劉燕軍

（河北邢臺(tái)德龍鋼鐵有限公司 , 河北 邢臺(tái) 054009）

摘　要：在我國(guó)加快城市化和工業(yè)化的進(jìn)程中，因?yàn)?VOC 8 、NO X 、SO X 、汽車尾氣、工業(yè)粉塵、工業(yè)煙塵等大氣污染物的大量排放造成 PM 2.5 的污染問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重。本文通過(guò) ELPI（靜電低壓撞擊器）分析高爐煉鐵工藝中細(xì)顆粒物 PM 2.5 的質(zhì)量濃度和粒徑等排放特性。分析結(jié)果表明，礦槽除塵之后 PM 2.5 的粒數(shù)濃度大概在 10 ⁵ cm ^-3 左右，其顆粒物的主要粒徑低于 1μm，質(zhì)量濃度的分布是單峰；而出鐵場(chǎng)進(jìn)行除塵之后 PM 2.5 的粒數(shù)濃度大概在 10 ⁶ cm ^-3 左右，其顆粒物的粒徑比 0.1μm 要小。

關(guān)鍵詞：高爐煉鐵；細(xì)顆粒物；排放特性 PM 2.5

0　引言

細(xì)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(fù)雜的化學(xué)成分，不但會(huì)使大氣可見(jiàn)度降低，也會(huì)危害人體健康。近幾年，細(xì)顆粒物的污染更加嚴(yán)重，受到社會(huì)廣泛關(guān)注。為了保護(hù)環(huán)境，不少國(guó)家多在大氣環(huán)境的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中明確要求了 PM 2.5 的排放問(wèn)題。鋼鐵冶煉是大氣污染的一個(gè)大戶，其中主要的廢氣排放就是 PM 2.5 顆粒物，應(yīng)該對(duì)其排放特性進(jìn)行研究，從而做好減排工作。

1　研究材料和設(shè)備

本文選擇的采樣點(diǎn)是 1000m³ 高爐生產(chǎn)工藝中，細(xì)顆粒物 PM 2.5 的排放特性。采樣位置是高爐出鐵場(chǎng)除塵之后和礦槽除塵之后，采用的廢氣治理技術(shù)主要是布袋除塵。

在研究 PM 2.5 排放中分析內(nèi)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(fā)射光譜儀和雙道氰化物發(fā)生電子熒光光度計(jì)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(xiàn)場(chǎng)采集樣品中，利用聚氨碳酸酯濾膜、Tefon 膜、石英膜分別實(shí)施等速采樣^[1] 。利用荷電低壓顆粒物撞擊器對(duì)各個(gè)污染點(diǎn)源的細(xì)顆粒物 PM 2.5 濃度、粒徑分別實(shí)施在線監(jiān)測(cè)。　　

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(méi)，超聲提取三十分鐘，利用微孔濾膜對(duì)提取液實(shí)施過(guò)濾。之后重復(fù)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(jìn)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(yīng)設(shè)備里，與壓控、溫控傳感器相連，對(duì)微波消解程序進(jìn)行設(shè)置，試驗(yàn)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(lái)，把里面的溶解倒進(jìn)燒杯中。電熱板上實(shí)施低溫趕酸之后，將其轉(zhuǎn)移到容量瓶中，用蒸餾水對(duì)器皿進(jìn)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(guò)掃描電鏡對(duì)顆粒物的形貌進(jìn)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(jìn)高純的去離子水 5ml，把濾膜完全淹沒(méi)，實(shí)施 30 分鐘的超聲提取，用 0.25μm 的微孔濾膜對(duì)提取液實(shí)施過(guò)濾。重復(fù)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(duì)陽(yáng)離子進(jìn)行分析的是 CS17 分析柱，CSRS 的抑制器；對(duì)陰離子進(jìn)行分析的是 AS11-HC 分析柱，ASRS 抑制器^[2] 。

2　高爐煉鐵工藝細(xì)顆粒物 PM 2.5 排放特性

2.1　PM 2.5 的粒徑和濃度

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

高爐礦槽在除塵之后 PM 2.5 的粒數(shù)濃大概在 10 ⁵ cm ^-3 范圍之內(nèi)，其PM 2.5 粒數(shù)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(xì)顆粒物濃度相對(duì)而言也比較大^[3] 。因此，高爐礦槽在除塵之后 PM 2.5 粒數(shù)濃度大小由小于 1μm 的細(xì)顆粒物濃度所決定，產(chǎn)生高爐礦槽粉塵的環(huán)節(jié)主要是高爐原料的轉(zhuǎn)運(yùn)加料與渣溝，包括熟礦原料、原始原料的投料和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的揚(yáng)塵。

2.2　PM 2.5 細(xì)顆粒物的化學(xué)組成

在高爐礦槽和出鐵場(chǎng)進(jìn)行除塵之后，對(duì) PM 2.5 的化學(xué)組成進(jìn)行分析，主要包括水溶性離子（Ca ²⁺ 、Mg ²⁺ 、Na ⁺ 、K ⁺ 等陽(yáng)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(chǎng)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?yàn)楦郀t煉鐵中燃料煤種有較高的含硫量。PM 2.5 細(xì)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(jù)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(diǎn)位顆粒物的微觀形態(tài)，發(fā)現(xiàn)排放的顆粒物主要包括粉末狀、不規(guī)則塊狀、凝聚態(tài)顆粒和球狀顆粒等顆粒構(gòu)型。出鐵場(chǎng)中PM 2.5 的顆粒形態(tài)通常是不規(guī)則顆粒和球型顆粒，球型顆粒的表面比較粗糙，而不規(guī)則顆粒是呈現(xiàn)為絮狀。礦槽中 PM 2.5 的顆粒形態(tài)主要是非球形不規(guī)則顆粒和球型顆粒，粉末顆粒或不規(guī)則顆粒通常因原料破碎產(chǎn)生，也和燃煤電廠、燃油廠排放的 PM 2.5 在物理化學(xué)上有相似的特性。

3　結(jié)語(yǔ)

高爐出鐵場(chǎng)在除塵之后的 PM 2.5 粒數(shù)濃度在 10 ⁶ cm ^-3 范圍中，主要細(xì)顆粒物要小于 0.1μm；高爐礦槽在除塵之后的 PM 2.5 粒數(shù)濃度在10 ⁵ cm ^-3 范圍中，其細(xì)顆粒物小于 1μm。高爐礦槽和出鐵場(chǎng)除塵之后的PM 2.5 質(zhì)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(tài)通常是不規(guī)則顆粒和球型顆粒。鋼鐵企業(yè)要對(duì) 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(xiàn)：

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

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