湖南省工業(yè)企業(yè)氣體排放特征研究

張方哲

（湖南品標(biāo)華測檢測技術(shù)有限公司，湖南長沙 410000）

工業(yè)企業(yè)的廢氣中，含有的污染物類型多種多樣，如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、煙塵、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等[1-2]。我國對工業(yè)企業(yè)的排放的大氣污染物監(jiān)督性監(jiān)測主要針對氮氧化物、二氧化硫顆粒物和煙塵等[3]。氮氧化物作為主要大氣污染物之一，不僅會(huì)引發(fā)霧霾、臭氧破壞等環(huán)境問題，也會(huì)危害人體健康。SO2是大氣的重要污染物之一，形成的酸雨會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)，污染水環(huán)境，還能通過氧化形成硫酸鹽氣溶膠，參與大氣酸沉降[4]。大氣顆粒物雖然只占大氣成分較少的組分，但其對環(huán)境的危害極大。輕者污染建筑物表面，影響城市衛(wèi)生，重者對能見度、溫度等均產(chǎn)生重要影響。目前，顆粒物是影響我國城市空氣質(zhì)量的最主要污染物。研究表明，氮氧化物、SO2及顆粒物等主要大氣污染物與心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病有明顯的相關(guān)性[5-9]，直接影響人們的生活和健康[10-11]。工業(yè)企業(yè)由于其自身特征，污染物排放量往往對地區(qū)的環(huán)境影響較大，因此，分析工業(yè)大氣污染物排放特征，是大氣環(huán)境防控治理的基礎(chǔ)性工作。

湖南省是中國中部地區(qū)主要省份之一，位于長江中游，地處東經(jīng)108°47′～114°15′，北緯24°38′～30°08′，氣候條件為大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。近年來，隨著湖南省經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，空氣污染問題也備受關(guān)注。許晶等[12]分析了2001～2008年湖南省SO2、NOX及PM10的變化情況，結(jié)果表明三項(xiàng)主要大氣污染物的年均值變化很小，空氣質(zhì)量相對較穩(wěn)定，空氣質(zhì)量優(yōu)良率呈逐年增加趨勢，2002年三項(xiàng)污染物濃度日均超標(biāo)率最高，2008年超標(biāo)率最低，空氣質(zhì)量穩(wěn)定中有所改善。廖岳華等[13]結(jié)合大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同大氣污染排放量對湖南省城市環(huán)境污染狀況的影響不同。鄧鴻[14]分析了2015年湖南省大氣污染物排放數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)湖南省大氣污染物的主要來源是工業(yè)排放，所有污染物中工業(yè)排放占總排放量的80.61%。2017年6月，湖南省施行《湖南省大氣污染防治條例》，標(biāo)志著大氣污染防治進(jìn)入法治化軌道。2018年6月，發(fā)布《湖南省污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，旨在改善生態(tài)環(huán)境，改善民生。本文基于湖南省2019年第二、第四季度三種類型工業(yè)企業(yè)的大氣污染物排放數(shù)據(jù)，分析了不同類型企業(yè)、不同大氣污染物、不同季度的排放量的特征。研究結(jié)果將有助于了解湖南省重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)主要大氣污染物排放情況，對研究控制和減輕空氣污染、改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

本次研究收集了2019年湖南省大氣環(huán)境重點(diǎn)排污單位監(jiān)督性監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)監(jiān)測點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 大氣環(huán)境重點(diǎn)排污單位監(jiān)測點(diǎn)分布

2 結(jié)果與討論

依據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，綜合分析所收集到的三類企業(yè)的空氣污染物排放量，第二、第四季度三類污染物的平均值均符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。全省各市均有采樣點(diǎn)，東部地區(qū)采樣點(diǎn)較多，西部地區(qū)較少。綜合考慮本次收集資料的時(shí)間及空間分布情況，研究選取了湖南省第二、第四兩季重點(diǎn)監(jiān)測的不同類型排污單位的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以得到不同類型企業(yè)、不同污染物的時(shí)空分布特征。本次選取的企業(yè)包含陶瓷、水泥及電力類三類企業(yè)，分別為陶瓷類企業(yè)10家、水泥類企業(yè)29家、電力類企業(yè)12家。陶瓷類企業(yè)的監(jiān)測點(diǎn)包括生產(chǎn)線混合排氣筒、陶瓷窯煙氣處理后排氣口、噴霧干燥塔處理設(shè)施排放口等。水泥類、電力類企業(yè)的監(jiān)測點(diǎn)包括窯尾排氣口、機(jī)組廢氣排出口等。采用統(tǒng)計(jì)方法分析湖南省廢氣污染物排放的時(shí)間變化及不同類型企業(yè)排放量的分布情況，繪制相關(guān)圖件進(jìn)行討論。對三類企業(yè)所排放的二氧化硫、氮氧化物及顆粒物三類大氣污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各類污染物在第二、第四季度的平均值，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。第二、四季度三類企業(yè)不同污染物的平均排放情況如表1、圖2所示。

圖2 第二、第四季度同類型企業(yè)不同污染物排放量對比

表1 第二、第四季度各類型企業(yè)不同污染物排放量統(tǒng)計(jì) 單位：mg/m3

各類企業(yè)同種大氣污染物在兩個(gè)季度的排放量沒有明顯差別，差值在1.86～7.45 mg/m3之間，平均差值為4.60 mg/m3，只有水泥類企業(yè)的二氧化硫排放量在兩季節(jié)度差別較大，第二季度平均排放量比第四季度多14.57 mg/m3。

