楊海毅 周立峰,* 何 陳
(1 凱里生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 貴州凱里 556000 2 貴州凱里瑞安建材有限公司 貴州凱里 556000)
隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展,空氣污染的類型和數(shù)量也在不斷增加。而作為污染嚴(yán)重的重工業(yè),水泥產(chǎn)業(yè)是研究的重點(diǎn)。一是顆粒物,它長(zhǎng)期存在于周圍的空氣中,對(duì)人類的健康和對(duì)大氣可見度都有很大的影響。二是氮氧化物,主要由一氧化氮(N2O)、二氧化氮(NO3)、四氧化二氮(N2O4)等組成。除一氯化二氮和二氧化氮以外,其它的氮氧化物都是非常不穩(wěn)定的,遇光、濕或熱時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變成二氧化氮和一氧化氮。這些經(jīng)常被稱作“煙霧”的幾種氣體混合物,主要成分是一氧化氮和二氧化氮,其中二氧化氮占主導(dǎo)地位。
近幾年,國(guó)家對(duì)大氣污染控制的重視程度不斷上升,制定了相應(yīng)的控制法規(guī),采取了相應(yīng)的整改措施,使整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平得到了極大提升,然而,經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展,一部分小型企業(yè)仍然在夾縫中以環(huán)保換利潤(rùn)維持生產(chǎn)。技術(shù)落后、環(huán)境污染嚴(yán)重,不僅是水泥行業(yè)的“害群之馬”,還對(duì)其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)也產(chǎn)生了一定的影響。
水泥是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要支柱行業(yè),在過(guò)去的二十多年里,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,中國(guó)水泥的生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大。我國(guó)的城市化和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展離不開水泥行業(yè)的大力支持,但在一定程度上也存在著一些不容忽視的問(wèn)題。水泥在土木建筑、水利、國(guó)防等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。水泥工業(yè)由于其產(chǎn)能龐大,已成為能源消耗與空氣污染的主要控制目標(biāo)。水泥生產(chǎn)工藝復(fù)雜,產(chǎn)生的廢氣中有:微粒、二氧化硫、氮氧化物、氟化物。上述都是以水泥為主的重工業(yè)所排放的主要污染物,其中顆粒物和氮氧化物是水泥行業(yè)的首要污染物。
根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì),全國(guó)煙塵中NOx排放量達(dá)2337.8 萬(wàn)噸,其中工業(yè)廢氣中NOx排放量為1658.1萬(wàn)噸,占70.9%;煙塵(粉塵)排放總量為1234.3 萬(wàn)噸,而工業(yè)廢氣中的煙塵為1029.3 萬(wàn)噸,所占比例為83.4%。同年,國(guó)家統(tǒng)計(jì)局水泥工業(yè)的數(shù)據(jù)顯示,工業(yè)規(guī)模以上水泥熟料產(chǎn)量12.79 億噸,水泥產(chǎn)量22.1 億噸,按目前的污染物排放系數(shù)計(jì)算,煤炭高溫?zé)稍斐傻臒煔庵苯优欧偶s5 萬(wàn)億/Nm3,排放的NOx約占全國(guó)排放總量的9%—10%,排放的煙(粉)塵約占全國(guó)排放總量的4%—6%(不含無(wú)組織排放),所占比例較以往數(shù)據(jù)大幅下降。機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的NOx排放量在全國(guó)范圍內(nèi)占到了27.4%,可見水泥行業(yè)的NOx排放量小于汽車尾氣。有關(guān)資料顯示,水泥行業(yè)在過(guò)去10 年中,不僅對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)做出了巨大的貢獻(xiàn),而且對(duì)環(huán)保工作也十分重視,為減少污染做出了一定的貢獻(xiàn)。
水泥行業(yè)的粉塵危害主要有:長(zhǎng)期暴露于水泥粉塵中,容易導(dǎo)致硅肺病、呼吸道病、消化道病、皮膚疾?。凰喾蹓m不僅會(huì)對(duì)城市居民的生活、居住環(huán)境造成嚴(yán)重的影響,而且還會(huì)對(duì)城市的自然環(huán)境、人文景觀造成一定的破壞。
