遗物祭品焚烧大气污染物排放特征及控制对策*

张世豪 薛亦峰 陈 曦 陈 谊 翟晓曼 钟连红 王 玮#

(1.首都师范大学资源环境与旅游学院，北京100048；2.北京市环境保护科学研究院，国家城市环境污染控制工程技术研究中心，北京100037；3.民政部一零一研究所，民政部污染控制重点实验室，北京 100070；4.北京市民政局，北京 100020)

中国是世界上人口最多的国家，遗物祭品焚烧量巨大。殡葬行业的遗体火化和遗物祭品焚烧是重要的大气污染源，其排放的有害大气污染物主要包括颗粒物(总悬浮颗粒物(TSP)、PM10、PM2.5)、气态污染物(SO2、NOx、CO等)、持久性有机污染物(如二噁英类)和重金属等[1-4]。由于火化量和遗物祭品焚烧量大，火葬场的“烟”“味”问题较为突出[5-8]。相对于火化机，遗物祭品焚烧的污染物排放更具隐蔽性，也更容易被忽视，但实际上遗物祭品焚烧对大气环境和人体健康的影响较大[9]。

随着对殡葬行业大气污染物排放问题的发现，国内外学者对于火化机污染物排放特征、控制措施进行了大量研究[10-11]。日本对火化机污染物排放进行监测，得到了污染物的排放水平和排放因子，提出污染控制对策[12]。在国内，王玮等[13]对火化机二噁英的排放进行了监测，得到其排放特征；XUE等[14]研究了火化机颗粒物和气态污染物的排放浓度和排放因子，分析了挥发性有机物(VOCs)组分，计算了净化装置对污染物的去除效率。但对于遗物祭品焚烧的研究相对较少，主要集中在金纸焚烧方面。周明显[15]曾对燃烧金纸、拜香产生的大气污染物SO2、NOx、CO、颗粒物及VOCs排放因子进行监测，并对排放量进行估算。KHEZRI等[16]通过中元节期间大气中颗粒物、降水中化学组分的变化，与历年数据和燃烧底灰组分作对比，发现金纸的燃烧会增加大气中颗粒物浓度，使颗粒物及降水中部分元素含量增加。其他学者研究发现，金纸燃烧还会产生二噁英、多环芳烃等有害污染物[17-21]。但除金纸以外，中国对于其他种类遗物祭品的焚烧量、污染物排放特征和控制对策的研究较为缺乏。

在此背景下，本研究结合遗物祭品焚烧量调查和现场调研，通过对典型遗物祭品焚烧大气污染物排放的实际监测，初步掌握遗物祭品焚烧的大气污染物排放状况，并对比国内外排放标准；基于研究结果提出需要解决的关键问题，以期为主管部门制定相关殡葬、环境管理政策和大气污染控制对策提供参考和支撑。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究在北京市开展遗物祭品焚烧大气污染物实际监测，并进行遗物祭品焚烧量现场调研和问卷调查。2017年北京市共有12家殡仪馆，90台火化机，年火化量呈现上升趋势，当年遗体火化量为9.8万具；遗物祭品焚烧炉(以下简称焚烧炉)61台，根据其燃烧类型、烟气净化装置类型，选取了5台典型焚烧炉进行污染物排放实际监测(其中4台安装烟气净化装置，1台烟气直接排放，具体情况如表1所示)，大气污染物包括颗粒物(TSP、PM10、PM2.5)和气态污染物(SO2、NOx、CO、VOCs)。

表1 焚烧炉烟气净化状况

1.2 监测方法及仪器

在进行遗物祭品焚烧大气污染物排放采样和监测前，对特氟龙膜进行预处理，将其放入干燥皿中平衡24 h，之后进行称量并记录每张滤膜的质量，放入膜盒中保存待用。通过反复填充和排空氮气对采样袋进行清洗，每个采样袋清洗3次，以确保没有目标VOCs存在，保证分析的准确性。监测工作开始后，首先测量采样点烟囱的直径，并对烟气参数进行测定，包括压强、含氧量、烟气流速、温度、含湿量等。根据烟气参数选取不同孔径的采样嘴，利用自行研发的PM10/PM2.5双级虚拟撞击采样器进行颗粒物采集，再采用重量法测定；采用TH880F自动烟尘烟气分析仪测定SO2、NOx、CO；利用Model 1062气袋式真空采样箱采集VOCs，采样袋避光保存，采用Agilent 7890A-5975C气相色谱质谱联用仪测定VOCs。

2 结果与讨论

2.1 遗物祭品焚烧量调查

对北京市9家殡仪馆的遗物祭品焚烧情况进行了调查，内容包括遗物祭品种类、焚烧量等。对调查情况进行统计分析得到，衣服、花圈和纸类是遗物祭品的主要种类，每具遗体火化所对应的衣服、花圈和纸类的平均焚烧量分别为12、15、2 kg。

结合2017年调查数据与2010—2016年的火化量统计数据，核算得到了2010—2017年中国遗物祭品焚烧量，如图1所示。中国遗物祭品焚烧量基本保持在13.6万t左右。

