基于水泥行業(yè)的大氣環(huán)境容量分析及污染控制對(duì)策研究

劉小強(qiáng) 趙江偉 蘇海燕 代艷偉

(河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，石家莊 050037)

基于水泥行業(yè)的大氣環(huán)境容量分析及污染控制對(duì)策研究

劉小強(qiáng) 趙江偉 蘇海燕 代艷偉

(河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，石家莊 050037)

石家莊水泥產(chǎn)業(yè)集中度相對(duì)較低，產(chǎn)能過(guò)剩，生產(chǎn)管理和污染控制水平相對(duì)落后，顆粒物、氮氧化物等污染物排放問(wèn)題一直相對(duì)突出。隨著空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，石家莊市空氣質(zhì)量總體達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值難度較大，尤其是在人為污染源活動(dòng)頻繁以及氣象條件不利于大氣污染物擴(kuò)散的冬季，九成多天數(shù)出現(xiàn)污染物超標(biāo)情況。因此，如何對(duì)石家莊市水泥行業(yè)污染物排放進(jìn)行治理，使得大氣環(huán)境質(zhì)量總體穩(wěn)定并逐步改善，避免嚴(yán)重的區(qū)域性空氣污染，成為當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)大氣環(huán)境污染控制工作的主要目標(biāo)。

水泥行業(yè)；環(huán)境空氣質(zhì)量；響應(yīng)模型；污染控制

1 石家莊市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及演變趨勢(shì)

從城市大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，近年來(lái)石家莊市大氣環(huán)境空氣質(zhì)量總體趨好并逐步改善，各項(xiàng)污染物濃度下降較明顯。2016年，石家莊市大氣環(huán)境中SO2平均濃度為0.041毫克/立方米，低于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值；NO2平均濃度為0.058毫克/立方米，高于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值0.45倍；PM10平均濃度為0.164毫克/立方米，高于國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值1.34倍。從歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，石家莊市各項(xiàng)大氣污染物濃度呈現(xiàn)出較為明顯的下降趨勢(shì)，但是距離空氣質(zhì)量總體達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值難度很大。

2 石家莊市水泥行業(yè)對(duì)大氣環(huán)境的影響

2.1 水泥行業(yè)是主要的大氣污染源

水泥行業(yè)普遍具有高污染的特征，是大氣環(huán)境污染物的主要來(lái)源。依據(jù)《2015年度河北省環(huán)境狀況公報(bào)》以及2015年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，石家莊市水泥制造行業(yè)排放的SO2、NOx以及煙(粉)塵分別為1139.6噸、9553.6噸、5617.8噸，水泥制造行業(yè)所排放的SO2、NOx以及煙(粉)塵分別占石家莊市總排放量的0.7%、4.8%以及6.0%。在石家莊市工業(yè)排放量構(gòu)成中，水泥制造行業(yè)SO2貢獻(xiàn)量位列4位，NOx貢獻(xiàn)量位列第2位，煙(粉)塵貢獻(xiàn)量位列第2位。

2.2 污染物排放量及其在環(huán)境質(zhì)量響應(yīng)模型

2.2.1 污染物排放量及其在環(huán)境質(zhì)量響應(yīng)模型建立

大氣環(huán)境中的主要污染物由本地源和非本地源(即背景濃度)構(gòu)成，而主要污染物濃度與單位國(guó)土面積上本地源污染排放強(qiáng)度密切相關(guān)，因此可依據(jù)污染物排放量統(tǒng)計(jì)資料以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立污染物排放強(qiáng)度與實(shí)測(cè)大氣環(huán)境濃度的關(guān)系，即排放強(qiáng)度與環(huán)境濃度的轉(zhuǎn)換系數(shù)。本地源污染物排放量與實(shí)測(cè)環(huán)境濃度關(guān)系模型如圖1所示。

