焦化行業(yè)苯并芘排放量與廠界達(dá)標(biāo)預(yù)測(cè)分析

(1.山西省生態(tài)環(huán)境研究中心，山西 太原 030009；2.山西省環(huán)境科學(xué)研究院，山西 太原 030027)

多環(huán)芳烴是各種含碳有機(jī)物的熱解和不完全燃燒的產(chǎn)物，經(jīng)吸收進(jìn)入人體后產(chǎn)生多種有毒中間代謝產(chǎn)物，在人體內(nèi)不斷累積而危及人體健康。在眾多多環(huán)芳烴化合物中，苯并芘是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)且最具代表性的環(huán)境化學(xué)致癌物，其性質(zhì)非常穩(wěn)定、污染較廣、致癌性較強(qiáng)，因此成為多環(huán)芳烴類化合物研究領(lǐng)域的典型代表[1]。

山西省是全國(guó)最大的煉焦用煤資源基地，煉焦用煤資源探明儲(chǔ)量1493億噸，占全國(guó)的60%。依托豐富的焦煤資源，山西目前已發(fā)展成為全國(guó)乃至全球重要的焦炭生產(chǎn)基地，焦炭產(chǎn)量和外調(diào)量居全國(guó)首位，目前焦炭產(chǎn)能達(dá)到1.6億噸/年[2]。

受市場(chǎng)需求拉動(dòng)和利益驅(qū)動(dòng)，山西焦炭行業(yè)近年來(lái)過(guò)度投資、低水平擴(kuò)張、重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象十分突出，同時(shí)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，為此，山西省政府對(duì)焦化行業(yè)進(jìn)行整頓，預(yù)期實(shí)現(xiàn)淘汰落后產(chǎn)能4000萬(wàn)噸/年[3]。焦炭行業(yè)特征污染物有苯并芘、硫化氫、氨等，其中苯并芘對(duì)人體和環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大危害，對(duì)該污染物的排放進(jìn)行控制使之滿足排放要求，成為當(dāng)前焦炭行業(yè)日益關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。2012年，環(huán)保部發(fā)布《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012，以下簡(jiǎn)稱《排放標(biāo)準(zhǔn)》)[4]，規(guī)定了煉焦化學(xué)工業(yè)企業(yè)水、氣污染物排放限值的要求。本文根據(jù)《排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)苯并芘廠界濃度的要求，預(yù)測(cè)分析山西省北部某產(chǎn)能為100萬(wàn)噸/年的獨(dú)立焦化企業(yè)在風(fēng)速、地形參數(shù)變化的條件下，在距離焦?fàn)t爐體中心-1000～1000m范圍內(nèi)各網(wǎng)格點(diǎn)的苯并芘濃度超標(biāo)概率的變化情況，以期為同行業(yè)工作人員提供參考。

1 苯并芘排放預(yù)測(cè)

1.1 預(yù)測(cè)模式

依據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ2·2-2008，以下簡(jiǎn)稱08《大氣導(dǎo)則》)推薦模式清單，本次分析預(yù)測(cè)模式采用推薦模式清單中的AERMOD進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。

1.2 污染物排放濃度限值

焦化生產(chǎn)過(guò)程中苯并芘產(chǎn)生環(huán)節(jié)為裝煤工段、焦?fàn)t爐頂以及各類貯槽，《排放標(biāo)準(zhǔn)》濃度限值如表1、表2所示。

表1 焦?fàn)t爐頂及企業(yè)邊界大氣污染物濃度限值(《排放標(biāo)準(zhǔn)》表7 )

表2 新建企業(yè)大氣污染物排放濃度限值(《排放標(biāo)準(zhǔn)》表5)

1.3 預(yù)測(cè)源強(qiáng)及參數(shù)

1.3.1 點(diǎn)源源強(qiáng)及相關(guān)參數(shù)確定

按照裝煤過(guò)程中BaP排放量0.908g/t煤考慮[5]，100萬(wàn)噸焦化裝煤過(guò)程中BaP排放量為1210kg/a，按照裝煤集氣罩捕集率為99%考慮，裝煤地面站除塵效率99.5%，則裝煤點(diǎn)源排放量6 kg/a；另外焦化生產(chǎn)過(guò)程中冷鼓、庫(kù)區(qū)焦油各類貯槽產(chǎn)生BaP，由于此處排放量未有確切的出處，本文引用《排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求，具體參數(shù)見表3。

1.3.2 體源源強(qiáng)及相關(guān)參數(shù)確定

有資料表明，裝煤過(guò)程產(chǎn)生的煙塵是正常結(jié)焦過(guò)程的7倍，而苯并芘是附著于煙塵表面外排的，因此焦?fàn)t爐體排放量按照裝煤過(guò)程產(chǎn)生量的1/7倍與裝煤無(wú)組織量之和考慮。裝煤無(wú)組織量按照裝煤過(guò)程中BaP排放量中未補(bǔ)集的1%考慮，確定為12.1 kg/a；結(jié)焦過(guò)程產(chǎn)生的無(wú)組織量為172.9kg/a。

按照《大氣導(dǎo)則》要求，焦?fàn)t爐體為體源，體源應(yīng)劃分為多個(gè)正方形的邊長(zhǎng)，焦?fàn)t爐體南北長(zhǎng)170米，東西寬17米，因此劃分為10個(gè)邊長(zhǎng)為17米的正方形，參數(shù)見表4。

