钢渣处理海水中重金属和磷酸盐的实验研究

发布时间：2020-06-14 13:48

【摘要】：近年来,随着我国沿海地区经济高速发展、人口急剧增长、人类海上活动的日益增加,城市污水及废物大量排海、近岸海域承纳的化学污染物总量不断增加,导致我国近岸海域环境质量逐年下降,部分海域生态环境已处于亚健康或不健康状态,对海洋环境、资源和经济的发展以及人类健康造成了严重威胁。其中,以重金属含量超标问题和因氮、磷等营养盐浓度不断增加而引起的海水富营养化问题尤为突出。以胶州湾为例,2007年胶州湾海域14个监测点位中,劣四类海水水质的点位占监测点位数的42.8%,其主要污染物包括:活性磷酸盐、无机氮以及COD等。此外,含重金属污染物排入胶州湾后,由于海水的影响而快速沉积并在近岸沉积物中富集,同时胶州湾内底质中的重金属由于涨落潮及湾内环流等水动力作用发生再次迁移,导致胶州湾污染加剧。钢渣既是钢铁生产过程产生的废物,又是一种放错地方的资源。近年来,利用钢渣处理工业废水中铜、铅、砷等重金属及磷酸盐的相关报道日益增多,在解决钢渣污染环境的同时,有效地实现了废物再利用,推动了钢铁行业的可持续发展。一些发达国家采用高炉渣和钢渣作为重度污染海域的覆砂材料和人工藻礁材料,建设人工藻场,治理污染严重的封闭性海湾,取得了明显成效。但是国内对该领域的研究尚属空白。本研究在对日本东京湾、大阪湾等国外相关资料进行收集、分析整理的基础上,系统分析了国外利用钢渣修复近岸海域生态环境的案例,对利用钢渣修复国内海洋生态环境的可行性进行了理论分析。本研究采用青岛钢铁控股集团有限责任公司提供的钢渣和胶州湾海水作为实验材料,分别对钢渣处理污染海水中的汞、砷、铜、铅、镉、总铬等重金属,钢渣处理富营养化海水中的磷酸盐以及钢渣在海水中的溶出行为进行了研究。本研究共申请两项国家发明专利并发表相关论文15篇。本论文共分五章: 第一章介绍了国内外海洋重金属污染和海水富营养化现象的成因及危害,分析了目前钢渣在污染治理中的应用,论述了本研究的目的和意义,提出了研究的主要内容; 第二章以钢渣、胶州湾海水为实验材料,对钢渣去除污染海水中的重金属进行了实验研究,研究结果如下: (1)利用钢渣处理含汞海水,钢渣对汞的去除与钢渣投加量成正比;与钢渣粒径无关;投加5g/L 80目钢渣处理含汞海水,处理后汞浓度由0.5μg/L降低至0.047μg/L,处理率达到90.6%,处理后海水中的汞浓度符合国家一类海水水质标准。 (2)钢渣对海水中砷的去除率与钢渣投加量成正比;与钢渣粒径成反比;钢渣对不同浓度砷均具有较好的去除效果。当海水中的砷浓度≤0.16mg/L时、在钢渣含量为5g/L、粒径为80目(粒径0.18mm)的条件下,钢渣对海水中砷的去除率均在90%以上,处理后海水中的砷浓度符合一类海水水质标准。 (3)钢渣对海水中铜的去除率与钢渣投加量、钢渣粒径和海水中的铜浓度均成反比。当海水中铜浓度为0.125mg/L时,1g/L 80目(粒径0.18mm)钢渣对铜的去除率最高,达到98.3%,处理后海水中的铜浓度优于一类海水水质标准。 (4)钢渣对海水中铅的去除率与钢渣投加量和钢渣粒径成反比;钢渣对不同浓度铅均具有较好的去除效果,去除率均在98%以上。当海水中铅浓度为0.4mg/L时,1g/L 80目(粒径0.18mm)钢渣对铅的去除率最高,达到98.9%。 (5)钢渣对海水中镉的去除效果较好,其对镉的去除率与钢渣投加量无关;与钢渣粒径成反比;当海水中镉浓度≤0.16mg/L时,在钢渣含量为1g/L,粒径为80目(粒径0.18mm)的条件下,钢渣对镉的去除率为90%以上。 (6)钢渣对海水中总铬的去除率与钢渣投加量成正比;与钢渣粒径成反比;与总铬浓度成正比。当海水的总铬浓度≤2.0mg/L时、钢渣含量为100g/L、粒径为80目(粒径0.18mm)的前提下,随着海水中总铬浓度升高,钢渣对总铬的去除率也随之升高。第三章以钢渣、胶州湾海水为实验材料,对钢渣去除富营养化海水中的磷酸盐进行了实验研究,研究结果表明,钢渣可以快速、有效地去除富营养化海水中的磷酸盐,当海水中磷酸盐浓度为0.2mg/L时,10g/L 80目钢渣对海水中磷酸盐的去除率最高,达到97.9%,处理后海水中磷酸盐浓度优于国家一类海水水质标准。当海水中磷酸盐浓度≤0.8mg/L、钢渣含量为10g/L、粒径为80目(粒径0.18mm)的前提下,随着海水的磷酸盐浓度升高,钢渣对海水中的磷酸盐的去除率也随之升高。第四章分析了钢渣对海水水质的影响,包括钢渣对海水中重金属浓度(汞、铜、铅、锌、镉、总铬)、营养盐浓度(硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐、硅酸盐)、COD和pH值的影响,以期为钢渣的实际应用提供参考依据。第五章总结了本研究取得的成果,并提出了需进一步深入研究的内容和今后的发展方向。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X55
【图文】：

东京湾,情景,钢渣

渔获量锐减至原先的 30%。除了纳米比亚，日本也是世界上青潮灾害最严重的国家之一（图1-2）。自 1970 年以来，青潮已成为日本常见的海洋灾害。尤其是伊势湾·三河湾和东京湾，由于三者均为半封闭海湾，水体循环速度缓慢，自净能力差，加之毗邻工业发达地区，水体富营养化严重。每到夏季，海水分层现象明显，并且采砂、疏浚工程在海底形成了许多洞窟，阻止底层海水与表层海水混合，海底极度缺氧，沉积的硫酸盐取代氧成为电子受体，产生硫化氢。当大风引发的上升流将硫化氢带至海面时，青潮爆发。2001~2002 年，伊势湾·三河湾爆发的两次青潮导致蛤蜊减产 40%，直接经济损失 12 亿日元以上；1996~2005 年间，东京湾共计爆发了 30次青潮[23~25]。1.1.3 钢渣在污染治理中的应用钢渣是炼钢过程中仅次于高炉渣的第二大固体废物，主要化学成分为 CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3、P2O5等。随着我国钢铁工业的发展，钢渣产量也随之攀升[26,27]。目前，我国积存的钢渣已有 1 亿吨以上

【参考文献】