一、技术路线

研究的技术路线如下：①基础资料收集（冶炼厂生产规模、产品产量、主要生产工艺、生产设备、厂区平面布置图）；②实地监测（监测单元划分、监测布点、单元区测试、厂界无组织测试、同步记录气象条件）；③数据处理与计算（根据实测结果，结合数学模型推算以单元模块为污染源的源强数值，同时以该源强到厂界的预测与实测值拟合，验证源强数值的可靠性）；④得出结论（最终确定污染单元的源强并分析重金属污染物的防控重点）。

二、基础资料调查

1)生产工艺介绍

(1)备料工艺铜精矿通过铁路和汽车运至厂内的精矿库，精矿由抓斗起重机送至收料斗，经圆盘给料机、计量皮带、新1#皮带和新2#皮带输送到备料厂房的精矿仓。煤、熔剂（主要为石英石和石灰石）、冶炼返回物（经破碎和筛分至要求粒度后），通过厂内汽车送往配料厂房池坑，由抓斗抓至各自料仓分别贮存。
在各料仓的下方，都设有振动料斗（精矿采用圆盘给料机）和定量给料机。根据各种物料的配比进行配料，配好的炉料通过胶带输送机送往圆盘制粒机内，制成10-15mm的粒料后，通过胶带输送机送往奥斯麦特炉熔炼厂房内的可移动式皮带加料机，经熔炼炉顶的加料孔加入炉内熔炼。

(2）熔炼工艺熔炼系统是生产铜产品的粗炼车间，拥有世界先进的奥斯麦特炉一座，生产能力强。铜精矿、返回物、熔剂、块煤经配料混合后，经圆盘制粒机制成10-15mm粒料后由炉顶的加料孔进入奥斯麦特炉，熔炼反应风由工业氧气及普通空气混合而成，经喷枪喷入熔体。在温度1180℃左右完成铜的熔炼过程。熔炼产物有铜梳、炉渣和烟气。前两者以混合熔体的形式，通过排放口和溜槽连续地流入贫化电炉进行分离。

出炉烟气温度1250℃，进入余热锅炉回收余热和烟气电收尘系统处理，处理后的烟气经高温排风机与转炉吹炼的净化烟气混合送制酸系统制酸。余热锅炉和电收尘回收的烟尘视其成分返回配料仓配料熔炼和外售。

(3)吹炼工艺热冰铜从贫化电炉放铜口排入冰铜包，用行车加入转炉。吹炼过程要求的石英石，通过炉顶熔剂供应系统加入炉内。吹炼过程需要的高压空气由离心鼓风机供给（补入氧气）。粗铜倒入粗铜包并送往阳极炉精炼。烟气通过余热锅炉回收余热，并经电收尘器收尘后由高温排风机送往制酸系统。吹炼炉渣倒入铸渣机渣包经冷却和铸渣后，送往新建的选矿厂再破碎和浮选成铜精矿返回熔炼系统。根据吹炼作业的进程，分别加石英石、返回物、电解残极和高铜物料，前两者通常在造渣期添加；后两者在造铜期添加。

2）厂内污染源资料

厂区内主要的颗粒物污染源：冶炼车间烟尘、堆场和道路的无组织排放。本研究不考虑堆场及道路无组织排放源的影响。

冶炼车间包括新建的奥炉车间和包括转炉吹炼、阳极炉精炼、圆盘浇铸在内的冶炼老厂房，皆位于厂区的西侧。

其中，奥炉车间平面尺寸为33m×43m，高52m，内有φ4m的奥炉一台，84m2贫化电炉一台；奥炉熔炼产生的铜梳和炉渣以混合熔体的形式，通过排放口和溜槽连续地流入贫化电炉进行分离，贫化电炉中贫化后产生的品位50％左右的冰铜通过放出口和溜槽流入冰铜包，送转炉吹炼，在此过程中排放口和溜槽都会有逸散烟气带出。

冶炼厂房21m×158m，高17m，内有三套φ3.6m×8.4m转炉，三台l00t固定式反射炉、三台圆盘浇铸机。正常工作时转炉为2用1备，其他如精炼反射炉台数及每炉操作时间皆与转炉相匹配。在冰铜加入转炉，以及粗铜出渣、出铜的过程中，都会有逸散烟气产生。阳极精炼过程中由于炉体密闭不严也会有逸散烟气产生，圆盘浇铸过程中主要会产生水蒸气。

针对熔炼车间的无组织排放烟气，目前在熔炼炉、转炉、贫化电炉等均设有环保烟罩和吸风点，将炉口、渣口等处散发的少量烟气及时收集到环保通风系统，由设在厂外山顶上的50m环保烟囱排放。

