汞造成的环境污染如今已成为全球性问题。汞削减及去除技术备受关注。
2013年10月,从制造、利用到废弃,全面对汞进行规制的《水俣公约》正式通过。原则上,《水俣公约》缔约国自2020年起,要禁止生产及进出口含汞产品。
发展中国家发生的严重汞污染促使《水俣公约》得以顺利通过。小规模金矿开采使用的汞,以及火力发电站废气及工厂废水等中所含的汞造成了环境污染,排放源附近及下游流域的居民控诉健康受到危害的情况日益增多。
汞是唯一一种常温下以液体形式存在的金属元素。挥发性较高,以水和大气为介质在全球扩散循环。会跨国界蓄积在生物体内,还可能给人类带来极大的不良影响。
在《水俣公约》获得通过时,日本政府表明,作为针对发展中国家汞污染的对策,将在今后3年提供约20亿美元的援助。还提出了向海外推广削减产品中汞含量的技术及汞回收利用技术等。
日本此举还有一个目的,那就是让日本积累的汞相关技术带动基础设施出口。从拥有汞削减及去除技术的企业来看,既可以帮助全球解决环境问题,还能借此机会实现增长及开展海外业务。
量虽少但持久
日本的年用汞量约为8吨。其中荧光灯等照明领域用的最多,约占4成。2012年日本国内生产的荧光灯约为2亿盏。近几年,虽然LED(发光二极管)照明不断普及,但从产量来看,荧光灯仍是主流。
《水俣公约》规定,普通照明用途的荧光灯含汞量不得超过5毫克。2020年以后,禁止生产及进出口含汞量超过这一上限的荧光灯。
荧光灯中,电子与被封入的汞原子发生碰撞。管内涂层的荧光物质会接收碰撞时生成的紫外线从而发光。汞的封入量越多,荧光灯的发光时间越长。如何在控制封入量的同时,长久保持发光时间是技术开发的关键。
随着欧洲实行RoHS(限制使用有害物质)指令,东芝照明技术公司开始积极致力于削减荧光灯的含汞量。
玻璃管中封入汞化合物使其蒸发。东芝照明技术通过将封入的汞制成固体,从而便于进行分量管理及封入作业,减少了使用量。
该公司开发出了在玻璃管中装入制成固体的汞化合物,然后使之转化成气体的方法。汞化合物是指直径约1.5毫米的汞和锌的化合物,汞含量约为4毫克。在将玻璃管抽成真空的工序中,加入汞化合物,从外部加热,使2毫克左右的汞转化成气体。管内的汞原子减少后,剩余的汞会自然转化成气体。
以往是封入液体状态的汞,存在封入量有偏差,或者不慎洒出等问题。因此,东芝照明技术开发出了一种可将汞制成固体化合物的装置。
另外,为了长久保存汞,该公司开发出了可在短时间内提高玻璃管内真空度的装置,为了防止汞原子附着在玻璃管上,还开发了在玻璃和荧光物质之间涂布氧化铝保护膜的技术。从而确立了寿命长达1.5万个小时的荧光灯制造技术。
东芝照明技术环境推进部部长田村畅宏表示:“海外荧光灯企业的工厂还多是利用液体汞。我们的制造经验可作为汞削减技术推广到海外。”
可去除废气中9成以上的汞
如果按地区来看汞的大气排放量,亚洲排放量占到了一半左右。其中,煤炭火力发电站的废气为主要因素。因为发电燃料所用的煤炭含有汞。
《水俣公约》还将煤炭火力发电站的大气排放列为规制对象。规定新设施自公约生效起要在5年内采用“最佳可行技术”(BAT)及“最佳环境实践”(BEP)。现有设施也需要在10年内采取对策,例如采用最佳可行技术和最佳环境实践、设定排放管理目标及排放限度值等。
三菱重工业公司从2006年起,开始与美国的电力公司合作,共同致力于开发煤炭火力发电站汞去除技术。最终开发出了通过向排放废气中喷射氯化铵水溶液来回收汞的方法。以往是通过向锅炉排放的废气喷射铵水溶液来去除氮氧化物(NOx)的“脱硝”、去除煤灰的“集尘”、去除硫氧化物(SOx)的“脱硫”这一系列工序,去除废气中的有害物质。
配备三菱重工脱硫装置的西班牙孔波斯特拉发电站。
而采用新方法,氯化铵中所含的氯会产生使汞氧化的效果,在脱硫工序中,可在去除硫氧化物同时,也去除汞。
2011年在美国南方电力公司的米勒发电站对该方法进行了实证实验。最终确认,比原来使用活性炭的方式成本低,并且可去除废气中9成以上的汞。
在亚洲等发展中国家目前处于运转状态的煤炭火力发电站中,有很多未配备脱硝、集尘及脱硫装置。即使配备,多数也是性能不完善,或者处于故障状态。三菱重工环境化学设备营业部副部长佐佐木裕一表示:“今后将在亚洲各国大力销售可有效去除汞的废气净化装置。”
回收利用也十分重要。日本国内2010年从废旧产品和废弃物中回收的汞为52吨。回收利用量超过了日本国内8吨的年使用量。
野村兴产公司从1973年开始致力于汞的回收利用。在其位于北海道北见市的Itomuka矿业所每年回收2.7万吨的含汞废弃物,然后循环再生出40~50吨的汞。
确保操作人员的安全
将回收的废旧荧光灯粉碎,并将玻璃和灯口分离。在进行处理时,利用导管吸取玻璃管内部的汞,然后利用吸附剂使其附着。最后用水清洗,去除玻璃上附着的汞和荧光粉。
将吸附了汞的吸附剂及清洗后仍残留汞的污泥放入名为“多段式焙烧炉”的装置中,在里面进行搅拌,同时以600℃~800℃的温度燃烧,使汞转化成气体。燃烧时间为4~12个小时。根据污泥所含的成分及汞浓度的不同,汞原子容易剥离的温度和燃烧时间也不同。生成的汞蒸汽通过冷凝塔再次还原成液体汞。随后,对回收的汞进行精炼,提高纯度。
关于汞回收利用,在一系列的工序中进行安全管理必不可少,即便汞发生气化,也能够防止操作人员吸入。野村兴产将保护操作人员安全的运营经验也作为出口对象。技术部长藤原悌说:“《水俣公约》通过后,已有多家海外企业前来咨询。我们正在研究能否将安全管理汞的方法作为一项业务开展。”
《水俣公约》需要经过50个国家政府的批准,并在90天后正式生效。希望可以将日本拥有的技术和经验推广到海外,为减少汞灾害做出贡献。
原标题:《水俣公约》将推动汞削减及去除技术市场扩大
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