（环境科学专业论文）显像管玻壳铅尘环境化学行为的研究.pdf

显像蕾玻亮铅尘环境t 掌行为的研究 a b s t r a c t l e a dd u s ti sam a i ne n v i r o n m e n t a l l yp o l l u t i o nr e s o u r c eo fl e a d b ys a m p l i n gt h e a t m o s p h e r i ca n ds o i ls a m p l e sa r o u n dt h eg l a s ss h e l lo fk i n e s c o p ef a c t o r yi ns h i j i a z h u a n g c i t y , w eh a v es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dt h em o v e m e n ta n dd i s p e r s i o nr u l e so fl e a dd u s tw h i c h w a sd i s c h a r g e df r o mt h a tf a c t o r y t h ee n v i r o n m e n t a lc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fl e a dd u s t w e r ef o u n d t h i sp r o v i d e si m p o r t a n tt h e o r yb a s i sa n dp r a c t i c a ld i r e c t i o nf o rc o n t r o l l i n gt h e l e a dd u s tp o l l u t i o nf r o mt h eg l a s ss h e l lo f k i n e s c o p ef a c t o r y c o n s i d e r i n gt h ee m i s s i o nr u l e so ft h el e a dd u s ta n dt h el o c a lw e a t h e ra n dl a n d f o r m c o n d i t i o n s ，t h i sp a p e rf i r s t l ys e l e c t e dg a u s sm o d e lt op r e d i c tt h ed i s p e r s i o nr u l e so fl e a d d u s ti nt h ea t m o s p h e r ei nv i r t u eo fe i a a ，a n dg e tt h ee q u a ll e a dc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o n c u r v e s ，f i n dt h es p o tw i t hm a x i m a lc o n c e n t r a t i o nl e a do nt h eg r o u n d b ys a m p l i n gs a m p l e s f r o ma t m o s p h e r ea n ds o i lr o u n dt h eg l a s ss h e l lo fk i n e s c o p ef a c t o r y , c o n c e n t r a t i o n so fl e a d i nt h es a m p l e sw e r ed e t e r m i n e db yf a a s e q u a ll e a dc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o nc u r v e s w e r ed r o w no nt h eb a s i so fd e t e r m i n e dr e s u l t s b yc o m p a r i n gt h ed e t e c t e dc o n c e n t r a t i o n d i s t r i b u t i o nc h i v e so f l e a dw i t ht h ep r e d i c t e dc u r v e s , s i m i l a rc h a n g i n gt r e n d sw e r es h o w e d d e t e c t e dc o n c e n t r a t i o n so fl e a di nt h es o i lw e r ee v a l u a t e db yt h es o i la c c u m u l a t i n gi n d e x w h i c hw a su s e dt oe v a l u a t et h eh e a v ym e