說明陶瓷類企業(yè)、水泥類企業(yè)及電力類企業(yè)中，三種主要大氣污染物的排放量在不同季節(jié)沒有明顯變化，排放量平均值較為穩(wěn)定。

氮氧化物的排放量中，水泥類企業(yè)排放量最大，第二、第四季度平均排放量分別為209.94 mg/m3和202.49 mg/m3。電力類企業(yè)氮氧化物排放量最低，兩季度的氮氧化物排放量分別為33.50 mg/m3和31.33 mg/m3。

第二、四季度同種污染物不同類型企業(yè)的排放量對比如圖3所示。

圖3 第二、第四季度同種污染物不同類型企業(yè)排放量對比

三類企業(yè)的二氧化硫排放量在差別較小，電力類企業(yè)排量相對最低。從顆粒物的排放量來看，三類企業(yè)的排放量均較少，其中陶瓷類企業(yè)的顆粒物排放量相對較高，第二、第四季度分別為26.64 mg/m3和21.19 mg/m3，電力類企業(yè)最少，分別為5.64 mg/m3和8.30 mg/m3。三類企業(yè)中，電力類企業(yè)的三種大氣污染物排放量同比較低。氮氧化物排量水泥類企業(yè)最高，二氧化硫排量三類企業(yè)差別較小，陶瓷類企業(yè)的顆粒物排放量最高。

三類企業(yè)氣體污染物檢測標(biāo)準(zhǔn)限值如表2所示。

表2 氣體污染物監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)限值 單位：mg/m3

三類企業(yè)的三類大氣污染物排放量中，均以氮氧化物排放量為首。工業(yè)生產(chǎn)中的氮氧化物主要有四種生成途徑，分別為熱力型氮氧化物、快速型氮氧化物、燃料型氮氧化物、物料型氮氧化物。熱力型氮氧化物是大氣中的氮?dú)夂脱鯕庠诟邷貤l件下氧化形成的；工業(yè)燃料中的氮在燃燒過程中氧化形成燃料型氮氧化物；在富燃的碳?xì)淙剂先紵龝r(shí)快速與空氣中的氮反應(yīng)生成氮氧化物，稱為快速型氮氧化物；物料型氮氧化物指物料中的含氮化合物，在物料加熱過程中分解的氮物化物[15]。

在陶瓷窯爐燃燒所產(chǎn)生的各種大氣污染物中，氮氧化物的危害最大[16]。陶瓷工業(yè)中排放的氮氧化物主要來自快速型氮氧化物、熱力型氮氧化物及燃料型氮氧化物。快速氮氧化物一般占總量較??；燃料中氮的含量超過0.1%時(shí)，燃料氮轉(zhuǎn)化成的氮氧化物量占主要地位[17]。水泥類工業(yè)排放的氮氧化物為NO、N2O、NO2的混合物，以NO為主，占總量90%以上[18]。水泥生產(chǎn)過程中，熱力型氮氧化物占據(jù)主導(dǎo)，熱力型氮氧化物隨火焰溫度升高而增大，溫度超過1 400 ℃時(shí)，溫度每增加100 ℃，生成氮氧化物反應(yīng)速率增大6～7倍，水泥生產(chǎn)過程中需要的溫度較高，會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物。

水泥工業(yè)廢氣中的SO2來自煅燒窯與烘干機(jī)，主要由煤中的硫燃燒所致，電力類企業(yè)所排放的SO2同樣主要是于煤燃燒所產(chǎn)生。陶瓷類企業(yè)產(chǎn)生的SO2主要來自燃料和陶瓷原料中硫的氧化。燃料燃燒產(chǎn)生的SO2量與硫含量有直接關(guān)系，一般來自燃料中的有機(jī)硫化物和可燃硫化物的燃燒。與燃料產(chǎn)生的SO2相比，陶瓷原料燒成過程中產(chǎn)生的SO2量較少[19]。湖南省兩季度三類企業(yè)的SO2排放量差別較小，排放量范圍為17.69～32.43 mg/m3，均符合相應(yīng)國家大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中對SO2排放量的要求。

陶瓷工業(yè)排放顆粒物的種類有原料粉塵、生料粉塵、燃料粉塵和煙塵等。煤炭、柴油、水煤氣等不同燃料種類對陶瓷行業(yè)噴霧干燥塔和窯爐煙氣中顆粒物排放濃度具有重要影響?；鹆Πl(fā)電廠排放的大氣顆粒物可以分為四類，即總懸浮顆粒物、降塵、飄塵及可吸收顆粒物。可吸入顆粒物對人類的危害最大[20]。本文研究的三類企業(yè)，顆粒物排放量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的30 mg/m3，說明三類企業(yè)對生產(chǎn)過程中顆粒物的排放控制效果較好。

3 結(jié)語

2019年湖南省第二、第四兩季度的工業(yè)大氣污染物排放情況總體均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。所分析的陶瓷類企業(yè)、水泥類企業(yè)及電力類企業(yè)中，氮氧化物、二氧化硫及顆粒物三種主要大氣污染物的排放量在不同季節(jié)沒有明顯變化，排放量的平均值較為穩(wěn)定。三類企業(yè)中，電力類企業(yè)大三種大氣污染物排放量同比較低。氮氧化物排量水泥類企業(yè)最高，二氧化硫排量三類企業(yè)差別較小，陶瓷類企業(yè)的顆粒物排放量最高。