再生铝制造企业飞灰中二恶英污染特征
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赵 伟等 再生铝制造企业飞灰中二嗯英污染特征 再生铝制造企业飞灰中二嗯英污染特征 赵 伟 宋红军 张丽娟。 余乐洹 王美欢。 郑 晶 任明忠 (1.广西壮族自治区环境科学研究院环境工程技术中心,广西南宁530022; 2.环境保护部华南环境科学研究所环境健康研究中心,广东 广州510655) 摘要 连续8 d采集中国某大型再生铝制造企业的飞灰样品,通过高分辨气相色谱/高分辨质谱联用仪对其中的二嗯英污染 特征开展了研究。结果表明:飞灰样品中二嗯英质量浓度为58.64~261.14 g/kg,平均为103.93 ̄g/kg,其中1,2,3,4,6,7,8一七氯 代二苯并呋喃(1,2,3,4,6,7,8-HpCDF)、八氯代二苯并呋喃(OCDF)和八氯代二苯并二嗯英(OCDD)是飞灰中最主要的单体,分别 占二嗯英浓度的19.54 (质量分数,下同)、15.57 和14.62 ;二嗯英毒性当量浓度为4.21~14.77 g TEQ/kg,平均为7.1O “g TEe kg,其中2,3,4,7,8一五氯代二苯并呋哺(2,3,4,7,8-PeCDF)对飞灰中二嗯英毒性当量浓度贡献最大,平均贡献率为5O.15 ;二曝英 毒性当量浓度均未超过《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》(GB 5085.6 2o07)规定限值,因此可以判定该企业的飞灰不属于具有二嚼 英毒性的危险废物。 关键词 再生铝 飞灰二嗯英危险废物 DOl:10.15985/j.cnki.1OO1-3865.2O16.02.012 Polychlorinated dibenzo-p-dioxins/furans in fly ash from a secondary aluminum metallurgy factory ZHAO We , SONG Hongjun ,ZHANG Lijuan ,yU Lehuan ,WANG Meihuan ,ZHENG Jing ,REN Mingzhong .(1.Center 如r Environmental Engineering Technology,Environmental Protection Research Academy of Guangxi,Nanning Guangxi 530022;2.Center for Environmental Health Research,South China Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection,Guangzhou Guangdong 510655) Abstract: Fly ash samples were collected from a secondary aluminum metallurgy factory in southwest China in eight consecutive days and were measured for p01ychlorinated dibenzo—P—dioxins/furans(PCDD/Fs)by high resolution gas chromatography/high resolution mass spectroscopy(HRGC/HRMS).The results showed that the concentrations of PCDD/Fs in the fly ash were 58.64—261.14 lag/kg with a mean.value of 103.93 ̄tg/kg.1,2,3,4,6,7,8-HpCDF, OCDF and OCDD were the primary congeners of PCDD/Fs,with relative