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