铜厂熔炼区污染源特征及环境参数分布特性_黄艳秋.pdf

Isolation，identification and degradationcharacteristics of organic matterdegrading bacteria in black andodorous waterMA Xing-guan，DONG Chang，TANG Yu-lan，HE Ya-ting，WANG Xiao-hua(School of Municipal and Environmental Engineering，ShenyangJianzhu University，Shenyang 110168，China)Abstract:This work aimed to excavate high-efficiency organicmatter degradation strain from black and odorous water，whichwas applied to low-concentration organic polluted black andodorous water，and evaluate its ability and characteristics todegrade organic matter in black and odorous water Black andodorous water organic matter degrading strain was obtained byroutine isolation and screening of bacteria，and the strain wasidentified through morphological observation and 16S rDNA genesequence The single-test experiments were used to optimizecultivationconditionsFurthermore，undertheoptimizedcultivation conditions，the growth curve of the strain wasmeasured to determine the optimal inoculation pointThedegradation ability of the strain on organic matter in black andodorous water and the degradation characteristics under differentinitial bacterial concentrations and carbon sources were evaluatedby measuring CODCrremoval rate and colony number A highdegradation rate of organic matter in black and odorous waterbacterium a was isolated and screened from the sediment of blackand odorous section(River Renjing，Shenyang)，which wasidentified as Bacillus toyonensis The optimal growth conditionsafter optimization were pH 7.0，equipment the liquid volume was25%，the temperature was 32 Under this condition，theoptimal inoculation point was cultured for 12 hThe organicmatter degradation characteristics of strain a showed that theremoval rate of organic matter in black and odorous water reached64.75%when the reaction was carried out in a shaker at 30 and 120 r/min for 4 daysUnder the same