图1 2010—2017年中国遗物祭品焚烧量Fig.1 The amount of the incineration of sacrificial offerings from 2010 to 2017 in China

2.2 焚烧炉大气污染物排放水平

遗物祭品焚烧大气污染物监测结果如图2所示。若废气直接排放，其颗粒物排放浓度非常高，TSP可高达2 020.0mg/m3，是《火葬场大气污染物排放标准》(GB 13801—2015)排放限值(参照烟尘限值80 mg/m3)的25.3倍。PM10和PM2.5排放质量浓度同样很高，分别为1 831.3、1 306.9 mg/m3。通过烟气净化系统，焚烧炉颗粒物排放浓度大幅下降，TSP小于10 mg/m3，低于排放标准，烟气净化效果非常明显。装有烟气净化系统的焚烧炉PM10和PM2.5平均排放质量浓度分别为4.0、3.2 mg/m3，相对未装烟气净化系统的焚烧炉，去除率接近100%。

图2 焚烧炉大气污染物排放质量浓度Fig.2 Emission mass concentrations of air pollutants from the incinerators

由于遗物祭品焚烧一般不额外添加燃料，焚烧炉对遗物祭品的燃烧不充分，CO排放质量浓度较高，在1 092.0～3 333.3mg/m3。未经净化的烟气中，CO排放质量浓度为2 671.4 mg/m3，是GB 13801—2015排放限值(200 mg/m3)的13.4倍，超标严重。当前焚烧炉的燃烧工艺还有较大的改进空间，殡葬行业应加快环保型焚烧炉的研发进程。

由于不使用含硫燃料，因此焚烧炉烟气SO2主要来自材料中的硫分，其排放质量浓度为4.0～14.3 mg/m3，可以达标排放。NOx、VOCs的排放质量浓度分别为98.1～299.0、63.2～645.0 mg/m3。烟气净化系统对这两类污染物有一定的去除效果，主要是因为喷淋塔可吸收酸性气体，并且可以冷凝VOCs。经净化后烟气中NOx、VOCs的平均去除率分别为40.5%和27.8%。

通过实测的大气污染物浓度与排放标准对比发现，未经净化的焚烧炉TSP和CO超标严重，SO2和NOx则均可达标排放。但与发达国家相关排放标准限值(见表2)相比，中国遗物祭品焚烧大气污染物排放标准相对宽松，且并未规定VOCs的排放限值，但从监测结果来看，VOCs排放浓度也较大，应该引起足够的重视。从污染控制技术的可达性来讲，中国遗物祭品焚烧大气污染物排放限值可进一步加严。

表2 焚烧炉排放标准1)

注：1)北京市排放标准指《火葬场大气污染物排放标准》(DB11/1203—2015)；烟气黑度以林格曼黑度计。

2.3 污染控制技术与对策

现阶段中国对遗物祭品的种类、焚烧量等统计数据不全，对遗物祭品焚烧大气污染物排放特征研究相对较少，且污染物排放控制不严。对于未来遗物祭品焚烧的大气污染减排应主要从源头和末端进行控制。殡葬领域应开展无污染或低污染祭品材料的研究，减少祭品中高污染的组分，从而减少燃烧产生的污染物量，并积极推广资源节约型殡葬用品的使用，尽可能寻找可替代祭品焚烧的举措，加快环保型焚烧炉的研制，从源头上控制污染物的产生。殡葬领域还要加快高效烟气净化装置的研发，从末端减少污染物的排放量。

目前主流的遗物祭品焚烧烟气净化装置由冷却装置、喷淋塔、布袋除尘器等组合而成(如图3所示)。结合实际监测结果发现，遗物祭品焚烧烟气中颗粒物浓度非常高，为提高净化装置对颗粒物的去除效率，可考虑在布袋除尘器前设置旋风除尘器。针对现场异味的问题，在控制技术中可在布袋除尘器后增设活性炭吸附装置，以减少VOCs和其他恶臭物质的排放量。

图3 焚烧炉烟气净化工艺流程图Fig.3 Flue gas purification process of the incinerators

3 结论与建议

(1) 遗物祭品年焚烧量较大，可达13.6万t左右，大气污染物排放水平较高，尤其是颗粒物和CO，TSP和CO分别为GB 13801—2015排放限值的25.3、13.4倍。净化装置可有效降低颗粒物浓度，去除率达接近100%，对污染物的减排具有重要作用。

(2) 当前主流的遗物祭品焚烧净化装置由冷却装置、喷淋塔、布袋除尘器等组成。针对遗物祭品焚烧颗粒物排放浓度较高、现场异味较大的特点，建议在布袋除尘器前、后分别增设旋风除尘器和活性炭吸附装置，提高烟气净化装置对颗粒物、VOCs等的去除效率。

(3) 目前国内外对于遗物祭品焚烧大气污染物排放特征的研究比较缺乏，存在底数不清、排放特征不明、控制水平低等问题。建议殡葬行业进一步开展对遗物祭品焚烧的研究，开发无污染或低污染的祭品，减少祭品的焚烧量，寻找替代祭品焚烧的举措；加快遗物祭品焚烧设备和烟气净化装置的研发和优化，从源头和末端对污染物的排放进行控制。