3）厂区总平面布置

厂区占地面积约为330000m2，南侧紧邻一条公路，北侧为一条铁路专用线。主体车间设备布置在场区的西侧。原料库位于厂区西部偏北的区域，便于与备料工段的铁路接轨，也利于与西侧的熔炼工段衔接。熔炼工段包括奥炉熔炼、转炉吹炼、阳极精炼和圆盘浇铸工序，主要分布在奥炉车间和冶炼车间，是整个工艺的主体。

三、实地监浏

1)监测方案

监测项目与布置点位布设见表4-40和图4-20。

2）监测依据

3）气象数据

四、数据处理与分析

1）有组织排放废气分析

（1）平均质量浓度对比15#集烟废气排口＞13＃阳极炉废气排口＞14#制酸废气排口（2）主要检出物分析主要检出物质量浓度见表4-43。15＃集烟废气排口主要为所有生产工艺中车间废气收集后统一排放口，铜和铅检测质量浓度为所有检测点位中最大点位。

2）无组织排放废气分析

(1)铜铜总体呈现4个质量浓度梯度变化：第一梯度在0.38-0.42mg/m3，为5#监测点；第二梯度在0.12-0.2mg/m3，为2#、8#、7＃监测点；第三梯度在0.017-0.055mg/m3,为1#,3#,10#、4#、6＃监测点；第四梯度在0.007-0.0027mg/m3，为9#、11#、12＃监测点。

根据数据分析，5#冶炼车间质量浓度最大，主要为精炼铜产生，其次为冶炼车间下风向7＃和8＃监测点以及2＃奥炉进料口监测点，4#,6#监测点为冶炼车间外监测点，由于为上风向，质量浓度与奥炉车间1#,3#相近，10#厂界点由于在下风向与车间质量浓度相近，最低处为9#、11#、12＃监测点，受目标源干扰最少，相当于环境本底值。

(2）铅第一梯度在0.092-0.12mg/m3，为5#、2#、8#、7＃监测点；第二梯度在0.0079-0.027mg/m3，为1#、3#、10#、4#、6＃监测点；第三梯度在0.0014-0.0027mg/m3，为9#、11#、12＃监测点。

(3)镉第一梯度在5.6×10-5-6.6×10-5mg/m3，为5#、2#监测点；第二梯度在2.4×10-5-3.1×10-5mg/m3，为8#、7＃监测点；第三梯度在1.0×10-5-1.5×105mg/m3，为1#、3#、6#监测点；第四梯度在0.012×10-5-0.39×10-5mg/m3，为4#、10#、9#、11＃监测点；第五梯度为未检出3.0×10-8L，为12#监测点。

(4)铬无明显规律，质量浓度基本在最低检出限4.0×10-4L附近。

(5）汞第一梯度在4.6×10-6-25×10-6mg/m3，为5#、7#、8＃监测点；第二梯度为未检出3.0×10-6L，为1#、2#、3#、4#、6#、9#、10#、11#、12＃监测点。

(6）砷第一梯度在0.0063-0.0733mg/m3，为5#、2#、8#、7＃监测点；第二梯度在0.00790.027mg/m3，为13#、10#、4#、6＃监测点；第三梯度在0.001.4-0.0027mg/m3为9#、11#、12＃监测点。

综上所述，经过以上数据汇总，除铬无明显数值规律，其他项目都呈明显的浓度梯度，其中：

检测物质主要由冶炼车间和奥炉车间扩散出来；车间外监测点，符合无组织扩散规律；厂界外监测点，无明显扩散，个别点位近似环境本底值；车间内监测点浓度与车间外浓度相差1-3倍；铜和铅为主要检出物，在所监测项目中含量最高。

五、无组织度气源重金再排放量的模型计算

1)污染源分布

铜冶炼无组织排放废气重金属污染源主要为熔炼车间与冶炼车间，对于本项目而言，即奥炉车间与冶炼车间。可见，奥炉车间与冶炼车间在纵向上基本位于同一轴线上，均为西北一东南分布方向，车间尺寸见表4-44。

2）模型选择与构建

应用污染物监测质量浓度对无组织排放源污染物排放源强进行计算，可采用高斯反推模型与箱模型。结合本企业无组织排放污染源的分布、监测时段的气象条件以及模型自身的特点，拟选择箱模型推算无组织排放污染源强。

考虑到无组织污染源的实际分布情况，分别针对奥炉车间与冶炼车间，构建其各自的箱模型。

(1)奥炉车间的箱模型构建

应用箱模型时，应首先建立合适的箱体分布模型，明确污染物产生、传输、去除的机制，进而建立各子箱体的质量平衡方程组。拟建立两个子箱体，其中箱体1应包含无组织污染源（即奥炉车间区域），作为重金属污染物产生及传输的源头；而箱体3位于箱体1的污染物传输受纳体，且应包含重金属污染物的监测点，其作用是承接由箱体1随风传输的污染物，并能反映各种污染物去除机制。考虑到计算的时间跨度较小，且重金属污染物难以在空气中发生化学转化反应，因此确定主要的去除机制为干沉降。