t a lp o l l u t i o nd e g r e ei ns e d i m e n t s t h eo p t i m a l e x t r a c t i o nr e a g e n tw a ss e l e c t e do u tb ye x t r a c t i n gd i f f e r e n tf o r m so fl e a df r o mt h es o i l s a m p l e s ，t h e nt h ec o n t e n t so fd i f f e r e n tf o r m o fl e a dw e r ed e t e r m i n e d t h er u l e so f m o v e m e n ta n dd i s p e r s i o no fl e a di ns o i lw e r ev a l i d a t e db yl e a c h i n ge x p e r i m e n t si nw h i c h d i s t i l l e dw a t e ra n da c i d i cw a t e r ( o h 2 5 们w e r es e l e c t e da sl e a c h i n ga g e n t s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o n t e n t so fp b 2 + ，p b 4 + a n dt o t a ll e a di nt h e l e a dd u s tw e r e4 4 9 2 3 7 0 a n d4 8 6 2 r e s p e c t i v e l y t h ep b 4 + e x i s t e da sp b 0 2 w h i l e p b ”e x i s t e da sam i x t u r ec o n s i s t e do fp b o 、p b s i 0 3a n do fl i t t l ep b s 0 4 。h it 1 1 el e a dd u s t w a t e r - s o l u b l el e a da n da c i d s o l u b l el e a dw h i c hd od i r e c t l yh a r mt ot h ee n v i r o n m e n t a c c o u n t i n gr e s p e c t i v e l yf o ro 0 9 一0 11 a n d9 8 5 o ft o t a ll e a d w h e r e a st h es t e a d y f o r mo fl e a da c c o u n t i n gf o r1 4 o ft o t a ll e a di sh a r d l ys t r i p p e d i td or a r e l yh a r mt ot h e e n v i r o a m e n t g a u s sm o d e lc o u l ds u c c e s s f u l l yf o r e c a s tt h er u l e so fm o v e m e n ta n d d i s t r i b u t i o no fl e a dd u s ti nt h ea t m o s p h e r e t h em o r el e a do nt h es u r f a c es o i lr o u n dt h e f a c t o r ya p p e a r e di nt h el e e w a r do fl o c a ld o m i n a n tw i n dd i r e c t i o n ( s s e 、m i nt h es o i ll e a d m a i n l yc o n c e n t r a t e di nu p p e rl a y e ra n dw a ss h o r to ft h ea b i l i t yo fm o v i n gd o w nt ol o w e r l a y e r t h i sp h e n o m e n o nw a sr e l a t e dw i t ht h ec o n t e n t so ft h eo r g a n i cm a t t e ra n dt h eh u m i c i i 显儡霭玻两铅笛境1 掌行，1 j 0 s u b s t a n c e s ，t h em o r eh u m i cs u b s t a n c e sw e r e ，t h el o w e rm o v i n ga b i l i t yo fl e a dw a s i ns o i l t h er e s i d u ef o r mo f l e a dw a st h ed o m i n a n tf o