铅冶炼企业重金属污染物粒径分布特征研究.pdf

6 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．1 1 ．0 1 7 铅冶炼企业重金属污染物粒径分布特征研究 贾小梅1 ，舒艳1 ，何磊1 ，顾睿2 1 ．环境保护部环境发展中心，北京1 0 0 0 2 9 ； 2 ．环境保护部环境工程评估中心，北京1 0 0 0 2 7 摘要对某铅冶炼企业的有组织源和无组织源进行监测研究，利用A E R M O D 空气质量模型模拟重金属 污染物扩散，通过拟合废气中重金属污染物的预测值与监测值，研究铅冶炼企业废气中重金属粒径的分 布特征。 关键词铅冶炼；重金属；粒径 中图分类号X 7 5 8 T F 8 1 2 文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 1 1 一0 0 6 4 一0 5 S t u d yo nP a r t i c l eS i z eD i s t r i b u t i o no fH e a V yM e t a l P O l l u t a n t si nL e a dS m e l t e r J I AX i a o m e i l ，S H UY a n l ，H EL e i l ，G UR u i 2 1 ．E n v i r o n m e n t a lD e v e l o p m e n tC e n t r e ，M i n i s t r yo fE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 2 9 ，C h i n a ； 2 ．A p p r a i s a lC e n t e rf o rE n v i r o n m e n t ＆E n g i n e e r i n g ，M i n i s t r yo fE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 2 7 ，C h i n a A b s t r a c t O r g a n i z e da n du n o r g a n i z e ds o u r c eo fo n el e a ds m e l t i n gp l a n tw e r em o n i t o r e d ． D i f f u s i o no fh e a v y m e t a lp o l l u t a n t si nl e a ds m e l t i n gp l a n tw a ss i m u l a t e db yA E R M O Da i rq u a l i t ym o d e l ． P a r t i c l es i z e d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym e t a l si ne x h a u s tg a so fl e a ds m e l t i n ge n t e r p r i s e sw e r ei n v e s t i g a t e db y s i m u l a t i o no nf o r e c a s tv a l u ea n dm o n i t o r i n gv a l u eo fh e a v ym e t a lp 0 1 l u t a n t si ne x h a u s tg a s ． K e yw o r d s l e a ds m e l t i n g ；h e a v ym e t a l ；p a r t i c l es i z e 我国是铅生产和消费大国，铅是一种分布广泛 且毒性没有阀值的重金属，在环境中可长期蓄积，主 要通过空气、土壤、食物、饮水进入人体[ 1 4 ] ，会造成 体内血铅浓度升高，认知障碍、引起贫血、维生素D 代谢紊乱等。国内外专家学者对铅的污染特性、铅 冶炼过程、无组织排放源铅元素粒径特征及企业 周边重金属污染物大气沉降、分布特征、含量及迁 移转化规律做了大量的研究工作[ 5 _ 8 ] 。粒径大小 是影响重金属污染物扩散距离的重要因素之一。 本文以某铅冶炼企业为研究对象，对其铅冶炼中 的有组织源和无组织源进行监测研究，并利用 A E R M O D 空气质量模型模拟重金属污染物扩散， 通过拟合铅冶炼企业废气中重金污染物的预测值 与监测值，研究铅冶炼企业废气中重金属粒径分 布特征。 1污染源强 对某铅冶炼企业重金属大气排放源源强进行了 监测[ 9 ] ，监测时间1 天，监测频次2 次，表1 为重金 属有组织源源强信息。 根据铅冶炼的无组织排放产生点情况及厂区总 平面布置设置5 个监测点。