experimentalconditions，increasingtheinitialconcentrationofbacteriaresultedinincreasinginCODCrremovalrateandthendecreasing When the initial bacterial concentration was 1%(volume fraction)，CODCrremoval rate was higher Strain a haddifferent utilization of different carbon sources and had higherutilizationofsmallmolecularweightTherefore，Bacillustoyonensis a can effectively degrade organic matter in black andodorous water and provides bacteria resources for microbialrestoration of black and odorous waterKey words:environmental engineering;black and odorouswater;Bacillustoyonensis;isolationandidentification;CODCrremoval rateCLC number:X522Document code:AArticle ID:1009-6094(2023)02-0567-09文章编号:1009-6094(2023)02-0575-09铜厂熔炼区污染源特征及环境参数分布特性*黄艳秋1，2，赵春晓2，王怡1，2，郭军伟2，任兆成3，叶勇3，王振华3(1 西安建筑科技大学西部绿色建筑国家重点实验室，西安 710055;2 西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院，西安 710055;3 中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)摘要:针对夏季正常生产的某典型铜厂熔炼工艺过程展开相关试验和实测研究。结果表明，污染源产生的颗粒微观结构不规则，其 Rosin-Rammler 粒径分布函数的均匀度指数为0.624，特征尺寸为 104 m。该结果为熔炼工艺进行通风除尘数值模拟分析提供参考依据。出铜口处小于 10 m 的颗粒浓度均值约是排渣口处的 40 倍，并测得颗粒物上铜、砷元素占总元素质量比分别为 11.03%和 21.33%，故为保证出铜口处岗位环境中作业人员的健康，亟须提升出铜口处现有通风除尘系统的性能。熔炼区环境中 SO2主要来源于出铜工艺过程，出铜过程中 SO2短时间加权平均接触质量浓度为23.27 mg/m3，达到职业卫生标准中 SO2短时间接触容许质量浓度的 2.33 倍。结果可为通风系统高效设计、除尘设备合理选择、职业卫生标准工作场所有害因素职业接触限值的修订提供原始参考数据。关键词:环境工程学;熔炼工艺;扫描电镜分析;颗粒物;环境SO2;环境温湿度中图分类号:X821文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.2053*收稿日期:20211126作者简介:黄艳秋，教授，博士，从事高温气载污染物控制及测评方法研究，huangyanqiu xauat edu cn。基金项目:国家自然科学基金项目(52178089);西部绿色建 筑 国 家 重 点 实 验 室 自 主 研 究 课 题(LSZZ202103)0引言有色金属冶炼业生产过程中排放的高温污染物是环境污染的主要来源之一。有色金属冶炼业在生产加工时，常常产生多种高温气载污染物。铜冶炼是有色金属冶炼业的重要组成部分，生产工艺常年散发含重金属元素的颗粒物和有害气体，会通过呼吸道对人体健康造成极大危害1 3。其中熔炼是火法铜冶炼的主要环节，也是容易造成污染的工段4。因此，明确铜冶炼厂房熔炼区内近污染源处产生的575第 23 卷第 2 期2023 年 2 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 2Feb，2023污染物种类和分布特性，有利于设计高效的通风除尘系统、保证岗位作业人员的身心健康。