r m ，t h e ni st h ef o r mc o m b i n e dw i t hc a r b o n a t e t h er e s u l t so fl e a c h i n ge x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ee x c h a n g e a b l ef o r mo fl e a dw a se a s yt o m o v ed o w n w a r da l o n gt h es o i lc o l u m n w h e nt h es o i lw a ss a t u r a t e db ya c i dr a i n ，t h e s e c o n d a r ys t e a d yl e a dw a sl e a c h e da n dm o v e dw i t ht h ep r e c i p i t a t i o n s o i lw i t h o u tl e a d p o l l u t i o ne v a l u a t e db yt h es o i la c c u m u l a t i n gi n d e xa c c o u n t e df o r2 4 4 a n dt h a to fs l i g h t a n dm e d i u ml e a dp o l l u t i o na c c o u n t e df o r7 5 6 t 1 1 i sr e s u l ts h o w e dt h a tl e a d d u s tf r o mt h e g l a s ss h e l lo f k i n e s c o p ef a c t o r yp o l l u t e dt h ea r o u n da i ra n ds o i l s o m em e a s u r e m e n t sw e r e p u tf o r w a r dt oi m p r o v ea n dc o n t r o lt h ep o l l u t i o no f s o i lb yl e s d k e y w o r d s ：西a s s s h e l lo f k i n e s c o p e ；l e a d d u s t ；a t m o s p h e r e ；s o i l ；m o v e m e n ta n dt r a n s f o r m ； f a a s i l l 显像管玻亮铅尘环境1 匕掌 亍为的研究 第一章绪论 根据环境污染物的类别划分，铅属于化学污染物中的重金属元素污染物。重金属 是具有潜在危害的重要污染物。重金属污染的威胁在于它不能被微生物分解，相反， 生物体可以富集重金属，并且能将某些重金属转化为毒性较强的金属有机化合物。 自从2 0 世纪5 0 年代在日本出现水俣病和骨痛病，并且查明这是由于汞污染和镉污染 所引起的“公害病”后，重金属的环境污染问题受到人们极大的关注。重金属污染一 般是指对生物有显著毒性的元素，如汞、镉、铅、锌、铜、钴、镍、锡、钡、锑等， 从毒性这一角度通常把砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。目前，最引起人们注 意的是汞、砷、镉、铅、铬等“1 。本课题主要针对显像管玻壳铅尘的特性进行研究， 本章主要研究铅的理化性质、来源及危害。 1 1 铅的理化性质瞳1 铅( p b ) 是一种银灰色质软的重金属，相对原子质量为2 0 7 1 9 ，相对密度为11 3 5 ， 熔点为3 2 7 4 c ，沸点为1 6 2 0 c ，在4 0 0 5 0 0 c 时可蒸发，形成气溶胶污染环境。 铅蒸气在空气中可迅速氧化成氧化亚铅( p b ：0 ) ，并凝集为烟尘。铅在空气中易形成一 层氢氧化铅薄膜，使铅不能进一步氧化。铅在水中可形成一层铅盐防止溶解。铅与稀 硫酸反应生成一层难溶的铅盐覆盖于表面可防止继续腐蚀。除乙酸铅、氯酸铅、亚硝 酸铅和氯化铅外，一般铅盐都难溶或不溶于水。 铅及其化合物的毒性与其分散度和溶解度有关。硫化铅难溶于水，毒性小。三氧 化二铅、氧化铅等较易溶于水，毒性较大。铅蒸气形成的烟，颗粒较小，化学性质活 泼，且易经呼吸道吸入，毒性较铅尘大。 1 。2 铅的毒理作用 铅不是生命必需的元素。铅对所有的生物均有毒。但由于铅在环境中的广泛存在， 人体各组织器官也含有微量的铅。铅是作用全身各个系统和器官的多亲和性毒物。 ( 1 ) 急性中毒 急性铅中毒较少见。当意外摄入大量铅时可发生急性中毒。如含铅餐具( 锡器盘、 铅壶、彩釉陶器、铅绘料涂里的玻璃器皿等) 将大量铅溶出进入食物时，食入后可引 起中毒。幼儿啃嚼含铅油漆的玩具和家具等也可产生中毒。服用过量的含铅药物如黑 显像蕾玻壳铅尘环胡 化掌行为的研究 锡氮等同样可引起中毒。铅对人的最小经口急性中毒剂量约为5 m g k g ，成人一次口 服醋酸铅 p b ( c h 。c o o ) ：3 h 。