遺物祭品焚燒大氣污染物排放特征及控制對策*

張世豪 薛亦峰 陳 曦 陳 誼 翟曉曼 鐘連紅 王 瑋#

(1.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京100048；2.北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，國家城市環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心，北京100037；3.民政部一零一研究所，民政部污染控制重點實驗室，北京 100070；4.北京市民政局，北京 100020)

中國是世界上人口最多的國家，遺物祭品焚燒量巨大。殯葬行業(yè)的遺體火化和遺物祭品焚燒是重要的大氣污染源，其排放的有害大氣污染物主要包括顆粒物(總懸浮顆粒物(TSP)、PM10、PM2.5)、氣態(tài)污染物(SO2、NOx、CO等)、持久性有機(jī)污染物(如二噁英類)和重金屬等[1-4]。由于火化量和遺物祭品焚燒量大，火葬場的“煙”“味”問題較為突出[5-8]。相對于火化機(jī)，遺物祭品焚燒的污染物排放更具隱蔽性，也更容易被忽視，但實際上遺物祭品焚燒對大氣環(huán)境和人體健康的影響較大[9]。

隨著對殯葬行業(yè)大氣污染物排放問題的發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者對于火化機(jī)污染物排放特征、控制措施進(jìn)行了大量研究[10-11]。日本對火化機(jī)污染物排放進(jìn)行監(jiān)測，得到了污染物的排放水平和排放因子，提出污染控制對策[12]。在國內(nèi)，王瑋等[13]對火化機(jī)二噁英的排放進(jìn)行了監(jiān)測，得到其排放特征；XUE等[14]研究了火化機(jī)顆粒物和氣態(tài)污染物的排放濃度和排放因子，分析了揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)組分，計算了凈化裝置對污染物的去除效率。但對于遺物祭品焚燒的研究相對較少，主要集中在金紙焚燒方面。周明顯[15]曾對燃燒金紙、拜香產(chǎn)生的大氣污染物SO2、NOx、CO、顆粒物及VOCs排放因子進(jìn)行監(jiān)測，并對排放量進(jìn)行估算。KHEZRI等[16]通過中元節(jié)期間大氣中顆粒物、降水中化學(xué)組分的變化，與歷年數(shù)據(jù)和燃燒底灰組分作對比，發(fā)現(xiàn)金紙的燃燒會增加大氣中顆粒物濃度，使顆粒物及降水中部分元素含量增加。其他學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，金紙燃燒還會產(chǎn)生二噁英、多環(huán)芳烴等有害污染物[17-21]。但除金紙以外，中國對于其他種類遺物祭品的焚燒量、污染物排放特征和控制對策的研究較為缺乏。

在此背景下，本研究結(jié)合遺物祭品焚燒量調(diào)查和現(xiàn)場調(diào)研，通過對典型遺物祭品焚燒大氣污染物排放的實際監(jiān)測，初步掌握遺物祭品焚燒的大氣污染物排放狀況，并對比國內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)；基于研究結(jié)果提出需要解決的關(guān)鍵問題，以期為主管部門制定相關(guān)殯葬、環(huán)境管理政策和大氣污染控制對策提供參考和支撐。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究在北京市開展遺物祭品焚燒大氣污染物實際監(jiān)測，并進(jìn)行遺物祭品焚燒量現(xiàn)場調(diào)研和問卷調(diào)查。2017年北京市共有12家殯儀館，90臺火化機(jī)，年火化量呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)年遺體火化量為9.8萬具；遺物祭品焚燒爐(以下簡稱焚燒爐)61臺，根據(jù)其燃燒類型、煙氣凈化裝置類型，選取了5臺典型焚燒爐進(jìn)行污染物排放實際監(jiān)測(其中4臺安裝煙氣凈化裝置，1臺煙氣直接排放，具體情況如表1所示)，大氣污染物包括顆粒物(TSP、PM10、PM2.5)和氣態(tài)污染物(SO2、NOx、CO、VOCs)。

