相关资料显示^〔1〕,中国目前已成为世界氧化铝生产大国,氧化铝生产企业达18家,总年产能力达1 855万吨左右。 从2004年起,中国电解铝已占世界电解铝总产量> 20%,其中2004年占22.29%,2005年占24.47%,2006年占 27.52%。铝工业是国民经济发展的重要基础原料产业,同时也是高耗能产业。由于铝冶炼行业的特殊性,在生产过程中存在有害因素及危险因素,主要是有害气体的无组织排放,可能会对周围居住区的居民健康造成一定影响。目前,中国尚无铝冶炼业卫生防护距离标准。为促进经济发展,保护铝冶炼业周围居民健康,需要制订卫生防护距离标准,为此于 2004-2008年进行了此项研究。

选取上海能源有限公司大屯铝业有限公司进行现场调查;选取该企业周边距离2 000 m以内的职工住宅区,入户调查常住居民57户,每户调查18~60岁者1人。共调查居民57人,其中,男性36人,占63%,女性21人,占37%; 年龄25~61岁。居住时间≥3年者40人,占70%;从事工人职业者30人,占53%;居住地距该企业直线距离为1 000~ 2 000 m。

了解铝冶炼企业生产规模、电解铝生产工艺、布局及其工业气体污染物等;同时在距该企业有害气体排放源下风向直线距离900,1 000和1 200 m处设采样点,检测空气中有害气体种类及其含量,采样方法及检测方法参考 H J/T55-2000《大气污染物无组织排放监测技术导则》^〔2〕。

采用自行编制的调查问卷,内容包括基本信息、疾病史、疾病家族史、与铝污染相关的症状体征以及氟化物接触史等,同时征求居民对设置卫生防护距离的建议。由课题组成员入户调查。

(1)无组织排放:根据《制订地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T 13201-91)^〔3〕规定,凡不通过排气筒或通过15 m高度以下排气筒的有害气体排放,均属无组织排放;(2)卫生防护距离:无组织排放的有害气体进入呼吸带大气层时,其浓度如超过GB 3095-1996《环境空气质量标准》^〔4〕与TJ 36-79《工业企业设计卫生标准》^〔5〕中规定的居住区容许浓度限值,无组织排放源所在的生产单元 (生产区、车间或工段)与居住区之间应设置卫生防护距离。 (3)特征污染物及选取原则:选取无组织排放的大气污染物; 无组织排放多种大气污染物时,优先选取无组织排放量大、有毒有害污染物,即特征污染物无组织排放量与其标准浓度限值的比值(Q_c/C_m值)较大的污染物^〔6〕 ;选取特征污染物的数量≤2个;(4)无组织排放量(Q_c):无组织排放量主要通过物料衡算法^〔7〕和地面浓度反推法^〔8〕确定。在其他条件保持不变情况下,企业无组织排放量主要与企业的生产规模有关,调查时根据工程分析、企业调研和现场实测结果进行评估;(5) 标准浓度限值:参照文献〔4〕规定的二级标准,铝冶炼企业特征污染物氟化物的标准浓度限值(c_m)为0.02 mg/(m³•h)。

根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T13201-91)^〔3〕中推荐的估算方法进行评估。计算公式如下:Q_c/c_m=1/A (BL^C+0.25 r²)^0.50L^D。其中:Q_c:工业企业有害气体无组织排放量可以达到的控制水平(kg/h);c_m:标准浓度限值(mg/m³);L:工业企业所需卫生防护距离(m);r:有害气体无组织排放源所在生产单元的等效半径(m),根据该生产单元占地面积(S,m²)计算,r=(S/π)^0.5;A、B、C、D:卫生防护距离计算系数,根据工业企业所在地区近5年平均风速及工业企业大气污染源构成类别从文献〔3〕表中查对与选取。将企业无组织排放量评估值、标准浓度限值及其他参数代入卫生防护距离计算公式,计算不同规模铝冶炼企业所需卫生防护距离评估值。铝冶炼企业所在地5年平均风速(m/s)测算依据文献〔3〕。

2.1 电解铝生产工艺及污染

金属铝主要生产原料是氧化铝、氟化盐(冰晶石、氟化铝等)、炭素阳极。目前国内铝冶炼企业金属铝生产均采用冰晶石(氧化铝熔盐电解法,电解过程中散发的烟气中含有大量氟化物、粉尘、沥青烟及SO₂等,经罩板集气处理后排放,烟气少量逸出经车间天窗排出,形成无组织排放源,是铝厂的主要大气污染源。实地观测结果显示,电解铝生产所用电解槽呈纵向排列,电解厂房长达数百米至上千米。电解废气通过长达数百米长的厂房天窗无组织排放,污染源形成狭长的长方形带内,其等效半径(r)误差较大。 根据现场实测结果和理论计算,铝冶炼生产过程中排放的大气污染物中,其主要特征污染物为氟化物。评估结果显示,铝冶炼企业生产规模为5,10,15,20,30万吨/年时,氟化物无组织排放量(Q_c)分别为2.49,4.97,6.59,8.20,11.82 kg/h。

居民问卷调查结果显示,过去1年中曾患上呼吸道感染者43人,占 75%,其中气管炎、肺炎占17%,新发鼻炎占14%,咽炎占 20%;居住地可闻到异味者51人,占90%。认为铝冶炼生产企业与居民区之间应设置卫生防护距离的居民为100%,其中认为卫生防护距离应为1 000 m者占5%,应为1 000~ 5 000 m者占40%,认为卫生防护距离应> 5 000 m者占 45%。结果表明,铝冶炼生产企业无组织排放的含氟化物废气经大气稀释后,对居民区大气环境仍然存在影响,需要设定一定的防护距离,避免对居民身体健康造成明显影响。

结果显示,按年平均风速 2~4 m/s的条件,铝冶炼企业生产规模为5、10、15、20、30万吨/年时,应该设置的卫生防护距离估算值(L)分别为1 453,2 147,2 535,2 887,3 638 m,企业周边各采样点空气中氟化物、二氧化硫含量均< 0.02 mg/(m³•h)。因此,建议铝冶炼业卫生防护距离按以下标准制订(表 1)。

表 1

表 1 铝冶炼业卫生防护距离标准建议值(m)

表 1 铝冶炼业卫生防护距离标准建议值(m)

工业企业无组织排放的大气污染物对周边居民健康可造成一定影响^〔9〕。针对铝冶炼企业排放的氟化物、二氧化硫等特征污染物,设置卫生防护距离十分必要,其作用是为企业无组织排放的大气污染物提供一段稀释距离,使污染气体到达居民区时的浓度符合国家标准^〔10〕。

本研究结果表明,电解铝特殊的生产工艺及其布局,使污染源形成狭长的长方形带,等效半径(r)误差较大,因此,使用 《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB/T13201- 91)^〔3〕中推荐的卫生防护距离估算公式计算,结果会明显偏大,这一点在文献中已得到证实^〔11〕。本研究在测算过程中根据面积近似等效正方形来确定等效半径(r=外侧边长之和/π)^〔12〕,以使电解铝生产企业的卫生防护距离标准建议值更符合实际状况。