（环境工程专业论文）电解铝厂周边氟化物污染特征研究.pdf

原创性声明 本人卢明：所甲交的学位论文魁本人在导师的指导卜进行的研究l ：f 1 ；及墩得的研究成 果。除本文已经注明引川的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成- 果，也 不包含为获得凼苤直太堂及其他教育机构的。依或证l0 而使川过的材料。与我同i ：作的同 忠对本研究所做的任何贡献均已在论文中竹了明确的说明j 1 表示谢意。 学位论文作者签名：二嗡指导教师签名： 日 期：超! 堡：石 日 j 纠： 邋榭 奎也：口暑一暑苗oo一苕o_晨h tijn口一gj一时is釜2芑。一q 。暑器jb o暑葛甚。l。疆uod口。召jlo盆 - o 2joo匣 n “s 一皿 田鬻餐繇垛球蜒奸”凶章裂篷l廿争避冒垛 n c 田 一一匿囤 卑_z嚣睁廿剞 仪袋迥扑书匿扑k但撩饺 内蒙古大学硕上学位论文 3 3 研究区域低空气象特征 引用内蒙气候中心1 9 9 6 年6 月3 0 日7 月15 日对某电解铝厂所处地区大气边界 层探测结果。 ( 1 ) 低空风场特征 观测期间，地面以e 风为主，频率为3 8 ，静风其次，为2 5 ，风向随高度变化不 大，5 0 1 0 0 0 m 多集中于e 和e s e ，2 0 0 m 以下多为e 凤，2 0 0 3 0 0 m 风向逐渐南偏， 3 0 0 m 以上主导风为e s e 风。低空各高度以e 风风速最大，其次为e s e 、n e 风，各层 风速随高度增加而增大，1 0 0 m 以下在2 7 4 7 m s ，1 5 0 m 以上平均大于5 m s ，小风频 率以地面最高，随高度增加逐渐降低。 ( 2 ) 风速廓线规律 某电解铝厂所处地区不同稳定度下的风速廓线指数见表3 6 。风速廓线拟合公式见 下式： “2=甜l ( 三l ) p z 1 式中：u l 、u 2 一分别为距地面z l 和z 2 高度处的平均风速；p 为风速廓线指数。样本 相关系数均在0 9 以上。 表3 6某电解铝厂所处地区低空风速廓线指数拟合结果 t a b l e3 6 f i t t i n go u t c o m eo fw i n ds p e e di nl o wa l t i t u d ea tt h ea r e at h ee l e c t r o l y s i sa l u m i n u mf a c t o r yl o c a t e d ( 3 ) 大气混合层高度 观测期间得出混合层高度随时问变化和不同稳定度下的混合层高度，分别见表3 7 和3 8 。 内蒙古大学硕士学位论文 表3 7 混合层高度随时间变化表 t a b l e3 7d i f f e r e n ta l t i t u d e so fm i x i n gl a y e ra td i f f e r e n tt i m e 时间( 时) 0 80 9 10 1 1 1 41 5 172 0 高度( 米) 1 6 01 8 03 5 0 5 2 05 9 0 9 3 03 7 62 6 1 表3 8 不同稳定度下的混合层高度 t a b l e3 8d i f f e r e n ta l t i t u d e so f m i x i n gl a y e ri nd i f f e r e n ts t a b i l i t y 稳定度 bc def 高度( 米) 7 6 05 7 4 4 4 32 0 3 5 8 ( 4 ) 扩散参数 评价区近地层和低空的大气扩散参数见表3 9 。 