再生銅熔煉廢氣污染物排放特征研究

章佩麗，洪 波，崔慧貞

(臺(tái)州市環(huán)科監(jiān)理有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

1 引言

再生銅熔煉工藝大多衍生于原生礦銅冶煉工藝，但由于再生銅成分更為復(fù)雜，熔煉過(guò)程熱量消耗高，產(chǎn)生的污染物相對(duì)復(fù)雜等特點(diǎn)。廢雜銅再生利用過(guò)程產(chǎn)生的污染物涉及廢水、廢氣、固體廢物等。其中廢氣主要有熔煉過(guò)程產(chǎn)生的含持久性有機(jī)物二噁英類物質(zhì)及重金屬?gòu)U氣等。

2 典型再生銅生產(chǎn)工藝

根據(jù)再生利用途徑并結(jié)合再生銅原料自身特性，將再生銅回收利用工藝及技術(shù)分為直接利用和間接利用兩大類。其利用的原料主要有兩類：一類是新廢銅，是銅工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料，如銅及其合金熔煉中產(chǎn)生的爐渣、浮渣；另一類是舊廢銅，它是使用后被廢棄的物品，如廢舊銅導(dǎo)線、鑄件、軸承等。根據(jù)資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，臺(tái)州市典型再生銅企業(yè)原材料成分及典型再生銅(銅棒)熔煉生產(chǎn)工藝流程分別如表1和圖1。

表1 各再生銅企業(yè)原材料成分調(diào)查情況

由表1及實(shí)地調(diào)查，為確保產(chǎn)品(銅棒)品質(zhì)穩(wěn)定性，各企業(yè)廢雜銅原材料成分較為一致和穩(wěn)定。

3 廢氣污染因子確定

廢雜銅中的雜質(zhì)主要包括鉛、錫、鋅、鐵、鎳、氧、硫等成分，廢銅熔煉可能會(huì)存在金屬及其化合物煙塵(如銅、鉛及氧化鋅等)、持久性有機(jī)物二噁英類物質(zhì)、SO2等廢氣污染物。目前對(duì)于廢雜銅冶煉過(guò)程中的污染物產(chǎn)排特性方面的研究多側(cè)重于宏觀的定性分析，如王沖等[1]以再生銅冶煉項(xiàng)目為例，對(duì)冶煉過(guò)程產(chǎn)生的煙氣中鉛的沉降對(duì)周?chē)寥拉h(huán)境的影響進(jìn)行了分析和討論；柴禎[2]具體分析了再生銅生產(chǎn)過(guò)程中持久性有機(jī)污染物(POPs)產(chǎn)生的主要工藝節(jié)點(diǎn)，闡述了POPs產(chǎn)生的主要機(jī)理，并提出了減少再生銅生產(chǎn)過(guò)程中POPs產(chǎn)生的方法及措施；金艷[3]對(duì)有色金屬工業(yè)的持久性有機(jī)污染物排放狀況、對(duì)人類與環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)及管理防治對(duì)策進(jìn)行了研究，并分析了其污染現(xiàn)狀及產(chǎn)生機(jī)理。以上研究缺少?gòu)U雜銅冶煉企業(yè)主要污染物污染源識(shí)別和污染物定量化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而影響到再生銅行業(yè)污染防控技術(shù)的篩選和科學(xué)化管理。

圖1 再生銅(銅棒)生產(chǎn)工藝流程

4 廢氣污染物排放量確定

根據(jù)再生銅熔煉中廢氣排放特點(diǎn)，本研究選擇評(píng)價(jià)主要污染因子為二噁英、銅、鉛、鋅。

4.1 二噁英排放

聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)的《二噁英類污染源清單調(diào)查工具包》[4]將目前已知的二噁英類污染源劃分為10大類62個(gè)子類。UNEP的二噁英排放工具包中給出了再生銅生產(chǎn)過(guò)程中二噁英類的排放因子，具體見(jiàn)表2。

表2 銅行業(yè)的排放因子

根據(jù)表2，廢氣中二噁英類排放因子參考第一類800μgTEQ/t銅。考慮熔煉企業(yè)(較小規(guī)模)一般未配置專門(mén)處理二噁英污染物的廢氣裝置，故其排放量基本為其產(chǎn)生量。排氣量參考基準(zhǔn)10000 m3/t產(chǎn)品的單位產(chǎn)品排氣量，則通過(guò)計(jì)算得二噁英初始排放濃度為80 ng/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)0.5 ng/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 重金屬排放