根据监测当日的气象条 件，按照H J ／T 5 5 2 0 0 0 标准进行监测，并核算无组 织排放源源强[ 1 ⋯，在无组织排放源平均排放高度为 收稿日期2 0 1 5 一0 5 2 1 基金项目环境保护部预算项目 2 1 1 0 2 0 3 作者简介贾小梅 1 9 8 1 一 ，女，湖北荆州人，硕士，工程师；通信作者舒艳 1 9 7 8 一 ，女，重庆人，博士，高级工程师 万方数据 2 0 1 5 年第1 1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n 6 5 5m 时，不同污染物因子的无组织源强分别为o ．0 9 2 。 k g ／h 砷o ．1 1 7 、铅o ．3 2 2 、镉o ．0 1 1 、铬o ．0 0 1 、锌 表1有组织排放的废气源强参数 T a b l e1P a r a m e t e r s0 fo r g a n i z e dw a s t eg a se m i s s i o n ss o u r c e 1 ．3 污染源粒径分级监测结果分析 1 ．3 ．1 有组织源 分别对企业氧气底吹熔炼炉环境集烟、还原炉 环境烟气、还原炉工艺烟气和电铅锅环境烟气等除 尘器进出口的烟气进行采样监测，分析各烟气分级 采样T S P 、P M 。。、P M 。．。、P M ，以下烟尘中铅、铬、镉、 砷、锌的浓度。图1 分别为氧气底吹熔炼炉环境集 烟除尘器、还原炉环境烟气除尘器、还原炉工艺烟气 除尘器和电铅锅环境烟气除尘器出口的T S P 、 P M ，。、P M 。．。、P M ，以下烟尘中铅、铬、镉、砷、锌等重 金属污染物的粒径分级浓度。如图1 所示，烟气的 P M ，。以下烟尘中重金属的粒径分级平均浓度均较 高，重金属离子主要存在于P M 。。及其以下小离子 中。其中，铅、镉离子主要存在于P M 。。、P M ．。及其 以下小粒径的颗粒物中；砷、锌、铬离子主要存在于 P M ．。及其以下小粒径颗粒物中。 1 ．3 ．2 无组织源 无组织源的监测结果如图2 所示。根据图2 结 果，铅冶炼企业无组织排放的尘主要以T S P 为主， 重金属污染物在P M ．。中的浓度占到在T S P 中浓 度的5 0 ％以上，其中镉和锌尤为明显。 2 监测点位布设与监测结果 2 0 1 3 年5 月8 日至1 0 日对项目所在区域9 个 监测点的尘和重金属污染物日均浓度进行了监测， 结果如表2 所示。 万方数据 6 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 n 0 彳、 E 曲0 E ≤ 型 蜒0 ≯ E ● E ≤ 魁 蹩 4 5 6 H H 二 H 4 f H ， H X 2 H X P bC dC rA sZ n P b C dC rA sZ n ≯ 量 昌 ≤ 蜊 蜷 0 P bC dC rA sZ n a 氧气底吹炉环境烟气； b 还原炉环境烟气； c 还原炉工艺烟气； d 电铅锅环境烟气 图l不同部位出口烟气颗粒中重金属元素分布图 F i g ．1 D i s t r i b u t i o no fh e a V ym e t a l so fp a r t i c l 姻i nd i s c h a r g e dw a s t eg a sa td i f f e 他n tp 惦“i 蚰 0 监测点位 监测点位 p 旨 ● 暑 ≤ 越 烂 监测点位 监测点位 f E E ≤ 蜊 蜷 监测点位 监测点位 a 尘； b 砷； c 铅； d 镉； e 铬； f 锌 图2 无组织监测中金属粒子浓度比例关系图 F i g ．2C o n c e n t r a t i o n 髓t i oo fh 蚀V ym e t a l so fu n o r g a n i z e dm o n i t o r i n g ∞ ∞ 鲫 ∞ m fE．∞Ⅲ＼越是 一’E．∞山、巡爱 一n_m．∞曼＼巡嶷 一f_E．∞Ⅲ＼越 一E．∞ⅢJ、越蜓 万方数据 2 0 1 5 年第1 l 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 7 3模拟验证 3 ．1 预测参数的选取 参考文献[ 9 ] 的方法，采用企业所在地气象站 2 0 1 2 年全年逐日逐时气象数据及M M 5 中尺度模 拟气象数据。项目所在地土地利用类型划分为四部 分，O ～1 3 5 度和3 1 5 ～3 6 0 度范围区域 1 区 为亚热 带常绿灌木林，1 3 5 ～2 2 5 度范围区域 2 区 为耕地， 2 2 5 ～2 7 0 度范围区域 3 区 为城镇，2 7 0 ～3 1 5 度范 围区域 4 区 为水库。具体参数如表3 所示。 表3 模式计算选用的地表参数 T a b l e3S u r f a c ep a r a m e t e r sf o rm o d ec a l c u l a t i o n 3 ．