鋼渣在水處理方面的應用研究

夏娜娜 李雁 王昱瓔

摘 要：文章介紹了我國鋼渣產生及綜合利用的相關情況，從四個不同方面分析了鋼渣在水處理中的應用情況，也提出了鋼渣在實際應用中可能存在的問題和需要重點關注的內容。

關鍵詞：鋼渣;綜合利用;水處理

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

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.05.014

2018年，我國粗鋼總產量為9.28億噸，鋼渣新生產量約為2億噸，并且鋼渣生產量正在不斷增長，但其利用率僅為22%左右，導致“渣山”現象普遍，造成了大量鋼渣堆積，污染環境。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環境，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成為鋼鐵行業現階段需重點解決的問題之一，也已經成為環境保護的一個重要議題。

目前，世界各國主要將鋼渣應用于路基材料、水泥、混凝土及農業生產等方面，取得了較大成效。但是由于鋼渣具備化學成分波動較大，安全性不穩定等特性，導致其進一步應用具有局限性與不確定性。近年來，越來越多的環境保護從業者開始研究鋼渣在環境保護，尤其是水處理方面的可能，對將鋼渣應用于處理重金屬廢水、有機廢水、富營養化廢水和海洋工程等四個不同方面進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;堿性高，具備化學絮凝特征，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，當pH大于8.3時，對于三價鉻的去除率可達98%以上，并且用鋼渣處理重金屬廢水產生的污泥量較小，含水率較低。王文武等（2020）[5]認為，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]重點探討了溫度對于鋼渣去除鎳效果的影響，研究發現，鋼渣對鎳的去除效果較為理想，但是高溫會導致去除率降低。盡管很多學者的研究表明，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]學者認為，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電荷，與六價鉻所帶的負電荷相互排斥所導致，影響了鋼渣對于六價鉻的去除效果。

2 有機廢水

在鋼渣處理有機廢水方面的研究較多。胡恩柱（2018）[9-10]等用靜態批式實驗對鋼渣吸附亞甲基藍的吸附行為進行了研究，結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，結果表明，經處理的有機廢水COD去除率可達90%，且反應速度快，15min即可完成。在常溫下通過延長反應時間，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。

3 富營養化廢水

鋼渣主要通過吸附和沉淀來去除磷酸鹽，一是通過與水反應生成絮凝體進行沉淀作用，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，結果表明適當條件下，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到95%以上，去除過程符合Langmuir等溫吸附模型，吸附動力學過程符合準二級動力學模型，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到94.96%。除了對除磷進行研究，也有研究者對鋼渣去除硝酸鹽進行了研究（唐麗，2010）[17]，結果并不十分理想。

4 海洋工程

將鋼渣進行固化或者與其他材料通過不同配比進行固化，制作成人工藻礁，用于改善海洋生態環境，并為海洋生物提供棲息地，是一個需要深耕的研究領域。日本是最早將鋼渣應用于人工魚礁建設的國家，日本NKK公司將高爐渣與鋼渣混合制造人工藻礁，在廣島縣因島的實際應用中發現，人工魚礁能夠明顯改善附近海域的生態環境（沼田哲始，2002）[18]。我國的李琳琳等（2012）學者研究了礦渣、鋼渣、脫硫石膏和水泥熟料混合制備人工魚礁的配料比例，認為鋼渣摻量為5%時，較適宜于制備生態型人工魚礁混凝土。王中杰等（2012）研究利用鋼尾渣和礦渣能夠制備高強綠色人工魚礁混凝土，結果表明，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）進行了鋼渣混凝土固化體——藻類系統的研究，結果表明，此系統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。

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

直接將鋼渣應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，還需要進一步研究減少成本的措施，同時開展清洗廢水循環利用的相關研究。

室內實驗條件與實際的綜合條件存在一定的不同，結果會存在偏差，在實際的鋼渣應用過程中應考慮借鑒先進經驗，在結合實驗室結果應用之前先進行中試實驗，并進行安全性評價。

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一步深入研究的重點之一。

參考文獻

[1] Dakiky M，Khamis M，Manassra A，et al.Selective adsorption of chromium（VI） in industrial wastewater using low-cost abundantly available adsorbents[J].Advances in Environmental Research，2002，6（4）：533-540.

[2] Lan Y Z，Zhang S，Wang J K，et al.Phosphorus removal using steel slag[J].Acta Metallurgica Sinica，2006，19（6）：449-454.

[3] Liu S Y，Gao J，Yang Y J，et al.Adsorption intrinsic kinetics and isotherms of lead ions on steel slag[J].Journal of Hazardous Materials，2010，173（1）： 558-562.

[4] Ortiz N，Pires M A，Bressiani J C.Use of steel converter slag as nickel adsorber to wastewater treatment[J].Waste Management，2001，21（7）：631-635.

[5] Ramakrishna K R，Viraraghavan T.Use of slag for dye removal[J].Waste Management，1997，17（8）：483-488.

[6] 包勇超.鋼渣粉末處理含重金屬廢水實驗[J].環境工程，2018，36（9）：125-132.

[7] 郝文杰.鋼渣混凝土固化體—藻類系統對富營養化海水中磷酸鹽和硝酸鹽去除的實驗研究[D].青島：中國海洋大學，2014.

[8] 胡恩柱，李秋燕，高涵，等.鋼渣吸附去除水中亞甲基藍[J].東北大學學報（自然科學版），2018，39（4）：516-521.

[9] 李琳琳，蘇興文，李曉陽，等.鞍鋼鋼渣礦渣制備人工魚礁混凝土復合膠凝材料[J].硅酸鹽通報，2012，31（1）：117-122.

[10] 唐麗.鋼渣—龍須菜系統對富營養化海水中硝酸鹽、磷酸鹽去除的實驗研究[D].青島：中國海洋大學，2010.

[11] 王文武，夏娜娜，譚丕功，等.改性鋼渣吸附海水中汞的影響因素研究及安全性評價[J].海洋湖沼通報，2020（4）：94-100.

[12] 王中杰，倪文，伏程紅.鋼渣-礦渣基綠色人工魚礁混凝土的制備[J].礦產綜合利用，2012（5）：39-43.

[13] 夏娜娜.改性鋼渣對海水中汞和砷的吸附性能研究[D].青島：中國海洋大學，2013.

[14] 肖迎旭.鋼渣改性處理有機廢水和重金屬廢水研究[D].成都：西華大學，2017.

[15] 尹述偉，高博，陳向明.鋼渣催化劑處理難降解有機廢水[J].環境工程學報，2016，10（10）：1853-1856.

[16] 趙桂瑜，周琪，謝麗.鋼渣吸附去除水溶液中磷的研究[J].同濟大學學報（自然科學版），2007，35（11）：1510-1514.

[17] 鄭懷禮，葛亞玲，壽倩影.改性鋼渣的制備及其吸附除磷性能[J].土木建筑與環境工程，2016（38）：129-134.

[18] 沼田哲始，宮田康人，藪田和哉，等.鉄鋼スラグによる沿岸環境改善技術[J].NKK技報，2002，177（6）：47-51.