电子垃圾拆解过程排放有机废气的污染特征、健康风险及污染削减研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q87995210
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随着全球经济和科技的快速发展以及工业化进程的逐渐加快,电子产品快速的更新换代,电子垃圾(E-waste)已成为世界上增长最快的固体废弃物。线路板作为电子产品的核心部件,含有大量的金属和非金属材料,具有很高的回收再利用价值。然而在线路板的回收过程中会产生大量的悬浮颗粒物和有机污染物,不仅对区域环境造成严重的污染,危害当地群体健康,而且有机废气中的持久性有机污染物(POPs)会随着大气长距离的迁移扩散造成更大范围的空气污染。因此,电子垃圾拆解活动受到全球的广泛关注。  本论文主要从电子垃圾拆解地区的区域环境入手,对电子垃圾循环经济产业园建设过程大气中挥发性有机污染物(VOCs)的时空变化特征进行分析,探讨其源汇关系;并开展了应用喷淋塔(ST)-静电除尘(EP)-光催化(PC)联用工艺净化电子垃圾拆解排放有机废气中VOCs的工程化削减研究;其次研究了不同线路板拆解车间内有机废气中三种典型持久性有机污染物多溴联苯醚(PBDEs)、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)的污染特征及其存在的健康风险;接着以污染最为严重的电烤锡炉拆解回收电视机线路板工艺为研究代表体系,对其拆解过程中产生的有机废气中的PBDEs、PAHs和VOCs进行去除考察研究,评价了联用技术的工程应用性。  研究发现,电子垃圾拆解地区VOCs污染比较严重,其年均总挥发性有机污染物(TVOCs)浓度为2.2×102μg·m-3、诱发的臭氧形成潜势(OFP)和二次有机气溶胶形成潜势(SOAFP)分别为6.6×102μg·m-3和8.9×103μg·m-3,非致癌风险达到3.68。芳香烃类(AHs)对于臭氧和二次有机气溶胶的生成分别贡献了82.8%和98.9%。AHs和卤代烃类(HHs)是该地区非致癌风险的主要贡献者,分别贡献了年均非致癌风险总值的47.1%和44.2%。AHs在春季、秋季和冬季TVOCs组分中含量最高,分别占TVOCs总量的46.5%、74.2%和49.9%;而HHs在夏季TVOCs中所占的比例最大(34.0%),其次为AHs(28.6%)。同时研究还发现,随着经济循环产业园区的建成,散点排放源的贡献明显下降,其TVOCs浓度大幅度下降。春季TVOCs的浓度是冬季TVOCs浓度的近10倍,即大部分采样点的VOCs污染主要来自于春季的贡献(27.9%~95.5%),其贡献率约为60.0%以上。相对于春季而言,冬季VOCs诱发的OFP和SOAFP降低了10倍之多,其健康危害降低了近34倍,整个电子垃圾拆解地区的健康影响由春季的确定非致癌风险(11.7)逐渐降低为冬季的可能非致癌风险(0.34)。此外,源解析表明,春季VOCs污染明显受电子垃圾拆解活动的影响,而其他三个季节可能主要受机动车尾气的影响。  针对上述大气VOCs污染,进一步对电子垃圾拆解排放有机废气中的VOCs进行了污染削减研究。结果表明,电烤锡炉拆解电视机线路板产业园排放的VOCs的平均浓度为5.4×102μg·m-3,其中AHs和HHs是主要的VOCs组分,分别占TVOCs总含量的55.9%和33.3%。AHs贡献了1.3×103μg·m-3的OFP和3.0×104μg·m-3的SOAFP,分别占总臭氧生成潜势和二次有机气溶胶生成潜势的86.5%和99.9%,其中甲苯贡献最大。通过对拆解工人职业暴露风险研究发现,HHs和AHs是主要的贡献者,分别贡献了62.6%和36.9%。现场中试联用设备可有效地削减76.9%的VOCs,相应的抑制71.5%和80.6%的臭氧和二次有机气溶胶生成。虽然高毒性的苯在降解过程中存在一定的积聚,但是联用技术设备净化处理以后,TVOCs造成的职业暴露风险仍然降低了55.4%。  除了VOCs污染,电子垃圾拆解有机废气中的POPs污染也不容忽视。本节选取电烤锡炉处理电视机线路板车间(EHFTV)、旋转灰化炉处理电视机线路板车间(RITV)、电烤锡炉处理路由器线路板车间(EHFR)、旋转灰化炉处理硬盘线路板车间(RIHD)和电吹风处理手机线路板车间(EBMP)五个典型线路板拆解车间,对车间内大气中的POPs进行了对比研究。结果表明,五个车间内大气TSP的浓度介于490±14.9~1530±340μg·m-3,PBDEs、PAHs和PCBs的浓度分别为26.7±9.4~11510±100ng·m-3,31.5±11.6~400±380ng·m-3,2.2~28.3±1.9ng·m-3,其中电烤锡炉工艺POPs污染最为严重。线路板类型、拆解温度及拆解工艺都是影响车间内污染物排放特征的重要因素。拆解回收过程是PBDEs的主要来源,而PAHs来源比较丰富。风险评估研究表明,颗粒态PBDEs是呼吸非致癌风险的主要贡献者,而PAHs和PCBs是呼吸致癌风险的主要贡献者,拆解工人通过呼吸诱发的健康风险高于皮肤接触诱发的健康风险。  选择上述拆解过程中污染最为严重的电烤锡炉拆解电视机线路板回收车间作为代表体系,进行有机废气的现场中试示范研究。研究发现,有机废气中共检测到16种VOCs,其TVOCs浓度在1.6×103至6.7×103μg·m-3之间波动,其中HHs含量最高。TSP、PM10和PM2.5中PAHs的平均浓度分别为2.5×102、2.3×102和1.6×102ng·m-3。PBDEs的浓度比PAHs高出2个数量级,其TSP、PM10和PM2.5的平均浓度分别为8.1×104、4.0×104和1.8×104ng·m-3。总体而言,PAHs主要存在于气相中,菲是主要的PAHs同系物;而PBDEs主要集中在颗粒相,BDE-47和-99是主要的PBDEs组分。联用技术对TSP、PM10和PM2.5中PAHs的平均去除率分别为19.2%、31.0%和13.6%,对PBDEs的去除率分别为:72.8%、77.3%和63.0%。在60天的中试研究期间,VOCs的最高去除率为69.5%,主要归因于喷淋塔对水溶性VOCs和大粒径颗粒物的去除、静电除尘对小粒径颗粒物的去除及光催化高效的VOCs去除能力,而且光催化技术对卤代烃的去除率(62.7%)明显高于芳香烃(27.3%)和含氧类VOCs(36.4%)。风险评估表明,联用技术处理后其PAHs、PBDEs和TVOCs的暴露风险均显著降低。
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