4.2.1 資料統(tǒng)計(jì)

根據(jù)《工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》[5]，再生銅熔煉企業(yè)使用廢雜銅作為原料，大氣污染物產(chǎn)生量的相關(guān)排污系數(shù)核定見(jiàn)表3。

熔銅一般采用銅廢雜料，則按照排污系數(shù)計(jì)算工業(yè)廢氣中煙塵產(chǎn)生量為2.77 kg/t產(chǎn)品，工藝廢氣量為2480 m3/t產(chǎn)品。

4.2.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

本研究收集同類企業(yè)近兩年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

煙塵中各金屬成分比例具體見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，銅棒熔煉煙塵廢氣中主要金屬成分為鋅，其以氧化鋅形式存在，其次為銅和鉛。

表3 再生銅排污系數(shù)核定

表3 部分同類企業(yè)熔煉廢氣各污染物進(jìn)口濃度范圍匯總

注：①進(jìn)口濃度波動(dòng)與企業(yè)熔煉爐型、熔煉原料、工藝條件、操作等有關(guān);②實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)為確保廢氣濃度達(dá)標(biāo)排放，設(shè)計(jì)進(jìn)口風(fēng)量較大，經(jīng)折算后平均工藝廢氣量13518 m3/t產(chǎn)品，較理論值2480 m3/t產(chǎn)品高出5.45倍，與GB31574—2015[6]中基準(zhǔn)排氣量10000 m3/t產(chǎn)品較為接近。若單位產(chǎn)品實(shí)際排氣量超過(guò)基準(zhǔn)排氣量，須將實(shí)測(cè)大氣污染物濃度換算為大氣污染物基準(zhǔn)排氣量排放濃度，并以大氣污染物基準(zhǔn)排氣量排放濃度作為判定排放是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)

表4 廢雜銅熔煉煙塵中各金屬成分比例 %

再生銅熔煉企業(yè)煙塵產(chǎn)生量為2.77 kg/t產(chǎn)品，煙塵中重金屬含量分別為銅2.16～6.95%(均值4.56%)、鋅53.6%～61.4%(均值57.0%)、鉛1.22%～1.69%(均值1.46%)。在基準(zhǔn)條件下計(jì)算銅排放濃度為5.98～19.25 mg/m3(均值12.63 mg/m3)、鋅排放濃度濃度為148.47～170.08 mg/m3(均值157.89 mg/m3)、鉛排放濃度為3.38～4.68 mg/m3(均值4.04 mg/m3)，該分析數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本接近，則可說(shuō)明在預(yù)測(cè)排放量時(shí)可采用表5相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

在未配備相關(guān)廢氣處理設(shè)施時(shí)，其銅、鋅、鉛平均超標(biāo)倍數(shù)分別為12.63倍、52.63倍和2.02倍。

5 結(jié)論和建議

(1)當(dāng)廢氣處理設(shè)施不能正常運(yùn)行時(shí)，再生銅企業(yè)廢氣排放中二噁英、銅、鋅、鉛等污染因子均超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到《最高人民法院、最高人民檢察院關(guān)于辦理環(huán)境污染刑事案件適用法律若干問(wèn)題的解釋》中第一條中認(rèn)定為嚴(yán)重污染環(huán)境的第三款“非法排放含重金屬、持久性有機(jī)污染物等嚴(yán)重危害環(huán)境、損害人體健康的污染物超過(guò)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或者省、自治區(qū)、直轄市人民政府根據(jù)法律授權(quán)制定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)三倍以上的”標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

(2)相較于《工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》中關(guān)于的再生銅企業(yè)噸產(chǎn)品工藝廢氣排放量(理論值2480 m3/t產(chǎn)品)，與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)差距較大；若引用該數(shù)值進(jìn)行后續(xù)理論測(cè)算排放濃度時(shí)，會(huì)引起較大誤差。

(3)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，部分企業(yè)的單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排氣量大于《再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31574—2015)規(guī)定的限值(10000 m3/t 產(chǎn)品)，說(shuō)明其生產(chǎn)過(guò)程中廢氣管路設(shè)計(jì)和收集已不能適應(yīng)當(dāng)前日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。