《Atmospheric Pollution Research》：Emission characteristics and congener profiles of PCDD/Fs across typical steelmaking processes
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系统地比较了六种炼钢过程中的多氯二苯并二恶英（PCDD/Fs）排放情况（2022–2024年）
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系统地比较了六种炼钢过程中的多氯二苯并二恶英（PCDD/Fs）排放情况（2022–2024年）
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碱性氧气炉（SF）和电弧炉（SM）的排放量最高，而高炉（BOF）的排放量最低（<0.01 ng I-TEQ/m3）
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操作参数对排放的影响与末端处理技术同样重要
引言
多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃（PCDD/Fs）是一类卤代芳香化合物，由于其极高的毒性、在环境中的持久性和生物累积潜力而受到全球关注（Van den Berg等人，2006年；White和Birnbaum，2009年）。其中最毒的2,3,7,8-TCDD被归类为1类致癌物。通过长距离大气传输，PCDD/Fs可以分布到远离其排放源的地区，并通过干沉降和湿沉降进入偏远生态系统，在那里它们可能在环境介质和食物链中积累（Lohmann和Jones，1998年；Dopico和Gómez，2015年）。因此，它们被列入《斯德哥尔摩公约》首批针对的12种持久性有机污染物（POPs）清单中，推动了全球范围内识别和控制其主要工业来源的努力（Wu等人，2020年；Ajay和Prathish，2024年；Lee和Park，2024年）。
铁和钢铁行业长期以来一直被认为是大气中PCDD/Fs的主要人为来源之一（Thuong等人，2024年）。涉及碳、氯和金属催化剂的高温热处理过程在特定温度范围内为PCDD/Fs的形成提供了有利条件（Mingxiu等人，2020年；Xu等人，2024年）。作为全球最大的钢铁生产国，中国占全球粗钢产量的一半以上。2023年，中国生产了10.191亿吨粗钢，占全球总量的53.9%（Ren等人，2021年；Yu等人，2023年），因此承担了相当大的排放负担。国家排放清单研究指出，钢铁行业是中国PCDD/Fs总排放量的主要贡献者，其中电弧炉（EAF）炼钢是主要的子来源（Lei等人，2021年；Tian等人，2012年；Han等人，2016年）。中国钢铁行业的持续发展和结构转型凸显了系统地表征其各种工艺排放的必要性，以支持有针对性的减排策略。
关于特定炼钢过程中PCDD/Fs排放的研究已经相当广泛。烧结机（SM）在高温下将铁矿石粉与焦碳 breeze 和熔剂混合，通常被认为是综合钢厂中最大的单一排放源，并受到了最多关注（Lei等人，2021年；Anderson和Fisher，2002年；Aries等人，2006年），其排放量受到原材料组成、床层透气性和烟气处理方式的影响（Qian等人，2018年；Hung等人，2011年）。电弧炉炼钢也得到了深入研究，其排放水平因废钢质量和操作条件的不同而有很大差异（Yang等人，2020年；Dong，2021年；Shen等人，2020年）。已确定了两种主要形成途径：一种是在250–450°C下由碳质基质与氯和金属催化剂在原位合成（Lin等人，2023年；Xie等人，2024年；Wang等人，2022年）；另一种是通过氯化芳香化合物（如氯酚和氯苯）前体合成（Chen等人，2021年）。从同系物分布可以推断出每种途径的相对贡献，以PCDF为主的情况通常表明原位合成是主要途径（Lin等人，2023年）。
尽管取得了这些进展，但仍存在一些不足。大多数现有研究集中在个别工艺上，尤其是SF和EAF，而其他工艺如 Shaft Furnace（SF）、焦炉（CO）、造粒设备（PE）和碱性氧气炉（BOF）受到的关注较少。在一个统一的框架内进行系统性的跨工艺比较非常少，这导致难以比较更广泛炼钢过程中的PCDD/Fs排放水平。同时，同一工艺类型在不同工厂或同一工厂内部之间的排放变化很少被量化，尽管这可能是由于原材料、操作参数和维护实践的差异所致。此外，使用一致的方法对多个工艺进行同系物分布的比较也缺乏，限制了对其形成机制差异的可靠评估。
为了解决这些不足，本研究对包括SM、SF、EAF、CO、PE和BOF在内的六种典型炼钢过程中的PCDD/Fs浓度和同系物分布进行了比较研究。数据集涵盖了来自11家中国钢铁厂的40个排放源，可以在一致的监测和分析框架下比较不同工艺和不同工厂之间的差异。本研究旨在表征这六种工艺类别中的PCDD/Fs浓度，检查同一工艺类别内各个排放源之间的差异，并比较同系物分布，以提供工艺特定排放特征的信息。研究结果旨在支持针对具体工艺的监测和控制措施；它们不构成国家排放清单或对PCDD/Fs形成机制的直接实验验证。
章节片段
样品收集
从中国三个主要钢铁生产区的11家代表性综合钢厂收集了烟气样本，分别是华北地区（NC）、华东地区（EC）和西南地区（SW）。为确保保密性，每家工厂都被分配了一个由地区缩写和序列号组成的字母数字代码（例如，NC-1、EC-2、SW-1）。在调查的工厂中，有7家位于华北地区（NC-1至NC-6），3家位于华东地区（EC-1至EC-3）。
不同炼钢工艺的PCDD/Fs排放水平
综合炼钢过程包括多个生产阶段，每个阶段都有不同的二恶英形成机制和排放水平。基于2022年至2024年收集的现场测量数据，本节研究了六种关键工艺（SM、SF、EAF、CO、PE和BOF）中的PCDD/Fs排放浓度（以I-TEQ表示），重点关注工艺间和工厂间的差异，以及烟气处理技术在影响排放水平中的作用。
结论
这项多工厂现场研究提供了六种铁和钢铁生产过程中PCDD/Fs浓度和同系物分布的比较评估。在11家中国钢铁厂的40个监测源中，SF和SM的浓度普遍较高，而BOF的排放量较低。在大多数情况下，PCDFs占主导地位，2,3,4,7,8-P5CDF是最常见的同系物。这些观察结果与烟气中原位合成过程对PCDD/Fs形成的贡献一致。
CRediT作者贡献声明
Lei Luo：调查、数据分析。 Chengzhou Zhang：资金获取、概念构思。 Shanshan He：初稿撰写、验证、数据管理。 Qianqian Zhang：验证、方法论、调查。 Yangyang Guo：撰写、审稿与编辑、资金获取。 Tingyu Zhu：监督、项目管理、资金获取。 Tao Guo：验证、调查、数据管理、概念构思。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了“ Jing-Jin-Ji区域环境整治-国家重点科技项目”（2025ZD1203300）、中国国家自然科学基金（项目编号52522008）和北京Nova计划（编号2024072、20250484956）的支持。
Tao Guo | Shanshan He | Qianqian Zhang | Lei Luo | Chengzhou Zhang | Yangyang Guo | Tingyu Zhu