目前，针对金属冶炼业厂房内污染源特性及环境参数分布规律相关研究主要在于以下 3 个方面:污染源处微观分析5、环境中重金属和砷元素在不同粒径颗粒物上富集特征6 以及环境流场参数变化规律7 8。在微观分析的相关研究中，2017 年，罗雷等5 对不同粒径颗粒物的形貌、粒径和元素分布特征进行了较为全面的分析，得出不同工艺处 PM2.5与PM10颗粒物形貌成分等差异特性。本文借鉴上述研究对铜厂熔炼区污染源颗粒物形貌进行观测，并对颗粒物进行粒度分析，进而从微观上给出污染源处颗粒的形态以及粒径分布，直观地认识铜厂熔炼区所产生颗粒物的特性。针对环境中重金属和砷元素在不同粒径颗粒物上富集特征的相关研究中，2014年，Gonzlez-Castanedo 等6 对铜冶炼厂房内不同粒径颗粒上的 Cu、Cd、As、Bi、Zn 和 Pb 等元素富集特征展开研究，发现 6 种元素主要富集在细小颗粒物(0.33 m)上。本文基于上述研究结论对铜厂熔炼区环境中重金属和砷等元素在10 m 以内颗粒物上的富集特征进行分析。在针对环境参数变化规律的相关研究中，2002 年，沈恒根等7 最先通过理论计算和数值模拟的方法分析了不同粒径的微细颗粒物在污染源处的扩散规律以及环境温度对颗粒物的扩散影响程度。2016 年，孟晓静等8 通过现场测试的方法获得不同季节厂房内温度、风速以及辐射强度等参数，分析了强热源厂房内流场特性。本文借鉴上述研究中测试分析方法、主要影响因素分析角度等方面，针对夏季正常生产的某典型铜厂熔炼工艺过程污染源特征和环境流场参数变化规律等方面展开分析。本文选取典型铜厂厂房熔炼区进行采样试验及现场实测，对熔炼区出铜和排渣工艺过程污染源散发颗粒物特征及其岗位环境污染现状进行分析。建立熔炼区污染源颗粒物的 Rosin-Rammler 粒径分布函数，反映颗粒物产生源处的粒径分布特征，为进行通风除尘数值模拟研究提供参考依据;通过对颗粒污染源和岗位环境参数分析，获得颗粒物的形貌、重金属、砷元素富集特性以及岗位环境的颗粒物浓度、SO2浓度等参数分布特征，对熔炼区通风系统性能提升具有指导意义。1铜厂厂区概况及熔炼工艺简介本测试所选的铜厂位于湖南省，该铜厂采用先进的“氧气底吹炉技术”，将熔炼、吹炼、火法精炼过程，用 3 个不同的底吹炉连成一体，省去了铜铳需在车间吊运繁琐环节，故该铜厂冶炼工艺具有代表性。熔炼是火法铜冶炼的最重要环节，也是最容易造成污染的工段4。因此，本文以铜熔炼区排渣和出铜工艺为例对其污染特征展开研究。厂房主要采用自然通风，厂房一共有 3 层，主要工作区在二层，厂房二层窗与一层不封闭的大门形成自然通风通道。生产区主要有熔炼区、吹炼区、精炼区 3 个部分。在熔炼区将粉状或颗粒状铜原料(铜精矿)与石英沙(石)混合后，加入熔炼炉在 1 084 1 300 的高温下进行熔炼，利用液位差将生成冰铜和废渣分别从出铜口和排渣口排出，在排放过程中产生大量热和含高浓度重金属、砷的颗粒物，造成熔炼区岗位环境严重污染。本研究关注熔炼区出铜口与排渣口处污染源特征和岗位环境参数分布特性。2试验与实测2.1污染源处采样试验1)试验方法。实验室的试验主要采用扫描电子显微镜和激光粒度分布测定仪，分别来测试颗粒物的形貌、成分以及粒径分布。场发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 试 验:按 照 GB/T161571996固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法 的技术要求进行取样，样品取自熔炼工艺排风罩汇集的总烟道内。对收集到的样品颗粒物采用 DZ2BC真空干燥箱在74 环境中干燥1 h后进行镀金，设置镀金电流为 60 mA，镀金时间为 80s，镀金结束后上机测试。采用 Carl Zeiss 场发射扫描电子显微镜观测颗粒形貌和元素分布。激光粒度分布试验:取适量样品与蒸馏水于 50mL 离心管中混合配制成均匀的悬浊液，然后将其放置在涡旋振荡器上进一步振荡均匀，进行上机粒径分布测试。2)试验仪器。Gemini SEM 300 场发射扫描电子显微镜，用于观察样品颗粒物的形貌和成分，德国蔡司集团;FL3319625LS230/SVM+激光粒度分布测定仪，用于测试颗粒群相应粒径级的丰度比例量，美国贝克曼库尔特公司;DZ2BC真空干燥箱，用于样品干燥，上海予卓仪器有限公司;SBC12 小型离子溅射仪，用于粘有导电胶的样品台喷铂金使样品具有更好的导电性，北京中科科仪股份有限公司。相关仪器详细型号与参数信息见表 1。2.2现场环境参数实测1)测试地点及时间。