0 2 3 9 可致中毒，致死量约为5 0 9 。急性中毒时，贫血 主要症状之一；患者口内常有金属味、流涎、恶心、呕吐、便秘可腹泻，并有阵发性 腹绞痛；可见神经系统受损出现的中毒性脑病( 如狂躁、谵妄、视力减退以至失明、 失语、麻痹、幻觉、神志模糊一级剧烈头痛、喷射状呕吐、惊劂等脑水肿症状) ：肾 受损的中毒性肾病，可见近端肾小管功能异常，尿中出现氨基酸、葡萄糖等；肝损伤 可引起中毒性肝炎等。此外，个别患者可发生麻痹性肠梗阻，消化道出血等。 ( 2 ) 慢性中毒 国内般认为是空气中铅浓度在0 0 5 m g m 3 以上，有的认为在铅浓度0 0 8 m g m 3 空气中，长期接触可引起慢性铅中毒。国外资料报道，吸收铅量在l o 2 0 m g d ，经 过数周：或2 m g d ，经过数年，可致慢性中毒。 慢性铅中毒主要症状如下： a 、血液系统。铅能抑制血液中6 一氨基乙酰丙酸( 又称6 一氨基酮戎酸) 脱氢酶( 6 一a l a d ) 和血红素合成酶，使血红素合成受到障碍而出现贫血，面色苍白( 所谓“铅 容”) 、心悸、气短、疲劳、易激动以及轻度头痛症状，同时血象中网织红细胞与点 彩红细胞增多，血铅含量增高，般估计血铅上限值为0 4 0 5 m l l ，平均值为1 0 0 2 0 0 ug l 。 b 、神经系统。铅中毒早期常见神经衰弱综合症，表现为头昏、头痛、失眠、健 忘、易兴奋等，小儿可出现多动症。 c 消化系统。慢性铅中毒患者口内有金属味、食欲减退、便秘、腹隐痛。 d 其它。铅对肾脏有定损害。慢性铅中毒主要损害肾小管的功能。 ( 3 ) 生殖毒性与致畸作用 有资料报道，铅可引起小鼠和仓鼠的后代出现中枢神经系统和骨骼畸形。铅中毒 工人外周血淋巴细胞染色单体畸变率增加。调查发现铅作业女工中发生死胎、流产、 畸形及早产者较多。 ( 4 ) 致癌作用 ( 5 ) 环境铅污染引起铅中毒症状 环境铅污染引起的慢性中毒多在局部地区发生，职业接触低浓度铅一段时间，当 血铅达0 4 o 6 r a g l 时，就会出现贫血、头痛、头晕，疲乏、记忆力减退、失眠、 易被噩梦惊醒等症状，并常伴有消化不良、食欲不振、恶心、腹痛、大便秘结、齿龈 2 显像蕾玻亮铅尘环爿呲掌行为的研究 的边缘上有蓝色的铅线等。此外，对下一代儿童的智能发育也有影响”。 1 3 污染的来源 铅污染来源广泛，环境中铅的来源有两个：一种是自然来源，包括火山爆发、森 林火灾等自然现象释放到环境中的铅“1 。铅是构成地壳的元素之一，含量约为 1 3 m g k g 。铅在自然界分布很广，常以硫化铅及方铅矿形式存在，地壳中的平均丰度 为1 4 m g k g 。据估算，每年由岩石风化产生的铅约为5 6 万吨，由河流输往海洋11 万吨。全世界每年消耗铅量约为4 0 0 万吨，仅有1 4 回收利用，其余大部分以不同形 式污染环境。另一种是非自然来源，来自人类活动、工业和交通等方面铅的排放，包 括铅尘和铅烟两种形式。铅的人为排放是造成铅污染的主要原因。铅在城市街道灰尘 中的含量很高“，主要来自汽车废气和冶炼、制造以及使用铅制品的工矿企业，如 蓄电池、铸造合金、电缆包铅、油漆、颜料、农药、陶瓷、塑料、辐射防护林料等企 业。汽车使用的含铅汽油中常加入四乙基铅作用为防爆剂。在汽油燃烧中四乙基铅绝 大部分分解成为无机铅盐及铅的氧化物，随汽车尾气排出，成为最严重的铅污染源。 因此，世界各国都非常重视汽车废气排放对环境的污染问题。1 9 6 9 年日本东京，因 汽车尾气污染空气，引起居民慢性铅中毒，该事件发生后世界各国都十分重视环境铅 污染对人体健康的危害，不少国家已明令禁止或限制在汽油中加四乙基铅。未被收集 的铅尘飘落到土壤的表面，由于铅的浓度较高，会随雨水缓慢下渗，向包气带迁移， 对地下水构成威胁，且对农作物产生影响，最终影响人类的健康。 1 4 铅污染的危害 铅与其它污染物相比。在环境中的滞留时间较长，在土壤中因其溶解度小，被微 生物降解的自由度小，易在表土积累，在较长的时间内可被作物吸收，通过食物链进 入人体。儿童和胎儿对铅最敏感，受害最严重相。低浓度铅进入人体后将对人体的 正常细胞产生危害，铅通过血液干扰神经细胞的正常工作，在血液中破坏血红素的生 存和脑微血管的渗透性，特别是铅在大脑中蓄积将导致大脑发育迟缓，不健全，最终 影响人的智力；血铅水平高，还会导致体格生长落后，这将直接影响到21 世纪国民 的素质”1 。 1 5 显像管玻壳铅污染的现状 土壤中铅的积累同时对土壤生物活性及作物生长产生直接影响，因而引起了国内 显像管玻壳错尘环境化掌行为的研究 外学者的高度重视。世界上很多国家均很重视含铅粉尘和固废的管理和处理。如美国 法规规定：凡浸取液铅含量5 o m g l 的固废做为危险固废处理。我国g b j 4 7 3 “工 业废渣的处理”规定：含铅固废必须设具有防水、防渗措施的存放场所并禁止埋入地 下或排入地面水体。g b 5 0 8 6 - 8 5 “有色金属工业固体废物污染控制标准”规定：凡按 g b 5 0 8 6 8 5 “有色金属工业固体废物浸出毒性实验方法标准”之规定，浸取液铅含量 3 o m g l 的固废定为有害固废，其最终处置应确保不污染环境，并积极开发综合利 用的方法。