基于水泥行業的大氣環境容量分析及污染控制對策研究

劉小強 趙江偉 蘇海燕 代艷偉

(河北省環境監測中心站，石家莊 050037)

基于水泥行業的大氣環境容量分析及污染控制對策研究

劉小強 趙江偉 蘇海燕 代艷偉

(河北省環境監測中心站，石家莊 050037)

石家莊水泥產業集中度相對較低，產能過剩，生產管理和污染控制水平相對落后，顆粒物、氮氧化物等污染物排放問題一直相對突出。隨著空氣質量新標準的實施，石家莊市空氣質量總體達到二級標準限值難度較大，尤其是在人為污染源活動頻繁以及氣象條件不利于大氣污染物擴散的冬季，九成多天數出現污染物超標情況。因此，如何對石家莊市水泥行業污染物排放進行治理，使得大氣環境質量總體穩定并逐步改善，避免嚴重的區域性空氣污染，成為當前和未來一段時間內大氣環境污染控制工作的主要目標。

水泥行業；環境空氣質量；響應模型；污染控制

1 石家莊市環境空氣質量現狀及演變趨勢

從城市大氣環境質量監測數據來看，近年來石家莊市大氣環境空氣質量總體趨好并逐步改善，各項污染物濃度下降較明顯。2016年，石家莊市大氣環境中SO2平均濃度為0.041毫克/立方米，低于國家二級標準限值；NO2平均濃度為0.058毫克/立方米，高于國家二級標準限值0.45倍；PM10平均濃度為0.164毫克/立方米，高于國家二級標準限值1.34倍。從歷年監測數據來看，石家莊市各項大氣污染物濃度呈現出較為明顯的下降趨勢，但是距離空氣質量總體達到二級標準限值難度很大。

2 石家莊市水泥行業對大氣環境的影響

2.1 水泥行業是主要的大氣污染源

水泥行業普遍具有高污染的特征，是大氣環境污染物的主要來源。依據《2015年度河北省環境狀況公報》以及2015年環境統計數據，石家莊市水泥制造行業排放的SO2、NOx以及煙(粉)塵分別為1139.6噸、9553.6噸、5617.8噸，水泥制造行業所排放的SO2、NOx以及煙(粉)塵分別占石家莊市總排放量的0.7%、4.8%以及6.0%。在石家莊市工業排放量構成中，水泥制造行業SO2貢獻量位列4位，NOx貢獻量位列第2位，煙(粉)塵貢獻量位列第2位。

2.2 污染物排放量及其在環境質量響應模型

2.2.1 污染物排放量及其在環境質量響應模型建立

大氣環境中的主要污染物由本地源和非本地源(即背景濃度)構成，而主要污染物濃度與單位國土面積上本地源污染排放強度密切相關，因此可依據污染物排放量統計資料以及監測數據建立污染物排放強度與實測大氣環境濃度的關系，即排放強度與環境濃度的轉換系數。本地源污染物排放量與實測環境濃度關系模型如圖1所示。

2.2.2 模型假設條件和參數計算

實測大氣環境中主要污染物的濃度由本地源和非本地源(即背景濃度)構成，在計算實測環境濃度與排放量之間的轉換系數時，假定：

i、 大氣環境中主要污染物與排放強度之間存在正相關關系。

ii、 取一級標準的一半作為背景濃度扣除后計算僅有本地源貢獻的濃度值進行計算，單位為mg/m3，計算公式為：

(1)

其中，ΔCi是本地源貢獻濃度；Ci是實測環境濃度；Cb是背景濃度。

iii、 排放強度為排放量與石家莊市國土面積之商，單位為t/km2/y。

計算公式為：

(2)

其中，Ii是i類大氣污染物的排放強度；Ei是i類大氣污染物的排放總量；ST是石家莊市國土面積，取值為1.58萬km2。

iv、 濃度排量轉換系數為實測大氣環境濃度與排放強度之商，單位為(mg/m3)/( t/km2/y)，計算公式為：

(3)

其中，ai是i類污染物環境濃度與排放量之間的轉換系數；ΔCi是i類污染物環境濃度；Ii是i類大氣污染物的排放強度。

綜上，分別計算出石家莊市NO2排放強度、粉塵排放強度、環境監測濃度、本地源貢獻濃度以及濃度排量轉換系數見表1。

圖1 污染物排放量與實測環境濃度關系模型

年度(t/km2/y)NO2PM10(mg/m3)NO2PM10(mg/m3)NO2PM10(mg/m3)/(t/km2/y)NO2PM1020131728723006903090049028900028004002014144674300540216003401960002400264201512515950051014700310127000250021320161126?536?00580164003801440003400269平均138864900580209003801890002800286標準偏差2623100000080073000800730000500080