本研究测试关注熔炼区出675Vol 23No 2安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 2 期铜口与排渣口测点处环境参数随时间的变化特征。根据有害物质监测采样规范的设置原则:一个有代表性的工作场所内有多台同类生产设备时，1 3 台设置 1 个采样点;选择空气中有害物质浓度(强度)表 1试验仪器的型号与参数Table 1Parameters of experimental instruments试验仪器仪器参数Gemini SEM 300 场发射扫描电子显微镜加速电压为 0.02 30 kV，探针电流为 3 pA 20 nA，存储分辨率最高为 32 k 24 k像素，放大倍率为 12 2 000 000DZ2BC真空干燥箱控温范围 RT+10 250、温度分辨率 0.1、电源电压 220 V/50 HzSBC12 小型离子溅射仪真空压力为 5 6 Pa，工作室工作媒介气体为空气或氩气，溅射材料为铁、钴、铒LS230/SVM+激光粒度分布测定仪测量范围为 0.04 2 000 m，分辨率高于 0.1 m表 2测试仪器的型号与参数Table 2Models and parameters of instruments测试参数测试仪器仪器量程与精度温湿度Testo605i 无线温湿度测量仪温度测量范围为 20 60，测量精度为 0.8(20 0)、0.5(0 60)湿度测量范围为 0 100%RH，当温度为 25 时(5%80%)RH 的测量精度为 (1.8%RH+3%测量值)，设置时间间隔为 2 sPM1.0、PM2.5、PM10Usttrak Drx 8534 气溶胶监测仪气溶胶质量浓度范围为 0.001 150 mg/m3，分辨率为 0.1%，粒径范围为0.1 15 m，测量精度为出厂设置点的 5%，设置时间间隔为 5 sSO2PGD3CSO2手持式二氧化硫检测仪测量范围为 0 12 423 mg/m3，精度 0.1%，响应时间20 s，工作温度20 70 最高、工作人员接触时间最长的工作场所进行布置9;监测仪器应尽可能靠近劳动者，其高度均按要求放置在与劳动者的呼吸带相接近的位置，但不影响劳动者的正常操作。综合考虑上述要求，本测试结合熔炼区的出铜和排渣工艺，设置了 2 处采样点，分别设置在出铜口和排渣口处。出铜口处采样点设置在以出铜口为原点沿 y 轴负方向 1.9 m 与沿 x 轴负方向 4.6 m 的交点处。排渣口处采样点设置在以排渣口为原点沿 y 轴负方向 1.9 m 与沿 x 轴正方向4.2 m 的交点处。采样点高度原则上与人呼吸带高度相一致，立姿作业为 1.5 m10，因此测点高度均设置在距地面 1.5 m 处，图 1 为测点布置示意图。测试地点为湖南省衡阳市，当地室外计算温度为 33.2，通风室外计算相对湿度为 58%，最多风向为东南风。衡阳市属于亚热带季风气候，夏季时间长。对于高温作业环境的铜厂，夏季工作环境更为不利，因此，测试的时间选择在 8 月下旬每日 8:0012:00、13:0018:00，测试周期为 3 d。按照GBZ 1592004工作场所空气中有害物质监测的采样规范 的技术要求进行取样，测试频次为 2 次。2)测试仪器。Testo 605i 无线温湿度测量仪，德国 Testoterm;Usttrak Drx 8534 气溶胶监测仪，美国Telecommunication Security Information;PGD3CSO2手持式二氧化硫检测仪，深圳市鑫海科技开发有限公司。测试仪器的型号与参数的详细信息，见表 2。图 1熔炼区测点布置示意图Fig 1Measuring points layout in the melting zone7752023 年2 月黄艳秋，等:铜厂熔炼区污染源特征及环境参数分布特性Feb，20233试验和实测结果与分析熔炼区污染物主要为含重金属、砷的颗粒物和SO2等，其中在出铜口出铜和排渣口排渣过程中扩散到环境中颗粒物上主要富集铜和砷两种元素，而砷元素是一种具有神经毒性的元素，长期砷暴露可出现头痛、嗜睡、注意力下降等危害11。熔炼区颗粒物能够大程度地影响厂区环境，对作业人员健康具有潜在的危害性。为了实现良好的通风系统控制，需要了解污染源产生颗粒物的种类、范围和粒径分布特性。通过环境参数可以间接反映污染源的特性以及通风系统对污染物的控制效果。