（环境工程专业论文）钢渣处理海水中重金属和磷酸盐的实验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 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，2 0 0 7 年胶州湾海域1 4 个监测点位中，劣四类海水水 质的点位占监测点位数的4 2 8 ，其主要污染物包括：活性磷酸盐、无机氮以及c o d 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 1 5 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： 青岛理工大学工学硕士学位论文 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5 e e l8 0 目钢渣处理含汞海水，处理后汞浓度由0 5 i _ t g l 降低至 o 0 4 7 嵋几，处理率达到9 0 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_ c o 1 6 m g l 时、在钢渣 含量为5 9 l 、粒径为8 0 目( 粒径 0 1 8 r a m ) 的条件下，钢渣对海水中砷的去除率均 在9 0 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 1 2 5 m g l 时，l g l8 0 目( 粒径 0 1 8 r a m ) 钢渣对铜的去 除率最高，达到9 8 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9 8 以上。当海水中铅浓度为0 4 m g l 时，l g l8 0 目( 粒径 0 1 8 m m ) 钢渣对铅的去除率最高，达到9 8 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5 0 1 6 m g l 时，在钢渣含量为l g l ，粒径为8 0 目( 粒径 0 1 8 m m ) 的条件下，钢渣对镉的去除率为9 0 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q o m g l 时、钢渣含量为l o o g l 、粒径为 8 0 目( 粒径 o 1 8 r a m ) 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 2 m g l 时，l o g l8 0 目钢渣对海水中磷酸盐的 去除率最高，达到9 7 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5 0 8 m g l 、钢渣含量为l o g l 、粒径为8 0 目( 粒径 镉 锌 铜；有机汞 无机汞、六价铬 三价铬；一般海洋生物的 种苗和幼体对重金属污染较之成体更为敏感；此外，两种以上的重金属共同作用 于生物体时比单一重金属的作用更复杂，其作用主要有以下三种形式：第一，两 种以上重金属的混合毒性等于各重金属单独毒性之和时为相加作用；第二，若大 于各单独毒性之和则为相乘作用或协同作用；第三，若低于各单独毒性之和则为 拮抗作用。 ( 1 ) 对海洋植物的影响 作为近岸海域浮游动物的食物及氧气的来源，水生植物在海洋生态系统的食 物链中占据着重要地位。重金属对水生植物的影响主要表现在改变细胞的细微结 构，抑制光合作用、呼吸作用和酶的活性，使核酸组成发生改变，抑制海洋植物 生长等。以绿藻为例，镉能破坏某些绿藻的叶绿素，引起光合作用下降；近岸海 域重金属污染还会对斜生栅藻的呼吸作用产生影响，抑制苹果酸脱氢酶的活性。 陈愚等人的研究表明，海域中一定浓度的镉会抑制沉水植物( 金鱼藻、黑藻、红 线草等) 中超氧化物歧化酶的活性，破坏其抗氧化防御系统，影响海洋植物的生 长。g h a t e 报道，p l a g i o c h a s m a a p p e n d i c u l a t u m 对汞敏感，当海域中摄入的汞超过该 植物的耐受性时，将会影响植物体内的叶绿素含量1 5 j 。 ( 2 ) 对海洋动物的影响 重金属进入海域后，通过海洋生物的富集作用，会对海洋动物的生长发育、 生理代谢产生一系列的影响，同时也会对以此为食的其他海洋动物造成毒害。 a 1 y o u s u f 等人的研究表明，海水中重金属( z n 、c r 、c u 等) 过度积累会引起文 昌鱼中毒，使其身体渐成弯曲状而死亡。据d e l a t o r r e 和f e r r a r i 报道，镉会对鱼大 脑中的乙酰胆碱酯酶活性产生影响，影响海域动物的遗传表达。k o w k 等人的研究 表明，铜和锌的毒性会影响鲤鱼和罗菲鱼的生长发育和和生理生化技能，若罗菲 青岛理工大学丁学硕士学位论文 鱼长期生长在重金属超标的环境中，鳃和肝脏中的金属硫蛋白m r n a 的表达将受 到显著影响，最终导致动物死亡。周新文等人的研究表明，超标的铜、铅和镉共 同存在于近岸海域，会发生协同作用，抑制鲫鱼d n a 的合成【6 】6 。 ( 3 ) 对人体的影响 重金属进入海域中，不易被生物降解，相反却能在食物链的作用下富集，随 后进入人体，最终在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用下，使它们失 去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒【7 1 。以汞为例，排入海域 中的汞大部分是无机汞，而无机汞在海底底泥中某种微生物的作用下能很快变成 甲基汞，甲基汞性质稳定，对生物毒性很强，且容易在生物体内积累和富集。截 止到目前，日本已发生了三起由海洋汞污染引起的公害病水俣病即甲基汞慢 性中毒症1 8 。早在1 9 5 3 年，日本熊本县水俣湾附近渔村最早发现“水俣病”，原因 是人们长期食用富含甲基汞的水产品造成的。在食用水产品中进入人体的甲基汞 主要侵害脑组织，引起中枢神经性疾病，易导致死亡或遗患终身。截至1 9 7 8 年3 月为止，日本官方确认水俣湾附近和阿贺野川流域，水俣病患者共2 2 2 7 人，其中 死亡人数达2 5 5 人。研究还显示：海域中铅污染会伤害人的脑细胞，致癌、致突 变等；镉中毒会导致高血压，引起心脑血管疾病；铬污染会造成四肢麻木，精神 异常；砷及其化合物进入人体，蓄积于肝、肾、肺、骨骼等部位，其在体内的毒 作用主要是与细胞中的酶系统结合，使许多酶的生物作用受到抑制失去活性，造 成代谢障碍。铜是人体所需要的重要微量元素，然而铜过剩可使血红蛋白变性， 影响人体正常代谢，引发心血管疾病；破坏骨钙。据报道，当铜超过人体需要量 的1 0 0 1 5 0 倍时，可引起人体坏死性肝炎和溶血性贫血。各类近岸海域重金属污 染事件表明，海洋一旦遭受严重污染，危害大，治理困难【9 j 。 1 1 2 近岸海域富营养化的来源及危害 1 1 2 1 近岸海域富营养化的来源 引起近海富营养化的原因可分为两大类：自然因素和人为因素。在自然条件 下，海域中的营养物质主要通过降雨或大气输送等形式逐渐积累，海域从贫营养 化到富营养化发展的过程十分缓慢，一般需要几十年甚至更长的时间。而人类活 动是引起近岸海域富营养化的主要来源，将加速海水富营养化进程。多数学者认 为氮、磷等营养物质浓度升高，是藻类大量繁殖，导致海水富营养化的原因，其 4 青岛理工大学t 学硕士学位论文 中又以磷为关键因烈1 0 】。近岸海域中过量的含磷物质主要来自未处理或处理不完 全的城市污水、有机垃圾和畜禽粪便以及农施化肥。据相关资料统计，美国进入 水体中的磷酸盐6 0 来自城市污水。城市污水中磷酸盐主要来源于洗涤剂，它除 了引起水体富营养化以外，还使许多水体产生大量泡沫。近岸海域中过量的磷一 方面来自外来的城市污水，另一方面来自内源作用，即水体中的底泥在还原状态 下会释放磷酸盐，从而增加磷的含量，特别是在一些因硝酸盐引起的富营养化的 海域中，由于城市污水的排入使之更加复杂化，会使海水水质迅速恶化，即使停 止磷酸盐的输入，海域污染问题也不易解决。这是因为多年来大量富含磷酸盐的 沉淀物沉积于海域底部，该类沉淀物由于不溶性的铁盐保护层作用通常不参与混 合。然而，当底层水含氧量低而处于还原状态时( 通常在夏季分层时出现) ，保护层 便会消失，导致大量磷酸盐释入海水中【1 1 1 。 