2 预测方案 监测期间环境风速为o ．5 ～2 ．7m ／s ，平均风速 为1 ．6 8m ／s 。设计了2 个飘尘预测方案，方案1 细 颗粒分级7 5 ％、中粒径1 肛m ；方案3 细颗粒分级 2 5 ％、中粒径8 口m 。设计了2 个粉尘预测方案，即 方案2 粒径1 0 肛m2 0 ％、3 0 肛m5 0 ％、5 0p m3 0 ％， 质量密度7g ／c m 3 ；方案4 粒径1 0 肛m3 0 ％、3 0p m 7 0 ％，质量密度1 0g ／c m 3 。分别对不同方案的实测 值进行拟合分析，并与模拟预测结果进行比较，结果 如表4 所示。 分析表4 数据，可知，飘尘方案中的方案1 和方 案3 的参数能较好地模拟铅冶炼企业废气中重金属 污染物的扩散。但铬的预测值与现状值拟合不理 想，各方案均不能反应实际的分级情况。通过分析 企业物料成分，铅冶炼企业的铬粒子不属于特征重 金属，源强较小，环境监测值除个别点外均有监测数 据，拟合计算值与环境监测拟合效果较差，环境空气 中铬的来源有待研究。 4结论 1 污染源粒径大小和质量密度特征对预测结果 影响较大。 2 铅冶炼企业铅尘粒径分级方案为细颗粒分 数2 5 ％，中粒径8 肚m ；镉、砷、锌粒径分级方案为 细颗粒分级7 5 ％，中粒径1 灶m 。总体而言铅、镉、 砷、锌粒径分级均属于飘尘方案。 3 铅冶炼企业铬的预测值与现状值拟合不理 想，铬的来源有待研究。 万方数据 ．6 8 ．有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 表4 预测方案模拟值与监测值拟合分析 T a b I e4 F i t t i n ga n a l y s i so fd i f f e r e n tf o r e c a s t i n gr e s u l t sa n dm o n i t o r i n gV a l u e 元基方案I 方案2 方案3 方瓤 监测值／ “g ‘m 。 监测值／ g m 一3 监测值， g ‘m 一3 监测值， 雌m3 参考文献 [ 1 ] 中国工程院，环境保护部．中国环境保护宏观战略研究 战略保障卷 下 [ M ] ．北京中国环境科学出版社， 2 0 1 1 1 0 3 7 ． [ 2 ] 周生贤．领导干部环境保护知识读本[ M ] ．北京中国 环境科学出版社，2 0 0 9 2 4 8 ． [ 3 ] B a c h m a n nJD ．2 0 0 7c r i t i c a lR e v i e w W i l lt h eC i r c l eB e U n b r o k e n AH i s t o r yo ft h eU ．s ．N A A Q S [ J ] ．J o u r n a l o ft h eA i r W a s t eM a n a g e m e n tA s s o c i a t i o n ，2 0 0 7 ，5 7 6 5 2 6 9 7 ． [ 4 ] E u r o p e a nc o m m i s s i o n ．A i rQ u a l i t ys t a n d a r d s [ E B ／0 L ] ． B e l g i u m E u r o p e a nc o m m i s s i o n ， 2 0 0 8 一0 5 一0 1 ，[ 2 0 1 2 一 0 6 一0 2 ] ．h t t p ／／e c ．e u r o p a ．e u ／e n v i r o n m e n t ／a i r ／q u a l i t y ／ s t a n d a r d s ．h t m ． 下转第7 8 页 万方数据 7 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 建材工业出版社，2 0 0 4 4 9 ． [ 6 ] 陈娅娜．珠江某地区污染水塘含镉污泥水泥无害化处理 试验研究[ J ] ．环境教育，2 0 1 l 6 9 3 9 5 ． [ 7 ] M a l v i y aR ，C h a u d h a r yR ．L e a c h i n gb e h a v i o ra n di m m o b i l i z a t i o no fh e a v ym e t a l si ns o l i d i f i e d ／s t a b 订i z e dp r o d u c t s [ J ] ．J o u r n a lo fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ，2 0 0 6 ，1 3 7 2 0 7 2 1 7 ． [ 8 ] 李柏林，李哗，汪海涛，等．含砷废渣的固化处理[ J ] ．