09 17:06

【摘要】：我国近岸海域汞和砷污染问题突出，汞和砷具有生物累积效应，能够干扰海洋生物的生理行为，对人类健康构成潜在威胁。采用“以废治废”的循环经济模式，以工业废物作为吸附材料治理重金属污染在国外已经成为一种趋势。钢渣是炼钢过程中产生的废物，价格低廉、密度大、比表面积大、具有多孔结构、含有一定量具备吸附性能的钛和铁，是理想的吸附材料。已有一些研究探讨了钢渣以及改性钢渣对废水(淡水)中的磷酸盐、氨氮以及铅等污染物的吸附性能，日本曾将钢渣应用于海洋水体污染治理，然而，将改性钢渣应用于海洋重金属污染治理的相关研究在国内尚未见报道。因此，本文以钢渣为实验材料，制备了酸改性、碱改性、热改性和盐改性等4种改性钢渣，采用单因素影响实验探讨了未改性钢渣以及4种改性钢渣在不同振荡时间、含汞和砷海水初始浓度、温度、pH值等条件下，对海水中汞和砷的吸附性能，并对5种钢渣的安全性进行了分析，为钢渣在海洋汞和砷污染治理方面的实际应用提供基础数据和设计依据。研究结果如下： (1)5种钢渣在振荡时间为120min、温度为15-35℃以及弱酸性条件下对海水中汞的去除效果较好，但除未改性钢渣外，去除率在pH值为8时较6时无显著差异，初始浓度的变化对不同钢渣的影响程度不同，经过酸改性、碱改性和热改性的钢渣可以更好的适应海水中汞浓度的变化。酸改性钢渣对汞的去除效果最好，碱改性钢渣次之。在25℃、pH值为8、振荡为120min，含汞海水浓度为4μg/L时，酸改性和碱改性钢渣对汞的去除率可以达到95.9%和91.9%，较相同条件下，未改性钢渣对汞的去除率有明显提升(70.0%)。Freundlich经验公式能够较好的描述5种钢渣对汞的等温吸附行为，除酸改性钢渣外，相关系数均在0.9以上，酸改性钢渣的lgK值最大，吸附能力最强，与吸附效果一致。 (2)5种钢渣在振荡时间为120min、温度为15-35℃以及弱酸性条件下对海水中砷的去除效果较好，但去除率在pH值为8时较6时无显著差异，初始浓度的变化对不同钢渣的影响程度不同，经过碱改性的钢渣能够更好地适应海水中砷浓度的变化。碱改性钢渣对砷的去除效果最好，热改性钢渣次之，最大去除率分别为90.9%和85.1%，分别较未改性钢渣在相同条件下对砷的去除率有明显提升。Langmuir经验公式较Freundlich经验公式能够更好的描述未改性和盐改性钢渣对砷的吸附行为，相关系数均在0.9以上；Freundlich经验公式较Langmuir经验公式能够更好的描述另外3种改性钢渣对砷的吸附行为，除热改性钢渣外，相关系数均在0.9以上。 (3)将钢渣应用于海洋工程的安全性较高，投加钢渣之后，会使海水的pH值超过四类海水水质标准，但无机氮、活性磷酸盐浓度可以满足二类海水水质标准，汞、砷、铜、铅、锌、镉等重金属浓度可以满足一类海水水质标准，实际应用时，考虑到海洋是一个巨大的、开放的缓冲体系，可以通过控制钢渣投加量以及合理选址来降低或消除pH值变化给海洋生物带来的不良影响。综上，将碱改性钢渣应用于海洋工程实际，可以解决海洋汞和砷污染问题，同时实现“以废治废”，解决钢渣堆积难题，有利于钢铁工业的可持续发展，应用前景广阔。
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生物地球化学循环

机碳原子与汞结合而形成的，最常见的是甲基汞。受盐分影响，在中，汞主要以 HgCl42-和 HgCl32-的形式存在(李月等, 2010)。洋生态系统中的汞主要来自大气沉降、海洋环流以及陆地径流，其循环过程见图 1-1(Mason and Sheu, 2002)。我国海洋生态系统中的陆源途径，沿海有 60 多处较大的污染源，长江、珠江、鸭绿江、主要污染源。汞已经成为我国近岸海域的重要污染物之一。张乃星等湾外海洋倾倒区的表层沉积物中的重金属进行了潜在生态风险评价存在中潜在生态风险，是主要的风险因子。齐凤霞等(2004)对渤海湾积物中的重金属采用Hakanson潜在生态危害指数法进行了评价，结果海域地质环境中的主要污染物，所有监测站点已达到极强的生态危(2010)对渤海湾中真鲷仔鱼、日本对虾仔虾和文蛤幼体中汞的安全析，结果发现，该海域汞浓度超过了生物的的安全浓度，已对生物构成了威胁。

生物地球化学循环,重金属,生态评估

进行了环境质量研究和生态评估，研究发现在生物体内，砷的富集系高于其他重金属，砷的质量分指数也远大于其他重金属。黄向青等(口表层沉积物中的重金属进行了评价，结果表明，砷超出背景值的站景值的倍数均高于其它重金属，其生态风险指数达到轻微—中等风险值。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X55

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