因此，本文主要是从污染源和环境两方面关注颗粒物污染特征，一方面得出污染源颗粒物的微观形态、组成成分以及粒径分布，另一方面分析出铜口与排渣口周围岗位环境颗粒物中PM1.0、PM2.5、PM10浓度在工艺内变化的分布特征以及出铜与排渣的前后期颗粒物逸散量的差异。3.1污染源处采样试验结果分析试验结果从颗粒物的微观形态、颗粒物成分和颗粒物粒径分布分析 3 个方面来剖析污染源处颗粒物的特征。1)颗粒物微观形态。对样品颗粒物进行形貌(SEM)测试，测试结果如图 2 所示。由图 2 可知，颗粒微观结构呈不规则形状且组成较为复杂，主要由规则形态颗粒和不规则形态颗粒组成。其中规则颗粒按其形貌可分为块状、片状和层状等，不规则颗粒主要由烟尘集合体、燃煤飞灰颗粒和不规则矿物等组成。通过扫描电镜可清晰地看到形态规则的矿物颗粒多与其他颗粒聚集。图 2污染源处颗粒物 SEM 形貌分析图Fig 2SEM morphology of particulate matterat the pollution source2)颗粒物成分分析。X 射线能谱分析与扫描电镜相结合是目前最广泛的研究微区化学成分的分析方法之一。近年来，X 射线能谱仪发展日新月异，已与电镜融为一体，成为显微分析不可缺少的一部分。X 射线能谱(EDS)可以分析扫描电镜中样品所产生的特征 X 射线的能量，以便确定样品的化学成分。对样品某部位进行能谱分析分为点分析、线分析和面分析。本文是针对熔炼区颗粒物表面进行测试，测试结果如图 3 所示。图 3污染源处颗粒物能谱成分分析Fig 3EDS composition analysis of particulatematter at the pollution source由图 3 可知，熔炼区污染源产生颗粒物中含有锌、铅、镉、铜、砷等污染元素。颗粒物表面上污染元素锌、铅、镉、铜、砷的质量分数见表 3。锌、铅、镉、铜、砷 五 个 元 素 在 颗 粒 物 上 质 量 分 数 分 别 为4.93%、8.36%、3.66%、11.03%、21.33%。根据扫描电镜能谱分析所得出颗粒物中元素的组成和含量可以为污染源的判定提供试验依据。3)颗粒物粒径分布。表 4 为熔炼区污染源颗粒物的粒径累计分布表。由表 4 可知，粒径的中位径为 15.56 m，小于 6.60 m 的颗粒物粒径累计体积分数约占 10%，小于 10.55 m 的颗粒物粒径累计体积分数约占 20%。国内外广泛以 Rosin-Rammler 粒径分布函数进行描述固体颗粒的粒径分布12，表达式13 14 为F(d)=1 exp d()DS(1)式中S 为均匀度指数，S 越大表示颗粒群的均匀性越好;D 为特征尺寸;F(d)为颗粒粒径的累积分布。为方便得到 S 和 D 对(1)进行对数变换后，得到式(2)。ln ln 1 F(d)=Slnd SlnD(2)将 ln ln 1 F(d)对 lnd 作图后即可得到一条直线，S 为斜率，根据截距可求得对应的 D。875Vol 23No 2安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 2 期表 3污染源处颗粒物成分分布Table 3Distribution of particulate matterat the pollution source元素线类型质量分数/%标准样品标签CK 线系5.68CVitOK 线系28.62SiO2NaK 线系0.45AlbiteMgK 线系0.03MgOAlK 线系0.08Al2O3SK 线系4.43FeS2KK 线系0.47KBrCuL 线系11.03CuZnL 线系4.93ZnAsL 线系21.33InAsCdL 线系3.66CdAuM 线系5.96AuPbM 线系8.36PbTeBiM 线系4.97Bi总量100.00表 4熔炼区污染源排放颗粒物的粒径累计分布Table 4Cumulative particle size distribution of particulatesemitted by pollution sources in melting zone粒径范围/m粒径/m颗粒粒径累计值 F(d)/%6.606.601010.5510.552016.3716.343030.2530.254053.1253.125084.3084.3060131.70131.7070214.13214.1380467.20467.2090995.60995.60100对表 4 数据进行线性拟合回归可得到图 4。其中，均匀度指数为 0.624，反映出颗粒物不均匀。