我國(guó)部分地區(qū)典型水泥廠汞排放的調(diào)查

王永剛，李霞

1 全球汞的排放狀況（圖1）

汞是一種有毒的重金屬痕量元素，汞污染對(duì)人類(lèi)及生態(tài)環(huán)境造成的危害極大。2013年1月，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）發(fā)布了《Global Mercury Assessment》（全球汞評(píng)估報(bào)告）。報(bào)告中指出：作為人類(lèi)活動(dòng)的一個(gè)直接結(jié)果，2010年全球汞的排放共計(jì)1 960t。其中,亞洲的汞排放量占全球汞排放總量的50%以上，中國(guó)的汞排放量占到了亞洲排放量的四分之三，接近全球汞排放量的三分之一。

2 水泥廠汞檢測(cè)（圖2）

圖1 全球汞排放分布

水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中，原料和燃燒廢氣流動(dòng)方向相反且相互混合相互作用。由于原料與氣流的逆流，導(dǎo)致水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中存在溫度梯度，又因?yàn)槭諌m器灰塵的回收利用等因素，水泥廠內(nèi)汞的遷移便形成了幾個(gè)循環(huán)。

圖2 水泥生產(chǎn)過(guò)程及汞的輸入輸出

圖3 OHM采樣示意圖

為了解水泥生產(chǎn)過(guò)程中汞的遷移過(guò)程、不同位置汞的種類(lèi)和數(shù)量，了解影響汞排放的因素以及水泥廠現(xiàn)有收塵設(shè)備（FF或ESP）去除汞的效率，在研究了中國(guó)巖石、土壤、煤炭中汞的地域分布基礎(chǔ)上，先后現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)了中國(guó)西北、華北、華南典型水泥廠的尾氣汞排放情況，對(duì)不同地區(qū)、不同原燃料的水泥廠的汞排放做了系統(tǒng)的測(cè)試和分析。

3 檢測(cè)方法與取樣點(diǎn)

對(duì)中國(guó)三個(gè)地區(qū)典型水泥廠的采樣檢測(cè)采用了安大略法OHM（Ontario Hydro Method）采樣分析。另外，在采樣過(guò)程中，還參考了美國(guó)環(huán)保局《固定污染源廢氣氣態(tài)汞的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)方法。

安大略法是美國(guó)環(huán)保局認(rèn)定的燃煤電廠煙氣汞的濃度和形態(tài)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)方法，己用于美國(guó)約80個(gè)燃煤電廠汞排放的檢測(cè)。安大略法規(guī)定了從煙道中取樣的設(shè)備與步驟，試驗(yàn)室分析的設(shè)備與步驟，計(jì)算的方法與步驟。該方法適用于燃煤電廠中單質(zhì)態(tài)、氧化態(tài)、粒子態(tài)汞及總汞的排放檢測(cè)，濃度范圍為0.000 5～0.1mg/m3（標(biāo)）；適用于污染物控制裝置進(jìn)、出口處的單質(zhì)態(tài)、氧化態(tài)、粒子態(tài)汞及總汞的采樣和汞收集效率的計(jì)算。OHM采樣示意圖見(jiàn)圖3，OHM采樣吸收瓶裝置示意圖見(jiàn)圖4。

為了解水泥生產(chǎn)過(guò)程中汞的遷移和析出特性，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的不同位置進(jìn)行了氣體取樣和固體取樣，氣體取樣點(diǎn)見(jiàn)表1，固體樣品見(jiàn)表2。

4 檢測(cè)結(jié)果和分析

由于不同地域間原燃料的差異以及生產(chǎn)制度的不同，處于新疆、天津和福建三個(gè)地區(qū)的典型水泥廠的汞的輸入量、排放量以及生產(chǎn)過(guò)程中不同位置的汞的含量有一定差異，氣體取樣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，固體樣品檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖4 OHM采樣吸收瓶裝置示意圖

表1 氣體取樣點(diǎn)及工況

表2 固體樣品取樣

通過(guò)對(duì)中國(guó)西北、華北、東南三個(gè)地區(qū)典型水泥廠汞的檢測(cè)和分析，可以得出以下結(jié)論：

表3 氣體取樣檢測(cè)結(jié)果

表4 固體樣品檢測(cè)結(jié)果

（1）水泥廠的汞主要來(lái)源于原料和燃料。其中，原料里帶入水泥生產(chǎn)中的汞是水泥廠汞的最主要來(lái)源，約占90%。

（2）水泥廠汞的排放主要以氣態(tài)汞為主，約占排放量的95%以上，其中，單質(zhì)汞的比例非常大，約占75%～94%。

（3）水泥生產(chǎn)的操作制度（生料磨的開(kāi)啟和關(guān)閉）對(duì)煙囪中汞的排放影響很大，生料磨開(kāi)啟時(shí)的排放比生產(chǎn)磨關(guān)閉時(shí)低約17%～26%。其原因?yàn)樯夏ブ械纳戏劬哂泻艽蟮谋缺砻娣e，對(duì)汞及其化合物具有一定的吸附作用，在粉磨過(guò)程中，氣態(tài)汞吸附到粉塵上，從而降低了汞的排放，吸附在生料粉上的汞隨著生料粉重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。

（4）水泥生產(chǎn)中，現(xiàn)有的大氣污染控制裝置（主要指收塵器）對(duì)汞的減排貢獻(xiàn)很大。無(wú)論是ESP還是FF，對(duì)顆粒態(tài)汞的去除率均可達(dá)到90%以上（與除塵效果相關(guān)），對(duì)氣態(tài)汞的去除率也能夠達(dá)到60%以上（在除塵過(guò)程中，氣態(tài)汞吸附到粉塵上，從而降低了排放的效果），隨著收塵器灰塵的回收利用，這部分汞又回到水泥窯系統(tǒng)。

（5）水泥廠內(nèi)部存在多個(gè)汞循環(huán)，汞在隨煙氣和物料的循環(huán)中，富集在窯灰和生料中，濃度甚至能夠達(dá)到原料輸入的千倍以上。

（6）根據(jù)水泥生產(chǎn)的排放現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，部分水泥生產(chǎn)線(xiàn)需要增加額外的汞減排專(zhuān)有裝置，或優(yōu)化現(xiàn)有能夠降低汞排放的其他污染物控制裝置（ESP、FF、FGD、SCR等），才能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的要求。