表1 焚燒爐煙氣凈化狀況

1.2 監(jiān)測方法及儀器

在進(jìn)行遺物祭品焚燒大氣污染物排放采樣和監(jiān)測前，對特氟龍膜進(jìn)行預(yù)處理，將其放入干燥皿中平衡24 h，之后進(jìn)行稱量并記錄每張濾膜的質(zhì)量，放入膜盒中保存待用。通過反復(fù)填充和排空氮氣對采樣袋進(jìn)行清洗，每個采樣袋清洗3次，以確保沒有目標(biāo)VOCs存在，保證分析的準(zhǔn)確性。監(jiān)測工作開始后，首先測量采樣點煙囪的直徑，并對煙氣參數(shù)進(jìn)行測定，包括壓強(qiáng)、含氧量、煙氣流速、溫度、含濕量等。根據(jù)煙氣參數(shù)選取不同孔徑的采樣嘴，利用自行研發(fā)的PM10/PM2.5雙級虛擬撞擊采樣器進(jìn)行顆粒物采集，再采用重量法測定；采用TH880F自動煙塵煙氣分析儀測定SO2、NOx、CO；利用Model 1062氣袋式真空采樣箱采集VOCs，采樣袋避光保存，采用Agilent 7890A-5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定VOCs。

2 結(jié)果與討論

2.1 遺物祭品焚燒量調(diào)查

對北京市9家殯儀館的遺物祭品焚燒情況進(jìn)行了調(diào)查，內(nèi)容包括遺物祭品種類、焚燒量等。對調(diào)查情況進(jìn)行統(tǒng)計分析得到，衣服、花圈和紙類是遺物祭品的主要種類，每具遺體火化所對應(yīng)的衣服、花圈和紙類的平均焚燒量分別為12、15、2 kg。

結(jié)合2017年調(diào)查數(shù)據(jù)與2010—2016年的火化量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，核算得到了2010—2017年中國遺物祭品焚燒量，如圖1所示。中國遺物祭品焚燒量基本保持在13.6萬t左右。

圖1 2010—2017年中國遺物祭品焚燒量Fig.1 The amount of the incineration of sacrificial offerings from 2010 to 2017 in China

2.2 焚燒爐大氣污染物排放水平

遺物祭品焚燒大氣污染物監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。若廢氣直接排放，其顆粒物排放濃度非常高，TSP可高達(dá)2 020.0mg/m3，是《火葬場大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13801—2015)排放限值(參照煙塵限值80 mg/m3)的25.3倍。PM10和PM2.5排放質(zhì)量濃度同樣很高，分別為1 831.3、1 306.9 mg/m3。通過煙氣凈化系統(tǒng)，焚燒爐顆粒物排放濃度大幅下降，TSP小于10 mg/m3，低于排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣凈化效果非常明顯。裝有煙氣凈化系統(tǒng)的焚燒爐PM10和PM2.5平均排放質(zhì)量濃度分別為4.0、3.2 mg/m3，相對未裝煙氣凈化系統(tǒng)的焚燒爐，去除率接近100%。

圖2 焚燒爐大氣污染物排放質(zhì)量濃度Fig.2 Emission mass concentrations of air pollutants from the incinerators

由于遺物祭品焚燒一般不額外添加燃料，焚燒爐對遺物祭品的燃燒不充分，CO排放質(zhì)量濃度較高，在1 092.0～3 333.3mg/m3。未經(jīng)凈化的煙氣中，CO排放質(zhì)量濃度為2 671.4 mg/m3，是GB 13801—2015排放限值(200 mg/m3)的13.4倍，超標(biāo)嚴(yán)重。當(dāng)前焚燒爐的燃燒工藝還有較大的改進(jìn)空間，殯葬行業(yè)應(yīng)加快環(huán)保型焚燒爐的研發(fā)進(jìn)程。

由于不使用含硫燃料，因此焚燒爐煙氣SO2主要來自材料中的硫分，其排放質(zhì)量濃度為4.0～14.3 mg/m3，可以達(dá)標(biāo)排放。NOx、VOCs的排放質(zhì)量濃度分別為98.1～299.0、63.2～645.0 mg/m3。煙氣凈化系統(tǒng)對這兩類污染物有一定的去除效果，主要是因為噴淋塔可吸收酸性氣體，并且可以冷凝VOCs。經(jīng)凈化后煙氣中NOx、VOCs的平均去除率分別為40.5%和27.8%。

