李建萍，王存政

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

1 前言

《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》(簡(jiǎn)稱(chēng)POPs公約)已于2004年11月11日對(duì)我國(guó)正式生效，被稱(chēng)為“世紀(jì)之毒”的二噁英首批被列入其受控名單中。二噁英屬于非故意產(chǎn)生的POPs，不能通過(guò)禁產(chǎn)和禁用來(lái)達(dá)到控制污染的目的，且其來(lái)源極其廣泛，不同源排放的二噁英生成機(jī)制與排放狀況差異很大，故二噁英減排是《POPs公約》中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

我國(guó)履行《POPs公約》的行動(dòng) (即國(guó)家實(shí)施計(jì)劃)于2007年4月14日全面進(jìn)入實(shí)施階段，并將鋼鐵行業(yè) (燒結(jié)和電爐煉鋼)確立為我國(guó)二噁英減排優(yōu)先重點(diǎn)控制的行業(yè)之一。環(huán)保部等九部委于2010年10月19日聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)二噁英污染防治的指導(dǎo)意見(jiàn)》(環(huán)發(fā) ［2010］123號(hào))，就加強(qiáng)二噁英污染防治工作提出若干指導(dǎo)意見(jiàn)。

我國(guó)鋼鐵行業(yè)二噁英污染防治的研究剛剛起步，本文主要探討了燒結(jié)和電爐煉鋼工序二噁英的產(chǎn)生成因及污染防治措施。

2 二噁英的來(lái)源及危害

二噁英是多氯代二苯并二噁英 (PCDDs)和多氯代二苯并呋喃 (PCDFs)的總稱(chēng)，通常用“PCDD/Fs”表示。由于氯原子取代的位置和數(shù)量的不同，PCDD/Fs有200余種異構(gòu)體和同系物。

除科學(xué)研究外，人類(lèi)從來(lái)沒(méi)有有意生產(chǎn)或使用過(guò)二噁英類(lèi)，環(huán)境中的二噁英類(lèi)主要來(lái)源于人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)釋放的副產(chǎn)物。二噁英具有相當(dāng)?shù)亩拘?，?shí)驗(yàn)表明其毒性以半致死量 (LD50)表示，分別比氰化鉀和砒霜要毒約1000倍和900倍。二噁英在自然界中難于分解，且可通過(guò)母乳和動(dòng)植物吸收而直接侵害人體，有致癌、致畸、致突變作用，導(dǎo)致各類(lèi)癌癥并發(fā)。因此，二噁英作為“世紀(jì)之毒”被列入POPs公約中，公約要求最大限度地減少并在可行的情況下消除二噁英污染物。此外，越來(lái)越多的研究顯示，二噁英對(duì)人類(lèi)的遠(yuǎn)期危害遠(yuǎn)比我們目前掌握的情況嚴(yán)重［1，2］。

3 二噁英的產(chǎn)生成因［3～7］

研究表明，我國(guó)鋼鐵行業(yè)排放的二噁英主要集中在燒結(jié)和電爐煉鋼工序，其排放量分別約占整個(gè)行業(yè)排放總量的95%和2.5%。焦化、高爐噴入廢塑料和轉(zhuǎn)爐煉鋼也產(chǎn)生少量二噁英。

在燒結(jié)過(guò)程中，二噁英主要在燒結(jié)料層中生成，其生成途徑主要為“從頭合成”。大量研究表明，二噁英主要在燒結(jié)床干燥煅燒帶通過(guò)“從頭合成”生成，此外，在尾氣處理系統(tǒng)發(fā)生的“從頭合成”反應(yīng)也是燒結(jié)過(guò)程二噁英生成的一個(gè)重要機(jī)理。

電爐煉鋼過(guò)程中二噁英的生成途徑主要是“從頭合成”和“前軀體合成”。電爐冶煉用的廢鋼一般都含有油脂、油漆涂料、切削廢油等，廢鋼預(yù)熱及將此類(lèi)廢鋼裝入電爐都會(huì)產(chǎn)生含二噁英的煙氣。在電爐二次煙氣中，也含有一定量的二噁英。