注：1.2016年排放量，還未最終核定，表中是測算數據。2.冬季濃度排量轉換系數取年平均值的1.5倍折算。

3 石家莊市大氣環境容量計算

石家莊市允許污染物新增容量，等于環境空氣質量標準(GB 3095—2012)中二級標準與背景濃度的差值，再除以濃度排量轉換系數，并乘以國土面積，用公式表示為：

(4)

其中，Eni是i類污染物的新增容量；Si為i類污染物二級標準限值，Bi為背景濃度值；ST是國土面積，石家莊市國土面積為1.58萬km2。

將NO2的二級標準限值，背景濃度值及對應轉換系數帶入上述公式，則可計算出石家莊市NO2的大氣環境容量值為11.29萬噸。將對應冬季轉換系數帶入上述公式，則可計算出不利天氣條件下NO2的大氣環境容量值僅7.52萬噸。

將PM10的二級標準限值，背景濃度值及對應轉換系數帶入上述公式，則可計算出石家莊市PM10的大氣環境容量值為2.76萬噸。將對應冬季轉換系數帶入上述公式，則可計算出不利天氣條件下PM10的大氣環境容量值為1.84萬噸。

假定不利天氣條件占全年約1/4的時間，則石家莊市實際大氣環境NO2容量和PM10容量初步判斷為：

平均轉換系數條件下的NO2環境容量值×75%+冬季轉換系數條件下的NO2環境容量×25%=11.29×75%+7.52×25%=10.35萬噸。

平均轉換系數條件下的PM10環境容量值×75%+冬季轉換系數條件下的PM10環境容量×25%=2.76×75%+1.84×25%=2.53萬噸。

從計算結果來看，石家莊市現有污染物排放量均超過實際大氣環境容量，其NO2和PM10分別超環境容量1.9和3.7倍，評價結果表明石家莊市大氣環境綜合承載力呈超載狀態。

4 石家莊市水泥行業的大氣污染調控與對策

水泥制造業是石家莊市主要的經濟支柱之一，也是大氣污染物的主要貢獻者，直接導致了石家莊市大氣污染防治與水泥制造業之間客觀存在著矛盾和沖突。在進行產業發展與大氣污染防控的過程中可采取以下幾個方面的策略：

(1)加強總量控制。針對石家莊市水泥制造業的污染物排放現狀和大氣環境問題，合理規劃產業發展的布局、結構和規模，將大氣的總量控制目標確定為實現大氣環境質量總體持續改善，各大氣環境功能區達到相應的空氣質量標準等級。

(2)優化發展布局。水泥制造業大氣污染物排放主要集中在城市及周邊地區，這些地區的特點是工業比較發達，人口較為聚集，應以環境承載力為基礎，按分類指導、區別對待的原則，根據市場情況和水泥供應半徑優化布局，壓縮整體產能。

(3)加強風險管控。石家莊市處于太行山南部山前區域，山前暖區空氣流動性小，大氣擴散湍流能力弱，不利于污染物的擴散，而隨著城鎮化步伐的加快，以及未來有可能面臨的極端氣候，須采取長期的、堅持不懈的防范對策，保證空氣質量逐步改善。

Analysis of the Atmospheric Environmental Capacity and Pollution Control Countermeasures Based on Cement Industry

LIU Xiaoqiang ZHAO Jiangwei SU Haiyan DAI Yanwei

(Hebei Provincial Environmental Monitoring Center，Shijiazhaung 050037)

The concentration of cement industry in Shijiazhuang is relatively low，excess capacity，production management and pollution control level is relatively backward，particulate matter，nitrogen oxides and other pollutants emissions has been relatively prominent. With the implementation of new air quality standards，the overall air quality in Shijiazhuang city is difficult to reach the maximum level two standard，especially in the man-made pollution source and frequent weather conditions are not conducive to the diffusion of atmospheric pollutants in winter，more than 90% days of pollutants exceed the standard. Therefore，how to Shijiazhuang cement industry emissions of governance，the overall stability of the atmospheric environmental quality and gradually improve，avoid regional air pollution is serious，has become the main target of the current and future period of air pollution control work.

Cement industry；Ambient air quality；Response model

劉小強，學士，高級工程師，研究方向為環境監測與管理

X21

A

1673-288X(2017)02-0098-03

引用文獻格式：劉小強 等.基于水泥行業的大氣環境容量分析及污染控制對策研究[J].環境與可持續發展，2017，42(2)：98-100.