陳振坤

(福建省環(huán)境保護設計院有限公司，福建 福州 350012)

1 再生鋁行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國再生鋁行業(yè)起步較晚，20世紀70年代后期才初具雛形，由于當時工業(yè)基礎薄弱，再生鋁存在產(chǎn)能規(guī)模小、分布較分散、環(huán)保設施落后等特征，經(jīng)過長期的發(fā)展，尤其是在《鋁行業(yè)規(guī)范條件》的引導下，再生鋁行業(yè)的產(chǎn)能規(guī)模不斷擴大，已在全國范圍內(nèi)形成明顯的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域。據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會再生金屬分會統(tǒng)計，我國再生鋁企業(yè)已經(jīng)由2008年的2000家左右下降到目前約200家，但是產(chǎn)能規(guī)模由250萬t/a增長到1200萬t/a，并形成了珠江三角地區(qū)、江浙滬地區(qū)及環(huán)渤海灣等生產(chǎn)基地[1]。

圖1 2018年我國再生鋁產(chǎn)能布局

2015年之前，福建省再生鋁企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較小，總產(chǎn)能規(guī)模僅每年十幾萬噸，隨著近幾年經(jīng)濟的高速發(fā)展，鋁材需求量明顯增加，福建省再生鋁發(fā)展迅速，產(chǎn)能規(guī)模已接近每年100萬噸。雖然再生鋁與原生鋁相比，污染程度相對較低，但是再生鋁行業(yè)的污染與其他行業(yè)相比仍然較大，尤其是涉及到二噁英等劇毒污染物的排放，環(huán)境污染已成為再生鋁行業(yè)發(fā)展的重要問題。研究在福建省不同地理條件下，再生鋁二噁英的影響預測情況，提出再生鋁行業(yè)在福建省內(nèi)的控制對策及減少二噁英產(chǎn)生量和排放量的措施，對于再生鋁行業(yè)的發(fā)展、保護“清新福建”具有重要意義。

2 再生鋁行業(yè)工藝及污染分析

2.1 現(xiàn)行再生鋁主要生產(chǎn)工藝

再生鋁生產(chǎn)工藝流程主要包括預處理、熔煉(裝爐、升溫熔化、攪拌扒渣)、精煉(取樣、成分調(diào)整、精煉除氣、扒渣、保溫靜置)、鋁渣回收處理以及鑄錠。具體見圖2。

(1)預處理。廢鋁預處理主要是去除廢鋁表面含有的油脂、油漆涂料、塑料、橡膠和其他金屬雜質(zhì)(主要為廢銅、廢鐵等)，預處理工藝主要有破碎篩分、磁選、風選、水洗、浮選、除漆、熱分解等，根據(jù)廢鋁原料含有的雜質(zhì)選擇合適的預處理工藝進行組合，從而最大效率地去除廢鋁中含有的雜質(zhì)。

圖2 再生鋁生產(chǎn)工藝流程

(2)熔煉爐。使用鏟車通過爐門將預處理后的廢鋁加入熔煉爐爐膛使其浸泡在鋁液中進行融化。熔煉過程需定期對爐內(nèi)鋁液進行攪拌，攪拌后的鋁液經(jīng)過靜置，還需將鋁液表面的金屬或非金屬氧化渣扒出，以達到凈化熔體、均勻鋁液化學成分、調(diào)節(jié)鋁液溫度的目的。

(3)精煉爐。鋁熔體扒完鋁渣后，得到純凈的鋁液，進入精煉爐，然后進行爐前快速分析，根據(jù)產(chǎn)品合金牌號的要求與分析結果調(diào)整成份，直至取樣分析成份合格為止。調(diào)質(zhì)后的鋁液通過管道送至精煉爐進行精煉，精煉的目的是為了進一步除去鋁熔體中的雜質(zhì)，在精煉階段需要加入添加劑，并通入氮氣以避免爐料再次氧化。當熔體經(jīng)過精煉處理，并扒出表面浮渣后，靜置，待溫度合適時，即可準備鑄造。

(4)鋁渣回收處理。熔化工序和精煉工序扒出的鋁渣(含鋁率約為40%～50%)送至鋁渣回收處理系統(tǒng)進一步處理回收金屬鋁。

(5)鑄錠。打開精煉爐側邊底部的放液口，將鋁合金液放入連續(xù)鑄錠機內(nèi)進行鑄錠。

2.2 再生鋁行業(yè)污染物分析

再生鋁行業(yè)的主要污染物包括廢氣、固廢、廢水，對環(huán)境影響最大的是廢氣。從生產(chǎn)工藝來看，產(chǎn)生廢氣的主要工序是預處理、熔煉精煉、鋁渣回收處理。預處理產(chǎn)生的廢氣主要是顆粒物。熔煉精煉廢氣包括：①顆粒狀污染物，主要成分是金屬氧化物和非金屬氧化物，如Al2O3、SiO2、Fe2O3、CuO、MgO等；②氣體污染物，主要是二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、氟化物和二噁英等。鋁灰渣回收處理廢氣主要是顆粒物、氯化氫及氟化物。

熔煉廢氣中的二噁英屬于劇毒物質(zhì)，對環(huán)境的污染較大。再生有色金屬生產(chǎn)屬于我國二噁英優(yōu)先控制的主要行業(yè)之一，加強再生鋁行業(yè)二噁英污染物的影響預測及控制措施研究，對于福建省內(nèi)再生鋁行業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