表3 9平衡球扩散参数表 t a b l e3 9 s p h e r es p r e a db a n l a n c ep a r a m e t e r s 稳定度望l l 一 丝囱 q y q y b0 8 0 7 50 7 9 9 1 0 6 3 3 70 8 2 0 1 c 1 0 7 0 60 7 0 6 1 0 5 9 2 10 7 8 3 8 d 0 9 2 0 80 7 0 7 6 0 4 1 7 50 7 7 8 4 e1 1 7 0 7 0 6 1 8 90 5 5 4 3 0 6 4 7 7 f0 0 9 7 0 8 3 20 0 2 9 0 8 4 6 通过对某市市区和某电解铝厂所处地区的污染气象条件的分析，可以看出：某市市 区和某电解铝厂地区的气象扩散条件并不完全相同，某市市区全年盛行n n w 风，其次 是n 风，n w 风和s e 风的频率也较高，从各季来看，春、冬二季的主导风向均为n n w 风，秋季n 风为主导风向，夏季则以s e 风出现最多。 而某电解铝厂所处地区全年地面风向以静风出现最多，主导风向为e 风；其次为w 风，春季( 4 月) w 风出现最多，w s w 次之，夏季( 7 月) 主导风向为e 风，次多风 为e n e 风，秋季( 1 0 月) 主导风向为w 风，冬季( 1 月) 静风出现频率最高，其次为 w 风。 2 l 3 4 地区 定， 内蒙古大学硕士学位论文 第四章厂区污染源排放特征及环境质量监测结果分析 4 1 污染源排放特征 4 1 1 电解三公司有组织排放监测 某电解铝厂电解三公司现有2 2 2 台电解槽，平均分列于南北两列车间，配备3 套净 化系统，自东向西分别编号为1 撑、2 舟、3 撑净化系统，每套净化系统净化7 4 台电解槽。 1 撑净化系统配备2 台风机，额定风量为3 9 3 7 9 7 m 3 h ，运行1 台，备用1 台；2 撑、3 群净化 系统各自配备3 台风机，额定风量均为4 7 6 0 0 0 m 3 h ，各运行2 台，备用1 台；3 套净化 系统的烟气分别由3 根7 0 m 的烟囱排放。某电解铝厂电解三公司电解车间及净化系统 分布见。图4 1 。 图4 1 电解三公司电解车间及净化系统分布示意图 f i g 一41 d i s t r i b u t i o no f e l e c t r o l y s i sw o r k s h o p sa n dp u r i f i c a t i o ns y s t e mo f n o 3e l e c t r o l y s i sc o m p l y 内蒙古大学硕士学位论文 2 0 0 9 年9 月8 9 日，对电解三公司3 撑净化系统净化后进行了污染源监测，监测结 果见表4 1 。 表4 1电解三公司3 书净化系统净化后有组织排放监测结果 t a b l e4 1 m o n i t o r i n gr e s u l t so fd i s c h a r g e st h r o u g h3 群p u r i f i c a t i o ns y s t e mo f n o 3e l e c t r o l y s i sc o m p a n y 4 1 2 电解三公司天窗无组织排放监测 目前电解铝工艺中电解铝固体碳阳极不断的被消耗掉，因此，生产中需不断向电解 质中添加氧化铝和更换碳阳极，使生产得以连续进行；同时冰晶石在高温熔融状态下会 发生挥发损失和其他机械损失，电解过程中也须做一定补充。更换碳阳极所需要的时间 长短取决于操作工人操作的水平及熟练程度，但平均需要3 0 4 0 分钟，以上这些操作， 包括电解槽出铝阶段，都需要打开电解槽门甚至是电解槽盖，此时会有大量的电解槽烟 气直接从车间天窗溢出，不经任何净化措施排入大气，严重污染周围环境，以前由于监 测技术或仪器设备等各种因素的限制，没有对电解车间天窗排放氟化物进行过排放量的 监测，所以无法给出电解铝吨铝排氟量的准确数值，因此掌握这部分无组织外排烟气的 排放参数，是本研究的一项重要工作。