簡述高爐煉鐵工藝細顆粒物PM2.5排放特性

劉燕軍

摘 要：在我國加快城市化和工業(yè)化的進程中，因為VOC8、NOX、SOX、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PM2.5的污染問題越發(fā)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PM2.5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PM2.5的粒數(shù)濃度大概在105cm-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；而出鐵場進行除塵之后PM2.5的粒數(shù)濃度大概在106cm-3左右，其顆粒物的粒徑比0.1μm要小。

關(guān)鍵詞：高爐煉鐵；細顆粒物；排放特性 PM2.5

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.018

0 引言

細顆粒物PM2.5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(guān)注。為了保護環(huán)境，不少國家多在大氣環(huán)境的質(zhì)量標準中明確要求了PM2.5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PM2.5顆粒物，應(yīng)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(shè)備

本文選擇的采樣點是1000m?高爐生產(chǎn)工藝中，細顆粒物PM2.5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(shù)主要是布袋除塵。

在研究PM2.5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PM2.5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PM2.5濃度、粒徑分別實施在線監(jiān)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(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，對微波消解程序進行設(shè)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(zhuǎn)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(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PM2.5排放特性

2.1 PM2.5的粒徑和濃度

通過荷電低壓顆粒物撞擊器的分析發(fā)現(xiàn)，高爐出鐵場在除塵之后，PM2.5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，其出鐵場在除塵之后的PM2.5粒數(shù)濃度大概在106cm-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，出鐵場向外排放的大部分是小于0.1μm的細顆粒物PM2.5。

高爐礦槽在除塵之后PM2.5的粒數(shù)濃大概在105cm-3范圍之內(nèi)，其PM2.5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PM2.5粒數(shù)濃度大小由小于1μm的細顆粒物濃度所決定，產(chǎn)生高爐礦槽粉塵的環(huán)節(jié)主要是高爐原料的轉(zhuǎn)運加料與渣溝，包括熟礦原料、原始原料的投料和轉(zhuǎn)運過程中出現(xiàn)的揚塵。

2.2 PM2.5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PM2.5的化學組成進行分析，主要包括水溶性離子（Ca2+、Mg2+、Na+、K+等陽離子和Br-、SO42-、NO3-、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PM2.5水溶性離子的濃度高低基本上是一致的，NH4+

2.3 分析PM2.5單體的顆粒形貌

分析高爐各點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。出鐵場中PM2.5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PM2.5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?；虿灰?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PM2.5在物理化學上有相似的特性。

3 結(jié)語

高爐出鐵場在除塵之后的PM2.5粒數(shù)濃度在106cm-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PM2.5粒數(shù)濃度在105cm-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PM2.5質(zhì)量濃度都是單峰分布。在高爐煉鐵中PM2.5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PM2.5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PM2.5排放特性分析[J].環(huán)境科學，2014（09）：3287-3292.

[2]趙浩寧.黑色金屬冶煉（鋼鐵）行業(yè)細顆粒物PM2.5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(yè)PM2.5排放特性研究[J].實驗技術(shù)與管理，2013（09）：43-46.