1 1 2 2 近岸海域富营养化的危害 富营养化的海域在很多方面被认为是劣质水体，近年来，世界各地近岸海域 富营养化现象加剧，因富营养化而引起的赤潮频发，不仅在经济上造成了巨大损 失，还严重威胁海洋生态系统的可持续发展及人类健康。据统计，美国和日本曾 是世界上两个赤潮严重的国家【1 2 】。5 0 年代到6 0 年代中期，美国佛罗里达州沿岸几 乎每年都发生赤潮，造成了鱼、虾、贝类的大量死亡，就连以这些生物为食的海 龟、海豚也不能幸免。从1 9 7 0 年以来，赤潮已成为日本一种不可避免的海洋灾害。 以濑户内海为例，1 9 6 5 1 9 8 0 年1 5 年间先后发生了2 5 8 9 次，平均每年1 7 0 余次， 其中造成严重危害的3 0 5 次。此外，1 9 6 8 1 9 7 3 年5 年间，日本全国因赤潮造成的 渔业经济损失达2 4 1 7 亿日元，每年平均几百亿日元【1 3 1 。近年来，我国沿海水体富 营养化现象日益严重，赤潮发生的频率也越来越高，地域越来越广。1 9 8 0 - 1 9 9 2 年， 我国海域发生赤潮近3 0 0 起，是7 0 年代的1 5 倍。仅1 9 8 9 年一年，我国沿海就有 6 个地区遭受赤潮袭击，直接经济损失2 亿元以上。1 9 9 0 年，海南岛西北部海域 因赤潮造成的渔业损失达2 8 0 0 多万元。2 0 世纪8 0 年代9 0 年代，平均每年发生 2 0 次，进入2 1 世纪，发生次数大幅增加( 表1 - 1 ) 。( ( 2 0 0 8 年中国海洋灾害状况 报告显示：2 0 0 8 年，我国海域共发生赤潮6 8 次，累计发生面积1 3 7 3 8 平方公里： 其中东海海域发生赤潮4 7 次，累计面积为1 2 0 7 0 平方公里【1 4 】。 青岛理工大学工学硕士学位论文 海水富营养化的另一个危害是产生硫化氢污染，引发青潮。发生青潮的海域 有一个共同点：由于人为或自然原因导致海水中营养盐含量较高，浮游生物或大 型藻类大量繁殖，当这些生物体死亡后沉积于海底，有机物腐烂分解导致溶解氧 的消耗量增大，海底处于缺氧状态。在高温无风的夏秋季节，海水形成稳定的温 跃层和盐跃层，不利于海水混合充氧，加剧底层海水的缺氧；高温还能促进硫酸 盐还原菌的生长繁殖，硫酸盐在硫酸盐还原菌的作用下被有机物还原为硫化氢， 聚集于底层水体中。在有毒硫化氢和缺氧的双重胁迫下，鱼类和底栖生物无法生 存。一旦有外力作用( 例如暴风雨) 破坏了海水分层现象，富含硫化氢的底层海水涌 升至海面，硫化氢被氧化成胶体硫颗粒，海水中悬浮的胶体硫颗粒折射太阳辐射， 使海水呈现乳青色，故名青潮。“青潮”的概念最初由日本科学家提出的，日本学 者称之为“a o s h i o ” 1 5 】。青潮的发生机理见图1 - 1 。 ! 竺璺 - 大气l - _ _ - - _ _ _ - - _ _ _ _ - l i _ _ - _ - _ i，y 人类活动输入 过量营养盐 硫芝璺l 一 硫化氢氧化生成l 厂：吾翮兰兰 胶体硫颗粒l l 1 一 圉 鱼、贝类 窒息而死 上升流 型s 厌氧硫酸盐还原菌 有机物 海水 i 高温、低盐 斗 l 低温、高盐 有机物腐烂分解， i 卜_ 消耗溶解氧i 图1 - 1 青潮产生机理示意图 6 青岛理工人学工学硕一i j 学位论义 目前，青潮现象广泛存在于世界各处海域 1 6 1 8 】。世界上最大规模的青潮事件 发生在纳米比亚海岸附近。纳米比亚沿岸的本 格拉上升流将营养物质带到海洋表层，滋养了 数目众多的浮游生物。由于鱼群数量不足以消 耗所有浮游生物，未被捕食的浮游生物沉入海 底，被异养细菌降解，消耗水中的溶解氧，形 成硫化氢和甲烷气团。在纳米比亚大陆坡的海 底沉积物中，硫化氢含量高达2 2 m ml 1 9 - 2 0 】。当 海水温度升高、上升流变强或者低压天气致使 海底压力下降时，将迫使少量硫化氢从气团中 逸出，进一步降低海底压力，引发更大规模的硫 图l 一2 东京湾青潮爆发时的情景 化氢气体喷发，最终引起青潮爆发。仅2 0 0 1 年一年，纳米比亚海域就发生了九次 青潮事件，最大的一次波及2 2 0 0 0 平方公里海域，持续时间长达2 2 天 2 1 , 2 2 。1 9 9 3 年，青潮引发的大规模缺氧现象导致2 0 0 万幼鳕鱼死亡，随后几年内，渔获量锐 减至原先的3 0 。