可吸入的顆粒物隨著人體呼吸而進(jìn)入肺部,通過(guò)碰撞、擴(kuò)散、沉積等方式在呼吸道的各個(gè)位置停留,直徑在5 微米以下的主要停留在上呼吸道。懸浮在鼻咽部、呼吸道中的微粒,會(huì)與吸入體內(nèi)的SO2等有害氣體共同作用,對(duì)粘膜、纖毛造成損傷,導(dǎo)致氣道阻力增大。時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)引起COPD 的繼發(fā)性感染,從而增加肺心病的死亡率。微粒吸入后在呼吸系統(tǒng)中累積的微粒數(shù)目決定了空氣中總懸浮微粒對(duì)人類健康的影響。可吸入微粒會(huì)引起呼吸不順暢、咳嗽、氣喘等呼吸系統(tǒng)癥狀,加重已有的呼吸系統(tǒng)疾病和肺組織的損傷。
硫化物是引起預(yù)熱器和分解爐結(jié)皮堵塞的主要原因,是一類對(duì)生產(chǎn)有害且必須加以限制的物質(zhì)。SO2在人體體液及其它粘稠液體中溶解,會(huì)對(duì)人體造成長(zhǎng)期的危害,可引起各種疾病。SO2會(huì)對(duì)植株造成危害,嚴(yán)重時(shí)造成葉片表面出現(xiàn)腐爛的斑點(diǎn),或者直接導(dǎo)致植株的葉子干枯和掉落。SO2對(duì)金屬的腐蝕,不但會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)對(duì)工業(yè)、生活、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)施產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。同時(shí),長(zhǎng)期的酸雨也會(huì)對(duì)土壤、水體造成一定的損害。
氟化物是一種累積毒性物質(zhì),如果植物攝入過(guò)量的氟化物,會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響,進(jìn)而影響到食物鏈中的食草類。如馬、牛、羊等牲畜長(zhǎng)期食用氟化物飼料,可導(dǎo)致慢性氟化物中毒,使其精神狀態(tài)差、體質(zhì)衰弱、牙齒變黑、牙齒磨損、釉質(zhì)脫落、牙齒長(zhǎng)短不一、進(jìn)食和咀嚼困難、骨頭脆、肋骨上長(zhǎng)骨瘤等。如果體內(nèi)的氟化物過(guò)量(一天需要1—1.5 mg),就會(huì)引起氟化物牙癥或氟化物骨癥,造成骨骼受損,四肢脹鼓疼痛,嚴(yán)重時(shí)容易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、增生、骨折等。
無(wú)論企業(yè)規(guī)模大小,都要按照《職業(yè)病防治法》《工作場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生監(jiān)督管理規(guī)定》的要求,對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面檢查。水泥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)制定健全的管理制度,在生產(chǎn)一線的工人,必須嚴(yán)格按照工作流程來(lái)工作。企業(yè)要確保無(wú)塵設(shè)施的投入,及時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中的粉塵濃度,并定期檢測(cè)粉塵的危害,確保粉塵濃度在國(guó)家規(guī)定的范圍內(nèi)。此外,企業(yè)還應(yīng)該對(duì)職工進(jìn)行職業(yè)健康教育,讓每位職工都能正確地了解水泥粉塵的職業(yè)病危害。因?yàn)樗嗌a(chǎn)對(duì)工人的健康有很大的影響,所以公司必須建立一個(gè)健康檔案,這個(gè)檔案會(huì)伴隨著他們的工作歷程。通過(guò)這種方式,可以讓職工和企業(yè)更加關(guān)注自己的健康,并進(jìn)一步強(qiáng)化水泥粉塵的治理。