建设项目竣工环境保护验收技术规范电解铝 h j t2 5 4 - - - 2 0 0 6 中详细规定了电解车间天窗排放氟化物的方法及吨铝排氟量的核定方法， 可见监测电解车间天窗排放氟化物的重要性。 由于电解三公司电解车间由两栋南北排列的厂房组成，每栋厂房的天窗长度约为 7 6 0 m ，在这样长度的天窗内均匀布设采样点进行采样，首先需要大量的监测仪器，要 想实现这一点，显然是非常困难的，监测站目前还不具备这样的条件，而电解四公司同 样存在这样的问题，针对这种情况，同时考虑到此次无组织监测工作的重要性，结合监 测站目前的实际情况，考虑采用天窗分段监测的方法解决这一问题。即在一小段天窗内 2 4 内蒙古大学硕士学位论文 均匀布设采样点进行监测，并用这一小段天窗的氟化物浓度，结合天窗排风量推算出整 个车间天窗氟化物的排放浓度及排放量。监测点位见图4 2 。 ( 一无组织监测点位) 图4 2电解三公司北侧车间天窗排放监测点分布示意图 f i g 4 2 d i s t r i b u t i o no fl a n t e r nd i s c h a r g em o n i t o r i n gp o i n t si nn o r t ho f n o 3e l e c t r o l y s i sc o m p a n y 天窗无组织监测方法的可行性论证：某电解铝厂电解三公司现有2 2 2 台电解槽，平 均分列于南北两列车间，每个车间1 ll 台电解槽，分为四个工区，实行1 天3 班倒的工 作制度，每个工区2 8 台电解槽( 其中一个工区2 7 台电解槽) ，根据电解铝工艺要求， 每天需要更换消耗的阳极块，一般每天每台电解槽只更换1 块阳极，更换阳极块时，需 要打开电解槽盖板，用天车将已消耗的旧阳极块从电解槽内吊出到指定区域进行处理， 此时有大量未经处理的电解烟气经车间天窗直接排放，然后再用天车将新阳极块吊入电 解槽内，盖上电解槽盖板继续生产，更换阳极块的时间平均为3 0 分钟，每台电解槽一 般有3 2 块阳极( 根据电解槽的规模大小各不相同) ，正常生产情况下，需用3 3 天可以 换完2 8 台电解槽的阳极块，更换阳极块的工作是四个工区同时进行的，可以看出更换 阳极块的过程具有很强的的连续性、周期性和稳定性，因此用监测一小段天窗内的氟化 物的浓度来估算整个车间天窗氟化物的排放浓度是基本可行的。 2 0 0 9 年9 月8 9 日，在对电解三公司进行有组织排放监测的同时，对电解三公司 北侧电解车间天窗进行了无组织监测，监测结果见表4 2 。 内蒙古大学硕士学位论文 表4 2 电解三公司北侧电解车间天窗排放监测结果 t a b l e4 2 m o n i t o r i n gr e s u l t so fl a n t e r nd i s c h a r g ei nn o r t ho f n o 3e l e c t r o l y s i sc o m p a n y 4 1 3 电解四公司有组织排放监测 某电解铝厂电解四公司现有1 9 6 台电解槽，平均分列于南北两列车间，配备2 套净 化系统，自东向西分别编号为东、西净化系统，每套净化系统净化9 8 台电解槽。东、 西净化系统各配备4 台风机，额定风量均为2 2 0 0 0 0 m 3 h ，各运行3 台，备用1 台；每套 净化系统的烟气分别由1 根6 0 m 的烟囱排放。某电解铝厂电解四公司电解车间及净化 系统分布见图4 3 。 图4 3电解四公司电解车间及净化系统分布示意图 f i g 4 3 d i s t r i b u t i o no fe l e c t r o l y s i sw o r k s h o p sa n dp u r i f i c a t i o ns y s t e mo fn o 4e l e c t r o l y s i sc o m p a n y ( 3 ) 2 0 0 9 年9 月1 0 1 1 日，对电解四公司西净化系统净化后进行了污染源监测， 监测结果见表4 3 。 