其中拟合直线获得的截距是特征尺寸，数值为 104m。从而获得颗粒物粒径累积分布函数表达式如式(3)所示。图 4颗粒粒径分布的函数拟合与实测数据对比Fig 4Comparison of function fitting of particle sizedistribution with measured dataF(d)=1 exp d()1040.624(3)图 4 为颗粒粒径累积分布的拟合函数与实测值的对比，颗粒粒径分布与 Rosin-Rammler 拟合函数规律相吻合，其中拟合优度 R2为 0.991，证明了该拟合函数的准确性。式(3)给出的均匀度指数(S=0.624)与特征尺寸(D=104 m)可用于数值模拟计算分析中，成为模拟计算的参考使用数据。3.2环境测试结果分析立足于重金属、砷中毒、尘肺病、热射病等防治，分析了作业人员岗位环境 PM1.0、PM2.5、PM10、SO2和温湿度等参数变化规律以间接反映污染源散发特性。从熔炼炉出铜和排渣周期中测得岗位环境PM1.0、PM2.5、PM10、SO2和温湿度的变化特征。对出铜口和排渣口的颗粒物质量浓度进行比较，得出熔炼区出铜口和排渣口颗粒物空间散发量差异及变化规律。1)出铜过程和排渣过程岗位环境中 PM1.0、PM2.5和 PM10的时间分布特性与空间分布规律。图5和 6 分别为熔炼过程和排渣过程岗位环境 PM1.0、PM2.5和 PM10质量浓度随时间变化曲线图。结合图5和6 分析可知，出铜口和排渣口处 PM1.0、PM2.5、PM10质量浓度均出现两个较大峰值。出铜过程包含捅口、移动排风罩和堵口 3 个工艺环节。3 个工艺按照时间顺次进行，同时伴随不同质量浓度的颗粒物的产生。为直观反映出铜过程不同粒径颗粒物的质量浓度变化，现以捅口、移动排风罩和堵口 3 个工艺环节为时间轴对出铜过程中颗粒物质量浓度变化展9752023 年2 月黄艳秋，等:铜厂熔炼区污染源特征及环境参数分布特性Feb，2023图 5出铜过程岗位环境 PM1.0、PM2.5、PM10质量浓度随时间变化Fig 5Variations of PM1.0，PM2.5and PM10massconcentrations with time in the postenvironment of copper process开分析。在捅口后，PM1.0、PM2.5、PM10的质量浓度急剧上升达到第一个峰值 34 mg/m3左右。伴随出铜流量的不断变化，在移动排风罩的出铜工艺过程后期达到第二个峰值 21.5 mg/m3左右。排渣工艺过程相对于放冰洞工艺过程较柔和、不存在外部移动排风罩，只有捅口和堵口两个工艺过程，故 PM1.0、PM2.5、PM10的质量浓度在捅口后呈波动形式缓慢上升达到第一个峰值 0.202 mg/m3左右。随后伴随排渣流量的变化，在排渣后期 PM1.0、PM2.5、PM10质量浓度达到第二峰值 0.184 mg/m3左右。出铜口区域PM1.0、PM2.5、PM10的颗粒物峰值质量浓度约是排渣口区域相对应颗粒物峰值质量浓度的 170 倍。10m 以内的颗粒物会经呼吸道吸入人的体内或经过人体皮肤进入人体15 引起砷、重金属中毒或引发其他相关职业病，故迫切需要提高出铜口处通风除尘系统性能。图 7 显示出熔炼区出铜口和排渣口处岗位环境颗粒物质量浓度的空间变化特征。排渣口处的PM1.0、PM2.5和 PM10平均质量浓度分别为(0.069 0.028)mg/m3、(0.070 0.028)mg/m3、(0.084 0.029)mg/m3，出铜口处的 PM1.0、PM2.5和 PM10平均质量浓度分别为(3.169 4.818)mg/m3、(3.191 4.849)mg/m3、(3.214 4.883)mg/m3。分析获得，出铜口区域 PM1.0、PM2.5、PM10的颗粒物均值质量浓度约是排渣口区域相对应颗粒物均值质量浓度的 40 倍。原因可能为出铜工艺散发颗粒物的剧烈程度远大于排渣工艺，出铜口处排风罩与出铜角度呈 90且高度间距超 1.8 m，导致排风罩无法有效捕图 6排渣过程岗位环境 PM1.0、PM2.5、PM10质量浓度随时间变化Fig 6VariationsofPM1.0，PM2.5andPM10massconcentrations with time in the post environment ofslag discharge process图 7出铜口和排渣口处岗位环境测点 PM1.0、PM2.5、PM10质量浓度变化Fig 7Spatial variations of PM1.0，PM2.5，PM10massconcentrationatthepostenvironmentalmeasurement points at the tap hole and the slagdischarge port集剧烈出铜散发的颗粒物。