劉燕軍

（河北邢臺德龍鋼鐵有限公司 , 河北 邢臺 054009）

摘　要：在我國加快城市化和工業化的進程中，因為 VOC 8 、NO X 、SO X 、汽車尾氣、工業粉塵、工業煙塵等大氣污染物的大量排放造成 PM 2.5 的污染問題越發嚴重。本文通過 ELPI（靜電低壓撞擊器）分析高爐煉鐵工藝中細顆粒物 PM 2.5 的質量濃度和粒徑等排放特性。分析結果表明，礦槽除塵之后 PM 2.5 的粒數濃度大概在 10 ⁵ cm ^-3 左右，其顆粒物的主要粒徑低于 1μm，質量濃度的分布是單峰；而出鐵場進行除塵之后 PM 2.5 的粒數濃度大概在 10 ⁶ cm ^-3 左右，其顆粒物的粒徑比 0.1μm 要小。

關鍵詞：高爐煉鐵；細顆粒物；排放特性 PM 2.5

0　引言

細顆粒物 PM 2.5 也可以被稱為是可入肺顆粒物，主要指的是直徑小于和等于 2.5μm 的大氣顆粒物，其具有較為復雜的化學成分，不但會使大氣可見度降低，也會危害人體健康。近幾年，細顆粒物的污染更加嚴重，受到社會廣泛關注。為了保護環境，不少國家多在大氣環境的質量標準中明確要求了 PM 2.5 的排放問題。鋼鐵冶煉是大氣污染的一個大戶，其中主要的廢氣排放就是 PM 2.5 顆粒物，應該對其排放特性進行研究，從而做好減排工作。

1　研究材料和設備

本文選擇的采樣點是 1000m³ 高爐生產工藝中，細顆粒物 PM 2.5 的排放特性。采樣位置是高爐出鐵場除塵之后和礦槽除塵之后，采用的廢氣治理技術主要是布袋除塵。

在研究 PM 2.5 排放中分析內容和分析儀器主要是：利用 ELPI（荷電低壓顆粒物撞擊器）分析 PM 2.5 的粒徑分布；利用離子色譜儀分析水溶性離子；利用電感耦合等離子體發射光譜儀和雙道氰化物發生電子熒光光度計分析主量元素和痕量元素；利用熱光碳分析儀分析 EC和 OC；利用 SEM 分析形貌。

1.1　分析方法

現場采集樣品中，利用聚氨碳酸酯濾膜、Tefon 膜、石英膜分別實施等速采樣^[1] 。利用荷電低壓顆粒物撞擊器對各個污染點源的細顆粒物 PM 2.5 濃度、粒徑分別實施在線監測。　　

其中石英膜的樣品主要用在 EC 和 OC 分析中，其具體操作是：把采集到的石英濾膜剪為條狀的碎片，將其放到干凈的10毫升試管中；在試管中加入 5 毫升高純的去離子水將濾膜完全淹沒，超聲提取三十分鐘，利用微孔濾膜對提取液實施過濾。之后重復一次以上步驟，合并兩次濾液，用于 EC 和 OC 分析。

Tefon 膜樣品主要用在分析主量元素和痕量元素中，其具體步驟是：把采樣濾膜剪碎之后置于消解罐里，將氫氟酸 0.5ml、鹽酸 3ml、硝酸 6 毫升放進消解罐里，搖勻之后將消解罐封閉；之后，把消解罐放到微波加速反應設備里，與壓控、溫控傳感器相連，對微波消解程序進行設置，試驗的主要是溫控，輔助是壓控，在消化完后等消解罐中的溫度降低到室溫之后，把消解罐取出來，把里面的溶解倒進燒杯中。電熱板上實施低溫趕酸之后，將其轉移到容量瓶中，用蒸餾水對器皿進行沖洗，搖均勻后分析主量元素和痕量元素。

聚氨碳酸酯濾膜的樣品主要用在分析顆粒形貌和水溶性的離子組分中。通過掃描電鏡對顆粒物的形貌進行分析，采用的工作距離大概為 6.5 毫米，15 千伏的工作電壓。把采集濾膜剪為條狀的碎片，放到干凈的 10ml 試管中，將加進高純的去離子水 5ml，把濾膜完全淹沒，實施 30 分鐘的超聲提取，用 0.25μm 的微孔濾膜對提取液實施過濾。重復一次以上的步驟，合并收集的兩次濾液，并分析水溶性的離子組合，其中對陽離子進行分析的是 CS17 分析柱，CSRS 的抑制器；對陰離子進行分析的是 AS11-HC 分析柱，ASRS 抑制器^[2] 。

