鋼渣在水處理方面的應(yīng)用研究

夏娜娜 李雁 王昱瓔

摘 要：文章介紹了我國鋼渣產(chǎn)生及綜合利用的相關(guān)情況，從四個不同方面分析了鋼渣在水處理中的應(yīng)用情況，也提出了鋼渣在實(shí)際應(yīng)用中可能存在的問題和需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：鋼渣;綜合利用;水處理

中圖分類號：TU911.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）05-029-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.014

2018年，我國粗鋼總產(chǎn)量為9.28億噸，鋼渣新生產(chǎn)量約為2億噸，并且鋼渣生產(chǎn)量正在不斷增長，但其利用率僅為22%左右，導(dǎo)致“渣山”現(xiàn)象普遍，造成了大量鋼渣堆積，污染環(huán)境。相比美國、日本等國90%以上的利用率，我國在鋼渣綜合利用方面還有很長的路要走。合理利用鋼渣不僅能夠保護(hù)環(huán)境，而且能夠變廢為寶，解決鋼渣處置問題。提高鋼渣綜合利用率已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)現(xiàn)階段需重點(diǎn)解決的問題之一，也已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)的一個重要議題。

目前，世界各國主要將鋼渣應(yīng)用于路基材料、水泥、混凝土及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面，取得了較大成效。但是由于鋼渣具備化學(xué)成分波動較大，安全性不穩(wěn)定等特性，導(dǎo)致其進(jìn)一步應(yīng)用具有局限性與不確定性。近年來，越來越多的環(huán)境保護(hù)從業(yè)者開始研究鋼渣在環(huán)境保護(hù)，尤其是水處理方面的可能，對將鋼渣應(yīng)用于處理重金屬廢水、有機(jī)廢水、富營養(yǎng)化廢水和海洋工程等四個不同方面進(jìn)行了一些探索與嘗試（夏娜娜，2013）[1-3]。

1 重金屬廢水

鋼渣表面具有多孔性，吸附性能強(qiáng);堿性高，具備化學(xué)絮凝特征，可以去除水體中的部分重金屬離子。包勇超（2018）[4]認(rèn)為，鋼渣粉末對鉻、鉛、砷和鎘均有較好的去除效果，pH是影響去除效率的重要指標(biāo)，當(dāng)pH大于8.3時，對于三價鉻的去除率可達(dá)98%以上，并且用鋼渣處理重金屬廢水產(chǎn)生的污泥量較小，含水率較低。王文武等（2020）[5]認(rèn)為，鋼渣通過改性可以有效去除海水中的汞，其中通過堿改性的鋼渣去除效果最好，去除率可達(dá)91.9%，并且鋼渣對汞的吸附符合Freundlich吸附等溫模型。Ortiz等（2001）[6]重點(diǎn)探討了溫度對于鋼渣去除鎳效果的影響，研究發(fā)現(xiàn)，鋼渣對鎳的去除效果較為理想，但是高溫會導(dǎo)致去除率降低。盡管很多學(xué)者的研究表明，鋼渣對于重金屬廢水的處理效果較為理想，但也有Dakiky等（2002）[7-8]學(xué)者認(rèn)為，鋼渣對部分重金屬離子的去除效果并不理想，對于六價鉻僅有40%的去除率，可能是鋼渣表面帶有負(fù)電荷，與六價鉻所帶的負(fù)電荷相互排斥所導(dǎo)致，影響了鋼渣對于六價鉻的去除效果。

2 有機(jī)廢水

在鋼渣處理有機(jī)廢水方面的研究較多。胡恩柱（2018）[9-10]等用靜態(tài)批式實(shí)驗(yàn)對鋼渣吸附亞甲基藍(lán)的吸附行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明吸附過程較為緩慢，吸附作用主要依靠靜電力為主，并與氧化鈣反應(yīng)形成聚合物。尹述偉等（2016）[11]以武鋼鋼渣粉和武鋼焦化廢水為研究對象，結(jié)果表明，經(jīng)處理的有機(jī)廢水COD去除率可達(dá)90%，且反應(yīng)速度快，15min即可完成。在常溫下通過延長反應(yīng)時間，也可以提高降解水平，受pH值的影響也較小。Ramakrishna等（1997）[12]的研究表明，鋼渣在去除分散染料方面的效果要強(qiáng)于活性炭，但是對酸性染料的去除效果較差。肖迎旭等（2016）[13]認(rèn)為，鋼渣對苯酚的吸附主要通過表面吸附和離子交換，吸附效果符合二級動力學(xué)。