铅玻璃熔制过程中产生铅尘粒径范围为0 1 0 6um ，其组成及毒性因 原料、燃料及工况的不同而稍有差别，含铅量多在5 0 ( 以p b o 计) 左右。一座年产3 0 0 万只黑白玻壳的企业，年产生含铅粉尘约5 0 0 吨。由于人们以前对此很少关注，对其 研究颇少，致使国内显像管玻壳厂用电除尘器收集下来的铅尘大多弃置堆存，因此急 待对其进行研究。 显像管玻壳铅尘的四价铅主要是以p b o 。形式存在，而大量的二价铅则是p b o ， p b s o 。p b s i o 。的混合物“。 1 6 研究目的及内容 1 6 1 研究目的 随着电视机、计算机行业的迅猛发展，显像管玻壳的产量迅速增加。据资料统 计：国内玻壳的产量5 0 0 0 余万只，且随着市场需求量的增加，玻壳产量的趋势还在 继续加大。显像管玻壳生产中，玻璃的熔炼会产生大量的铅尘，经分析，烟尘中5 0 是氧化铅和硅酸铅“”。虽然大部分厂家均使用电除尘器予以捕集，但由于除尘效率大 多在8 0 8 5 ，仍有部分铅尘经烟囱排放到大气中，对环境造成污染，目前，我国拥 有十几家显像管玻壳生产厂家，相对来说，显像管生产比较集中，污染范围小但程 度严重。飘落到空气中的铅尘，会随着降水下渗，向包气带迁移，对地下水构成威胁， 同时土壤中的铅会被作物吸收，迁移到人体，对人类的健康造成危害。国内外学者对 显像管玻壳铅尘的污染尚不够重视，研究还较少。本课题从铅尘的形态分析着手，研 究铅尘在空气中、土壤中的迁移转化规律，为环境保护和农业生态提供科学的依据。 本课题不仅具有理论基础，而且具有较高的应用价值。 1 6 2 研究内容 我们首先对石家庄市宝石电子集团有限公司进行了调研，在了解公司基本生产情 况和环境监测的基础上，采集了显像管玻壳生产过程中产生并捕集下来的铅尘，首先 4 显像蕾玻亮铅尘环境化掌行为的研究 对铅尘的组成进行分析；依据石家庄市的气象条件和宝石集团的燃烧炉的具体数据， 通过计算机模拟出铅尘在大气及土壤中分布的等浓度曲线图，根据模拟图选择确定取 样点，采集大气和土壤样品，进行实验室全铅含量测定，绘制铅分布的等浓度曲线图， 并与模拟图比较，结果是否一致：采用地积累指数定量评价沉积物中的重金属污染程 度的方法，对周围土壤的污染状况进行评价；根据土壤的理化性质，分析铅在土壤中 各土层的形态和全铅含量，研究其在不同土层的迁移转化规律：采用蒸馏水和模拟酸 雨进行淋溶实验，寻求铅的迁移规律；通过研究对企业的生产和农业的生态保护提出 合理化建议。 显像譬玻壳铅尘环境化掌行为的研究 第二章气象条件和污染特征 2 1 基本地形和气象条件 石家庄位于北纬3 7 。2 77 3 8 。4 7 ( 误差l ) ，东经1 1 3 。3 0 1 1 5 。2 0 ( 误 差1 ) 之间，东与衡水接壤，南与邢台毗连，西与山西为邻，北与保定为界。南北最长 处约1 4 8 0 1 8 公里，东西最宽处约1 7 5 3 8 3 公里，周边界长7 6 0 公里。辖区总面积1 5 8 4 8 平方公里。 石家庄市域跨太行山地和华北平原两大地貌单元。西部地处太行山中段，包括井 陉县、井陉矿区全部及平山、赞皇、行唐、灵寿、鹿泉、元氏六县( 市) 的山区部分， 面积约占全市总面积的5 0 。东部为滹沱河冲洪积平原，包括新乐、无极、深泽、辛 集、晋卅、藁城、高邑、赵县、栾城、正定、石家庄市区、郊区的全部及平山、赞皂、 行唐、灵寿、鹿泉、元氏六县( 市) 的平原部分。西部平山到石家庄市区坡度为1 1 4 0 0 1 1 2 0 0 ，石家庄到东部辛集坡度为l 1 2 0 0 1 1 4 0 0 。辖区内大地构造，属山西地台 和渤海凹陷之间的接壤地带，地势东低西高差距大，地貌复杂。西部太行山地，海拔 在1 0 0 0 米左右，山峦重叠，地势高耸，京广铁路以东为华北平原的一部分。地貌由 西向东依次排列为中山、低山、丘陵、盆地、平原。地处平山的最高山峰驼梁海拔 2 2 8 1 米，为河北省境内的第五峰，是石家庄的制高点。东部平原，按其成因属太行 山山前冲洪积平原，海拔一般在3 0 i 0 0 米，其中辛集市北庞村海拔2 8 米，为辖区内的 最低点。市区二环路内地势西北高，东南低，海拔高度西北角8 1 5 米，东南角6 4 3 米。 石家庄市地处中纬度欧亚大陆东缘，属于暖温带大陆性季风气候。太阳辐射的季 节性变化显著，地面的高低气压活动频繁，四季分明，寒暑悬殊，雨量集中，干湿期明显， 夏冬季长，春秋季短。春季长约5 5 天，夏季长约1 0 5 天，秋季长约6 0 天，冬季长约1 4 5 天。春季气候干燥，降水量少，常有5 、6 级偏北风或偏南风，4 月份气温回升快；夏季， 盛行南风，受海洋温湿气流影响，6 、7 、8 三个月降水占全年降水量的6 3 7 0 ：秋季， 受蒙古高压影响，晴朗少雨，温度适中，气候宜人，深秋多东北风，有寒潮天气发生；冬 季，受西伯利亚冷高压的影响，盛行西北风，气候寒冷干燥，天气晴朗少云，降水少。多 年平均风速l m s ，平均最大风速2 9 m s 。多年平均气温在1 3 摄氏度左右，一月份气 温最低，月平均气温0 6 摄氏度左右，七月份最高，平均气温2 6 摄氏度左右。 