通過實測的大氣污染物濃度與排放標(biāo)準(zhǔn)對比發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)凈化的焚燒爐TSP和CO超標(biāo)嚴(yán)重，SO2和NOx則均可達(dá)標(biāo)排放。但與發(fā)達(dá)國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)限值(見表2)相比，中國遺物祭品焚燒大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)相對寬松，且并未規(guī)定VOCs的排放限值，但從監(jiān)測結(jié)果來看，VOCs排放濃度也較大，應(yīng)該引起足夠的重視。從污染控制技術(shù)的可達(dá)性來講，中國遺物祭品焚燒大氣污染物排放限值可進(jìn)一步加嚴(yán)。

表2 焚燒爐排放標(biāo)準(zhǔn)1)

注：1)北京市排放標(biāo)準(zhǔn)指《火葬場大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/1203—2015)；煙氣黑度以林格曼黑度計。

2.3 污染控制技術(shù)與對策

現(xiàn)階段中國對遺物祭品的種類、焚燒量等統(tǒng)計數(shù)據(jù)不全，對遺物祭品焚燒大氣污染物排放特征研究相對較少，且污染物排放控制不嚴(yán)。對于未來遺物祭品焚燒的大氣污染減排應(yīng)主要從源頭和末端進(jìn)行控制。殯葬領(lǐng)域應(yīng)開展無污染或低污染祭品材料的研究，減少祭品中高污染的組分，從而減少燃燒產(chǎn)生的污染物量，并積極推廣資源節(jié)約型殯葬用品的使用，盡可能尋找可替代祭品焚燒的舉措，加快環(huán)保型焚燒爐的研制，從源頭上控制污染物的產(chǎn)生。殯葬領(lǐng)域還要加快高效煙氣凈化裝置的研發(fā)，從末端減少污染物的排放量。

目前主流的遺物祭品焚燒煙氣凈化裝置由冷卻裝置、噴淋塔、布袋除塵器等組合而成(如圖3所示)。結(jié)合實際監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，遺物祭品焚燒煙氣中顆粒物濃度非常高，為提高凈化裝置對顆粒物的去除效率，可考慮在布袋除塵器前設(shè)置旋風(fēng)除塵器。針對現(xiàn)場異味的問題，在控制技術(shù)中可在布袋除塵器后增設(shè)活性炭吸附裝置，以減少VOCs和其他惡臭物質(zhì)的排放量。

圖3 焚燒爐煙氣凈化工藝流程圖Fig.3 Flue gas purification process of the incinerators

3 結(jié)論與建議

(1) 遺物祭品年焚燒量較大，可達(dá)13.6萬t左右，大氣污染物排放水平較高，尤其是顆粒物和CO，TSP和CO分別為GB 13801—2015排放限值的25.3、13.4倍。凈化裝置可有效降低顆粒物濃度，去除率達(dá)接近100%，對污染物的減排具有重要作用。

(2) 當(dāng)前主流的遺物祭品焚燒凈化裝置由冷卻裝置、噴淋塔、布袋除塵器等組成。針對遺物祭品焚燒顆粒物排放濃度較高、現(xiàn)場異味較大的特點，建議在布袋除塵器前、后分別增設(shè)旋風(fēng)除塵器和活性炭吸附裝置，提高煙氣凈化裝置對顆粒物、VOCs等的去除效率。

(3) 目前國內(nèi)外對于遺物祭品焚燒大氣污染物排放特征的研究比較缺乏，存在底數(shù)不清、排放特征不明、控制水平低等問題。建議殯葬行業(yè)進(jìn)一步開展對遺物祭品焚燒的研究，開發(fā)無污染或低污染的祭品，減少祭品的焚燒量，尋找替代祭品焚燒的舉措；加快遺物祭品焚燒設(shè)備和煙氣凈化裝置的研發(fā)和優(yōu)化，從源頭和末端對污染物的排放進(jìn)行控制。