水泥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)把水泥從生產(chǎn)到最終的裝車、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程看做是一個(gè)完整的生產(chǎn)過(guò)程,并對(duì)各環(huán)節(jié)的污染進(jìn)行全面地處理。這就要求企業(yè)進(jìn)行技術(shù)更新,提高產(chǎn)品質(zhì)量。包裝機(jī)要盡可能地減少灰塵,防止灰塵外泄,如果有脫袋現(xiàn)象,應(yīng)該立即停止灌裝。應(yīng)優(yōu)先采用袋式除塵器,在包裝機(jī)底部、清包機(jī)、裝車機(jī)等易產(chǎn)生粉塵污染的場(chǎng)所,應(yīng)增加除塵設(shè)備,并確保密封性能良好,避免二次污染。在包裝機(jī)外必須設(shè)置防護(hù)罩,這樣能有效地提高除塵設(shè)備的工作效率。另外,水泥的包裝必須符合國(guó)家有關(guān)規(guī)定,減少由于包裝材料本身的品質(zhì)不合格造成的漏灰、噴灰、破袋等問(wèn)題,使灰塵擴(kuò)散。對(duì)于新建的水泥生產(chǎn)項(xiàng)目,必須優(yōu)先使用全自動(dòng)包裝設(shè)備,以減少對(duì)環(huán)境的污染[1]。
新世紀(jì)我國(guó)水泥行業(yè)迎來(lái)了一次重大變革,進(jìn)入了全新的干法水泥時(shí)代,行業(yè)集中度、技術(shù)先進(jìn)程度、成熟程度都得到了極大地提高。根據(jù)中國(guó)水泥協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù),目前國(guó)內(nèi)新建的干法水泥生產(chǎn)線1113 條,年設(shè)計(jì)熟料能力95859 萬(wàn)噸,其中5000 t/d 及以上的水泥生產(chǎn)線270 條,占熟料總產(chǎn)能的45.27%,新型干法水泥所占比例已達(dá)到76.88%。
目前,國(guó)內(nèi)主要采用的是2500t/d、5000t/d 生產(chǎn)線,我國(guó)的水泥生產(chǎn)企業(yè)以山東、安徽、浙江、四川、廣東、江蘇、河南為主,水泥行業(yè)的污染也是以這些省份為主。為了解水泥行業(yè)的大氣污染狀況,本文采用新型干式預(yù)分解技術(shù),對(duì)山東、河南、江西、浙江、安徽、江蘇等地主要的大氣污染物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。受監(jiān)測(cè)的熟料總產(chǎn)量占全國(guó)水泥熟料總量的2.91%和4.21%,其中2500 噸/天、5000 噸/天及以上的水泥熟料產(chǎn)量均為50%。
目前,水泥行業(yè)的粉塵排放主要包括有組織排放和無(wú)組織排放兩大類,據(jù)統(tǒng)計(jì),水泥行業(yè)的粉塵污染已經(jīng)是我國(guó)工業(yè)粉塵污染的最大污染源。窯頭顆粒物排放超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重,通過(guò)對(duì)窯頭的治理,可以大幅度地減少煙氣的排放。而水泥窯煙氣中的粉塵以細(xì)粒為主,因此,有效地提高除塵效果,對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境可起到十分重要的作用。但是一些公司的粉塵超標(biāo)并不是由于除塵裝置沒(méi)有達(dá)到除塵效率,而是由于一些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)不到位。比如,一家公司在監(jiān)控過(guò)程中發(fā)現(xiàn)生料磨經(jīng)常需要調(diào)整,造成了爐尾的煙塵排放超標(biāo)。因此,要想減少微粒排放,必須加強(qiáng)對(duì)窯內(nèi)各裝置的管理,確保各裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
水泥行業(yè)排放的SO2是由水泥、燃油和高溫氧化產(chǎn)生的硫化物組成。而在水泥生產(chǎn)中,SO2大量產(chǎn)生于濕法回轉(zhuǎn)窯、機(jī)立窯等落后生產(chǎn)技術(shù)。在新型的干式回轉(zhuǎn)窯中,由于鈣含量豐富,鉀、鈉含量高,所生成的硫酸根揮發(fā)性很低,80%以上都是在水泥熟料中,因此,與其它工業(yè)窯爐(例如,電爐)相比,SO2的排放量要小得多[2]。
在水泥生產(chǎn)中,氮氧化物是由高溫燃燒中的N2與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的。在新的干燥工藝中,約60%的燃料在低溫下進(jìn)行燃燒,從而顯著地減少了NOx的產(chǎn)生。然而,目前國(guó)內(nèi)的水泥企業(yè)并未對(duì)此進(jìn)行有效的治理。
由于采用不同的燃料造成窯況不同,所產(chǎn)生的NOx濃度也會(huì)有差異。同時(shí),在監(jiān)測(cè)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)部分生產(chǎn)線上的煤耗占了44%,有的僅為36%,有的生產(chǎn)線上使用的煤中氮?dú)夂亢芨?,最后造成了爐尾NOx濃度的升高。
