脱硫海水中溶解态气态汞在排放海域的生成机制及影响因素研究

The waste seawater discharged from coal-fired power plant equipped with seawater desulfurization system contains large amount of mercury, which come from fuel gas. Our previous study shows that dissolved gaseous mercury (DGM) in post-desulfurized seawater plays a key role of mercury transformation at affected sea area and transfers into atmosphere from sea surface. The concentrations of DGM are strongly affected with some environmental factors. It is generally recognized that DGM at affected sea area can be transformed from other forms of mercury. However, most current studies on the similar topics are usually under natural water, few refer to post-desulfurized seawater. The proposed study is going to establish automatic on-line analytical device for DGM in the samples of different depths, and find out the distribution of DGM and key environmental factors on the generating mechanism of DGM in the study sea area near a typical coal-fired power plant equipped with seawater desulfurization system in Xiamen. The laboratory work include building photo-induced reactor, simulating the generation process of DGM with controlled environmental factors and seeking the generating mechanism. Finally, the generating kinetics constants and kinetic equation will be calculated for the numerical model of DGM generation in post-desulfurized seawater. The study results can provide the technical support to other similar plants for assessing and predicting the sea-air flux of mercury in sea area.

配备海水脱硫工艺燃煤电厂所排放的脱硫海水中含有大量来自燃煤烟气的汞。本课题组前期研究表明：溶解态气态汞（元素汞）是脱硫海水中汞在排放海域迁移转化的重要形态，存在着由表层海水向大气迁移的现象。其浓度的变化受到海区环境因子的显著影响。一般认为，脱硫海水中汞在排放海域存在向溶解态气态汞的转化过程。然而，目前对溶解态气态汞生成机制与影响因素的研究大多集中于自然水体，脱硫海水排放海域中的情况尚未得到足够深入的研究。本课题拟利用厦门海域现有的燃煤电厂海水脱硫项目提供的现场，以现场分析新方法，研究脱硫海水中的汞在排放海域的立体分布、生成过程与影响因素；在实验室里搭建反应装置，模拟关键的海区环境因子，研究溶解态气态汞的生成机制；以厦门海域为例，推演计算各反应常数和动力学方程，建立设有燃煤电厂脱硫项目的近岸海域中溶解态气态汞迁移转化的数值模型，为预测相关海域汞的海-气通量与其他海水脱硫电厂的环境影响评价提供

配备海水脱硫工艺燃煤电厂所排放的脱硫海水中含有大量来自燃煤烟气的汞。本研究利用厦门海域现有的燃煤电厂海水脱硫项目提供的现场，建立了基于流动分析原理的溶解态气态汞（DGM）的分析方法，针对脱硫海水排放海域的表层海水以及排放口附近10 m深度的海水中的DGM浓度进行了分季节的监测，考察了脱硫海水中汞在排放海域迁移转化的过程与影响因素。结合现场分析得到的数据，本研究于实验室通过建立反应装置，模拟关键的海区环境因子，分析了DGM的生成机制及影响因素。结果表明，本研究研发的DGM在线采集-定容-吹扫系统最佳工况为定量环容积100 mL，蠕动泵速100 mL/min，吹扫载气流速500 mL/min，定容与润洗时间180 s，单个样品吹扫时间900 min；与原子荧光检测器（Tekran 2537B）联用时方法检出限为0.002 pg·L-1，与传统离线方法的一致性良好（线性斜率=1.035，R2=0.9793），完全符合海水中DGM船载现场在线分析的要求。海域监测结果显示，在排除潮汐作用的影响下，紫外辐射强度、悬浮颗粒物浓度与溶解性有机碳与DGM浓度之间呈显著正相关，pH值与水温与DGM浓度呈负相关。脱硫海水中的汞在向排放海域扩散之时，除离子态汞还原外，更多的DGM来自于脱硫颗粒表面吸附的汞的溶解释放过程。模型计算得夏冬两季DGM由表层海水向大气的迁移量分别为14.10 μg·m−2·day−1与10.0 μg·m−2·day−1，进而估算得单质汞的年迁移量至少为4.4 kg，占排放入海脱硫海水中TM总量的2.2%。机理研究结果表明，紫外辐照是海水中DGM生成的主要驱动力，其光致还原的准一级动力学反应常数分别为1.39×10-3 min-1（浓度梯度法）与1.45×10-3 min-1（试算法）。此外，悬浮颗粒物浓度也是影响脱硫海水中DGM生成量的重要因素之一。通过模拟脱硫海水排放入海时与新鲜海水的混合，证实该过程会因两不同水体的汞浓度差发生汞的还原，从而生成“初始汞”。“初始汞”的生成是脱硫海水中可还原汞向DGM转化的重要过程之一。此外，依托本研究所建立的重金属分析方法和汞同位素分析方法，同样在工业样品、动物样品和植物样品上得到了良好的应用效果。