氟化物排放分析及防治對(duì)策探討
——以包頭鋁業(yè)股份有限責(zé)任公司為例

(包頭市環(huán)境監(jiān)測站，包頭 014060)

氟化物排放分析及防治對(duì)策探討
——以包頭鋁業(yè)股份有限責(zé)任公司為例

李朝輝鄭瑜周呼德寧薇蘭秀娟

(包頭市環(huán)境監(jiān)測站，包頭 014060)

本論文通過對(duì)包頭鋁業(yè)股份有限責(zé)任公司排氟源的測試，分析研究有組織和天窗無組織排放氟化物貢獻(xiàn)率，并提出科學(xué)合理的污染防治措施。研究表明，電解車間天窗無組織排放所占的污染貢獻(xiàn)率較大，對(duì)周邊環(huán)境的污染影響嚴(yán)重，是造成周邊環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)的主要原因；提高煙氣的捕集效率，減少從天窗排放的無組織煙氣以達(dá)到控制環(huán)境污染的目的是一條比較實(shí)際、可行的措施。具體控制措施如下：第一，加強(qiáng)對(duì)電解鋁廠技術(shù)工人的技術(shù)教育和培訓(xùn)，提高工人的操作技能，嚴(yán)格生產(chǎn)管理，制定相應(yīng)的規(guī)章制度；第二，科學(xué)控制排煙量；第三，嘗試使用新的技術(shù)手段。

包鋁股份；排氟源；有組織排放；天窗無組織排放

1 前 言

氟化物是造成我國大氣污染的主要污染物之一。它的排放量雖然沒有二氧化硫那么多，但由于其對(duì)人體和植物的毒性要比二氧化硫高10～100倍(空氣中氟化物含量超過1mg/m3時(shí)，就會(huì)對(duì)人的眼睛、皮膚和呼吸器官產(chǎn)生直接危害；當(dāng)大氣中氟化物含量達(dá)45～90mg/m3時(shí)，植物的葉組織就會(huì)壞死，牲畜飲用含氟高的水和飼料，會(huì)引起慢性中毒)。尤其氟化物被植物吸收后能在體內(nèi)轉(zhuǎn)移和積累，并可通過食物鏈而進(jìn)入人和動(dòng)物體中，以致能引起人群和動(dòng)物的氟中毒。大量的氟化物進(jìn)入環(huán)境，不可避免的對(duì)周圍環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)引起污染，造成嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)及人體健康等生態(tài)系統(tǒng)的潛在危害。所以氟化物對(duì)區(qū)域植物、動(dòng)物、人體健康以及生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響早已為世界各國政府所重視。

我國早在《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理?xiàng)l例》中的規(guī)定：“建設(shè)產(chǎn)生污染的建設(shè)項(xiàng)目，必須遵守污染物排放的國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)；在實(shí)施重點(diǎn)污染物排放總量控制的區(qū)域內(nèi)，還必須符合重點(diǎn)污染物排放總量控制的要求?！迸c上述規(guī)定相對(duì)應(yīng)，在建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中一般均設(shè)置了總量控制內(nèi)容。

包頭市空氣氟化物污染是包頭市環(huán)境污染的重要問題，多年來，各級(jí)壞境管理部門高度重視并采取了多項(xiàng)治理措施對(duì)氟污染進(jìn)行控制，取得了顯著效果，污染程度明顯下降。但是基于包頭市長期以來的重型工業(yè)結(jié)構(gòu)，氟化物污染形勢不容忽視，仍需繼續(xù)加大監(jiān)管力度。本論文通過對(duì)包頭鋁業(yè)股份有限責(zé)任公司排氟源的測試，分析研究有組織和天窗無組織排放氟化物貢獻(xiàn)率，并提出科學(xué)合理的污染防治措施。

1.1企業(yè)概況

包頭鋁業(yè)股份有限責(zé)任公司(以下簡稱包鋁股份)的前身為包頭鋁廠，始建于1958年，屬于中國鋁業(yè)公司的直屬企業(yè)，是全國最大的鋁合金生產(chǎn)基地，已經(jīng)形成了產(chǎn)、學(xué)、研一體的鋁電解過程合金化這一邊緣科學(xué)的生產(chǎn)體系。根據(jù)中國鋁業(yè)公司總體戰(zhàn)略，提出了以建設(shè)中國最大的鋁合金基地為目標(biāo)，到“十一五”末，達(dá)到電解鋁總產(chǎn)能70×104t/a，其中鋁合金及加工能力50×104t/a。

1.2包鋁股份排氟源概括

通過對(duì)包鋁股份電解鋁的生產(chǎn)工藝調(diào)查，確定包鋁股份的排氟污染源有炭素公司、電解一公司、二公司、三公司、四公司及2009年新建成的節(jié)能技改工程(新一期工程)，生產(chǎn)能力由最初的3.5萬噸/年提高到39.5萬噸/年。

