再生鋁行業(yè)二噁英影響及污染控制研究

陳振坤

(福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350012)

1 再生鋁行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)再生鋁行業(yè)起步較晚，20世紀(jì)70年代后期才初具雛形，由于當(dāng)時(shí)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，再生鋁存在產(chǎn)能規(guī)模小、分布較分散、環(huán)保設(shè)施落后等特征，經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展，尤其是在《鋁行業(yè)規(guī)范條件》的引導(dǎo)下，再生鋁行業(yè)的產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)大，已在全國(guó)范圍內(nèi)形成明顯的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域。據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)再生金屬分會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)再生鋁企業(yè)已經(jīng)由2008年的2000家左右下降到目前約200家，但是產(chǎn)能規(guī)模由250萬(wàn)t/a增長(zhǎng)到1200萬(wàn)t/a，并形成了珠江三角地區(qū)、江浙滬地區(qū)及環(huán)渤海灣等生產(chǎn)基地[1]。

圖1 2018年我國(guó)再生鋁產(chǎn)能布局

2015年之前，福建省再生鋁企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，總產(chǎn)能規(guī)模僅每年十幾萬(wàn)噸，隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鋁材需求量明顯增加，福建省再生鋁發(fā)展迅速，產(chǎn)能規(guī)模已接近每年100萬(wàn)噸。雖然再生鋁與原生鋁相比，污染程度相對(duì)較低，但是再生鋁行業(yè)的污染與其他行業(yè)相比仍然較大，尤其是涉及到二噁英等劇毒污染物的排放，環(huán)境污染已成為再生鋁行業(yè)發(fā)展的重要問題。研究在福建省不同地理?xiàng)l件下，再生鋁二噁英的影響預(yù)測(cè)情況，提出再生鋁行業(yè)在福建省內(nèi)的控制對(duì)策及減少二噁英產(chǎn)生量和排放量的措施，對(duì)于再生鋁行業(yè)的發(fā)展、保護(hù)“清新福建”具有重要意義。

2 再生鋁行業(yè)工藝及污染分析

2.1 現(xiàn)行再生鋁主要生產(chǎn)工藝

再生鋁生產(chǎn)工藝流程主要包括預(yù)處理、熔煉(裝爐、升溫熔化、攪拌扒渣)、精煉(取樣、成分調(diào)整、精煉除氣、扒渣、保溫靜置)、鋁渣回收處理以及鑄錠。具體見圖2。

(1)預(yù)處理。廢鋁預(yù)處理主要是去除廢鋁表面含有的油脂、油漆涂料、塑料、橡膠和其他金屬雜質(zhì)(主要為廢銅、廢鐵等)，預(yù)處理工藝主要有破碎篩分、磁選、風(fēng)選、水洗、浮選、除漆、熱分解等，根據(jù)廢鋁原料含有的雜質(zhì)選擇合適的預(yù)處理工藝進(jìn)行組合，從而最大效率地去除廢鋁中含有的雜質(zhì)。

圖2 再生鋁生產(chǎn)工藝流程

(2)熔煉爐。使用鏟車通過爐門將預(yù)處理后的廢鋁加入熔煉爐爐膛使其浸泡在鋁液中進(jìn)行融化。熔煉過程需定期對(duì)爐內(nèi)鋁液進(jìn)行攪拌，攪拌后的鋁液經(jīng)過靜置，還需將鋁液表面的金屬或非金屬氧化渣扒出，以達(dá)到凈化熔體、均勻鋁液化學(xué)成分、調(diào)節(jié)鋁液溫度的目的。