石家庄市总的气候特点为：年平均气温偏高，春温夏热秋凉冬冷，阿量分布不均， 6 显像蕾玻霓铅二匕环境1 l 掌行为觑 研冗 大部分地区接近常年，西部部分山区雨量偏多，出现洪涝灾窖，日照偏少，春季大风、扬 沙天气较多。 总降水量为4 0 1 i 7 5 2 0 毫米，时空分布不均。其中西部山区雨量为6 2 8 4 7 5 2 0 毫米；其它地区为4 0 1 i 5 9 5 9 毫米。冬季降雪量偏多，总雪量为1 0 o 1 9 2 毫米，其中，市区雪量为1 9 2 毫米。大雪给人们的交通带来许多不便，蔬菜价格上 扬，同时对小麦越冬起到保护作用，为春季返青提供了有利的水分条件。春季降水偏 少，季总雨量为i 1 o 4 1 7 毫米。夏季雨量分布不均，季雨量为1 4 5 2 5 1 6 4 毫米。 年总日照时数为1 9 1 6 4 2 5 7 1 2 小时，其中春夏日照充足，秋冬日照偏少。 2 2 污染源概况 石家庄宝石电子集团有限责任公司位于河北省石家庄市国家级高新技术产业开发 区。公司是全国5 2 0 家重点企业之一，河北省大型支柱性企业集团之一，一九八七年 至一九九六年一直被列为全国电子百强企业，2 0 0 0 年度以来均列入全国电子信息百强 企业。 公司以生产彩色显像管玻壳及其配套元器件为主，占地面积3 3 8 4 万平方米，建 筑面积2 3 万平方米，现拥有资产总额4 6 亿元，已形成现代化规模生产的格局。公司 分别从美国、日本、意大利引进的六条生产线相继投产，目前形成了年产1 0 0 0 万套彩 色玻壳、4 0 0 万只电子枪、7 8 0 0 吨高铅玻管、6 0 0 0 吨高效节能荧光灯玻管、1 2 0 0 0 万 只销钉、阳极帽的生产能力。这些产品的国内市场占有率达2 0 到5 0 。 公司现有锥炉和屏炉两座，相距1 0 0 米。现两炉体的基本数据见表1 。( 该数据 由当地环保局提供) 。 表1 玻壳厂生产状况参数 接骞 彩锥炉彩屏炉 生产状况、 进口出口进口出口 大气压( k p a ) 1 0 11 0 11 0 11 0 1 烟道面积( m 。) 2 0 1 12 o “2 0 1 12 0 1 1 烟气温度( ) 3 3 51 3 63 3 51 3 7 过剩空气系数 2 1 0 2 1 02 1 12 “ 烟气排放量( n m 3 h ) 2 6 9 0 22 7 7 3 74 6 0 2 14 6 3 4 3 铅尘浓度( m g m 3 ) 8 8 4 31 9 61 7 3 50 5 5 烟尘浓度( m g m 3 ) 2 0 9 5 2 94 7 65 5 除尘效率( ) 9 8 5 79 8 5 88 8 4 4 8 8 3 6 除铅尘效率( ) 9 9 7 89 9 7 79 6 8 3 9 6 8 7 显像蕾玻壳铅尘环境化掌行为的研究 第三章显像管玻壳铅尘的形态研究 研究显像管玻壳铅尘的环境化学行为，首先应掌握铅尘的组成及其溶解特性等化 学性质。由于人们对显像管玻壳的污染尚不够重视，对其研究较少，关于铅尘的组成、 结构、化学性质等的研究报道也较少。本课题组结合宝石集团显像管玻壳的生产特点， 对铅尘的毒性、水溶性、酸溶性、铅的存在形态、铅的提取方法及综合利用的可行性 进行了研究，为充分利用铅资源，实现铅尘无害化提供了依据。 3 1 显像管玻壳铅尘浸出毒性试验 我们对生产过程中用电除尘器收集的铅尘进行了浸出毒性试验。试验方法为国家 环保局“8 6 环监字第1 1 4 号”文颁布的工业固体废物有害特性试验与监测分析方 法，鉴定标准按g b 5 0 8 5 8 5 有色金属工业固体废物污染控制标准进行，结果见 表2 。 表2 含铅粉尘浸出毒性试验结果 3 2 粉尘铅形态研究 肪吼 雏 一。一。一 豁新 黻一曲一。一 一一 一一一一一一 一 一一 一一一一一m m 一 一一一一删一一一一 懿脱械蝴耥一一量t t t重量一 嘛i = 蜷蝴 一f一娜瑚m m m 一 显1 象蕾玻豪船尘环境化学行为的研究 铅尘中的总铅分为正二价铅和正四价铅。由分析结果可见，显像管玻壳铅尘的组 成较复杂，其各成分含量随工艺条件的的变化略有波动，但铅尘的主要成分是铅和硅。 3 2 2 铅尘水溶性实验 为了弄清铅的存在形态，对铅尘进行了水溶性试验。取一定量铅尘( 混合样品) ， 加入蒸馏水至固液比为1 ：4 0 ( 质量比) ，在一定搅拌强度下做溶解实验，测定溶液的p h 值，可溶物含量及成分，结果见表4 、表5 。 表4 铅尘水溶性实验结果 由表4 知道，铅尘中的水溶性物质的溶解度与温度有关，但温度大于7 3 。c 时，可溶 性物质在实验条件下可全部溶于水中，温度低时部分盐可能因溶解速度或饱和溶解度 的限制不能溶出，铅尘中水溶性物质最大量占粉尘量的1 9 6 6 。由表5 可知，水溶性 物质主要是钾、钠的硫酸盐、氯化物和硅酸盐；而铅是以微溶化合物形式存在。 3 2 。3 铅尘酸溶性实验 取一定量铅尘，分别用盐酸溶液、硝酸溶液、醋酸溶液在不同的温度下对水洗后 铅尘中的铅进行浸取实验。结果见表6 。 