鋼鐵企業無組織排放特征污染物的監測分析

郭健，馬召坤，李蕾，吳彤（濟南市環境保護規劃設計研究院，濟南 250100）

鋼鐵企業無組織排放特征污染物的監測分析

郭健*，馬召坤，李蕾，吳彤
（濟南市環境保護規劃設計研究院，濟南 250100）

編者按： 本刊【大氣環境模擬模型】欄目論文選自第四屆全國環境規劃與政策模型——大氣環境模擬模型學術研討會論文集。分兩期刊登，本期為第二輯，共三篇。

摘 要東部老工業區是濟南市大氣污染重點防控區域。工業區大型企業的無組織排放廢氣對區域及周邊大氣環境質量產生的影響，一直沒有引起人們的足夠重視，因對其排放量大小和污染物種類不清楚，難以進行監管。本文以濟南東部老工業區一家大型鋼鐵企業為例，選取五項有代表性的特征污染物（苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴和氨）進行布點監測，在不同氣象條件下，分析特征污染物的濃度變化，了解鋼鐵企業無組織排放特征。經對監測數據的分析得出：與上風向相比，下風向各污染物監測的小時濃度和日均濃度均有不同程度的增加，表明該廠區污染源對周邊環境空氣質量有一定影響。最后，提出防范或改進措施，如應加嚴相應的無組織排放標準，增加大氣在線監測點位及監測項目，建議企業加強對生產工藝環節無組織排放廢氣的收集和處理。

關鍵詞鋼鐵企業；無組織排放；布點監測；特征污染物

*責任作者： 郭健（1983—），男，濟南市環境保護規則設計研究院，工程師，主要研究方向為大氣和水環境污染防治。

引言

濟南市作為山東省政治、文化、教育和科技研發中心，濟南都市圈以及省際區域交通樞紐和經濟中心，空氣環境質量關系著濟南市甚至周邊地區的居民生活質量和經濟發展。但近幾年，隨著城市化和工業化進程的不斷加快，濟南市環境空氣污染依然十分嚴重，灰霾天氣發生頻率逐漸增加。東部老工業區一直是濟南污染的重點防控區域，其中鋼鐵行業屬于典型的重污染行業，從燒結、球團、高爐煉鐵、煉鋼、連鑄，再到軋鋼，幾乎所有的工序都以工業爐窯為主體設備，其中廢氣的無組織排放更顯突出。本文以該區域某大型鋼鐵企業為例，分析研究其無組織排放的污染物特征。該企業無論從排污量還是占地面積上，都屬于老工業區眾多企業中最重要的污染源之一。經過前期研究發現，濟南市東部老工業區重點高架點源對濟南市大氣例行監測點位的貢獻率有限。因為，針對這些有組織排放的高架點源的污染治理，已經有很成熟的除塵技術和日趨嚴格的排放標準，但工業企業廢氣排放還有無組織排放。無組織排放產生的污染物屬性千差萬別，存在很大的不確定性、不規則性，極易造成面源污染，對周圍環境影響很大。現通過對該企業無組織排放廢氣的來源與排放特點進行分析，探討無組織排放廢氣的危害及防治措施，并對無組織排放的廢氣環境管理提出初步建議。

1 無組織排放

無組織排放指大氣污染物不經過排氣筒的無規則排放。低矮排氣筒（排氣筒高度低于 15m） 的排放屬有組織排放，但在一定條件下也可造成與無組織排放相同的后果，同視為無組織排放[1]。在鋼鐵行業無組織排放廢氣中含有大量的有毒有害氣體和污染物，不僅污染生活環境，而且危害人體健康[2,3]。其污染物主要有顆粒污染物和氣態污染物，顆粒污染物包括粉塵、煙、飛灰等；氣態污染物包括二氧化硫、氮氧化物、揮發性有機化合物（VOCs）等。其中，鋼鐵企業在工藝生產過程中無組織排放的污染物主要有：一些常規污染物，如二氧化氮、氮氧化物等；特征污染物，如苯、甲苯、二甲苯等[4]。無組織排放具有污染源分散、污染物近地面排放、不易稀釋擴散等特征，直接影響對近地面大氣環境質量和周圍人群的身心健康，環境危害影響顯著。

2 監測方案

2.1 監測布點原則

根據企業工藝分散、占地面積大、無組織排放種類多、周圍環境影響因素復雜等特點，采取了將鋼鐵企業整個廠區視為一個無組織排放的污染面源來對待，以廠界為邊界進行監測布點的原則。根據企業廠界外實際情況，在廠界四周預設10個點位，保證在各種風向條件下均能夠有1個背景點位（在主要污染源上風向2～50m處），下風向廠界外2～50m范圍內按《大氣污染物無組織排放監測技術導則》（HJ/ T55—2000）中規定的方法，按扇形分布特點共布設3個監測點，保證企業在正常生產工況下監測，避免企業停產或者設備維護保養期。在此基礎上，監測點位的布設應避免周圍影響因素較多的位置，如周圍建筑物或者廠界外墻過高處、人流密集活動頻繁處等。