2 6 内蒙古大学硕士学位论文 表4 3电解四公司西净化系统净化后有组织排放监测结果 t a b l e4 3 m o n i t o r i n gr e s u l t so f d i s c h a r g e st h r o u g h w e s tp u r i f i c a t i o ns y s t e mo f n o 4e l e c t r o l y s i sc o m p a n y 4 1 4 电解四公司天窗排放监测 2 0 0 9 年9 月1 0 一1 1 日，在对电解四公司进行有组织排放监测的同时，对电解四公 司北侧电解车间天窗进行了无组织监测，监测结果见表4 4 ，监测点位布设同电解三公 司。 表4 4电解四公司北侧电解车间天窗排放监测结果 t a b l e4 4m o n i t o r i n gr e s u l t so fl a n t e r nd i s c h a r g ei nn o r t ho fn o 4e l e c t r o l y s i sc o m p a n y 4 1 5 污染源监测结果分析 监测结果表明：电解三公司氟化物有组织排放量为2 7 6 0 吨年，吨铝排氟量 o 1 8 k g t a i ；天窗氟化物排放量为2 0 2 7 0 吨年，吨铝排氟量1 4 0 k g t a i ：电解三公司 年氟化物排放总量为2 3 0 3 0 吨，吨铝排氟量1 5 8 k g t a i 。天窗氟化物排放量占排放总 量的8 8 0 1 。 电解四公司氟化物有组织排放量为3 3 9 9 吨年，吨铝排氟量o 3 4 k g t a i ：天窗氟 2 7 内蒙古大学硕士学位论文 化物排放量为8 1 9 9 吨年，吨铝排氟量0 8 2 k g t a 1 ；电解四公司年氟化物排放总量为 1 1 5 9 8 吨，吨铝排氟量1 1 6 k g t a 1 。天窗氟化物排放量占排放总量的7 0 6 9 。 新一期工程：由于没有对新一期工程进行现场监测，所以监测数据引用该项目环境 影响评价报告书中的数据：氟化物有组织排放量为3 8 8 5 吨年，吨铝排氟量为 0 2 6 k g t a l ；天窗氟化物排放量为8 0 1 吨年，吨铝排氟量为0 5 3 4 k g t a l ；新一期工程 年氟化物排放总量为1 1 8 9 5 吨，吨铝排氟量o 7 9 k g t a 1 。天窗氟化物排放量占排放总 量的6 7 3 4 。 电解三公司、四公司氟化物有组织排放指标均达到g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 大气污染物综 合排放标准三级标准( 新污染源) 的标准要求，但电解三公司、四公司、新一期工程的 排氟总量为4 6 5 2 3 吨年，超过某市环保局下达的2 1 6 吨年的限值。其中无组织排放占 3 6 4 7 9 吨年，占排放总量的7 8 4 1 。 生产负荷对监测结果有显著影响，监测期间电解三公司、四公司的电解铝日平均产 量分别为3 9 9 3 2 吨和2 2 5 0 4 吨，折年产电解铝1 4 5 7 万吨和9 1 4 万吨，基本上都是满 负荷生产，生产工况基本相同，但电解三公司、四公司的天窗氟化物排放超标现象十分 严重，而且两个车间差别较大。导致两车间差异性的原因是两方面的：一是电解三公司、 四公司使用的电解槽型号不同，单槽产生氟化物的数量不同，导致排放量不同；二是电 解三公司、四公司排放系统的集气效率不同，导致氟化物天窗排放量不同。但主要原因 是由于监测期间电解三公司、四公司排放系统的集气效率的不同所导致的。 