炭素公司排氟是由于在生產(chǎn)過程中需要用殘極炭塊返回生陽極系統(tǒng)利用，其中所含的氟在陽極焙燒過程中進(jìn)入焙燒爐煙氣中。因此陽極焙燒爐煙氣中含有一定量的氟化物，經(jīng)監(jiān)測表明年排氟量為2噸左右，與電解工藝上百噸的排氟量相比及其少量，可以忽略不計(jì)，故本論文研究不做考慮。

2 排氟源的監(jiān)測

根據(jù)包鋁股份污染源目前實(shí)際的運(yùn)行及排放情況，本論文對(duì)包鋁股份三公司及四公司電解車間所排放的氟化物分別進(jìn)行了有組織和無組織排放監(jiān)測。嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行監(jiān)測，并對(duì)監(jiān)測實(shí)行全程序質(zhì)量控制，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2.1電解三公司有組織排放監(jiān)測

(1)包鋁股份電解三公司現(xiàn)有222臺(tái)電解槽，平均分列于南北兩列車間，配備3套凈化系統(tǒng)，自東向西分別編號(hào)為1#、2#、3#凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)凈化74臺(tái)電解槽。1#凈化系統(tǒng)配備2臺(tái)風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量為393797m3/h，運(yùn)行1臺(tái)，備用1臺(tái)；2#、3#凈化系統(tǒng)各自配備3臺(tái)風(fēng)機(jī)，額定風(fēng)量均為476000m3/h，各運(yùn)行2臺(tái)，備用1臺(tái)；3套凈化系統(tǒng)的煙氣分別由3根70m的煙囪排放。包鋁股份電解三公司電解車間及凈化系統(tǒng)分布見示意圖1。

圖1 電解三公司電解車間及凈化系統(tǒng)分布示意圖

(2)2009年9月8-9日，對(duì)電解三公司3#凈化系統(tǒng)凈化后進(jìn)行了有組織污染源監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 電解三公司3#凈化系統(tǒng)凈化后有組織排放監(jiān)測結(jié)果

2.2電解三公司天窗無組織排放監(jiān)測

(1)由于電解三公司電解車間由兩棟南北排列的廠房組成，每棟廠房的天窗長度約為760m，共分為9段，在這樣長度的天窗內(nèi)均勻布設(shè)采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，首先需要大量的監(jiān)測儀器，要想實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，顯然是非常困難的，國內(nèi)大部分監(jiān)測站目前還不具備這樣的條件，而電解四公司同樣存在這樣的問題，針對(duì)這種情況，同時(shí)考慮到此次無組織監(jiān)測工作的重要性，結(jié)合監(jiān)測站目前的實(shí)際情況，考慮采用天窗分段監(jiān)測的方法解決這一問題。即分別選取整個(gè)電解車間兩側(cè)及中間共3段天窗分段抽測的方法進(jìn)行了天窗無組織排放監(jiān)測在一小段天窗內(nèi)均勻布設(shè)采樣點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，并用這一小段天窗的氟化物濃度，推算出整個(gè)車間天窗氟化物的排放濃度及排放量。監(jiān)測點(diǎn)位見示意圖2。

圖2 電解三公司電解車間天窗無組織排放監(jiān)測點(diǎn)位示意圖

(2)2009年9月8-9日，在對(duì)電解三公司進(jìn)行有組織排放監(jiān)測的同時(shí)，對(duì)電解三公司北側(cè)電解車間天窗進(jìn)行了無組織監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 電解三公司北側(cè)電解車間天窗無組織排放監(jiān)測結(jié)果

2.3電解四公司排氟源排放監(jiān)測

由于電解四公司的工藝和凈化系統(tǒng)、車間構(gòu)造與三公司完全相同，所以監(jiān)測方法和內(nèi)容也完全相同，監(jiān)測結(jié)果略。

3 包鋁股份排氟源監(jiān)測結(jié)果及貢獻(xiàn)率分析

首先，監(jiān)測結(jié)果表明：電解三公司氟化物有組織排放量為27.60噸/年，噸·鋁排氟量0.18kg/t·Al；天窗氟化物排放量為202.70噸/年，噸·鋁排氟量1.40kg/t·Al；電解三公司年氟化物排放總量為230.30噸，噸·鋁排氟量1.58kg/t·Al。天窗氟化物排放量占排放總量的88.01%。