2)岗位环境中 SO2质量浓度分布特性。SO2是铜厂环境中重要的污染物，图 8 为出铜口与排渣口处岗位环境中 SO2质量浓度变化规律对比图。由图 8 可知，出铜口处的 SO2质量浓度高于排渣口处的 SO2质量浓度，故熔炼区环境中 SO2主要来源于出铜口出铜过程。按照 GBZ 1592004工作场所空气中有害物质监测的采样规范 的技术要求，针对 SO2采样仪器采样时间不足 15 min，进行 1 次以上采样时，按 15min 时间加权平均质量浓度计算9。085Vol 23No 2安全 与 环 境 学 报第 23 卷第 2 期图 8出铜口与排渣口处岗位环境中 SO2质量浓度对比Fig 8Comparison of SO2mass concentration in the postenvironmentatthetapholeandtheslagdischarge portSTEL=1T1+2T2+nTn15(4)式中STEL为短时间加权平均接触质量浓度，mg/m3;1、2、n为测得空气中有害物质质量浓度，mg/m3;T1、T2、Tn为劳动者在相应的有害物质质量浓度下的工作时间，min;15 为短时间接触容许质量浓度规定的 15 min。按照式(4)进行计算得出铜口出铜过程岗位环境中 SO2短时间加权平均接触质量浓度为 23.27mg/m3。由职业卫生标准(GBZ 2.12019)规范16 可知，SO2质量浓度限值为 10 mg/m3(PCSTEL)。因此，出铜过程中 SO2短时间加权平均接触质量浓度达到职业卫生标准中 SO2短时间接触容许质量浓度的 2.33 倍。出铜口处 SO2污染严重，应作为熔炼区污染物控制的主要环节。此外，建议熔炼区出铜口处作业人员通过佩戴职业防毒面具等措施做好个人防护工作。3)岗位环境中温湿度分布特性。图 9、10 分别为熔炼区出铜口和排渣口处岗位环境的干球温度和相对湿度变化规律图。由图 9 和 10 可知，在熔炼区出铜和排渣过程中，熔炼区环境温度呈波动性上升、相对湿度呈波动性下降趋势。出铜口出铜时间段平均温度为 44.8，最高温度为 48.8，最低温度为 43.1，最大温差为 5.7。而平均相对湿度为 34.7%，最高相对湿度为 37.1%，最低相对湿度为 30.0%，最大相对湿度差为 7.1%。相比之下，排渣口排渣时间段平均温度为 38.7，最高温度为 40.1，最低温度为 38，最 大 温 差 为 2.1。平 均 相 对 湿 度 为图 9出铜口岗位环境干球温度、相对湿度变化Fig 9Variations of dry bulb temperature and relativehumidity at the tap hole图 10排渣口岗位环境干球温度、相对湿度变化Fig 10Variations of dry bulb temperature and relativehumidity at the slag discharge port43.5%，最高相对湿度为 44.7%，最低相对湿度为42%，最大相对湿度差为 2.7%。上述结果表明，出铜口处的环境温度比排渣口处的环境温度约高6.1，而出铜口处的湿度比排渣口处的湿度约低 8.8%。该熔炼车间岗位环境平均温度为 41.8，平均湿度为 40.3%。由于该熔炼区所在地夏季通风室外计算温度17 为 33.2，故该熔炼区属于高温作业环境18。由图 9 和 10 可知，出铜口岗位环境温度高于整体车间的环境温度，但出铜口放冰铜为间歇性工作，每次工作时间约为 10 min，故其满足 GBT42002008高温作业分级 规范19 在高于 44 时轻劳动作业持续接触时间不超过 20 min 的要求。4结论通过对熔炼区污染源处采样颗粒物的扫描电镜1852023 年2 月黄艳秋，等:铜厂熔炼区污染源特征及环境参数分布特性Feb，2023测试分析，以及岗位环境中 PM1.0、PM2.5、PM10、SO2、温湿度的实测分析，获得熔炼区颗粒污染源特性及岗位环境参数分布特征，结论具体如下。