2　高爐煉鐵工藝細顆粒物 PM 2.5 排放特性

2.1　PM 2.5 的粒徑和濃度

通過荷電低壓顆粒物撞擊器的分析發現，高爐出鐵場在除塵之后，PM 2.5 粒數的濃度是隨著粒徑的增加而呈現單調的遞減，高爐煉鐵工藝的規模不同，其出鐵場在除塵之后的 PM 2.5 粒數濃度大概在 10 ⁶ cm ^-3 范圍之內。顆粒物的顆粒不斷增大而粒數濃度跟著減小，粒數濃度的排放由粒徑比 0.1μm 小的顆粒所決定。所以，出鐵場向外排放的大部分是小于 0.1μm 的細顆粒物 PM 2.5 。　　

高爐礦槽在除塵之后 PM 2.5 的粒數濃大概在 10 ⁵ cm ^-3 范圍之內，其PM 2.5 粒數濃度主要決定于小于 0.1μm 粒徑的顆粒，粒徑在 0.1μm 到1μm 的細顆粒物濃度相對而言也比較大^[3] 。因此，高爐礦槽在除塵之后 PM 2.5 粒數濃度大小由小于 1μm 的細顆粒物濃度所決定，產生高爐礦槽粉塵的環節主要是高爐原料的轉運加料與渣溝，包括熟礦原料、原始原料的投料和轉運過程中出現的揚塵。

2.2　PM 2.5 細顆粒物的化學組成

在高爐礦槽和出鐵場進行除塵之后，對 PM 2.5 的化學組成進行分析，主要包括水溶性離子（Ca ²⁺ 、Mg ²⁺ 、Na ⁺ 、K ⁺ 等陽離子和 Br ^- 、SO₄ ^2- 、NO^{3 -} 、Cl ^- 、F ^- 等陰離子）、主量元素（Mg、K、Na、Ca、Fe等）、痕量元素（Fe、Mn、Se、As 等） [4] 。出鐵場和礦槽中 PM 2.5 水溶性離子的濃度高低基本上是一致的，NH₄ + <NO₃ - <Mg₂+ <Na⁺ <F^- <Cl ^-<Ca²⁺ <K + <SO₄ ^2- 。SO₄^2- 的含量最高在 10% 到 28% 之間，其次是 K⁺ 在10% 到 12% 之間，第三是 Ca²⁺ 在 4% 到 15% 之間，這主要是因為高爐煉鐵中燃料煤種有較高的含硫量。PM 2.5 細顆粒物中大部分 NO^{3 -} 和SO₄^2- 是在 NO_X 和 SO² 氣體氧化而形成的。總體而言，PM 2.5 中的主要元素成分依據含量大小分布是：EC<AI<OC<Si<Ca²⁺ <K + <SO₄^2- <Fe。

2.3　分析 PM 2.5 單體的顆粒形貌

分析高爐各點位顆粒物的微觀形態，發現排放的顆粒物主要包括粉末狀、不規則塊狀、凝聚態顆粒和球狀顆粒等顆粒構型。出鐵場中PM 2.5 的顆粒形態通常是不規則顆粒和球型顆粒，球型顆粒的表面比較粗糙，而不規則顆粒是呈現為絮狀。礦槽中 PM 2.5 的顆粒形態主要是非球形不規則顆粒和球型顆粒，粉末顆粒或不規則顆粒通常因原料破碎產生，也和燃煤電廠、燃油廠排放的 PM 2.5 在物理化學上有相似的特性。

3　結語

高爐出鐵場在除塵之后的 PM 2.5 粒數濃度在 10 ⁶ cm ^-3 范圍中，主要細顆粒物要小于 0.1μm；高爐礦槽在除塵之后的 PM 2.5 粒數濃度在10 ⁵ cm ^-3 范圍中，其細顆粒物小于 1μm。高爐礦槽和出鐵場除塵之后的PM 2.5 質量濃度都是單峰分布。在高爐煉鐵中 PM 2.5 的單體顆粒形態通常是不規則顆粒和球型顆粒。鋼鐵企業要對 PM 2.5 的排放情況有全面了解，從而做好降低排放的有效措施，降低煉鐵所造成的污染。

參考文獻：

[1] 范真真 , 趙亞麗 , 趙浩寧等 . 高爐煉鐵工藝細顆粒物 PM 2.5 排放特性分析 [J]. 環境科學 ,2014(09):3287-3292.

[2] 趙浩寧 . 黑色金屬冶煉 ( 鋼鐵 ) 行業細顆粒物 PM 2.5 排放特性及減排策略研究 [D]. 華北電力大學 ( 保定 ) 華北電力大學 ,2014.

[3] 梁興印 , 張玉鳳 , 趙大琛等 . 黑色金屬冶煉行業 PM 2.5 排放特性研究 [J]. 實驗技術與管理 ,2013(09):43-46.