一般而言，集气效率可简单理解为实际进入烟气处理系统的烟气量与理论上进入烟 气处理系统的烟气量的比值。监测结果分析表明( 见表4 1 和4 3 ) ，监测期间电解三 公司、四公司的集气效率分别为4 8 0 4 和9 7 6 6 ，电解三公司的天窗排氟量是四公司 的2 5 倍，吨铝排氟量是四公司的1 7 倍。由此可见，通过严格控制电解车间生产期间 的生产工况，提高排放系统的集气效率，是解决电解车间天窗无组织排氟污染的有效途 径。 4 2 厂区周边空气质量监测结果分析 动态监测结果见表4 5 、表4 6 。动态监测点位与污染源距离及变化趋势见表4 7 ， 内蒙古大学硕士学位论文 图4 4 、4 5 。按g b3 0 5 9 1 9 9 6 环境空气质量标准二级标准小时均值2 0 i ，t g m 3 评价： 植物生长季1 2 个动态监测点位中，有3 个超标，分别为铝厂三期、铝厂四期、蓄电池 厂，超标率为2 5 ，其中最大值出现在铝厂三期最大值超标1 1 2 倍；植物非生长季1 2 个动态监测点位中，同样是这3 个点位超标，超标率为2 5 ，其中最大值出也现在铝厂 三期，超标0 2 6 倍。 静态监测结果见表4 8 。静态监测点位与污染源距离及变化趋势图见表4 9 ，图4 6 、 4 7 。按g b3 0 5 9 1 9 9 6 环境空气质量标准二级标准植物生长季平均2 0 z a g d m 2 日评价： 2 0 0 7 2 0 0 9 年1 3 个静态点位全部超标，超标率1 0 0 ，最高值出现在2 0 0 7 年铝厂二期 点位，浓度为3 0 8 5 p g d m 2 日，超标倍数为1 4 4 2 。见表4 1 0 。 表4 1 0植物生长季静态监测结果 t a b l e4 10s t a t i cm o n i t o r i n gr e s u l t si ng r o w i n gs e a s o n 注：参照标准为g b3 0 5 9 - 1 9 9 6 动态及静态监测结果表明，监测点受某电解铝厂无组织排放即面源的影响非常显著 ( 点位距离污染源越近受污染越重) 。 2 0 0 1 年电解一公司异地改建为电解四公司，2 0 0 3 年6 月底电解四公司运行投产， 在此期间电解一公司、二公司部分仍在运行生产，分析静态点位热电厂、加油站2 0 0 0 年及2 0 0 8 年的监测结果可以看出：热电厂、加油站点位2 0 0 0 年的监测结果明显低于 2 0 0 8 年的监测结果。热电厂、加油站点位距电解三公司的距离分别为3 9 公里和2 5 公 里，而热电厂、加油站点位距电解四公司的距离分别为1 6 公里和0 6 公里，说明电解 四公司的运行投产对距离其较近的热电厂、加油站点位影响显著，但面源排放污染对周 边环境的影响范围并不是很大，大约在2 5 公里左右。热电厂、加油站2 0 0 0 、2 0 0 8 年 浓度监测结果及变化趋势分别见图4 8 、4 9 ，表4 11 、4 1 2 。 静态点位热电厂、加油站2 0 0 7 2 0 0 9 年3 季度的监测结果明显高于其余各季的监测 结果。热电厂、加油站点位2 0 0 7 2 0 0 9 年静态季度监测结果及变化趋势( 图4 1 0 ，表4 1 3 、 4 1 4 ) 表明，各监测点位受污染影响的变化趋势与当地气象条件的变化趋势相符。研究 2 9 内蒙古大学硕士学位论文 区夏季多为东风，其余季节多为西风的变化趋势完全吻合，某电解铝厂所处地区5 年风 向频率玫瑰图表明某电解铝厂地区全年东风的频率明显多于西风，西北风的频率较低， 铝厂居民区点位位于某电解铝厂东南且距新一期1 3 公里，但监测数据不高，说明受某 电解铝厂西北风的影响较轻。污染扩散的总体趋势为：某电解铝厂主导风向下风向污染 较重，距污染源越近越容易受到电解铝厂的面源污染。 