【摘要】：我國近岸海域汞和砷污染問題突出，汞和砷具有生物累積效應，能夠干擾海洋生物的生理行為，對人類健康構成潛在威脅。采用“以廢治廢”的循環(huán)經(jīng)濟模式，以工業(yè)廢物作為吸附材料治理重金屬污染在國外已經(jīng)成為一種趨勢。鋼渣是煉鋼過程中產(chǎn)生的廢物，價格低廉、密度大、比表面積大、具有多孔結構、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，日本曾將鋼渣應用于海洋水體污染治理，然而，將改性鋼渣應用于海洋重金屬污染治理的相關研究在國內尚未見報道。因此，本文以鋼渣為實驗材料，制備了酸改性、堿改性、熱改性和鹽改性等4種改性鋼渣，采用單因素影響實驗探討了未改性鋼渣以及4種改性鋼渣在不同振蕩時間、含汞和砷海水初始濃度、溫度、pH值等條件下，對海水中汞和砷的吸附性能，并對5種鋼渣的安全性進行了分析，為鋼渣在海洋汞和砷污染治理方面的實際應用提供基礎數(shù)據(jù)和設計依據(jù)。研究結果如下： (1)5種鋼渣在振蕩時間為120min、溫度為15-35℃以及弱酸性條件下對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時較6時無顯著差異，初始濃度的變化對不同鋼渣的影響程度不同，經(jīng)過酸改性、堿改性和熱改性的鋼渣可以更好的適應海水中汞濃度的變化。酸改性鋼渣對汞的去除效果最好，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，酸改性和堿改性鋼渣對汞的去除率可以達到95.9%和91.9%，較相同條件下，未改性鋼渣對汞的去除率有明顯提升(70.0%)。Freundlich經(jīng)驗公式能夠較好的描述5種鋼渣對汞的等溫吸附行為，除酸改性鋼渣外，相關系數(shù)均在0.9以上，酸改性鋼渣的lgK值最大，吸附能力最強，與吸附效果一致。 (2)5種鋼渣在振蕩時間為120min、溫度為15-35℃以及弱酸性條件下對海水中砷的去除效果較好，但去除率在pH值為8時較6時無顯著差異，初始濃度的變化對不同鋼渣的影響程度不同，經(jīng)過堿改性的鋼渣能夠更好地適應海水中砷濃度的變化。堿改性鋼渣對砷的去除效果最好，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砷的去除率有明顯提升。Langmuir經(jīng)驗公式較Freundlich經(jīng)驗公式能夠更好的描述未改性和鹽改性鋼渣對砷的吸附行為，相關系數(shù)均在0.9以上；Freundlich經(jīng)驗公式較Langmuir經(jīng)驗公式能夠更好的描述另外3種改性鋼渣對砷的吸附行為，除熱改性鋼渣外，相關系數(shù)均在0.9以上。 (3)將鋼渣應用于海洋工程的安全性較高，投加鋼渣之后，會使海水的pH值超過四類海水水質標準，但無機氮、活性磷酸鹽濃度可以滿足二類海水水質標準，汞、砷、銅、鉛、鋅、鎘等重金屬濃度可以滿足一類海水水質標準，實際應用時，考慮到海洋是一個巨大的、開放的緩沖體系，可以通過控制鋼渣投加量以及合理選址來降低或消除pH值變化給海洋生物帶來的不良影響。 綜上，將堿改性鋼渣應用于海洋工程實際，可以解決海洋汞和砷污染問題，同時實現(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，應用前景廣闊。
【圖文】：

機碳原子與汞結合而形成的，最常見的是甲基汞。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)中的汞主要來自大氣沉降、海洋環(huán)流以及陸地徑流，其循環(huán)過程見圖 1-1(Mason and Sheu, 2002)。我國海洋生態(tài)系統(tǒng)中的陸源途徑，沿海有 60 多處較大的污染源，長江、珠江、鴨綠江、主要污染源。汞已經(jīng)成為我國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行了潛在生態(tài)風險評價存在中潛在生態(tài)風險，是主要的風險因子。齊鳳霞等(2004)對渤海灣積物中的重金屬采用Hakanson潛在生態(tài)危害指數(shù)法進行了評價，結果海域地質環(huán)境中的主要污染物，所有監(jiān)測站點已達到極強的生態(tài)危(2010)對渤海灣中真鯛仔魚、日本對蝦仔蝦和文蛤幼體中汞的安全析，結果發(fā)現(xiàn)，該海域汞濃度超過了生物的的安全濃度，已對生物構成了威脅。

進行了環(huán)境質量研究和生態(tài)評估，研究發(fā)現(xiàn)在生物體內，砷的富集系高于其他重金屬，砷的質量分指數(shù)也遠大于其他重金屬。黃向青等(口表層沉積物中的重金屬進行了評價，結果表明，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)風險指數(shù)達到輕微—中等風險值。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X55

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