建模时应考虑以下实际因素：

(1)主导风即NW风由奥炉车间西北门进入车间内部之后，最终应由东北门流出，总体上看，车间内部的风场应该发生90°的转向；

(2)风由奥炉车间东门流出并进入箱体3时，由于外界的主导风向仍然为NW，因此在箱体3中风场再次发生90°的转向，即仍由NW向SE方向流动；

(3)3#监测点位可作为流入箱体1的污染物浓度背景值即C0NW，由于2号箱体的NW上风向未布设监测点，也没有无组织污染源，因此认为2号箱体的NW上风向没有污染物流入；

(4）设置箱体高度时，比较直观的做法是直接将奥炉车间的高度即52m作为箱体高度，然而如果进一步考虑污染物传输的实际情况，则会发现奥炉车间本身并非一个侧面完全敞开的空间，其污染物传输几乎是完全通过西北门与东北门进行的，在一定程度上，可认为在门高范围内的空间，污染物随风向的混合是完全的，因此将车间门高作为箱体的实际控制高度；

(5）对于奥炉车间内的污染物浓度，应考虑通过箱模型计算得出车间内（即箱体1)的污染物平均质量浓度Cl，再以Cl及2＃监测质量浓度的平均值来综合考量车间内部的污染物浓度状况。

奥炉车间箱模型数学公式为：

箱体1：W1’H1U1C0NW＋Q1一L1’H1U1C1’一VgL1W1C1’＝0

箱体3:L1’H1U1C1一W3H1U1C3一VgL1W3C3－(E3L1W3C3/H1)－(E3’L1H1C3/2W3)

式中：C0NW——由西北门进入箱体1的重金属污染物平均质量浓度，mg/m3;

C1——箱体1的重金属污染物平均质量浓度，mg/m3;

Cl’——箱体1的重金属污染物平均质量浓度修正值，mg/m3;

C3——箱体3的重金属污染物平均质量浓度，mg/m3;

L1——箱体1的长度，m;

Li’——奥炉车间东北门的宽度，m;

W——箱体1的宽度，m;

W1’——奥炉车间西北门的宽度，m;

W3——箱体3的宽度，m;

H1——箱体高度，即东北门（西北门）的高度，m;

Q1——箱体1中重金属的排放源强，mg/s;

U1——主导风向的平均风速，m/s;

E3——箱体3内垂直方向的扩散系数，m2/s;

E3’——箱体3内水平方向的扩散系数，m2/s;

Vg——干沉积速度，m/s。

对于上述部分参数的进一步说明如下：

C0NW即3＃监测点的污染物浓度监测值；

C1即2＃监测点相应污染物监测质量浓度的平均值，这样做的目的是能够综合考量车间内某点的实际监测值与箱模型计算得出的车间内平均值，以得到比较均衡的数据；

箱体1完全位于车间内，由于墙壁阻隔，认为其与外界的垂直与水平方向的扩散作用可忽略；

箱体3内垂直方向的扩散系数E2=σz，水平方向的扩散系数E2'=σy。

其确定方法参照（（环境影响评价技术导则大气环境》(HJ/T2.2-2008）附录B;

Vg即干沉积速度，可运用Stocks沉降公式进行计算，即：

Vg=d2p(ρp-ρ）g/18μ

式中：dp——含重金属颗粒的平均粒径，m;

ρP——颗粒物的真密度，kg/m3;

ρ——空气密度，1.206kg/m3;

μ——空气勃度，0.181×104Pa-s;

g——重力加速度，9.80665m/s2。

(2）冶炼车间的箱模型构建

冶炼车间箱模型分布见图4-23和图4-24。

冶炼车间的箱模型构建原则与奥炉车间相同，建模时应考虑以下实际因素：

①冶炼车间西北与东南北方向全部封闭，西南侧有三门，东北侧为全部敞开式。结合污染物的监测结果，确定监测时段冶炼车间区域的局部风场为SW至NE，即风由西南门流入，由东北侧流出；

②4＃与6＃监测点位的污染物监测质量浓度均值可作为流入箱体2的污染物浓度背景值即C0SW,7＃与8#监测点位的污染物监测质量浓度均值可作为箱体4的污染物浓度实测值；

③冶炼车间高度相对较低（17m)，在其中设置了5#监测点，即位于精炼炉旁约3m处，结合冶炼车间内的实际情况综合判断，认为该点位的监测数值能够反映车间内污染物的平均质量浓度状况；