表6 铅尘在各种酸中的溶解效果( 测定三次均值) 盐酸水溶液( 1 ：2 )7 8 39 1 6 9 3 99 85 硝酸水溶液( 1 ：2 ) 9 66 9 349 7 5 9 8 0 醋酸水溶液( 1 ：2 )9 7 49 6 5 9 5 39 62 9 显像管玻亮铅尘环境化掌行为的研究 注l 、验条件：铅尘和酸的固液比为l ：3 0 ( 质量比) ，在搅拌下浸取1 5 h ； 2 、l ：2 表示配制溶液时浓酸试剂与水的体积比。 由表6 可见，h n 0 3 和h a c 在较低温度对二价铅均能较完全的浸出，同温度下h a c 浸 取率高于h n o 。的浸取率，这是因为粉尘中少量的p b s o , 难以被h n o ，溶出之故。而i - i c l 在 低温时由于生成的产物p b c i ：溶解度小，抑制了铅的溶出，导致铅的溶出率低。但当 温度高时，因p b c l 。溶解度迅速增大，不仅二价态铅得以全部溶出，而且由于酸性条 件下，四价铅可被c 1 一还原。因此，粉尘中两种价态的铅除p b s 0 4 之外均能被浸出。铅 尘中的酸溶铅占总铅含量的9 8 5 。 3 2 4 铅尘中铅的存在形态初探 粉尘中铅的形态直接决定了粉尘的有害程度，同时也决定着铅的浸取利用方法。 由于铅尘在铅玻璃熔制炉中产生的过程极其复杂，s i o ：、p b s i 0 3 、n a 。c o ，等近十种原料 在由焦炉煤气提供热源及一定吹风强度的情况下，于8 5 0 1 2 0 0 产生铅尘，因此， 铅尘必然有较复杂的组成，铅也不可能仅以某一种形态来存在。由酸浸取结果和分析 结果知二价铅含量为4 4 9 2 ，四价铅为3 7 0 ，总铅含量为4 8 6 2 。由酸溶性试验和 基本成分分析实验结果可以判断，铅尘中的四价铅是以p b o 。形态存在，它是由原料 p b s i o a 热分解产物p b o 高温氧化的结果。而大量的二价铅则是以p b o 、p b s i o 。和少量 p b s o ，的混合物的形态存在。p b o 是p b s i o 。热分解的产物，p b s o ，是焦炉煤气中h ：s 燃烧生 成s o ：后与p b o 结合氧化的结果，p b s i o 。则是在强吹风条件下被欧出的少量p b s i o 。原料。 正因为铅均是以微溶化合物的形态存在，因此能被水浸出的铅以毫克计。另外，从铅 尘的水浸出液的p h 为6 8 可知，铅尘中的钾、钠、钙、镁均不是以氧化物的形式存在， 而是以其硫酸盐和氯化物的形式存在。 3 3 铅尘中铅的提取方法 铅尘经水洗除去可溶盐后，用体积比为l ：2 的盐酸溶液，于9 0 + 2 。c 条件下浸取 5 0 r a i n 左右，待反应完全后进行热过滤。滤渣( 酸不溶物，主要是s i o , ) 洗涤后弃去， 滤液经冷却后析出固体p b c l ：。过滤分离出固体p b c i ：的母液和上述酸不溶物洗涤水在 母液蒸发器内浓缩去除杂质后，作为循环浸取液重新回到酸浸取槽。铅尘洗涤水循环 使用3 5 次后，加适量n a 。s o 滁铅，确保废水中铅含量达标排放。 盐酸浸铅、冷析p b c l 。法提铅工艺流程如图1 所示。 o 显_ l i l 蕾玻壳铅尘环境化掌行为的研究 图1 盐酸浸铅、冷折p b c l 。法提铅工艺流程 3 。4 提铅工艺条件的选择 3 4 1 水洗工艺及水洗液的处理 由铅尘的水溶性实验知道，铅尘中约含1 9 6 6 ( 质量分数) 的水溶性盐类。因此， 提取铅之前需对铅尘进行水洗。实验结果表明，当固液比为1 ：4 0 ( 质量比) ，在搅拌情 况下，于7 0 8 0 。c 浸泡2 0 3 0 m i n ，可溶盐能洗去9 5 1 0 0 。水洗液中铅含量为1 0 1 5 m g l ，超出排放标准。为此，对加入n a 2 s 0 4 处理此废水进行了实验，结果见表7 。 表7n a 。s 0 4 加入量与水洗液中p b “含量的关系 m g l 由表7 可见，n a z s 0 4 加入量为3 5 0 m g l 时能使水洗液中铅含量 i m g l ，可达标排放。 3 4 2 浸取用酸和浓度的选择 由表5 可见，在一定条件下，盐酸、硝酸和醋酸均能有效地浸取铅尘中的铅。为 了方便后序工艺除杂质和生成铅的化合物，同时考虑提铅工艺的经济性，选用盐酸作 浸取剂a 为了最大限度地浸出铅尘中的铅，我们对不同浓度的盐酸的浸取效果进行了 实验，结果见表8 。 表8 盐酸浓度对铅浸出率的影响 盐酸溶液的体积比l ：il ：21 ：3 1 ：4l ：5 铅浸出率 9 7 9 9 8 59 0 58 3 21 0 4 p b c l 2 纯度9 5 89 5 6 9 2 99 1 78 2 5 注1 浸取条件：浸取温度为8 0 9 0 ，浸取时间为1 5 h ，固液比为l ：3 0 ( 质量比) 2 体积比是指配酸时所用浓盐酸试剂的体积与水的体积之比。 要嘏l 亩丁匠器 。 一 一 一 h土l 一毕一 显像管玻壳铅尘环境化掌行为的研究 由表8 可见，当盐酸溶液的体积比小于1 ：4 时，铅的浸出率和p b c lz 纯度均明显 下降。综合考虑，选择体积比为1 ：2 的盐酸溶液作浸取剂。 3 4 3 浸取温度的选择 温度不仅影响浸取速度，也影响铅的浸取率。由表6 可见，只有当温度达到8 0 以上时，才能获得较高的铅浸出率。