3 福建省不同地形再生鋁二噁英影響預測情況

3.1 福建省地理類型

福建地形以山地丘陵為主，由西、中兩列大山帶構成福建地形的骨架。兩列大山帶均呈東北—西南走向，與海岸平行。福建省內(nèi)峰嶺聳峙，丘陵連綿，河谷、盆地穿插其間，山地、丘陵占全省總面積的80%以上，素有“八山一水一分田”之稱。地勢總體上西北高東南低，橫斷面略呈馬鞍形。因受新華夏構造的控制，在西部和中部形成北(北)東向斜貫全省的閩西大山帶和閩中大山帶。兩大山帶之間為互不貫通的河谷、盆地，東部沿海為丘陵、臺地和濱海平原。

在沿海地區(qū)，最近的地質(zhì)歷史時期曾發(fā)生過多次海侵、海退，形成多級不同高度的海濱階地、海蝕平臺。原先的古海灣，由于河海的交互堆積，形成沖積、海積平原。平原占全省總面積的10%左右，省內(nèi)較大的平原主要包括福州平原、莆田平原、泉州平原、漳州平原。

3.2 對不同地理類型二噁英影響的預測

福建省地形主要分為山地、丘陵、平原三類，因此，本次主要選取位于不同地形的3家再生鋁企業(yè)(見表1)，分析二噁英在不同地形下的影響。

上述3家再生鋁企業(yè)所在區(qū)域的地形高程見圖3～圖5。

表1 再生鋁企業(yè)的相關資料

圖3 A廠所在區(qū)域等高線示意圖

圖4 B廠所在區(qū)域等高線示意圖

圖5 C廠所在區(qū)域等高線示意圖

為了使預測結果更具有可比性，二噁英的排放濃度按《再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》(GB31574-2015)中的排放標準0.5ngTEQ/m3考慮，其余參數(shù)均從原環(huán)評報告書選取，具體見表2。根據(jù)《環(huán)境影響評價技術導則 大氣環(huán)境》(HJ2.2-2018)推薦的AERMOD模式進行預測，二噁英預測結果見圖6～圖8和表3。

圖6 A廠二噁英年均網(wǎng)格濃度分布圖

圖7 B廠二噁英年均網(wǎng)格濃度分布圖

圖8 C廠二噁英年均網(wǎng)格濃度分布圖

表2 二噁英排放源清單

從表3可以看出，3家企業(yè)的二噁英最大落地濃度貢獻值為0.0482～0.0744pgTEQ/m3，占標率為8.04%～12.40%，均能達到日本環(huán)境質(zhì)量標準要求；其中占標率>5%的面積為3.462～6.9hm2。

表3 不同地形二噁英的影響預測結果

3.3 福建省再生鋁行業(yè)區(qū)域控制

從二噁英的影響預測結果可以看出，不同地形條件下的影響從小到大排序為：平原<丘陵<山地。二噁英在平原地形條件下對周邊環(huán)境的影響最小，主要是由于平原地形開闊，大氣擴散條件較好。二噁英屬于一類劇毒物質(zhì)，其毒性相當于人們熟知的劇毒物質(zhì)氰化物的130倍、砒霜的900倍[2]。大量的動物實驗表明，很低濃度的二噁英就對動物表現(xiàn)出致死效應。因此，福建省再生鋁企業(yè)應盡量布設在平原地區(qū)，即福州平原、莆田平原、泉州平原、漳州平原。同時，再生鋁企業(yè)應采取嚴格的二噁英污染控制措施，減少二噁英的產(chǎn)生量及排放量。

4 減少二噁英污染的控制措施

4.1 二噁英的生成機理

二噁英主要來源于原料中廢有機物的不完全燃燒，尤其是含氯有機廢物的燃燒。再生鋁熔煉過程中二噁英的主要產(chǎn)生機制有三種[3]：①原物料中含有未完全破壞的PCDD/Fs；②在“熔爐”形成，例如經(jīng)由化學釋放前驅(qū)物所形成；③“從頭合成(De Novo)”，反應經(jīng)由碳及無機氯在低溫再合成。

4.2 二噁英的污染防治措施

根據(jù)《重點行業(yè)二噁英污染防治技術政策》，再生鋁的二噁英污染防治應遵循全過程控制的原則，加強源頭削減和過程控制，積極推進污染物協(xié)同減排與專項治理技術相結合的技術措施，嚴格執(zhí)行二噁英污染排放限值要求，減少二噁英的產(chǎn)生和排放。具體見表4。

表4 再生鋁二噁英污染防治的最佳可行技術

5 結論

福建的地形特點是“依山傍?！?，九成陸地面積為山地丘陵，被稱為“八山一水一分田”。而根據(jù)二噁英的影響預測結果，二噁英對周邊環(huán)境的影響程度依次為：平原<丘陵<山地，因此，福建省內(nèi)再生鋁企業(yè)應盡量布設在平原地區(qū)。為了減小二噁英對周邊環(huán)境的影響，針對再生鋁行業(yè)二噁英的產(chǎn)生機制，再生鋁企業(yè)應進行全過程控制，從源頭削減、過程控制及末端治理三方面考慮，提出再生鋁行業(yè)二噁英污染防治的最佳可行技術，減少二噁英的產(chǎn)生量及排放量。