④设置箱体高度时，依照奥炉车间的做法，即认为流入箱体2的污染物传输界面应限制在西门高度的范围内；污染物在冶炼车间内随风向的混合是完全的，流出箱体2的污染物传输界面为冶炼车间东侧，因而控制高度应为冶炼车间的高度，即箱体2与箱体4的控制高度为冶炼车间高度。

箱体3：L’2H’2U2C0SW＋Q3一L2H2U2C2一VgL2W2C2=0

箱体4：L2H2U2C2+(W4H2U1C3)一L2H2U2C4－VgL2W4C4－(E4L2W4C4/H2)－(2E4’W4H2C4)/2L2=0(4-3）

式中：C0SW——由西南门进入箱体3的重金属污染物平均质量浓度，mg/m3;

C2——箱体2的重金属污染物平均质量浓度，mg/m3;

C4——箱体4的重金属污染物平均质量浓度，mg/m3;

L2——箱体2的长度，即冶炼车间的长度，m;

L'2——冶炼车间西南各门的总宽度，共15m;

W2——箱体2的宽度，即冶炼车间的宽度，m;

W4——箱体4的宽度，m;

H2——箱体高度，即冶炼车间的高度，m;

H'2——冶炼车间西门的高度，5m;

Q2——箱体2中重金属的排放源强，mg/s;

U2——冶炼车间区域的局部风场SW风向的平均风速，m/s;

E4——箱体4内垂直方向的扩散系数，m2/s;

E’4——箱体4内水平方向的扩散系数，m2/S;

Vg——干沉积速度，m/s。

对于上述部分参数的进一步说明如下：

①C0SW即4＃与6＃监测点的污染物浓度监测值；

②箱体2完全位于冶炼车间内，由于墙壁阻隔，认为其与外界的垂直与水平方向的扩散作用可忽略；

③考虑到4号箱体总体上呈现NW-SE方向的狭长形分布，宽度较小，且受到周边建筑与环境的影响，因而认为其主要风向为局部风场U2的方向；

④其确定方法参照《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ/T2.2-2008）附录B。

3）模型计算

(1)公式与说明

(2）应用计算

现状监测连续进了2天，分别是2012年3月11-12日，每日上午09:00-11:30及下午14:00-16:30各进行一次。考虑到两日的气象条件基本相同，而上、下午的大气扩散参数将随着大气稳定度的变化而发生变化，因此，将监测2日期间上、下午的各点位浓度值分别取平均，按照上、下午分别代入箱模型公式进行计算。由于各污染物计算得出的U2不尽相同，因而对计算结果取平均值，代入计算Q2。基础参数、监测质量浓度均值以及计算结果见表4-45与表4-460

4)企业废气污染源重金属污染物排放源强清单

分别对表4-46中奥炉车间与冶炼车间上、下午重金属污染物排放源强取平均值，得出其无组织排放源强，见表4-47。该企业的有组织、无组织排放废气的重金属污染源强清单及占标比见表4-48。根据对无组织源的箱模型反推计算，以及有组织源的监测数据，该企业每年排放Pb27.17t,Cd3.99×10-3t,Cr0.069t,Hg5.29×10-4t,As5.18t,Cu9.16t，其中Pb排放量相对最高。除Cu之外，其他重金属均为有组织污染源排放量相对较大，而无组织污染源排放量相对较小。

5）清单分析

在无组织排放源中，排放的重金属污染物排放量按大小排序依次为Cu>Pb>As>Cr>Cd>Hg;在有组织排放源中，排放的重金属污染物排放量按大小排序依次为Pb>As>Cu>Cr>Cd>Hg。在有组织排放源中，排放重金属污染物的重点污染源按排放量大小排序依次为环境集烟烟囱、阳极炉烟囱、制酸尾气。无组织排放源的排污系数占无组织与有组织排污系数总和的23.68%，这说明铜冶炼企业的废气中重金属污染物主要是通过有组织源释放至外环境的。

6)模型验证

将有组织及无组织废气污染源重金属排放参数及源强数据，以及监测时段气象数据代入Aermod预测模型，计算主导风向下风向厂界监测点（即厂区西南厂界11#）位置的重金属污染物预测质量浓度，进而与相应监测值进行比较，以判断污染源，尤其是无组织污染源源强计算的准确性，模型验证结果见表4-49。可见，各重金属污染物的预测质量浓度与实际监测质量浓度均值之间的相对误差，控制在-75.95%-73.31%，考虑到局部空气流场的复杂性以及建筑物影响等因素，此误差可被接受。因此，可以认为箱模型对无组织排放污染源重金属污染物排放源强的估算比较准确。