燒結(jié)過(guò)程中的氟化物以原燃料為主。由于采用了含有高氟化物的螢石等材料來(lái)降低燒結(jié)溫度,因此,在尾礦排放的煙氣中通常難以檢出氟化物。根據(jù)全國(guó)水泥行業(yè)污染情況的調(diào)查數(shù)據(jù),回轉(zhuǎn)窯尾煙中氟化物的濃度最高為45.2 mg/m3,最低為0.143 mg/m3。目前,許多公司在用螢石做礦化劑,同時(shí)也產(chǎn)生了大量的氟化物。
針對(duì)有組織排放源,首先要使用合理的除塵裝置。袋式除塵器的除塵效果好,能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),而且粉塵和SO2的排放量都低于電除塵器,特別是在沒(méi)有停機(jī)的情況下,不存在超常規(guī)排放現(xiàn)象。從溫度、運(yùn)行成本等方面考慮,采用電除塵器是合理的,但考慮到設(shè)備的整裝、設(shè)備檢修等因素,選擇了布袋除塵器。其次要做好日常的檢查,對(duì)使用時(shí)間長(zhǎng)、磨損嚴(yán)重的濾袋要進(jìn)行更換。
針對(duì)無(wú)組織排放的各個(gè)工序,要按照生產(chǎn)條件采用機(jī)械化、自動(dòng)化、密閉的生產(chǎn)技術(shù),以最小化跑風(fēng)、跑料;針對(duì)露天大型原煤、燃料卸車坑、堆場(chǎng)、公路運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)生的無(wú)組織排放,揚(yáng)塵點(diǎn)宜采用噴霧、灑水、栽種植物等方法,以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)[3]。
對(duì)于二氧化硫的治理,國(guó)內(nèi)目前在水泥行業(yè)中僅采取了生產(chǎn)中盡可能降低SO2排放的措施。新的干法生產(chǎn)線一方面要合理地選用硫堿比,另一方面又采取將尾煙引入料磨系統(tǒng)的窯尾廢氣治理技術(shù)。在生料磨中,由于材料受到外力的影響,形成了許多新的界面,具有新界面的CaCO3活性很高,在低溫條件下還能吸附尾煙中的SO2;而生料磨粉中的水分含量較高,會(huì)加快CO3對(duì)SO2的吸附。
通過(guò)對(duì)采用袋式收塵器進(jìn)行窯尾排放的監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)煙氣中SO2、NOx濃度變化很大,濃度降低30%—60%。這是因?yàn)樵诖绞諌m器的過(guò)濾袋面上收集的堿性物質(zhì)與試圖穿過(guò)過(guò)濾袋的酸性物質(zhì)結(jié)成鹽,導(dǎo)致酸性氣體的釋放濃度下降。根據(jù)原料中的硫化鐵含量,在預(yù)熱器排氣管路中添加適當(dāng)?shù)纳铱梢詼p少SO2的排放;還有使用濕法洗滌,可以減少?gòu)U氣中90%—95%的SO2。
為了解決水泥燒結(jié)過(guò)程中氮氧化物的形成機(jī)制,各國(guó)都在積極探索利用合適的工藝來(lái)降低氮氧化物的排放。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)新型干法窯內(nèi)采用的主要控制技術(shù)有:一是對(duì)分解爐和窯內(nèi)的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化;二是通過(guò)調(diào)整配方,添加礦化劑,改善原料的可燃性;三是使用低NOx燃燒爐;四是在尾段分解爐及管線內(nèi)應(yīng)用分級(jí)燃燒技術(shù)。但是,即便將以上四項(xiàng)技術(shù)都應(yīng)用于實(shí)際,窯尾的NOx排放量也難以低于400 mg/m3,并且如果不正確地應(yīng)用這些工藝,不僅會(huì)影響水泥的性能,還會(huì)增加新的污染物[4]。
選擇性催化還原技術(shù)對(duì)脫氮效果非常好,能夠?qū)煔庵械腘Ox濃度降低到100—200 mg/m3,并且對(duì)降低水泥窯內(nèi)的排放效果沒(méi)有明顯的影響。但SCR 工藝不僅要采用貴金屬催化劑,而且由于粉塵濃度高、堿金屬含量高,很容易造成催化劑的毒性和阻塞,從而制約了該工藝的大規(guī)模推廣。與SCR 工藝比較,盡管采用選擇性非催化還原工藝降低了約45%—50%的脫硫效率,但成本僅為SCR 工藝的五分之一。利用SNCRSCR 技術(shù)對(duì)水泥窯煙氣NOx進(jìn)行了控制,使其在水泥窯內(nèi)的氮氧化物排放濃度達(dá)到200 mg/m3。
(1)依法兼并、取締小作坊。近年來(lái),我國(guó)的水泥產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從最初的立窯、旋轉(zhuǎn)窯到新型的干法水泥窯,一次又一次的革新,一次又一次的淘汰。因此,要依法取締那些基礎(chǔ)薄弱,沒(méi)有環(huán)保設(shè)施的小廠,同時(shí)合理地合并一些企業(yè)。這樣才能達(dá)到環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的企業(yè),才能更好地發(fā)展,為建筑業(yè)和其它相關(guān)產(chǎn)業(yè),提供最基本的保障。
