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汞是一种易挥发、可生物富集的持久性有毒污染物。由于煤中含汞,燃煤成为最主要的汞排放源。我国沿海地区新建的大型燃煤电厂大多数采用海水脱硫工艺来净化燃煤烟气。燃煤烟气中的单质汞在脱硝过程中被氧化为汞离子,部分汞在脱硫过程中被海水溶解,最终随着脱硫海水排放至邻近海域,对海域环境造成极大威胁。故研究脱硫海水中汞的迁移及归宿、探究燃煤电厂的汞污染及影响,具有重要的科学意义和现实意义。 本论文以厦门SY电厂的脱硫海水中的汞为研究对象,以其排放海域为研究区域,以稳定同位素为技术手段;探索海水脱硫及排放过程中汞的迁移转化,研究脱硫海水对海域中汞的贡献,进而建立脱硫海水中汞对海域环境影响的定量模型。研究成果可为客观评价海水脱硫工艺给近岸海域环境带来的汞污染提供科学数据,为同类燃煤电厂的汞污染及其控制提供评估和预测技术。本论文的主要工作及结论如下: 1.海水中汞的富集方法、汞同位素分析系统的建立及完善。本研究的汞同位素分析系统由冷蒸汽发生进样装置、膜去溶装置及多接收电感耦合等离子体质谱仪组成。以改善冷蒸汽发生进样装置为突破口,完善汞同位素分析系统,提高方法的灵敏度及稳定性。在精度、准确度与原有系统一致的基础上,改进型汞同位素分析系统产生的汞信号强度是原有系统的两倍。此外,建立并完善了海水中溶解态汞(DHg)的预富集方法,着重研发了吹扫-捕集(金柱捕集和吸收液富集)系统。该富集方法对汞的回收率高,不受海水复杂基底的干扰,可完全分离海水中汞与铅,实现汞同位素204Hg的准确测定。 2.研究脱硫海水及其排放海域中各形态汞(颗粒态汞PHg、溶解态汞DHg、总汞THg)的浓度、同位素质量分馏和非质量分馏特征。结果发现脱硫塔出水口处海水的PHg、DHg、THg浓度最高,各形态汞的δ202Hg值最大,比新鲜海水的δ202Hg明显偏正,提示脱硫海水及其悬浮颗粒物易富集重的汞同位素。煤的燃烧、脱硝、静电除尘、脱硫过程中,汞的蒸发、扩散、吸附和氧化还原反应均会引起汞同位素的分馏。脱硫海水的曝气处理过程中,PHg的δ202Hg未改变,但DHg、THg的δ202Hg有所下降。脱硫海水排海后,PHg、THg的δ202Hg随着排污口距离的增加而变负,逐渐趋近当地的本底值,该结果的主要原因为新鲜海水的稀释作用。 比较排放海域海水与参考点的汞浓度、同位素组成的异同,推测脱硫海水中汞对排放海域的影响。含高浓度汞的脱硫海水从排污口排放后,受到新鲜海水的稀释,距排污口300~400 m的海域中THg浓度较参考点的高,而400~3000 m海域中THg浓度与参考点的差异已接近分析方法的误差。故利用传统的浓度比较分析方法无法判断400~3000m开外的海域是否存在脱硫海水的汞污染。而汞同位素示踪技术可评估更为广阔且低汞浓度的海域的污染状况、污染范围。距排污口3.0 km海域的THg、PHg的δ202Hg值仍高于参考点的,提示该海域存在脱硫海水的汞污染。利用海水汞同位素的质量分馏和非质量分馏特征、二元混合模型对研究海域中汞的来源进行解析,推断汞源自厦门SY电厂的脱硫海水及当地本底。脱硫海水对排放海域的影响波及排污口外3.0~4.5 km。 3.采集了九龙江流域及其河口区的表层水,分析了水样中THg浓度、同位素质量分馏和非质量分馏特征。九龙江流域(北溪和西溪)源头N1、W1处的THg浓度和δ202Hg较低。流域下游河段水体中THg浓度和δ202Hg比源头略高,说明下游河段水质受到一定的人为活动影响。河口区的水体中THg浓度、δ202Hg分布较宽,分别为2.71~40.56 ng/L、-3.26~-0.88‰。九龙江流域及其河口区的某些河段存在较为密集的汞污染源,携带着不同污染源汞同位素特征的河水及河口水可能相互混合,导致水体中汞的同位素组成可能相同也可能略有差异。故本研究无法追溯九龙江流域及河口区水体中汞的来源。