水泥窑尾烟气中有机物污染物监测建议

吴辉廷，胡 剑，岳天佐，贾建平，侯明韬*，秦建伟，徐 科，邵明静

（1．北京奥达清环境检测有限公司，北京 102600；2．中国国检测试控股集团股份有限公司，北京 100024）

引言

水泥企业的主要排污方式是通过窑尾排气筒排放废气，我国制定了《水泥工业大气污染排放标准》GB 4915—2013，对我国水泥企业的窑尾废气排放做出了要求[1]。其中，将颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、汞及其化合物、氨规定为污染物监测指标。值得注意的是，上述烟气限制指标中未包含有机参数。考虑到水泥熟料生产过程涉及了煤炭的燃烧，可能产生相应的有机物排放。本研究中，收集了12家水泥企业的窑尾排气筒烟气检测结果，核算了水泥企业的有机物排放量，对水泥企业的废气污染物监测提出了相关建议。

1 实验仪器及方法

1.1 实验仪器

实验使用污染源真空箱气袋采样器（ZR-3730型，青岛众瑞智能仪器股份有限公司）采集水泥窑尾排气筒中的烟气，使用聚四氟乙烯气袋避光保存样品。样品在48 h内运达实验室并完成检测。通过直接进样法，使用气相色谱-氢火焰离子检测器（2010plus，日本岛津）测试废气样品中的有机物含量，分别测试烟气中的甲烷、非甲烷总烃与总烃含量。

1.2 结果计算方法

通过基准含氧量计算有机污染物折算浓度，计算公式如式（1）：

式中：C基为折算浓度，mg/m3；O基=10，为基准含氧量，%；O实为实测含氧量，%；C实为实测浓度，mg/m3。

通过烟气排放量计算有机物排放速率，计算公式如式（2）：

式中：G为排放速率，kg/h；C实为实测浓度，mg/m3；Qsn为烟气流量，m3/h。

2 结果与讨论

2.1 水泥工业大气污染排放规范

目前，水泥窑尾排气筒排放的烟气中污染物含量需满足《水泥工业大气污染排放标准》GB 4915—2013中规定的排放限值要求。标准中规定了包含氨、颗粒物等6项检测指标。然而，当水泥窑协同处置固废后，《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》GB 30485—2013则对水泥厂排污提出了额外的检测指标要求[2]，增加了包括氯化氢、氟化氢、二噁英及两类金属排放的限值要求。特别需要指出的是，GB 4915—2013未对有机污染物的排放限值进行要求，GB 30485—2013仅对协同处置固废前后的总有机碳增量进行了要求（<10 mg/m3），且仅给出了建议的测试方法（HJ 662或HJ/T 38），并未明确指出污染物的测试指标。目前，烟气有机物综合检测指标执行的标准主要是《固定污染源废气总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定气相色谱》HJ 38—2017，其中指标主要包括总烃与非甲烷总烃两种，下文对水泥窑尾烟气中有机物综合检测指标的选择进行讨论。

2.2 水泥企业窑尾废气有机物排放情况

研究采集了12家水泥厂的窑尾烟气样品，并分别测试了其中总烃、甲烷与非甲烷总烃的含量，结果如下页图1所示（总烃=甲烷+非甲烷总烃）。可知，烟气中含有一定量有机物，总烃含量在8.32~117 mg/L之间。其中，甲烷在总烃中占比21.7%~79.1%，这可能是煤炭热裂解后不完全燃烧的结果。值得注意的是，部分厂家的窑尾烟气中甲烷含量较高，达到87.9 mg/m3，由于甲烷的温室效应远远高于二氧化碳[3]，因此提高水泥窑煅烧工艺的煤炭燃烧效率，对降低水泥工业的温室气体排放量有一定意义。

此外，测试企业的甲烷、非甲烷总烃与总烃的排放速率分别为3.3~87.9 kg/h、3.1~70.0 kg/h、8.3~117 kg/h（实际烟气流量为45~75万m3/h），以年生产250 d计算，上述企业的甲烷、非甲烷总烃与总烃的年排放总量分别为10.2~310 t、9.7~318 t、26.2~414 t。可见水泥生产过程的有机物排放量十分巨大。

2 .3 固废处置对烟气排放的影响

研究分别考察了4家企业协同处置固废前后窑尾烟气中甲烷、非甲烷总烃及总烃的增量，测试结果如图2所示。由结果可知，水泥企业利用水泥窑处置固废后，厂1与厂2的烟气有机物排放浓度未发生明显变化，但厂3与厂4的总烃浓度显著提高，这可能是其处置固废中的有机物含量较高，在窑系统内燃烧不完全的结果。值得注意的是，在协同处置固废后，烟气中甲烷含量的提高，将导致使用非甲烷总烃表征烟气中的有机物排放量及计算固废处置前后的有机碳增量误差增大。例如，由于甲烷含量的显著提高，导致厂4使用总烃计算固废处置前后的有机碳增量>10 mg/m3，不符合GB—30485要求的限值标准，但使用非甲烷总烃计算的增量结果则满足要求。因此，本研究证明，使用总烃计算固废处置前后的有机碳增量更为科学。

3 结论

研究统计了12家水泥企业的窑尾烟气有机物检测结果，证明烟气中有机物污染物排放量可能较高，其可能对环境产生较大的污染。此外，通过对比固废处置前后窑尾烟气中的有机物变化结果，证明使用总烃计算总有机碳增量更为科学。因为，在国家标准中增加并规范水泥企业的有机物控制参数十分有必要。