浓度( ug m 3 ) o1234 5 6 7 距离( 盈) 图4 4 动态氟化物浓度与铝厂四期距离曲线图 f i g 4 4 c u r v eo fd y n a m i cc o n c e n t r a t i o no ff l u o r i n ea n dd i s t a n c ef r o m4 。“s t a g eo fa l u m i n u mf a c t o r y ( 注：监测点位由左至右依次为1 铝厂四期、2 蓄电池厂、3 铝厂三期、4 热电厂、5 南一村、6 北一村、7 一号井、8 批发市场、9 铝厂居民区、1 0 园区、1 i 城环局、1 2 糖厂) 图4 5动态氟化物浓度与铝厂三期距离曲线图 f i g 。4 5 c u r v eo fd y n a m i cc o n c e n t r a t i o no ff l u o r i n ea n dd i s t a n c ef r o m 3 一s t a g eo fa l u m i n u mf a c t r o y ( 注：监测点位由左至右依次为1 铝厂三期、2 蓄电池厂、3 铝厂四期、4 北一村、5 一号井、6 铝厂居民 区，7 园区、8 热电厂、9 南一村、1 0 批发市场、1 1 糖厂、1 2 城环局) 弘筋约坫m 0 0 1 0 鼍 一一 鼍 一 呈 戈 = 瓮瓮葛=跫寸t q跫 = d 鼍 一一一 鼍 呈 = 高高 跫瓮冷n v - 4=瓮 = d = 鼍 鼍 一 鼍 呈 跫 蠹= 高葛跫鬣鬣 = d no n”卜寸i g塔“g“d “ 。 i 一 ”a心 0 0v 1n d 式d“ 一一一 。 一。rf。n一露中营【憩婆(共雌槲喀一州塔毖够口小小1-小non。共婆甏咚v o o n 小一 一 一n 一一一一一 n n o 寸乱寸n 寸卜寸 一nn 寸寸一n o 【8 寸8卜oon 8n 西口on 8 o 卜_ 【8价卜口 n on 8卜卜寸8 o o ”卜寸【“n 寸 寸n “h “n n o 寸=寸。_ 【卜o 【吣2 n 。一一 ”一【o hn 一【 o “一n c一寸c 寸- c 【寸 吣c 嫁枣婆 蹭世蒜框蟮 一，i一讣奖裂 晕嚣口卜 口西咬n口吣n口卜叹n口吣n口价叹n田寸吣n曰n 叹n l 锯 凶圆 欺妒l 萁l 菩 凶出瞿f l 骆 累 l 跟 l 想 脚黼 冉旧 轺l 怔 l 钾采 l 蜜悟然霜 遐酶繇 垦留嚣翊 n逗t一迥砷 iio络q龇ii每v-龇协q屯一qd q口oj-o co一_扫cqo口ou o一葛时ch它-o口一j们p_岂coliaoj 古寒碟趣嚣爿跑书蒜掣蚪半划昔霉黑 ”寸 议秘通扑_千匿扑k忸躐畏 o卜 ho n oo n“ 、ov - - 4 nn nn c qn c hn n 一c - q ?0竺 一 n 一 。 i o甜晶 =2 = d d 。 l 寸n心o l “ o“go oo“ o ： h hhhhhdhl hnon 一 口 od“ o“一go 。 i l 裂 蓑蓄 框蜒 鹾 哲【憩婆(共奖槲帜、v锚霉酶够66 h文昌nq憩颦甏咚一 o n 9n 9卜卜l 【8o 卜 田“n 寸h “ 一3 i v 讣喾裂 迥嚣口卜 口【叹昏口o_【叹心 口小吣西叮叹西口卜叹西口叹心 口n 叹西 凶圜 米妒1 # 1 某 凶磁瞿f l 略 黑l 疆 l 震翘糨 墙旧 靶1 怔 l 母霰 ，l g 寒怪越幕 噬薛繇 厘鲁嚣翊 。罢j迥蚌 口osbo比口一oj口石iio；口jo co一节声口du口oq。一罨a九勺-o=；2皇一i旦iuo苫 心寸。一d盘 古螓垛恕嚣粗韶臀辞晕卧举“霉翼 心寸 仪秘迥扑_千隧扑k忸黼饺 骠巾 n dn oo 昌 罟 昌。 df _ v - , - i n”n o ov 、o n nnnh n口 f qn oc 6o o