2.2.2 模型假設(shè)條件和參數(shù)計(jì)算

實(shí)測(cè)大氣環(huán)境中主要污染物的濃度由本地源和非本地源(即背景濃度)構(gòu)成，在計(jì)算實(shí)測(cè)環(huán)境濃度與排放量之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)時(shí)，假定：

i、 大氣環(huán)境中主要污染物與排放強(qiáng)度之間存在正相關(guān)關(guān)系。

ii、 取一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的一半作為背景濃度扣除后計(jì)算僅有本地源貢獻(xiàn)的濃度值進(jìn)行計(jì)算，單位為mg/m3，計(jì)算公式為：

(1)

其中，ΔCi是本地源貢獻(xiàn)濃度；Ci是實(shí)測(cè)環(huán)境濃度；Cb是背景濃度。

iii、 排放強(qiáng)度為排放量與石家莊市國(guó)土面積之商，單位為t/km2/y。

計(jì)算公式為：

(2)

其中，Ii是i類大氣污染物的排放強(qiáng)度；Ei是i類大氣污染物的排放總量；ST是石家莊市國(guó)土面積，取值為1.58萬(wàn)km2。

iv、 濃度排量轉(zhuǎn)換系數(shù)為實(shí)測(cè)大氣環(huán)境濃度與排放強(qiáng)度之商，單位為(mg/m3)/( t/km2/y)，計(jì)算公式為：

(3)

其中，ai是i類污染物環(huán)境濃度與排放量之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)；ΔCi是i類污染物環(huán)境濃度；Ii是i類大氣污染物的排放強(qiáng)度。

綜上，分別計(jì)算出石家莊市NO2排放強(qiáng)度、粉塵排放強(qiáng)度、環(huán)境監(jiān)測(cè)濃度、本地源貢獻(xiàn)濃度以及濃度排量轉(zhuǎn)換系數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 污染物排放量與實(shí)測(cè)環(huán)境濃度關(guān)系模型

年度(t/km2/y)NO2PM10(mg/m3)NO2PM10(mg/m3)NO2PM10(mg/m3)/(t/km2/y)NO2PM1020131728723006903090049028900028004002014144674300540216003401960002400264201512515950051014700310127000250021320161126?536?00580164003801440003400269平均138864900580209003801890002800286標(biāo)準(zhǔn)偏差2623100000080073000800730000500080

注：1.2016年排放量，還未最終核定，表中是測(cè)算數(shù)據(jù)。2.冬季濃度排量轉(zhuǎn)換系數(shù)取年平均值的1.5倍折算。

3 石家莊市大氣環(huán)境容量計(jì)算

石家莊市允許污染物新增容量，等于環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095—2012)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與背景濃度的差值，再除以濃度排量轉(zhuǎn)換系數(shù)，并乘以國(guó)土面積，用公式表示為：

(4)

其中，Eni是i類污染物的新增容量；Si為i類污染物二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，Bi為背景濃度值；ST是國(guó)土面積，石家莊市國(guó)土面積為1.58萬(wàn)km2。

將NO2的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，背景濃度值及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換系數(shù)帶入上述公式，則可計(jì)算出石家莊市NO2的大氣環(huán)境容量值為11.29萬(wàn)噸。將對(duì)應(yīng)冬季轉(zhuǎn)換系數(shù)帶入上述公式，則可計(jì)算出不利天氣條件下NO2的大氣環(huán)境容量值僅7.52萬(wàn)噸。

將PM10的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值，背景濃度值及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換系數(shù)帶入上述公式，則可計(jì)算出石家莊市PM10的大氣環(huán)境容量值為2.76萬(wàn)噸。將對(duì)應(yīng)冬季轉(zhuǎn)換系數(shù)帶入上述公式，則可計(jì)算出不利天氣條件下PM10的大氣環(huán)境容量值為1.84萬(wàn)噸。