表3 點(diǎn)源參數(shù)及源強(qiáng)表

表4 體源參數(shù)調(diào)查清單

1.3.3風(fēng)速、地形參數(shù)情況

風(fēng)速變化情況見表5，全年風(fēng)玫瑰見圖1。

地形參數(shù)設(shè)置為平坦地形及復(fù)雜地形，預(yù)測(cè)范圍內(nèi)的復(fù)雜地形及焦?fàn)t位置見圖2。

表5 年平均風(fēng)速的月變化

圖1 全年風(fēng)玫瑰圖

圖2 復(fù)雜地形圖

2 預(yù)測(cè)結(jié)果及討論

在調(diào)整風(fēng)速及地形參數(shù)的條件下，以焦?fàn)t爐體北邊界中點(diǎn)為A(0，0)，焦?fàn)t縱向布置，預(yù)測(cè)距離A點(diǎn)-1000～1000米范圍內(nèi)，各網(wǎng)格點(diǎn)超出廠界濃度限值的概率。具體見圖3至圖6。

圖3 風(fēng)速較小、復(fù)雜地形的情況下超標(biāo)概率的變化情況

圖4 風(fēng)速較小、平坦地形情況下超標(biāo)概率的變化情況

圖5 風(fēng)速較大、復(fù)雜地形情況下超標(biāo)概率的變化情況

圖6 風(fēng)速較大、平坦地形情況下超標(biāo)概率的變化情況

通過(guò)對(duì)參數(shù)變化預(yù)測(cè)分析，得出以下結(jié)論：

從圖4和圖6中可以看出，在平坦地形條件下，風(fēng)速增大時(shí)污染物濃度下降趨勢(shì)很明顯，下風(fēng)向與上風(fēng)向達(dá)標(biāo)距離基本相同；而風(fēng)速較低時(shí)，邊界污染物濃度升高，且下風(fēng)向與上風(fēng)向達(dá)標(biāo)距離不同。圖3與圖5相比，在復(fù)雜地形條件下，焦?fàn)t近距離范圍(-300～300m)內(nèi)風(fēng)速大小對(duì)濃度超標(biāo)概率影響較小；隨著距離的增加，風(fēng)速大時(shí)超標(biāo)概率下降速度較快，相比而言，風(fēng)速小的情況下超標(biāo)概率下降速度較緩慢。在復(fù)雜地形、風(fēng)速較小條件下，污染物在擴(kuò)散過(guò)程中受到山體阻隔，擴(kuò)散速度非常緩慢，當(dāng)附近山體海拔接近時(shí)，污染物濃度基本不變；當(dāng)局部山體高度增加，污染物濃度變大；而在復(fù)雜地形、風(fēng)速較大條件下時(shí)，污染物在擴(kuò)散過(guò)程中受山體阻隔影響較小。

從地形角度來(lái)看，在平坦地形條件下，焦?fàn)t近距離范圍內(nèi)污染物濃度超標(biāo)概率比復(fù)雜地形條件下大，但由于平坦地形條件下污染物擴(kuò)散速度快，超標(biāo)概率下降速度快，較遠(yuǎn)距離處污染物濃度超標(biāo)概率比復(fù)雜地形條件下小。

在平坦地形條件下，風(fēng)速大時(shí)，近距離下風(fēng)向污染物超標(biāo)概率遠(yuǎn)大于同距離上風(fēng)向的超標(biāo)概率，距離較遠(yuǎn)時(shí)，同等距離處上下風(fēng)向污染物超標(biāo)概率基本相等；風(fēng)速小時(shí)，下風(fēng)向污染物超標(biāo)概率較上風(fēng)向同距離處高10%以上。

3 結(jié)論及建議

(1)本文是以100萬(wàn)噸/年焦化工程為例，按照國(guó)內(nèi)現(xiàn)有焦化廠平均技術(shù)水平，通過(guò)具體分析焦化特征污染物——苯并芘排放源強(qiáng)，利用08《大氣導(dǎo)則》以及《排放標(biāo)準(zhǔn)》提供的要求進(jìn)行苯并芘廠界濃度達(dá)標(biāo)排放預(yù)測(cè)分析，得出焦?fàn)t750m范圍內(nèi)達(dá)標(biāo)難度較大。

(2)就焦化行業(yè)苯并芘污染物而言，無(wú)組織排放量對(duì)環(huán)境的影響較大，因此企業(yè)應(yīng)在焦?fàn)t的密封方面加強(qiáng)管理方面，如：導(dǎo)煙孔蓋采用水封結(jié)構(gòu)，增加其嚴(yán)密性；上升管蓋、橋管承插口采用水封裝置；上升管根部，采用編織耐火繩填塞，特制泥漿封閉；爐門采用彈簧刀邊、厚爐門框、大保護(hù)板等一系列的措施，減少爐體的無(wú)組織溢散。

(3)本次評(píng)價(jià)僅分析了風(fēng)速、地形變化對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)焦?fàn)t爐體無(wú)組織排放廢氣的抬升高度等未進(jìn)行深入研究，筆者希望能通過(guò)本篇文章與同仁進(jìn)行分析探討，尋找是否有更合適的焦化廠苯并芘排放源強(qiáng)及更合理的參數(shù)調(diào)整，合理解決焦化項(xiàng)目苯并芘廠界達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，為后期的工作提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧濤.苯并(a)芘對(duì)某焦化廠的空氣污染調(diào)查以及對(duì)學(xué)習(xí)記憶能力的影響[D]，2010.

[2]山西省人民政府辦公廳(晉政辦發(fā)〔2007〕91號(hào))《關(guān)于印發(fā)山西省焦化工業(yè)“十一五”發(fā)展規(guī)劃的通知》[R].

[3]山西省政府(晉政發(fā)〔2011〕29號(hào))《關(guān)于山西省焦化行業(yè)兼并重組的指導(dǎo)意見》[R].

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB16171-2012)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[R].

[5]李廣忠.焦?fàn)t裝煤推焦全干式除塵[J].燃料與化工，2002，5：132-135.