(3)精煉爐。鋁熔體扒完鋁渣后，得到純凈的鋁液，進(jìn)入精煉爐，然后進(jìn)行爐前快速分析，根據(jù)產(chǎn)品合金牌號(hào)的要求與分析結(jié)果調(diào)整成份，直至取樣分析成份合格為止。調(diào)質(zhì)后的鋁液通過管道送至精煉爐進(jìn)行精煉，精煉的目的是為了進(jìn)一步除去鋁熔體中的雜質(zhì)，在精煉階段需要加入添加劑，并通入氮?dú)庖员苊鉅t料再次氧化。當(dāng)熔體經(jīng)過精煉處理，并扒出表面浮渣后，靜置，待溫度合適時(shí)，即可準(zhǔn)備鑄造。

(4)鋁渣回收處理。熔化工序和精煉工序扒出的鋁渣(含鋁率約為40%～50%)送至鋁渣回收處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理回收金屬鋁。

(5)鑄錠。打開精煉爐側(cè)邊底部的放液口，將鋁合金液放入連續(xù)鑄錠機(jī)內(nèi)進(jìn)行鑄錠。

2.2 再生鋁行業(yè)污染物分析

再生鋁行業(yè)的主要污染物包括廢氣、固廢、廢水，對(duì)環(huán)境影響最大的是廢氣。從生產(chǎn)工藝來看，產(chǎn)生廢氣的主要工序是預(yù)處理、熔煉精煉、鋁渣回收處理。預(yù)處理產(chǎn)生的廢氣主要是顆粒物。熔煉精煉廢氣包括：①顆粒狀污染物，主要成分是金屬氧化物和非金屬氧化物，如Al2O3、SiO2、Fe2O3、CuO、MgO等；②氣體污染物，主要是二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、氟化物和二噁英等。鋁灰渣回收處理廢氣主要是顆粒物、氯化氫及氟化物。

熔煉廢氣中的二噁英屬于劇毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境的污染較大。再生有色金屬生產(chǎn)屬于我國(guó)二噁英優(yōu)先控制的主要行業(yè)之一，加強(qiáng)再生鋁行業(yè)二噁英污染物的影響預(yù)測(cè)及控制措施研究，對(duì)于福建省內(nèi)再生鋁行業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

3 福建省不同地形再生鋁二噁英影響預(yù)測(cè)情況

3.1 福建省地理類型

福建地形以山地丘陵為主，由西、中兩列大山帶構(gòu)成福建地形的骨架。兩列大山帶均呈東北—西南走向，與海岸平行。福建省內(nèi)峰嶺聳峙，丘陵連綿，河谷、盆地穿插其間，山地、丘陵占全省總面積的80%以上，素有“八山一水一分田”之稱。地勢(shì)總體上西北高東南低，橫斷面略呈馬鞍形。因受新華夏構(gòu)造的控制，在西部和中部形成北(北)東向斜貫全省的閩西大山帶和閩中大山帶。兩大山帶之間為互不貫通的河谷、盆地，東部沿海為丘陵、臺(tái)地和濱海平原。

在沿海地區(qū)，最近的地質(zhì)歷史時(shí)期曾發(fā)生過多次海侵、海退，形成多級(jí)不同高度的海濱階地、海蝕平臺(tái)。原先的古海灣，由于河海的交互堆積，形成沖積、海積平原。平原占全省總面積的10%左右，省內(nèi)較大的平原主要包括福州平原、莆田平原、泉州平原、漳州平原。

3.2 對(duì)不同地理類型二噁英影響的預(yù)測(cè)

福建省地形主要分為山地、丘陵、平原三類，因此，本次主要選取位于不同地形的3家再生鋁企業(yè)(見表1)，分析二噁英在不同地形下的影響。

上述3家再生鋁企業(yè)所在區(qū)域的地形高程見圖3～圖5。

表1 再生鋁企業(yè)的相關(guān)資料

圖3 A廠所在區(qū)域等高線示意圖

圖4 B廠所在區(qū)域等高線示意圖

圖5 C廠所在區(qū)域等高線示意圖

為了使預(yù)測(cè)結(jié)果更具有可比性，二噁英的排放濃度按《再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB31574-2015)中的排放標(biāo)準(zhǔn)0.5ngTEQ/m3考慮，其余參數(shù)均從原環(huán)評(píng)報(bào)告書選取，具體見表2。根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ2.2-2018)推薦的AERMOD模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，二噁英預(yù)測(cè)結(jié)果見圖6～圖8和表3。