假定不利天氣條件占全年約1/4的時(shí)間，則石家莊市實(shí)際大氣環(huán)境NO2容量和PM10容量初步判斷為：

平均轉(zhuǎn)換系數(shù)條件下的NO2環(huán)境容量值×75%+冬季轉(zhuǎn)換系數(shù)條件下的NO2環(huán)境容量×25%=11.29×75%+7.52×25%=10.35萬(wàn)噸。

平均轉(zhuǎn)換系數(shù)條件下的PM10環(huán)境容量值×75%+冬季轉(zhuǎn)換系數(shù)條件下的PM10環(huán)境容量×25%=2.76×75%+1.84×25%=2.53萬(wàn)噸。

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，石家莊市現(xiàn)有污染物排放量均超過(guò)實(shí)際大氣環(huán)境容量，其NO2和PM10分別超環(huán)境容量1.9和3.7倍，評(píng)價(jià)結(jié)果表明石家莊市大氣環(huán)境綜合承載力呈超載狀態(tài)。

4 石家莊市水泥行業(yè)的大氣污染調(diào)控與對(duì)策

水泥制造業(yè)是石家莊市主要的經(jīng)濟(jì)支柱之一，也是大氣污染物的主要貢獻(xiàn)者，直接導(dǎo)致了石家莊市大氣污染防治與水泥制造業(yè)之間客觀存在著矛盾和沖突。在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)發(fā)展與大氣污染防控的過(guò)程中可采取以下幾個(gè)方面的策略：

(1)加強(qiáng)總量控制。針對(duì)石家莊市水泥制造業(yè)的污染物排放現(xiàn)狀和大氣環(huán)境問(wèn)題，合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的布局、結(jié)構(gòu)和規(guī)模，將大氣的總量控制目標(biāo)確定為實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量總體持續(xù)改善，各大氣環(huán)境功能區(qū)達(dá)到相應(yīng)的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。

(2)優(yōu)化發(fā)展布局。水泥制造業(yè)大氣污染物排放主要集中在城市及周邊地區(qū)，這些地區(qū)的特點(diǎn)是工業(yè)比較發(fā)達(dá)，人口較為聚集，應(yīng)以環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，按分類指導(dǎo)、區(qū)別對(duì)待的原則，根據(jù)市場(chǎng)情況和水泥供應(yīng)半徑優(yōu)化布局，壓縮整體產(chǎn)能。

(3)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管控。石家莊市處于太行山南部山前區(qū)域，山前暖區(qū)空氣流動(dòng)性小，大氣擴(kuò)散湍流能力弱，不利于污染物的擴(kuò)散，而隨著城鎮(zhèn)化步伐的加快，以及未來(lái)有可能面臨的極端氣候，須采取長(zhǎng)期的、堅(jiān)持不懈的防范對(duì)策，保證空氣質(zhì)量逐步改善。

Analysis of the Atmospheric Environmental Capacity and Pollution Control Countermeasures Based on Cement Industry

LIU Xiaoqiang ZHAO Jiangwei SU Haiyan DAI Yanwei

(Hebei Provincial Environmental Monitoring Center，Shijiazhaung 050037)

The concentration of cement industry in Shijiazhuang is relatively low，excess capacity，production management and pollution control level is relatively backward，particulate matter，nitrogen oxides and other pollutants emissions has been relatively prominent. With the implementation of new air quality standards，the overall air quality in Shijiazhuang city is difficult to reach the maximum level two standard，especially in the man-made pollution source and frequent weather conditions are not conducive to the diffusion of atmospheric pollutants in winter，more than 90% days of pollutants exceed the standard. Therefore，how to Shijiazhuang cement industry emissions of governance，the overall stability of the atmospheric environmental quality and gradually improve，avoid regional air pollution is serious，has become the main target of the current and future period of air pollution control work.

Cement industry；Ambient air quality；Response model

劉小強(qiáng)，學(xué)士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與管理

X21

A

1673-288X(2017)02-0098-03

引用文獻(xiàn)格式：劉小強(qiáng) 等.基于水泥行業(yè)的大氣環(huán)境容量分析及污染控制對(duì)策研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(2)：98-100.