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1 9 7 0 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。2 0 0 1 2 0 0 2 年，伊势湾三河湾爆发的两次青潮导致蛤蜊 减产4 0 ，直接经济损失1 2 亿同元以上；1 9 9 6 2 0 0 5 年间，东京湾共计爆发了3 0 次青潮【2 3 2 5 1 。 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c a o 、 s i 0 2 、a 1 2 0 3 、m g o 、f e 2 0 3 、p 2 0 5 等。随着我国钢铁工业的发展，钢渣产量也随之 攀升【2 6 , 2 7 】。目前，我国积存的钢渣已有1 亿吨以上，且每年仍以数百万吨的排渣 量递增。2 0 0 1 年我国钢渣产生量约1 6 0 0 万吨，到了2 0 0 6 年，钢渣产量达到5 0 2 8 万吨，而钢渣利用率仅为1 0 左右【2 8 3 3 。如此大量的钢渣若直接填埋或倾倒在钢 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 厂周围，不仅占用大量土地资源，还会污染环境。为提高废渣的利用率和再利用 价值，近年来国内外的生产企业十分注重废渣再利用技术的研究，积极探索利用 量大、附加值高的废渣利用新途径以促进经济社会与环境协调发展【3 4 蚓。以发达 国家为例，美国、德国、日本等国家已基本实现了钢渣全部利用的目标 3 6 , - 3 9 。为 了实现钢铁行业的可持续发展，我国也非常重视钢渣的综合利用，并取得了初步 成果【4 陇】，钢渣综合利用主要涉及以下领域：作高炉、转炉原料；制造水泥；作 筑路与回填工程材料；制造农肥和酸性土壤改良剂。然而这几种再利用方式的经 济附加值较低，社会效益和环境效益也不显著，与发达国家仍存在较大差距。为 了彻底处理我国积存的钢渣，解决钢渣所产生的污染问题，实现更高的经济效益， 亟需寻找一种可大量利用、能同时实现经济、社会和环境效益“共赢”的新型钢 渣处理方式。 近年来，基于对钢渣吸附、化学沉淀性能的研究，利用钢渣处理废水方面的 报道日渐增多h 3 5 0 1 。粉碎后的钢渣具有多孔、比表面积大、吸附性能好等特点， ? 能通过物理吸附和化学沉淀作用去除废水中的砷、铅、铜等多种重金属和磷酸盐。 邓雁希等人利用钢渣处理废水中的磷酸盐，研究结果表明，当废水中磷酸盐浓度 为1 0 m g l 、p r i 为7 5 - 7 6 、钢渣用量5 9 l 时，在l h 内就可使滤液中磷酸盐浓度降低 至0 1 m g l 以下，去除率达到9 9 以上；郑礼胜等人利用钢渣处理含砷废水，在废 水p h 为1 5 9 o 、砷含量1 0 - 2 0 0 m g l 、砷钢渣为1 2 0 0 0 ( 质量比) 的条件下，砷的 去除率达9 8 以上；王士龙等人利用钢渣处理含镍废水，在废水p h 7 3 、n i 2 + 3 0 0 m g l 的范围内，n i 钢渣为1 1 5 ( 质量比) ，钢渣对镍的去除率可达9 9 。 钢渣在海洋生态治理方面的应用是一个比较新的领域，即利用钢渣碳酸固化 体在海洋中制造人工藻礁。日本是世界最早开发、利用钢渣建立人工藻礁的国家 之一【5 1 彤】，自上世纪九十年代以来，日本加强该领域的理论和应用研究，并取得 了一定进展。日本n k k 公司开发了将钢渣碳酸固化体投入海底充当人工藻礁的新 技术，有效改善了污染海域的生态环境，取得了良好的社会、经济和环境效益。 钢渣碳酸固化体的生产流程是：以钢渣为原料，将钢渣颗粒压制成l m 3 大小的方块， 并在该方块上喷入c 0 2 ，c 0 2 会沿钢渣间的缝隙与钢渣中的氧化钙、氧化镁反应， 生成碳酸钙、碳酸镁覆盖在钢渣表面，由此得到钢渣碳酸固化体。1 9 9 8 年4 月，日 本的研究人员在广岛县濑户田町沿岸海域进行了钢渣碳酸固化体与大理石块、混 凝土块的生物附着的比较实验。研究结果表明 5 6 删，钢渣碳酸固化体上附着的马 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 尾藻数量最多。这主要归结于钢渣碳酸固化体具有疏松多孔、表面粗糙度适当和 化学稳定性好等特点。