contributions of 19.54 ,15.57 and 14.62 ,respectively.The I TEQ of PCDD/Fs in the fly ash ranged from 4.21 to 14.77 lag TEQ/kg,with a mean value 7.1O g TEQ/kg,and 2,3,4,7,8-PeCDF contributed the most(50.15 on average).The I—TEQ of PCDD/Fs in the fly ash were lower than the limitation of GB 5085.6-2007.Therefore,the fly ash from this enterprise may not be identified as hazardous waste for dioxins. Keywords: secondary aluminum metallurgy;fly ash;polychlorinated dibenzo-p-dioxins/furans;hazardous waste 我国是铝的生产和消费大国,2011年我国铝产 品产量为2 405万t,位居世界前列。相对于原铝产 的最主要来源之一l_2 ]。 现有的关于再生金属行业的二嗯英排放特征研 品,再生铝由于具有更低的能耗和更少的温室气体 排放l】 等优点,得到全球各国的高度重视和快速发 展。目前,全球再生铝的消耗量已经占铝原料总量 的1/3。但是,由于再生铝的一些原料如易拉罐、铝 究主要集中于再生金属企业排放烟气中二嗯英的浓 度和污染特征研究 ,仅有较少的研究关注了此 类企业产生的飞灰中二嗯英的问题。BA等[1 ” 对 我国10家包括大型和中型再生铝制造企业的飞灰 中二嗯英的含量进行了研究,发现2O个飞灰样品中 线、牙膏皮、废机件等表面会附有一些油漆、涂料、橡 胶、塑料等有机物,如果这些有机物在预处理过程中 没有得到妥善处理,可能会导致在后期熔炼过程中 产生大量的有机污染物,在这些有机污染物中,以二 嗯英类物质的产生和排放最引人关注。有研究表 明,再生有色金属行业的二嗯英排放是我国二嗯英 第一作者:赵二嗯英为0.018~10.200/*g TEQ/kg。ZOU等口2j 对一系列非铁冶炼过程产生的二嗯英排放特征进行 研究,发现所测的两个再生铝制造企业的飞灰中二 啄英相差非常大,分别为28 701.0、768.4 ng TEQ/kg, 他们认为这种差异可能是由于给料的纯度不同造成 伟,男,1979年生,博士,工程师,主要从事环境工程与结构工程方面的研究。 通讯作者。 · 59 · 环境污染与防治 第38卷第2期 2016年2月 的。邹川等口3] “研究发现,南方某再生铝制造企业 生产飞灰中二嗯英高达33.9O g TEQ/kg。这些研 究的飞灰中二嗯英,有的已经超出了《危险废物鉴别 1.3 质量保证与质量控制 采样空白和实验室空白的检出结果均低于方法 检出限。精密度与回收率测试结果表明,目标分析 物的重现性为77.4 ~101.9 ,回收率为51.8 ~ 107.4 。所有样品在分析过程添加的二嗯英标记 物的回收率均为4O ~120%。以上结果均符合 US EPA1613l_】-_的质量控制要求。样品方法检出限 为0.05 pg// ̄L(以2,3,7,8一四氯代二苯并二嗯英 标准毒性物质含量鉴别》(GB 5085.6—2。07)规定 限值(15/zg TEQ/kg)。目前,我国尚未有关于此类 飞灰的处理处置标准,现有企业产生的飞灰仍按照 一般固体废物进行处理,因此有必要针对再生铝制 本研究按照GB 5085.6—2O07对我国某再生铝 造企业产生的飞灰中二嗯英的毒性进行鉴别。 (2,3,7,8一TCDD)为例)。在数据处理过程中,低于 检测限的目标污染物浓度以零计算。 2结果与讨论 2.1 飞灰中二嗯英的浓度水平 制造企业的飞灰进行了等时间间隔采集,分析了飞 灰中二嗯英的污染程度和分布特征,同时对再生铝 制造企业产生的飞灰中二嗯英是否具有危险废物的 属性进行了判定,研究结果可为相关部门和企业针 对飞灰的处理处置提供科学依据。 