圖6 A廠二噁英年均網(wǎng)格濃度分布圖

圖7 B廠二噁英年均網(wǎng)格濃度分布圖

圖8 C廠二噁英年均網(wǎng)格濃度分布圖

表2 二噁英排放源清單

從表3可以看出，3家企業(yè)的二噁英最大落地濃度貢獻(xiàn)值為0.0482～0.0744pgTEQ/m3，占標(biāo)率為8.04%～12.40%，均能達(dá)到日本環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；其中占標(biāo)率>5%的面積為3.462～6.9hm2。

表3 不同地形二噁英的影響預(yù)測(cè)結(jié)果

3.3 福建省再生鋁行業(yè)區(qū)域控制

從二噁英的影響預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，不同地形條件下的影響從小到大排序?yàn)椋浩皆?丘陵<山地。二噁英在平原地形條件下對(duì)周邊環(huán)境的影響最小，主要是由于平原地形開闊，大氣擴(kuò)散條件較好。二噁英屬于一類劇毒物質(zhì)，其毒性相當(dāng)于人們熟知的劇毒物質(zhì)氰化物的130倍、砒霜的900倍[2]。大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，很低濃度的二噁英就對(duì)動(dòng)物表現(xiàn)出致死效應(yīng)。因此，福建省再生鋁企業(yè)應(yīng)盡量布設(shè)在平原地區(qū)，即福州平原、莆田平原、泉州平原、漳州平原。同時(shí)，再生鋁企業(yè)應(yīng)采取嚴(yán)格的二噁英污染控制措施，減少二噁英的產(chǎn)生量及排放量。

4 減少二噁英污染的控制措施

4.1 二噁英的生成機(jī)理

二噁英主要來源于原料中廢有機(jī)物的不完全燃燒，尤其是含氯有機(jī)廢物的燃燒。再生鋁熔煉過程中二噁英的主要產(chǎn)生機(jī)制有三種[3]：①原物料中含有未完全破壞的PCDD/Fs；②在“熔爐”形成，例如經(jīng)由化學(xué)釋放前驅(qū)物所形成；③“從頭合成(De Novo)”，反應(yīng)經(jīng)由碳及無機(jī)氯在低溫再合成。

4.2 二噁英的污染防治措施

根據(jù)《重點(diǎn)行業(yè)二噁英污染防治技術(shù)政策》，再生鋁的二噁英污染防治應(yīng)遵循全過程控制的原則，加強(qiáng)源頭削減和過程控制，積極推進(jìn)污染物協(xié)同減排與專項(xiàng)治理技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)措施，嚴(yán)格執(zhí)行二噁英污染排放限值要求，減少二噁英的產(chǎn)生和排放。具體見表4。

表4 再生鋁二噁英污染防治的最佳可行技術(shù)

5 結(jié)論

福建的地形特點(diǎn)是“依山傍海”，九成陸地面積為山地丘陵，被稱為“八山一水一分田”。而根據(jù)二噁英的影響預(yù)測(cè)結(jié)果，二噁英對(duì)周邊環(huán)境的影響程度依次為：平原<丘陵<山地，因此，福建省內(nèi)再生鋁企業(yè)應(yīng)盡量布設(shè)在平原地區(qū)。為了減小二噁英對(duì)周邊環(huán)境的影響，針對(duì)再生鋁行業(yè)二噁英的產(chǎn)生機(jī)制，再生鋁企業(yè)應(yīng)進(jìn)行全過程控制，從源頭削減、過程控制及末端治理三方面考慮，提出再生鋁行業(yè)二噁英污染防治的最佳可行技術(shù)，減少二噁英的產(chǎn)生量及排放量。