4 我國(guó)鋼鐵行業(yè)二噁英排放現(xiàn)狀

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，2004年我國(guó)各類(lèi)二噁英排放量約10.2kg-TEQ，其中鋼鐵和其他金屬冶煉過(guò)程的排放量約4.7kg-TEQ，占總量的46%，可見(jiàn)我國(guó)鋼鐵和其他金屬生產(chǎn)行業(yè)已逐漸成為二噁英的主要排放源。鋼鐵行業(yè) (不含焦化)二噁英排放量約2.6kg-TEQ，燒結(jié)工序和電爐煉鋼工序二噁英排放量分別為1.5kg-TEQ和0.75kg-TEQ。

目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已針對(duì)鋼鐵行業(yè)制訂了十分嚴(yán)格的二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)，如歐盟燒結(jié)和電爐新污染源二噁英排放限值均為0.1ng-TEQ/m3，德國(guó)和韓國(guó)燒結(jié)二噁英排放限值分別為0.4ng-TEQ/m3和0.2ng-TEQ/m3，日本燒結(jié)和電爐新污染源二噁英排放限值分別為0.1ng-TEQ/m3和 0.5ng-TEQ/m3，BAT/BEP(推薦的燒結(jié)和電爐新污染源二噁英排放限值分別為 0.5ng-TEQ/m3和 0.2ng-TEQ/m3。

我國(guó)鋼鐵行業(yè)燒結(jié)和電爐煉鋼工序二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)于2012年10月1日起正式實(shí)施，其排放限值均為現(xiàn)有污染源1.0ng-TEQ/m3、新污染源0.5ng-TEQ/m3。山東省環(huán)保廳早于2008年已正式出臺(tái)了更為嚴(yán)格的鋼鐵工業(yè)二噁英排放地方標(biāo)準(zhǔn) (燒結(jié)和電爐煉鋼二噁英最高允許排放濃度分別為0.5ng-TEQ/m3和 0.2ng-TEQ/m3)。張傳秀等人［7］曾建議我國(guó)燒結(jié)和電爐新改擴(kuò)建項(xiàng)目排放標(biāo)準(zhǔn)限值采用 BAT/BEP推薦的0.5ng-TEQ/m3和0.2ng-TEQ/m3?？傮w而言，我國(guó)鋼鐵行業(yè)現(xiàn)行的二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)是較為寬松的。

5 鋼鐵行業(yè)二噁英減排技術(shù)

根據(jù)二噁英的性質(zhì)和生產(chǎn)機(jī)理，鋼鐵行業(yè)二噁英的減排應(yīng)遵循“以源頭控制和過(guò)程控制為主、輔以末端治理”的原則。

5.1 燒結(jié)工序二噁英的減排技術(shù)

(1)燒結(jié)原料的篩選及配料優(yōu)化技術(shù)

采用含氯元素低的原料是減少二噁英生成的有效途徑。除塵灰和軋鋼氧化鐵皮含有較高的氯元素，通過(guò)改變其摻用比例，可改變燒結(jié)混合原料中氯元素的含量。此外，經(jīng)處理后的碳鋼冷軋酸性廢水不宜作為濁循環(huán)的補(bǔ)充水回用于軋鋼沖氧化鐵皮或用于礦石料場(chǎng)灑水［7］。

銅對(duì)二噁英的生成具有強(qiáng)催化作用，應(yīng)優(yōu)先使用含銅量低的鐵礦石原料［7］。

(2)轉(zhuǎn)底爐處理含鐵塵泥技術(shù)

燒結(jié)生產(chǎn)原料中使用的氧化鐵皮、含鐵塵泥等往往含有較高的氯元素，將這些物料和結(jié)合劑按一定配比進(jìn)行潤(rùn)磨混合、造球，經(jīng)干燥后裝入轉(zhuǎn)底爐，利用爐內(nèi)約1300℃的高溫還原性氣氛和球團(tuán)中的碳進(jìn)行還原反應(yīng)，氧化鐵還原為金屬鐵，二噁英被高溫分解消除，可使二噁英排放量小于0.1ng-TEQ。

上述兩種技術(shù)屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)。

(3)煙氣再循環(huán)技術(shù)

