摘 要

砷是一种在自然界中分布广泛的类金属，广泛应用于木材防腐、冶金和医药等领域，可通过天然地质活动和人类行为排放进入水体和土壤中。它是一类剧毒物质，能够在生物体内富集，长期暴露在过量的砷环境中会对人体造成严重危害。随着石油、采掘、冶金及医药等工业的日益发展，砷及其化合物在人类日常生活中的应用会越来越广泛，含砷废水的排放及污染问题必将影响到人类的正常生活。因此，必须发展一种经济、环保的除砷技术来缓解砷污染问题。

近年来，将钢渣作为吸附材料用于污水治理已成为一种趋势。钢渣来源广泛、价格低廉、疏松多孔、比表面积大、密度大、性能稳定、易于分离，在重金属离子废水、富营养化水体和印染废水中都有很好的应用前景和发展空间。本次实验以武汉钢铁厂炼钢过程中产生的钢渣为原材料，经破碎、研磨后，过筛分选出100-190目粒径的粉末钢渣，研究其对模拟砷废水的去除效果，并探究了砷初始浓度、pH和振荡时间对钢渣除砷效率的影响以及进行了钢渣除砷吸附等温线研究。实验结果表明，钢渣对当As（Ⅴ）的去除效果优于As（Ⅲ），并且在1.0-1.5h即可达到较理想的吸附效果。当其他条件一致，砷溶液浓度在5.0mg/L左右时，钢渣对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的去除效果较好，分别在48%、58%左右。该钢渣由于含有较多的碱性物质，溶于水体中会使pH升高，比较适用于处理偏酸性的含砷废水，当溶液pH为4.0左右、砷初始浓度为5.0mg/L时，As（Ⅲ）、As（Ⅴ）去除效果最好，分别可达60.3%和48.4%。另外，钢渣对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的等温吸附行为基本可由Freundlich和Langmuir型吸附等温模型来描述，等温方程相关系数均在0.9以上。根据Langmuir吸附等温方程得出钢渣对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的饱和吸附量分别为10.05mg/g、14.04mg/g，这表明钢渣对砷化合物有良好的吸附性能，在含砷废水的处理上有很好的市场前景。

关键词：钢渣；含砷废水；影响因素；去除效率

Abstact

As a kind of metalloid, arsenic is widely distributed in nature and generally used in the industry of wood preservation, metallurgy and medicine and other fields. Natural geological activity and human behavior emissions can lead to its release into the water and soil. Being exposed to excessive arsenic in a long time can cause serious harm to the human body because of its high toxicity and enrichment in human body. With the growing development of the industry of oil, mining, metallurgy and medicine, arsenic and its compounds will be increasingly applied in human daily life, so it is of great significance to develop a both economic and environmental arsenic removal techniques to reduce arsenic pollution. Otherwise, the discharge and pollution of arsenic waste water will greatly affect the normal life of human beings in the future.

In recent years, it has become a trend to use the steel slag as adsorption materials in wastewater treatment in the environmental protection since steel slag combines all the merits of wide sources, low price, poor porosity holes, large specific surface area, big density, stable performance and easy separation which lead to its great application prospect and development space in the wastewater of heavy metal ion, eutrophication and printing and dyeing wastewater. Steel slag from Wuhan Iron and Steel Corp is used as experimental material in this paper, after being crushed, grinded and screened out the 100-190 mesh size of steel slag powder, its removal efficiency on arsenic wastewater is investigated, and the influence of initial arsennic concentration, pH, oscillation time and adsorption isothermal are also studied. These results indicate that, the As(Ⅴ) removal efficiency of steel slag is better than that of As(Ⅲ) and can achieve ideal adsorption effect between 1.0h to1.5h as the highest removal rate is respectly around 58% and 48%under the same reaction conditions while initial arsenic concentration is 5.0mg/L. Steel slag is more suitable for the treatment of weak acid arsenic wastewater since it can increase the pH value when dissovled in the water due to containing more alkaline substances. When the pH value of arsenic solution is among 4.0 and initial arsenic concentration is 5.0mg/L, the removal rate accounts to 60.3% and 48.4% respectly. In addtion, Langmuir and Freundlich type adsorption isothermal model can basically describe the isothermal adsorption behavior of steel slag on As(Ⅲ) and As(Ⅴ) with correlation coefficients above 0.9. According to the Langmuir adsorption isotherm equation, the maximum number of saturated adsorption of steel slag on As(Ⅲ) and As(Ⅴ) are respectly 10.05 mg/g and 14.04 mg/g, which shows that steel slag has a good adsorption effect of on arsenic wastewater and has a great market prospect.

Key words:steel slag；arsenic wastewater；impact factor；removal efficiency

目 录

第1章 绪论 1

1.1水体中砷污染研究概况 1

1.1.1水体中砷的来源 1

1.1.2水体中砷的形态分布及危害 1

1.1.3水体中砷污染的处理技术 2

1.2钢渣的性质及利用概况 4

1.2.1钢渣的主要成分及性质 4

1.2.2钢渣在水处理中的应用现状 4

1.2.2.1钢渣在重金属离子废水处理中的应用 5

1.2.2.2钢渣在含砷废水处理中的应用 5

1.2.2.3钢渣在富营养化水体处理中的应用 5

1.2.2.4钢渣在印染废水处理中的应用 5

1.2.2.5钢渣在污水处理药剂合成中的应用 6

1.2.3钢渣处理废水的机理 6

1.3课题研究意义及主要方法 6

第2章 实验材料及实验方法 8

2.1实验材料及仪器 8

2.1.1钢渣 8

2.1.2实验药剂 9

2.1.3溶液制备 9

2.1.4实验仪器 9

2.2钢渣除砷性能研究方法 10

2.2.1钢渣除砷效率对比研究 10

2.2.2钢渣除砷效率影响因素分析方法 10

2.2.2.1砷初始浓度对钢渣除砷效率的影响研究 10

2.2.2.2 pH对钢渣除砷效率的影响研究 10

2.2.2.3振荡时间对钢渣除砷效率的影响研究 11

2.2.3钢渣除砷吸附等温线研究 11

2.3水中砷浓度的测定方法 12

第3章 结果分析与讨论 13

3.1钢渣除砷效率对比 13

3.2钢渣除砷效率影响因素分析 13

3.2.1砷初始浓度对钢渣除砷效率的影响 13

3.2.2 pH对钢渣除砷效率的影响 14

3.2.3振荡时间对钢渣除砷效率的影响 15

3.3钢渣的吸附等温线 16

3.4小结 20

第4章 结论与展望 20

4.1结论 21

4.2展望 21

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1水体中砷污染研究概况

1.1.1水体中砷的来源

砷是在自然界中广泛存在的一种类金属，普遍存在于大气、水、岩石和土壤中。在人体内积聚到一定量后，产生慢性中毒，导致器官癌变，对人体健康造成严重危害。砷及其化合物被世界卫生组织认为是废水中的主要污染物之一，被世界上许多国家和地区确定为优先控制污染物。近年来，随着砷在工农业生产和医药卫生方面的大量应用，水体砷污染日益严重，已成为一个全球性的环境问题。

水体中的砷除了来自天然地质活动（岩石风化、火山喷发）外，更多的是人类活动造成的，如金属矿的开发和冶炼、农业生产、含砷产品生产过程中产生的“三废”排放等。据估计，世界每年因天然地质活动原因进入水环境中的砷约有2.2万吨，而人类活动排放的砷约有120万吨进入水体中^[1]，是造成水体砷污染的主要原因。

1.1.2水体中砷的形态分布及危害