(2)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。《水泥工業(yè)污染防治技術(shù)政策》是我國(guó)頒布的一項(xiàng)強(qiáng)制性規(guī)定。接下來(lái)的工作就是對(duì)這些企業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格地檢查,一旦發(fā)現(xiàn)有違法的行為,即給予一定的處罰。只有清晰的法規(guī),強(qiáng)有力的控制,才能從根本上解決問(wèn)題[5]。
(3)對(duì)水泥行業(yè)新建工廠進(jìn)行嚴(yán)格控制。目前,國(guó)內(nèi)的水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展得比較成熟,但由于產(chǎn)業(yè)的集中度不高,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不夠合理,市場(chǎng)飽和度也不高,因此,在解決原有的水泥企業(yè)問(wèn)題之前,應(yīng)該“提高門檻”,對(duì)新的水泥工廠進(jìn)行嚴(yán)格管控,防止一些人盲目跟風(fēng),投資建設(shè)工廠,如果技術(shù)落后,會(huì)對(duì)資源使用及環(huán)境保護(hù),造成更大的壓力。
(4)大力推進(jìn)水泥行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。我國(guó)目前雖已有新工藝,但新工藝的綜合生產(chǎn)能力不足世界先進(jìn)水平的十分之一,必須加快技術(shù)改造、升級(jí)和推廣,禁止繼續(xù)采用老式生產(chǎn)方式,在技術(shù)上降低生產(chǎn)過(guò)程中的污染。
(5)制定鼓勵(lì)發(fā)展新方法和新技術(shù)的政策。中小企業(yè)的環(huán)境保護(hù)設(shè)備落后、技術(shù)落后,原因在于資本不足、生產(chǎn)壓力大、投入高,技術(shù)革新不能科學(xué)、高效地進(jìn)行,跟不上時(shí)代的步伐。為此,可以采取先行關(guān)停的政策,大力發(fā)展新方法新技術(shù),使之在全國(guó)推廣。對(duì)具有較大生產(chǎn)能力、較高質(zhì)量的企業(yè),給予技術(shù)支持、技術(shù)指導(dǎo)、專業(yè)培訓(xùn)、監(jiān)督,實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步[6]。
(6)開展區(qū)域性的整頓,提升產(chǎn)業(yè)的集中度。目前,我國(guó)水泥產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了一些問(wèn)題,其中最大的問(wèn)題在于產(chǎn)業(yè)集中度不高。一些地方的機(jī)構(gòu)改革速度較慢,甚至還有政府的保護(hù)主義,這就導(dǎo)致了國(guó)家的政策執(zhí)行速度很慢,現(xiàn)如今,我們的水泥企業(yè)還沒(méi)有形成強(qiáng)大的品牌和凝聚力,產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈,并購(gòu)重組也很困難。因此,要提高產(chǎn)業(yè)的集中度,形成整體的壟斷競(jìng)爭(zhēng)格局,才能有效地優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),提高公司的發(fā)展水平。
從以上分析可知,經(jīng)過(guò)多年的努力,水泥行業(yè)的煙氣污染治理工作已有成效,但仍需加強(qiáng)對(duì)水泥窯煙氣的控制。目前我國(guó)的NOx排放水平尚未達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但相關(guān)部門對(duì)此并未給予足夠的關(guān)注。隨著環(huán)保法規(guī)的不斷健全和環(huán)保力度的不斷加強(qiáng),水泥行業(yè)的NOx排放將成為今后環(huán)保工作的重點(diǎn)。同時(shí),我國(guó)的氟化物排放狀況也不容樂(lè)觀,必須進(jìn)一步加大治理力度。另外,水泥企業(yè)在控制顆粒污染物方面也不能松懈,使用先進(jìn)除塵設(shè)備的同時(shí),還要加大對(duì)無(wú)組織粉塵的污染治理力度。