1材料与方法 1.1 样品采集 本研究对飞灰样品中二嗯英质量以及毒性当量 浓度进行了分析,8个飞灰样品中的二嗯英质量以 及毒性当量浓度见表1。飞灰样品中二嗯英质量浓 度为58.64~261.14/ ̄g/kg,平均为103.93/ag/kg; 选取我国某大型再生铝制造企业为研究对象, 其设计规模为年产铝合金30万t,目前已建成并试 运行两条生产线,根据企业提供的飞灰量,试运行期 毒性当量浓度为4.21~14.77 g TEQ/kg,平均 为7.10/,g TEQ/kg。本次研究采集的飞灰样品 中的二嗯英毒性水平相对于文献报道的水平较高, 在先前研究中,我国1O家大中型再生铝制造企业 问每月产生的飞灰量为12.5 t。按照《危险废物鉴 别技术规范》(HJ/T 298—2O07),在设备稳定运行 期间每隔4 h等时间间隔采集飞灰样品,每天采集 的所有飞灰合并为一个样品,连续采集8 d,共计8 个样品。飞灰样品采集后装于密实袋,避光保存带 回实验室后保存于<4℃环境中待分析。 1.2样品处理与仪器条件 的20个飞灰样品的二嗯英为0.018~10.200 g TEQ/kg,平均为4.42 g TEQ/kg…“ 。YU 等_】 ]对韩国不同再生金属的再制造行业的烟气和 飞灰中二嗯英含量开展研究,其中飞灰中二嗯英为 O.003 ̄16.230/zg TEQ/kg,平均为2.08/zg TEQ/kg, 也低于本研究飞灰中二嗯英水平。邹川等口。l1…报 道某再生铝制造企业的飞灰中二嗯英高达33.90 g TEQ/kg,是目前报道的再生铝制造企业飞灰中 取2 g样品,用甲苯索氏提取样品24 h,提取液浓 缩至1 mI 左右,加¨C标记的提取内标 (EPA1613RSS)后经复合层析柱口 净化,净化后浓缩 二嗯英最高浓度,但由于该研究飞灰样品较少(1 液加入进样内标(EPA1613ISS),使用高分辨气相色 谱/高分辨质谱联用仪(HRGC/HRMS,Agilent 6890N/Waters Autospec Premier)进行定性定量分析。 色谱条件:He载气,载气流速为1.0 mI /min, 例),因此并不能代表整个再生铝行业飞灰的二嘿英 污染水平。 表1 飞灰中二嗯英的质量以及毒性当量浓度 Table l Concentration and I—TEQ of dioxion in fly ash 样品编号 , 色谱柱为DB一5MS(60 m×0.25 mm×0.25 m),进 样量为1 L,不分流进样。色谱柱升温程序:初始 温度为140℃,保持2 min,然后以8℃/min的速率 升至220℃,14 o(2/min升至260℃,最后4℃/min 升至310℃,保持4 min,进样口温度为280 oC。 质谱条件:质量校准标准物质为全氟煤油 (PFK);电离能35 eV;电离方式为电子轰击离子源 (EI);离子源温度250℃;分辨率大于10 000;选择 性离子扫描(S1M)。 · 8个飞灰样品中二嗯英毒性当量浓度均未超过 GB 5085.6—2OO7规定限值,因此可以判定该企业 60 · 赵 伟等 再生铝制造企业飞灰中二噫英污染特征 的飞灰不属于具有二嗯英毒性的危险废物。但是,8 个飞灰样品中二嗯英的占标率平均为47 ,其中二 嗯英毒性当量浓度最大为14.77 g TEQ/kg,达到 GB 5085。6—2OO7规定限值的98.5 9/6。因此,相关 再生铝制造企业也需对飞灰进行一定的管理,减少 飞灰对环境的危害。 究和文献报道的研究结果可知,2,3,4,7,8-PeCDF是再 生铝制造企业飞灰中对二嗯英毒性当量浓度贡献最 大的单体。 再生有色金属冶炼过程中二嗯英的合成途径主 要包括两种:(1)前驱物合成;(2)从头合成。通常一 般会用多氯代二苯并呋喃(PCDF)和多氯代二苯并 二嗯英(PCDD)的毒性当量浓度比值(尺 。 。。)来 指示二嗯英的合成途径,R 附 c。。