浸取温度选择在9 0 _ + 2 。c 。 3 4 4 浸取时间的选择 实验表明，当浸取时间1 1 - 4 5 m i n 时，浸取母液呈半透明状，铅的浸出率在9 5 以上， 析出的p b c l ：纯度为9 5 9 6 。因此，浸取时间选择为4 5 6 0 m i n 。 3 4 5 酸不溶物和杂质的处理 铅尘经热盐酸及循环母液浸取后，残余的酸不溶物为铅尘总量的7 0 7 5 。过 滤后进行热水洗，以除去酸不溶物表面沾附的酸浸母液和氯化铅，洗涤水进入母液。 实验表明，在固液比为l ：2 、水温为5 0 6 0 。c 条件下洗涤两次后，水洗涤液中的铅含 量1 5 6 m g l 。酸不溶物属一般固体废物，可直接弃去。从而实现了铅尘无害化处理。 酸浸取液析出p b c l ：后，铅尘中的酸溶性杂质进入母液，随着母液循环次数的增 加，杂质浓度增高，影响铅的浸取效果。为避免这种情况的发生，采用蒸发浓缩的方 法析出酸溶性杂质并除去，处理每克铅尘约产生0 0 8 9 酸溶性杂质。 3 5 综合利用的可行性 用盐酸提取得到的p b c l 。粗品经两次结晶，纯度可提高到9 9 o 以上，用其作为 p b o 的替代品生产铅铬黄颜料己获得成功，原料成本明显低于传统法，铅尘中的铅有 9 5 9 8 得到利用，工艺过程中不造成二次污染。铅铬黄颜料样品经检测，质量符合 g b 3 1 8 4 8 2 标准。 3 6 结论 ( 1 ) 通过铅尘中铅存在形态研究可以看出，铅尘中水溶性铅为4 3 0 5 2 0 m g k g ，占 铅尘中总铅含量的0 0 9 0 1 1 ；酸溶性铅占铅尘中总铅量的9 8 5 ；这两部分铅可 对环境构成直接危害，而有约1 4 的铅以稳定不溶物形式存在，一般条件下难以溶 出，对环境危害不大。 ( 2 ) 采用盐酸循环浸铅，冷析p b c l ：的方法，可使铅尘中9 5 9 8 的铅得到提取：用从 铅尘中提取的p b c lz 替代p b o 生产铅铬黄颜料，可明显降f 氐原料成本，且产品符合国家标准。 显像管玻亮铅尘环境化学行为的研究 第四章玻壳厂周围大气中铅含量的测定 本课题以石家庄市宝石集团显像管玻壳厂( 东厂) 产生的铅尘为研究对象( 其排污 情况和各项参数列于表1 中) 分析并选定了适合本地区特点的铅尘扩散模式，应用此 模式并根据多年来石家庄市的气象资料得出了预测浓度分布图，再结合当地实际情 况，画出采样网格，确定出采样点，采集大气和土壤样品。 石家庄市玻壳厂位于东郊开发区西侧，厂内设有两座冶炼炉，一为屏炉，一为锥 炉。铅尘的产生过程为s i o 。、p b s i 0 4 、n a c o 。等原料在热源加热情况下，温度达8 5 0 1 2 0 06 c ，在此条件下各种物质经过复杂反应而得，因参加反应的物质种类多，反应温 度高，所以，铅的存在形态多种多样，针对以上这些特点，本设计首先分析并选定铅 尘的理论扩散模式，然后确定采样点及深度，最后对全铅和有效铅含量分别予以测定， 并分析其存在形态，得出有关铅尘污染状况的结论。 4 1 理论浓度预测 4 1 1 供选择的几种扩散模式 4 1 1 1 高斯模拟形式 考虑源强为q ( m g s ) ，离地有效高度为h ( m ) 的连续源，假设冈速u ( m s ) 均匀，则 浓度c ( m g 订) 可由下式给出： = i ( 彤砸肛。 e e 毵，：) l 一：) + e 卜叱。：) 】 式中y 坐标指向为与烟流轴垂直的方向上，上轴y = o ，z 坐标为离地高度，地面 暂且假定平坦且均匀。参数a ，和盯：分别为y 及z 方向上浓度分布c 的标准差，式中 虽后一项的意义都是在大约1 0 分钟的时段内取平均的。扩散参数以下冈距离和稳定 度的函数的形式给出，这是在实验结果和理论相结合的基础上给出的。 由于a ，和g 。下冈距离的稳定的函数，故大多数已发表的变化曲线都是根据稳定 度的分类法得到的， 其中“草原计划”是最著名的扩散模式试验，通过该项试验获得了帕斯圭尔曲线， 后由吉福德修改成新的睦线形式，可用于求扩散参数。 实际上，应用较多的是关于g ，和盯：的乘幂形式的公式：o - ：瓤a ，仃：“一v 显像蕾玻亮铅尘环境化掌行为的研冀， 式中x 为下冈距离( m ) ，参数a ，b ，c ，d 由实测得出，无实测值时，可在由国家环 保局( 1 9 9 3 年) 发布的环境影响评价技术导则上查取，此公式是由史密斯 ( m e s m i t h ，1 9 6 8 ) 最先提出的。它根据布鲁克海的国立实验室观测资料，求出了数值， 使之成为现实有用的基础模式。 4 1 1 2 蒙特卡罗式 基于扩散运动具有某种随机或杂乱性质，人们建立了连续点源扩散的统计模式。 其中以蒙特卡罗( m o n t ec a r l o ) 模式最具代表性。该模式是通过跟踪示踪粒子，来研 究物质扩散特征，故能较好的反映扩散本身具有的随机性，而不需附加任何特殊的假 设。由于成千上万个粒子能够使用现代计算机算出，故某个时间后粒子分布的统计量 ( o y ) 也可以估算，这可能是计算非均匀、非定常冈和湍流场中扩散较有效的方法。 实际上，再计算机模式中，时间