其次，電解四公司氟化物有組織排放量為33.99噸/年，噸·鋁排氟量0.34kg/t·Al；天窗氟化物排放量為81.99噸/年，噸·鋁排氟量0.82kg/t·Al；電解四公司年氟化物排放總量為115.98噸，噸·鋁排氟量1.16kg/t·Al。天窗氟化物排放量占排放總量的70.69%。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)包鋁股份排氟源的監(jiān)測分析可以看出電解車間天窗無組織排放所占的污染貢獻(xiàn)率較大，對(duì)周邊環(huán)境的污染影響嚴(yán)重，是造成周邊環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)的主要原因，電解車間天窗排出的無組織煙氣，由于煙氣量大，有害物含量低，治理這部分電解車間天窗排出的無組織煙氣受到限制的因素很多，如車間的高度、天窗的大小、車間內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝條件等等諸多因素，所以治理成本很高，可操作性不強(qiáng)，一般不進(jìn)行處理，因此提高煙氣的捕集效率，減少從天窗排放的無組織煙氣以達(dá)到控制環(huán)境污染的目的是一條比較實(shí)際、可行的措施。具體控制措施如下：

第一，加強(qiáng)對(duì)電解鋁廠技術(shù)工人的技術(shù)教育和培訓(xùn)，提高電解鋁工人的操作技能，嚴(yán)格生產(chǎn)管理，制定相應(yīng)的規(guī)章制度，強(qiáng)化主人翁意識(shí)，爭取在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成如更換陽極塊、排除電解效應(yīng)、打殼、添加電解質(zhì)等操作過程，保證正常生產(chǎn)時(shí)電解槽蓋板必須按要求蓋好，這樣才能最大限度的減少無組織煙氣的排放。

第二，科學(xué)控制排煙量：電解槽煙氣的有組織排放是通過凈化系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)的，保證槽蓋板間縫隙處有微負(fù)壓而使煙氣不散至車間內(nèi)。排煙量大小關(guān)系到電解槽的集氣效率高低，增大排煙量有利于提高集氣效率，控制污染源的無組織排放.近年來某些大容量電解槽設(shè)計(jì)排煙量幾乎增加了20%，雖然排煙量的增加導(dǎo)致凈化系統(tǒng)處理煙氣量的增大，造成煙氣凈化系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用增加，但在某些情況下電解車間天窗污染物排放量也相應(yīng)減少了25%～30%。因此，必須合理選擇電解槽排煙量才能保證電解槽集氣效率和煙氣凈化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理。目前，大型預(yù)焙電解槽的噸鋁排煙量一般按120000 ～130000m3/h來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第三，嘗試使用新的技術(shù)手段：一種新的雙煙道排煙管網(wǎng)設(shè)計(jì)也在逐漸使用，由于電解槽在進(jìn)行出鋁，更換陽極等操作時(shí)須打開電解槽上部蓋板，或陽極效應(yīng)發(fā)生時(shí)，電解槽所散發(fā)的煙氣量大幅增加，在這些情況下需加電解槽排煙量，以控制煙氣無組織排放。一般的排煙管網(wǎng)的排煙量是在電解槽正常使用情況下設(shè)計(jì)、計(jì)算并定型的，由于壓力及管道的限制，無法大幅加大排煙量來控制煙氣排放。雙煙道排煙管網(wǎng)即在一套供正常使用的排煙管網(wǎng)之外增設(shè)一套連接有輔助鼓風(fēng)機(jī)的等徑排煙管網(wǎng)，將煙氣直接送入凈化系統(tǒng)前端，這種雙排煙管網(wǎng)可以在電解槽出鋁、更換陽極及發(fā)生陽極效應(yīng)時(shí)將電解槽排煙量加大一倍，保證電解槽的集氣效率。

[1]馮乃祥，鋁電解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]王捷.電解鋁生產(chǎn)工藝與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[3]邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[4]包頭鋁業(yè)股份有限公司135KA電解槽系列環(huán)境治理及置換產(chǎn)能技術(shù)改造工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書[R].

[5]包頭地區(qū)氟化物大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究專題報(bào)告之四-包頭地區(qū)大氣中的氟化物濃度及其擴(kuò)散規(guī)律的研究[R].

StudyonFluorideEmissionsandCountermeasuresBasedonBaotouAluminumCompanyLimitedLiabilityCompany

LI Zhaohui ZHENG Yu ZHOU Hude NING Wei LAN Xiujuan

(Baotou Environmental Monitoring Station，Baotou 014060)

This paper through the investigation of pollution sources on coated stock with coated areas，wind，atmospheric stability study on weather conditions，use of scientific prediction mode for aluminum stock fluoride emission prediction.Research shows that the electrolytic workshop skylight fugitive emission pollution contribution of greatly，the surrounding environment pollution is serious，the influence caused by the surrounding environment quality is the main reason for the overweight；Improve gas capture efficiency，reduce emissions from skylight without organization flue gas in order to achieve the purpose of controlling the environmental pollution is a more practical and feasible measures. The specific control measures are as follows：first，strengthen the electrolytic aluminium factory technical workers technical education and training，improve workers' skills，strict production management，formulate corresponding rules and regulations；Second，scientific control smoke quantity；Third，try to use the new technology.

Baotou Aluminum Shares；Row fluorine source；Organized emissions；Sunroof fugitive emissions

X21

A

1673-288X(2013)01-0044-03

李朝輝，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測與管理