钢渣碳酸固化体的表面粗糙度为3 2 8 1 a m ，比混凝土块( 2 7 3 p m ) 和大理石( 6 7 1 a m ) 都大，而且钢渣碳酸固化体的表面存在很多比马尾藻幼体 ( 1 0 0 3 0 0 t m a ) 大的凹陷，因此马尾藻幼体容易附着其上。此外，研究表明，钢渣还 可以有效去除底泥溶出的磷酸盐、铵盐和硫化物【6 1 1 等，避免底泥对海水的二次污 染。 1 2 研究目的及意义 基于钢渣的物理、化学性质及组成，将钢渣用于建设人工藻场，这对改善海 洋生态环境具有十分重要的意义。利用钢渣构建人工藻场 6 2 , 6 3 1 的技术起源于日本， 目前该技术已在日本部分污染严重的封闭性海湾得到了实际应用，对海洋生态环 境保护和钢铁行业的可持续发展产生了积极作用。但是该项技术侧重于钢渣作为 藻礁材料的多孔性、稳定性和富含藻类所需的微量元素等特点，对于钢渣是否能 够去除污染海水中的重金属及富营养化海水中的磷酸盐并未加以研究，关于钢渣 对海水水质的影响也缺少实验室内的支持。为此，本论文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 以及钢渣安全性分析进行了研究，探讨了钢渣用于改善近岸海域生态环境的可行 性。 1 3 研究的主要内容 钢渣对污染海水中重金属的去除效果，包括钢渣对海水中汞、砷、铜、铅、 镉、总铬等重金属的去除； 钢渣对富营养化海水中磷酸盐的去除效果； 钢渣安全性分析的实验研究，即钢渣对海水水质的影响，包括钢渣对海水中 各类营养盐( 硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、铵盐、硅酸盐等) 、各类重金属 ( 汞、铜、铅、锌、镉、总铬等) 、c o d 值、p h 值的溶出行为。 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章钢渣去除污染海水中重金属的实验 钢渣具有多孔、比表面积大、吸附性能较好的特性，已被用于处理废水中砷、 镍、铅、铬、铜等的污染【佴7 3 1 ，该方法处理成本低，处理效果好，但尚未见利用 钢渣处理污染海水中重金属的相关报道。如果能够证实钢渣对污染海水中汞、砷、 铜、铅、镉、总铬等重金属也具有较高的去除率，那么可以为解决近岸海域重金 属污染问题提供新的思路。 为此，本章以钢渣、胶州湾海水为实验材料，开展了钢渣对污染海水中重金 属( 汞、砷、铜、铅、镉、总铬等) 去除效果的实验研究。 2 1 材料与方法 2 1 1 海水配制依据 本研究根据近三年胶州湾海域中各类重金属浓度的实测情况，并结合青岛 市环境质量公报，总结得出胶州湾东部海域中汞、砷、铜、铅、镉、总铬等重金 属的平均浓度及最大浓度。2 0 0 9 年，测得的胶州湾东部流域各监测点位汞最大浓 度为1 2 2 嵋几；砷最大浓度为0 0 2 m g l ；铜最大浓度1 5 9 m g l ；铅最大浓度 0 6 m g l ；镉最大浓度0 0 9 m g l ：铬最大浓度0 6 6 7 m g l 。因此，本研究结合近岸 海域实测情况及中华人民共和国海水水质标准( g b3 0 9 7 1 9 9 7 ) ，将污染海水 中的汞浓度划分为o 1 2 5 腭几、0 2 5 p g 几、0 5 p g l 、1 0 p g l 和2 0 p , g l 五个梯度； 相应的砷浓度划分为0 0 1 、0 0 2 、0 0 4 、0 0 8 、o 1 6m g l 五个梯度：铜浓度划分为 o 1 2 5 、0 2 5 、0 5 、1 0 、2 0m g l 五个梯度；铅浓度划分为o 0 5 、0 1 、0 2 、0 4 、 o 8m g l 五个梯度：镉浓度划分为0 0 1 、o 0 2 、0 0 4 、0 0 8 、o 1 6m g l 五个梯度； 总铬浓度划分为o 1 2 5 、o 2 5 、o 5 、1 0 、2 0m g l 五个梯度。 2 1 2 实验材料 2 1 2 1 海水 实验所用的海水取自胶州湾近海，实验前经0 4 5 9 m 醋酸纤维素微孔滤膜过滤。 