我國部分地區典型水泥廠汞排放的調查

王永剛，李霞

1 全球汞的排放狀況（圖1）

汞是一種有毒的重金屬痕量元素，汞污染對人類及生態環境造成的危害極大。2013年1月，聯合國環境規劃署（UNEP）發布了《Global Mercury Assessment》（全球汞評估報告）。報告中指出：作為人類活動的一個直接結果，2010年全球汞的排放共計1 960t。其中,亞洲的汞排放量占全球汞排放總量的50%以上，中國的汞排放量占到了亞洲排放量的四分之三，接近全球汞排放量的三分之一。

2 水泥廠汞檢測（圖2）

圖1 全球汞排放分布

水泥廠生產過程中，原料和燃燒廢氣流動方向相反且相互混合相互作用。由于原料與氣流的逆流，導致水泥生產系統中存在溫度梯度，又因為收塵器灰塵的回收利用等因素，水泥廠內汞的遷移便形成了幾個循環。

圖2 水泥生產過程及汞的輸入輸出

圖3 OHM采樣示意圖

為了解水泥生產過程中汞的遷移過程、不同位置汞的種類和數量，了解影響汞排放的因素以及水泥廠現有收塵設備（FF或ESP）去除汞的效率，在研究了中國巖石、土壤、煤炭中汞的地域分布基礎上，先后現場檢測了中國西北、華北、華南典型水泥廠的尾氣汞排放情況，對不同地區、不同原燃料的水泥廠的汞排放做了系統的測試和分析。

3 檢測方法與取樣點

對中國三個地區典型水泥廠的采樣檢測采用了安大略法OHM（Ontario Hydro Method）采樣分析。另外，在采樣過程中，還參考了美國環保局《固定污染源廢氣氣態汞的測定》標準方法。

安大略法是美國環保局認定的燃煤電廠煙氣汞的濃度和形態測試的標準方法，己用于美國約80個燃煤電廠汞排放的檢測。安大略法規定了從煙道中取樣的設備與步驟，試驗室分析的設備與步驟，計算的方法與步驟。該方法適用于燃煤電廠中單質態、氧化態、粒子態汞及總汞的排放檢測，濃度范圍為0.000 5～0.1mg/m3（標）；適用于污染物控制裝置進、出口處的單質態、氧化態、粒子態汞及總汞的采樣和汞收集效率的計算。OHM采樣示意圖見圖3，OHM采樣吸收瓶裝置示意圖見圖4。

為了解水泥生產過程中汞的遷移和析出特性，在現場檢測過程中，對生產過程中的不同位置進行了氣體取樣和固體取樣，氣體取樣點見表1，固體樣品見表2。

4 檢測結果和分析

由于不同地域間原燃料的差異以及生產制度的不同，處于新疆、天津和福建三個地區的典型水泥廠的汞的輸入量、排放量以及生產過程中不同位置的汞的含量有一定差異，氣體取樣檢測結果見表3，固體樣品檢測結果見表4。

圖4 OHM采樣吸收瓶裝置示意圖

表1 氣體取樣點及工況

表2 固體樣品取樣

通過對中國西北、華北、東南三個地區典型水泥廠汞的檢測和分析，可以得出以下結論：

表3 氣體取樣檢測結果

表4 固體樣品檢測結果

（1）水泥廠的汞主要來源于原料和燃料。其中，原料里帶入水泥生產中的汞是水泥廠汞的最主要來源，約占90%。

（2）水泥廠汞的排放主要以氣態汞為主，約占排放量的95%以上，其中，單質汞的比例非常大，約占75%～94%。

（3）水泥生產的操作制度（生料磨的開啟和關閉）對煙囪中汞的排放影響很大，生料磨開啟時的排放比生產磨關閉時低約17%～26%。其原因為生料磨中的生料粉具有很大的比表面積，對汞及其化合物具有一定的吸附作用，在粉磨過程中，氣態汞吸附到粉塵上，從而降低了汞的排放，吸附在生料粉上的汞隨著生料粉重新回到生產系統中進行循環。

（4）水泥生產中，現有的大氣污染控制裝置（主要指收塵器）對汞的減排貢獻很大。無論是ESP還是FF，對顆粒態汞的去除率均可達到90%以上（與除塵效果相關），對氣態汞的去除率也能夠達到60%以上（在除塵過程中，氣態汞吸附到粉塵上，從而降低了排放的效果），隨著收塵器灰塵的回收利用，這部分汞又回到水泥窯系統。

（5）水泥廠內部存在多個汞循環，汞在隨煙氣和物料的循環中，富集在窯灰和生料中，濃度甚至能夠達到原料輸入的千倍以上。

（6）根據水泥生產的排放現狀和國內外的相關排放標準來看，部分水泥生產線需要增加額外的汞減排專有裝置，或優化現有能夠降低汞排放的其他污染物控制裝置（ESP、FF、FGD、SCR等），才能滿足標準的要求。