1)污染源处颗粒物微观结构呈不规则形状且组成较为复杂，锌、铅、镉、铜、砷五种污染元素在颗粒物上 的 质 量 比 分 别 为 4.93%、8.36%、3.66%、11.03%、21.33%，其中主要元素砷是一种有毒元素，极易富集在细小颗粒物上，对作业人员健康具有很强的潜在危害性。出铜口排风罩捕集到10 m 以内的颗粒物体积分数不足 20%，大部分细小颗粒物滞留在岗位环境中。此外，颗粒物粒径分布近似符合 Rosin-Rammler 分布，其均匀度指数(S=0.624)与特征尺寸(D=104 m)可用于数值模拟计算分析中。2)出铜和排渣过程中 PM1.0、PM2.5和 PM10质量浓度随时间均出现峰值，出铜过程中 PM1.0、PM2.5和PM10的颗粒物峰值浓度约是排渣过程相对应颗粒物峰值浓度的 170 倍。出铜口区域 PM1.0、PM2.5和PM10的颗粒物均值浓度均约是排渣口区域相对应颗粒物均值浓度的 40 倍，故相比于排渣口出铜口处的通风设计尤为关键。3)出铜过程 SO2浓度呈波动形式升高，出铜口处的 SO2浓度高于排渣口处的 SO2浓度。根据环境职业卫生标准可知 SO2短时间接触质量浓度限值为10 mg/m3，而测试得到放冰铜岗位环境中 SO2短时间加权平均接触质量浓度为 23.27 mg/m3，约为规范要求限值的 2.33 倍。因此，出铜口处 SO2污染严重，建议熔炼区出铜口处作业人员通过佩戴职业防毒面具等措施做好个人防护工作。4)出铜时段岗位环境平均温度为 44.8，排渣时段岗位环境平均温度为 38.7，熔炼车间岗位环境平均温度为 41.8。出铜口岗位环境温度高于整体车间的环境温度，但出铜口放冰铜为间歇性工作，每 次 工 作 时 间 约 为 10 min，故 其 满 足 GBT42002008高温作业分级 在高于 44 时轻劳动作业持续接触时间不超过 20 min 的要求。参考文献(References):1 TYABC D，RC E，XGBCF G，et al Association of fineparticulate matter air pollution and its constituents withlung function:the China pulmonary health studyJ Environment International，2021，156(11):106707.2 HU Y，ZHOU J，DU B，et al Health risks to localresidents from the exposure of heavy metals around thelargest copper smelter in ChinaJ Ecotoxicology andEnvironmental Safety，2019，171(4):329336.3 WANG H Q，HUANG C H，DI L，et al Fume transportsin a high rise industrial welding hall with displacementventilation system and individual ventilation unitsJ Building Environment，2012，52(6):119128.4 田月 某铜冶炼厂车间环境空气污染特征研究及其防治对策 D 南昌:南昌航空大学，2012.TIAN Y Characteristics of environmental air pollution ina copper smelter workshop and its prevention and controlmeasures D Nanchang:NanchangAeronauticalUniversity，2012.5罗雷，郭旸旸，郑扬，等 典型钢铁源颗粒物形貌及元素的特征分析J 过程工程学报，2017，17(3):647654.LUOL，GUOYY，ZHENGY，etalCharacteristicanalysis of particle morphology and elementsin typicalsteelsources J ProcessEngineeringJournal，2017，17(3):647654.6 GONZLEZ-CASTANEDOY，MORENOT，FERNANDEZ-CAMACHO R，et al Size distribution andchemical composition of particulate matter stack emissionsin