2.2 監測項目

2.2.1 氣象項目監測

常規氣象觀測項目包括同步觀測風向、風速、總云量和低云量等地面氣象觀測參數。

2.2.2 污染物項目監測

污染物項目包括氨、苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴，共計5項，其中氨是PM2.5的一項重要的前體物[5-7]。王伯光等[8]研究顯示，煉焦工藝對廣州地區環境空氣中C2～C9的非甲烷總烴（NMHCs）的年平均貢獻率為1.9%，對大氣VOCs的貢獻很可觀。同時考慮到鋼鐵行業中煉焦和噴涂工藝均產生苯、甲苯、二甲苯等，具有毒性和致癌性，威脅著當地居民的身體健康，因此對這五項特征污染物的監測具有重要的意義。

2.3 監測時間和頻次

一般采取連續1h采樣計平均值，或采取在1h以內等間隔時間采集4個樣品計平均值。在此次監測中，為了捕捉到監控點最高濃度的時段，氨和苯系物的采樣時間均超過1h，非甲烷總烴采樣時需要洗氣袋3次以上，采樣點位置與氨和苯系物相同。在正常生產工況下連續監測3天，每天監測3次，共計監測9次。

2.4 依據及方法

2.4.1 監測依據

（1）大氣污染物綜合排放標準（GB 16297—1996）。

（2）大氣污染物無組織排放監測技術導則（HJ/ T55—2000）。

2.4.2 采樣方法及依據

采樣方法的依據為《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法》（GB/T16157—1996）和空氣和廢氣監測分析方法（第四版）。具體分析方法及依據如表1所示。

3 監測結果

3.1 氣象數據檢測結果

現場采樣之前需要進行相關氣象監測，主要包括風向、風速等的測定，在采樣過程中還應重復一兩次。若發現風向有明顯變化，應移動監控點位置重新采樣。采樣結果如表2所示。

如表2所示，風向確定污染擴散的方位：風向的變化，確定監控點的位置，影響污染物的遷移途徑和距離等。風速表征大氣污染物的輸送速率，影響污染物的稀釋和擴散。當風速等于或大于1m/s時，污染物隨風遷移的作用增強，而當小于1m/s時，自然擴散的作用相對增強[9]。

對監控點濃度的捕捉除受污染源排放強度的影響外，主要受風向和風速變化的影響。明顯的風向和風速，能及時分析判斷污染物的運動和濃度最高點。依據《大氣污染物無組織排放監測技術導則》（HJ/ T55—2000），較適宜的風向、風速條件分別為<29°和1.0～3.0m/s。但并非監測時都要求有明顯的風向和風速，如在周界外設點時，也可在靜風狀態下進行，只要有利于捕捉到污染物的最高濃度即可。如表2所示，3天監測的風速均為1.3～1.8m/s，范圍屬于較適宜的監測風速。

3.2 監測點位確定

根據前面所述布點原則，在廠區周邊設置10個監測點位（1#～10#），根據當天監測風向來確定具體點位位置。第一天是西南風向，因此選擇背景點為6#，監測點為1#、2#、3#，如圖1所示；第二天和第三天為東北風，因此選擇背景點為3#，監測點為6#、7#、8#，如圖2所示。

3.3 廢氣數據檢測結果

將2015年2月11日到2015年2月13日，每天3次（共9次）的監測結果（小時濃度）列于表3～表5，其中“未檢出”表明監測數值在此監測方法檢出限以下，統一標注為“未檢出”。

如表3～表5所示，氨和苯系物在上風向點位均有檢出，苯系物在上風向也偶有檢出，這主要是由于此鋼鐵企業位于東部老工業區，周圍污染企業眾多，在西側有一大型化肥廠主要從事液氨和氮肥的生產加工，在北側有一大型石油加工企業主要從事汽柴油生產儲存以及氮肥生產加工，根據風向的變化，如果背景點恰巧在這兩家企業的下風向，就會對背景點部分污染物濃度值起到一定影響，尤其是氨和非甲烷總烴濃度，因此背景值對這兩項指標有檢出主要是這兩家企業無組織排放的大氣污染物所致。