>1,可认为样品 中的二嘿英主要以从头合成为主;R DF/PcD。<1,可 认为样品中的二嗯英以前驱物合成为主口 。在本 研究采集的飞灰中,R cDF 。。为4.O5~8.76,说明从 头合成的途径可能是再生铝制造企业飞灰中二嗯英 的主要合成途径。 2.2 飞灰中二嗯英的污染特征 飞灰中17种二嚼英单体的质量浓度见图1,其 一 .望一\越烂删 中含四氯代二苯并呋喃(TCDF)、五氯代二苯并呋 ∞ m 5 O 喃(PeCDF)、六氯代二苯并呋喃(HxcDF)、七氯代 fI 南 _[.f‘ 二苯并呋喃(HpCDF)、八氯代二苯并呋喃(OCDF)、【lJr .∞ c‘ 一 (J.】 .8 c‘ 四氯代二苯并二嗯英(TcDD)、五氯代二苯并二嗯 0r)H岛I8 n 英(PecDD)、六氯代二苯并二嗯英(HxCDD)、七氯 0|J 々∞ c‘ — 0 rlx}{_∞. . c‘ 代二苯并二嗯英(HpCDD)、八氯代二苯并二嗯英 0|J 墨_6.∞ c‘ 口 _吕 n 一 (OCDD)。1,2,3,4,6,7,8一HpCDF、OCDF和OCDD 0 墨_6.∞ c. 一 是飞灰中最主要的单体,分别占二嗯英浓度的 00 L-∞ c‘ 19.54 (质量分数,下同)、15.57 和14.口0|62J0d.∞. ,合计 c‘ 一 为49.73 。按氯原子取代的个数分析,飞灰样品中 凸0r)xl{_∞ £‘ 口0|J 墨-8 .c‘ 一 的最主要二嘌英的同族体为HpCDF(23.20 )、Q口|lx】 . ∞ n 一 口【J|J 墨-8 c. — HxCDF(19.78 )、OCDF(15.57 )和OCDD (14.62 )。从图2可见,2,3,4,7,8-PeCDF是最主 要的单体,对飞灰中二嗯英毒性当量浓度的平均贡 献率为5O.15 。这一研究结果与文献报道的关于 再生铝制造企业的飞灰中二嗯英的结果基本一致。 BA等口l¨1I 研究发现,2,3,4,7,8-PeCDF是对飞灰 二嗯英毒性当量浓度贡献最大的单体,占二嗯英毒 性当量浓度的44.1 9/6。闻胜等口。 对烧结厂烟道烟 尘和静电除尘器灰尘中二嗯英的研究中发现, 2,3,4,7,8-PeCDF对二嗯英毒性当量浓度的贡献最 大,占二嗯英毒性当量浓度的45 左右。高洪才 等 对不同垃圾焚烧设备二嗯英排放情况的研究 中发现,在17种二嗯英单体中,2,3,4,7,8一PeCDF 对二嗯英毒性当量浓度的贡献率为32.4 ~34.5 ,是 对二嗯英毒性当量浓度贡献最大的单体。综合本次研 二嚼英单体 图1 飞灰中17种二嗯英单体的质量浓度 Fig.1 Concentration fractions of 17 PCDD/Fs congeners in fly ash 透 料 藿 W 二曝英单体 图2 17种二嗯英单体对毒性当量浓度的平均贡献率 Fig.2 The I—TEQ contribution of 1 7 congeners 由于现有的技术条件对二嗯英的监测具有较高 的技术难度,并且2,3,4,7,8-PeCDF又是二嗯英毒 性当量浓度的最大贡献者,一些研究者尝试通过建 立2,3,4,7,8-PeCDF与二嗯英毒性当量浓度的相 关关系,分析2,3,4,7,8一PeCDF作为二嗯英污染指 示物的可行性。FIEDLER等 。。对钢铁生产、生活 垃圾焚烧炉以及化学废物焚烧炉排放的二嗯英与 2,3,4,7,8一PeCDF的相关性进行研究,得到回归曲 线的斜率分别为0.187、1.174、1.121。KATO等 拟合了9个焚烧厂61组二嗯英的数据和日本环境 协会公布的55组焚烧厂二嗯英排放数据,对 2,3,4,7,8一PeCDF与二嗯英毒性当量浓度进行线性 · 61 · 环境污染与防治第38卷 第2期2016年2月 [5]巩宏平,田洪海,周志广,等.钢铁企业排放的烟气及厂区土壤 中二嗯英类污染研究[J].环境保护科学,2007,33(5):8-10. 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