含重金属海水为自行配制，分别将1 0 0 m g l 的汞标准溶液、1 0 0 m g l 的砷标准溶 液、5 0 0 m g l 的铜标准溶液、5 0 0 m g l 的铅标准溶液、1 0 0 m g l 的镉标准溶液、 5 0 0 m g l 的总铬标准溶液以过滤海水稀释至所需浓度，并进行实测。 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 1 2 2 钢渣 实验所用的钢渣由青岛钢铁控股集团有限责任公司提供，经x 射线荧光分析 仪测定其主要化学成分，结果见表2 - 1 ；实验前分别用2 0 目( 粒径0 8 4 r a m ) 、4 0 目 ( 粒径0 4 2 m m ) 以及8 0 目( 粒径0 1 8 r a m ) 不锈钢筛网分选出o - 2 0 目、2 0 - 4 0 目、4 0 - 8 0 目、8 0 目等不同粒径的钢渣。 表2 - 1 钢渣的主要化学成分 2 1 3 实验方法 2 1 3 1 钢渣对污染海水中汞的去除效果 不同含量钢渣对汞的去除实验：钢渣含量设置1 班、5g l 、1 0g l 、5 0 班、 1 0 0g l 五个梯度。移取8 0 0 m l 浓度为0 5 p g l 的含汞海水于1 0 0 0 m l 塑料瓶内， 再各取0 8 9 、4 0 9 、8 0 9 、4 0 9 、8 0 98 0 目钢渣于塑料瓶中混合均匀，以2 1 0 r m i n 的转速振荡2 小时后取出，采用海洋监测规范( g b l 7 3 7 8 2 0 0 7 ) 规定的原子荧光 法测定汞浓度【7 4 1 。为了验证测定方法的精密度和准确度，每个样品均做平行样， 并从每批样品中随机抽取2 0 的样品进行加标回收实验，回收率计算方法见式 ( 2 1 ) ，确保加标回收率在9 5 9 旷1 0 5 之间；汞去除率计算方法见式( 2 - 2 ) 。 回收率p ( ) = 0 j i l 标试样测定值试样测定值) 加标量x 1 0 0 ( 2 - 1 ) 去除率c ( ) = ( 处理前海水浓度处理后海水浓度) 处理前海水浓度x 1 0 0 ( 2 - 2 ) 不同粒径钢渣对汞的去除实验：钢渣粒径设置0 2 0 目、2 0 - 4 0 目、4 0 8 0 目、 8 0 目四个梯度。移取8 0 0 m l 浓度为0 5 p g l 的含汞海水于1 0 0 0 m l 塑料瓶内，再 分别取不同粒径的4 9 钢渣于塑料瓶中混合均匀，其他实验方法与不同含量钢渣对 汞的去除实验验相同。 钢渣对污染海水中不同汞浓度的去除试验：海水中的汞浓度设置o 1 2 5 r t g l 、 0 2 5 p g l 、0 5 p g l 、1 0 烬l 和2 0 1 x g l 五个梯度。分别移取8 0 0 m l 不同汞浓度的 海水于1 0 0 0 m l 塑料瓶内，再各取4 98 0 目钢渣于塑料瓶中混合均匀，其他实验方 法与不同含量钢渣对汞的去除实验相同。 2 1 3 2 钢渣对污染海水中砷的去除效果 不同含量钢渣对砷的去除实验：钢渣含量设置l g l 、5 9 l 、1 0 9 l 、5 0 9 l 、1 0 0 9 l 等五个梯度。移取8 0 0 m l 浓度为0 0 4 m g l 的含砷海水于1 0 0 0 m l 塑料瓶内，再各 青岛理1 = 大学工学硕士学位论文 取0 8 9 、4 o g 、8 0 9 、4 0 9 、8 0 98 0 目钢渣于塑料瓶中混合均匀，以2 1 0 r m i n 的转 速振荡2 小时后取出，经0 4 5 岬醋酸纤维素微孔滤膜过滤，采用海洋监测规范 ( g b l 7 3 7 8 2 0 0 7 ) 规定的原子荧光法测定砷浓度【7 4 1 。为了验证测定方法的准确度和 精密度，每个样品均做平行样，并从每批样品中随机抽取2 0 的样品进行加标回 收实验，根据公式( 2 1 ) 计算回收率，确保加标回收率在9 5 1 0 5 之间；根据 公式( 2 - 2 ) 计算砷去除率。 不同粒径钢渣对砷的去除实验：钢渣粒径设置o 2 0 目、2 0 - 4 0 目、4 0 - 8 0 目、 8 0 目等四个梯度。移取8 0 0 m l 浓度为0 0 4 m g l 的含砷海水于1 0 0 0 m l 塑料瓶内， 再分别取不同粒径的4 9 钢渣于塑料瓶中混合均匀，其他实验方法与不同含量钢渣 对砷的去除实验相同。 钢渣对海水中不同砷浓度的去除实验：海水