燒結(jié)煙氣再循環(huán)技術(shù)是將燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的一部分熱煙氣再次引入燒結(jié)過(guò)程循環(huán)使用，余熱可用作預(yù)熱和生產(chǎn)蒸汽，通過(guò)廢氣循環(huán)利用可實(shí)現(xiàn)節(jié)能和與煙粉塵、NOx的協(xié)同減排。

目前，典型的燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝有EOS(E-mission Optimized Sintering)、LEEP(Low Emission＆ Energy optimized sinter Production)、Eposint(環(huán)保型工藝優(yōu)化燒結(jié)的縮寫(xiě))等［8］。

(4)高效除塵技術(shù)

鑒于在低溫條件下 (200℃以下)，二噁英絕大部分都以固態(tài)形式吸附在煙塵表面，且主要吸附在微細(xì)的顆粒上，因此，通過(guò)高效除塵技術(shù)，在除塵的同時(shí)將大部分二噁英截留在粉塵中，即協(xié)同減排技術(shù)。目前應(yīng)用于燒結(jié)煙氣的除塵技術(shù)主要為電除塵，袋式除塵技術(shù)在國(guó)外也有運(yùn)用，若在電除塵器后附加袋式除塵器，則可進(jìn)一步提高除塵效率。

(5)物理吸附技術(shù)

利用二噁英可被多孔物質(zhì) (如活性炭、焦炭、褐煤等)吸附的特性，對(duì)其進(jìn)行物理吸附，國(guó)外已廣泛采用。

通常將高效除塵技術(shù)與物理吸附技術(shù)聯(lián)合使用，可大幅度提高二噁英的去除效率。

5.2 電爐煉鋼工序二噁英的減排技術(shù)

(1)對(duì)廢鋼進(jìn)行預(yù)處理

廢鋼預(yù)處理技術(shù)是指通過(guò)在線監(jiān)測(cè)和人工揀選，對(duì)廢鋼進(jìn)行嚴(yán)格的分揀，最大限度地減少甚至杜絕含氯源物質(zhì) (如油脂、油漆涂料等)廢鋼入爐，從源頭上大幅度削減電爐煉鋼工序二噁英的生成。對(duì)于分揀出的含有機(jī)物廢鋼，須另行加工處理。

(2)新型電弧爐煉鋼工藝

日本開(kāi)發(fā)的環(huán)保型高效ECOARC(Ecological and Economical ArcFurnace)電弧爐本體由廢鋼熔化室和與熔化室直接連接的預(yù)熱豎爐組成 (可一起傾動(dòng))，后段設(shè)有熱分解燃燒室、直接噴霧冷卻室和除塵裝置。熱分解燃燒室可將包括二噁英在內(nèi)的有機(jī)廢氣全部分解并能夠滿足高溫區(qū)煙氣的滯留時(shí)間，噴霧冷卻室可將高溫?zé)煔饪焖俳禍胤乐苟f英的再合成。

張傳秀等人［9］的研究指出:不提倡新改擴(kuò)建Consteel電爐，不得采用電爐煙氣預(yù)熱廢鋼，不得將廢塑料、廢輪胎作為碳源用于電爐煉鋼，也可以從源頭減少二噁英的生成量。

上述技術(shù)屬于清潔生產(chǎn)技術(shù)。

(3)高效除塵技術(shù)

利用布袋除塵器 (尤其是使用高效的覆膜濾料)的高效過(guò)濾作用，在除塵的同時(shí)將大部分二噁英截留在粉塵中。

(4)物理吸附技術(shù)

同燒結(jié)工序二噁英的物理吸附技術(shù)。物理吸附技術(shù)與高效除塵技術(shù)聯(lián)合使用，則可大幅度提高二噁英的去除效率。

6 結(jié)語(yǔ)

二噁英的減排工作已成為我國(guó)“十二五”工作的重點(diǎn)之一，要求與當(dāng)前實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整緊密結(jié)合起來(lái)。為了切實(shí)落實(shí)二噁英的減排工作，在新、改、擴(kuò)建的燒結(jié)和電爐煉鋼項(xiàng)目時(shí)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)采用國(guó)際上最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和環(huán)保治理措施;同時(shí)，環(huán)保行政主管部門(mén)應(yīng)加大對(duì)鋼鐵企業(yè)二噁英排放的執(zhí)法力度和監(jiān)管力度。

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