化 工环保，2 0 0 8 ，2 8 2 1 5 3 1 5 7 ． [ 9 ] 刘文晓，杨有海．黄土路基填料石灰改良试验研究[ J ] ． 低温建筑技术，2 0 1 3 1 0 1 5 1 7 ． 厂1 0 ] T A N GX i a o w u ，L IZ h e n z e ，C H E NY u n m i n ，e ta 1 ． R e m o v a lo fC u Ⅱ f r o ma q u e o u ss o l u t i o nb ya d s o r p t i o no nC h i n e s eQ u a r t e r n a r y1 0 e s s K i n e t i c sa n de q u i l i b r i u ms t u d i e s [ J ] ．J ．E n v i r o n ．s c i ．H e a l ．A ，2 0 0 8 b ， 4 3 7 7 7 9 7 9 1 ． r 1 1 ] T A N GX i a 0 - w u ，L IZ h e n _ z e ，C H E NY u m m i n ．A d s o r p t i o nb e h a v i o ro fZ n Ⅱ o nc a l c i n a t e dC h i n e s el o e s s [ J ] ．J o u r n a lo fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ，2 0 0 9 ，1 6 1 2 ／3 8 2 4 8 3 4 ． [ 1 2 ] 查甫生，刘晶晶，崔可锐，等．水泥固化稳定重金属污染 土的工程性质试验研究[ J ] ．工业建筑，2 0 1 2 ，4 2 1 1 7 4 7 7 ．1 1 0 ． [ 1 3 ] 汪文莉，曾宪伟，索旭方．生石灰改良粘性土的作用机 理[ J ] ．山西交通科技，2 0 0 3 5 1 6 1 7 ． [ 1 4 ] 徐实，杨有海，耿煊，等．石灰改性黄土的强度特性试验 研究[ J ] ．兰州交通大学学报自然科学版，2 0 0 6 ，2 5 6 9 7 1 0 0 ． [ 1 5 ] 王建华，高玉琴，唐剑潇．路基填料石灰改良土弹性波 速与压缩强度的相关性[ J ] ．天津大学学报，2 0 0 7 ，4 0 4 3 9 9 4 0 4 ． 上接第6 8 页 [ 5 ] 梁俊宁，李文慧，葛毅，等．铅锌冶炼厂不同工艺铅元素 粒径分布特征[ J ] ．环境科学，2 0 1 4 ，3 5 8 2 8 8 3 2 8 8 9 ． [ 6 ] 李文慧，刘杰，常鹏利，等．某铅锌冶炼厂开放源颗粒物 及重金属粒径分布特征[ J ] ．科学技术与工程，2 0 1 4 ，1 4 1 5 1 1 4 一1 2 8 ． [ 7 ] 刘勇，王成军，刘华，等．铅锌冶炼厂周边重金属的空间 分布及生态风险评价[ J ] ．环境工程学报，2 0 1 5 ，9 1 4 7 7 4 8 4 ． [ 8 ] 刘勇，王成军，冯涛，等．重金属在铅锌冶炼厂内的空问 分布及污染评价[ J ] ．西北大学学报自然科学版，2 0 1 4 ， 4 4 1 1 3 3 1 4 0 ． [ 9 ] 贾小梅，何磊，舒艳，等．铜冶炼企业重金属污染物粒径 分布特征研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 8 6 7 7 2 ． [ 1 0 ] 李韧，陈谦，等．高斯反推模式在铜冶炼企业无组织大 气污染源重金属排放量估算中的应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 1 9 1 1 ． 有色金属 冶炼部分 人选2 0 1 4 年版 中文核心期刊要目总览 中文核心期刊评选是依据文献计量学的原理和方法，由国家图书馆、中国科学院图书馆、北京地区十几 所高校图书馆、中国社会科学院文献信息中心、中国人民大学书报资料中心、中国学术期刊 光盘版 电子杂 志社、中国科学技术信息研究所、北京万方数据股份有限公司等相关单位参与，运用科学方法对各种刊物在 一定时期所刊载论文的学术水平和学术影响力进行综合评价的科研活动。2 0 1 4 年中文核心期刊要目总 览采用被索量、被摘量、被引量、他引量、被摘率、影响因子、他引影响因子、被重要检索系统收录、基金论文 比、W e b 下载量、论文被引指数、互引等1 2 个评价指标，选作评价指标的统计源的数据库及文摘刊物达5 0 余种，统计到的文献数量共计6 5 亿余篇次，涉及7 4 个学科期刊1 4 7 2 8 种，参加评审的学科专家达3 7 0 0 多 位，经过定量筛选和专家定性评审，从我国正在出版的中文期刊中评选出1 9 8 3 种核心期刊作为核心期刊。 有色金属 冶炼部分 入选2 0 1 4 年版中文核心期刊要目总览。 万方数据