焦化工藝生產過程中會產生非甲烷總烴、氨和苯，彩涂工藝會產生非甲烷總烴、甲苯和二甲苯[10~12]。通過非甲烷總烴和氨的監測結果可知，在本次監測氣象條件下，廠區下風向非甲烷總烴監測濃度較上風向均有不同程度的升高，但監測濃度均遠小于大氣污染物綜合排放標準（GB16297—1996）中對于非甲烷總烴的無組織排放監控濃度限值5.0 mg/m3的要求。經過廠區，下風向氨濃度較上風向有不同程度的上升，但監測點位處氨的環境濃度和廠界濃度均分別滿足工業企業設計衛生標準（TJ36—79）和惡臭污染物排放標準（GB14554—93）中0.2和2mg/m3的濃度要求。

通過對苯、甲苯、二甲苯的監測結果可知，經過該廠區，苯、甲苯和二甲苯均有不同程度的檢出，且下風向的濃度較上風向監測點有所增大，但三者的環境濃度和廠界濃度均分別滿足相關標準，其中，苯滿足工業企業設計衛生標準（TJ36—79）和大氣污染物綜合排放標準（GB16297—1996）中2.4和0.5mg/m3的濃度要求；甲苯滿足蘇聯居民區大氣中有害物質的最大允許濃度（CH245—71）和大氣污染物綜合排放標準（GB16297—1996）中0.6和3.0mg/m3的濃度要求；二甲苯滿足工業企業設計衛生標準（TJ36—79）和大氣污染物綜合排放標準（GB16297—1996）中0.3 和1.5mg/m3的濃度要求。因此，雖然經過該廠區，各監測污染物下風向濃度較上風向明顯升高，但均能滿足現行空氣質量標準和行業標準。

4 結論及相應措施

將對該廠區周邊所監測的數據平均計算其上風向均值和下風向均值列于表6。

如表6所示，在不同氣象條件變化情況下，對比上下風向各污染物監測日均濃度，經過該鋼鐵企業廠區后，各污染物濃度均有不同程度的增加，且均滿足相應的環境標準和無組織排放標準要求。其中，增加最明顯的為非甲烷總烴，增加1.39倍，氨濃度增加0.3倍，同時，下風向監測點苯、甲苯和二甲苯均有檢出，表明該鋼廠廠區的污染源對周邊環境空氣質量有所影響。

對于苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴、氨等有毒有害特征污染物，其排放濃度雖然低于國家及行業排放標準，但長期排放將對生活在該區域周圍居民的身心健康產生一定危害。因此當地環保管理部門應對其重點加強監管。在敏感點或者易污染區域布設監測點位，增加除常規監測項目以外的特征污染物的監測，不定期抽查取樣檢測。對于排放不達標、偷排漏排的現象應要求其限期整改或者實施經濟處罰，影響嚴重的可聯合司法機關對相應負責人和法人代表進行法律制裁。通過對現場監測數據與相應標準對比發現，目前國家制定的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297—1996）對無組織排放標準不嚴，不足以約束企業對無組織排放廢氣的綜合治理，因此，無組織排放標準亟需加嚴，并提出制定山東省關于無組織排放標準的規定。綜上所述，無組織排放的治理措施需要從生產工藝過程改進、特征污染物監督監測、排放標準加嚴三方面入手。

參考文獻

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Monitoring and Analysis on Characteristic Pollutants of Fugitive Emission in Iron and Steel Enterprises

Guo Jian*, Ma Zhaokun, Li Lei, Wu Tong
(Jinan Environmental Planning and Design Institute, Jinan 250014)

Abstract:The eastern old industrial area is the focus of pollution prevention and control in Jinan. Fugitive emissions of large enterprises in industrial areas have great impacts on air quality of regional and surrounding areas. It does not attracted much attention, because we do not know the size of emissions and types of pollutants, which makes it diffi cult to be controlled. Taking a large iron and steel enterprise of the eastern old industrial area in Jinan as an example, this paper selected five characteristic pollutants of monitoring sites, including benzene, toluene, xylene, non-methane hydrocarbons and ammonia. The variation of pollutants concentration under different weather conditions was analyzed to understand the characteristics of fugitive emissions in iron and steel enterprises. The results showed that the hourly concentration and daily average concentrations of downwind pollutants increased in varying degrees compared with upperwind area, indicating that the plant area sources had impacts on surrounding air quality. And then measures to prevent or improve air pollution were proposed, such as the tightened fugitive emissions standards, increased atmospheric monitoring sites and online monitoring projects, and recommend enterprises to strengthen the collection and processing aspects in the production process of fugitive emissions.

Keywords:iron and steel enterprise; fugitive emissions; site monitoring; characteristic pollutants

中圖分類號：X831

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6252(2016)01-0097-06