3 富營養(yǎng)化廢水

鋼渣主要通過吸附和沉淀來去除磷酸鹽，一是通過與水反應(yīng)生成絮凝體進(jìn)行沉淀作用，二是通過配位交換吸附磷酸鹽Yamada等（1986）。Lan等（2006）[14]研究了不同影響因素對鋼渣除磷的影響，結(jié)果表明適當(dāng)條件下，去除率可超過99%。趙桂瑜等（2007）[15]的研究表明，鋼渣對磷的去除率可達(dá)到95%以上，去除過程符合Langmuir等溫吸附模型，吸附動力學(xué)過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，可以用模型估算磷酸鹽的平衡吸附量。鄭懷禮等（2016）[16]的研究表明，改性鋼渣去除磷酸鹽的pH值最佳范圍為5.5～7.5，采用生物處理—鋼渣吸附組合工藝除磷的效率可達(dá)到94.96%。除了對除磷進(jìn)行研究，也有研究者對鋼渣去除硝酸鹽進(jìn)行了研究（唐麗，2010）[17]，結(jié)果并不十分理想。

4 海洋工程

將鋼渣進(jìn)行固化或者與其他材料通過不同配比進(jìn)行固化，制作成人工藻礁，用于改善海洋生態(tài)環(huán)境，并為海洋生物提供棲息地，是一個需要深耕的研究領(lǐng)域。日本是最早將鋼渣應(yīng)用于人工魚礁建設(shè)的國家，日本NKK公司將高爐渣與鋼渣混合制造人工藻礁，在廣島縣因島的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，人工魚礁能夠明顯改善附近海域的生態(tài)環(huán)境（沼田哲始，2002）[18]。我國的李琳琳等（2012）學(xué)者研究了礦渣、鋼渣、脫硫石膏和水泥熟料混合制備人工魚礁的配料比例，認(rèn)為鋼渣摻量為5%時，較適宜于制備生態(tài)型人工魚礁混凝土。王中杰等（2012）研究利用鋼尾渣和礦渣能夠制備高強(qiáng)綠色人工魚礁混凝土，結(jié)果表明，制作的人工魚礁不會造成海水中重金屬污染，并且有利于海洋藻類的附著及生長。郝文杰（2014）進(jìn)行了鋼渣混凝土固化體——藻類系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明，此系統(tǒng)不僅能很好地去除磷酸鹽和硝酸鹽，還能夠起到人工魚礁的功能。

鋼渣在環(huán)境治理，尤其是水處理方面的應(yīng)用研究日益深入，同其他吸附材料相比，鋼渣具備價格低廉、環(huán)境安全性高等天然優(yōu)勢，將鋼渣用于處理水中污染物，可以實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”，應(yīng)用前景廣闊。但在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)注意以下幾方面的問題。

直接將鋼渣應(yīng)用水處理的效果難以與改性后的鋼渣處理效果相比，但是改性鋼渣在改性過程中需要使用各種改性劑，不僅會增加使用成本，而且會帶來清洗廢水等二次污染。因此，還需要進(jìn)一步研究減少成本的措施，同時開展清洗廢水循環(huán)利用的相關(guān)研究。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際的綜合條件存在一定的不同，結(jié)果會存在偏差，在實(shí)際的鋼渣應(yīng)用過程中應(yīng)考慮借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在結(jié)合實(shí)驗(yàn)室結(jié)果應(yīng)用之前先進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行安全性評價。

改性鋼渣的解吸、再生及多次再生之后，對水處理的效果及鋼渣的固化成礁也是需要進(jìn)一步深入研究的重點(diǎn)之一。

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