陶粒窯大氣污染物排放限值研究

崔敬軒 聶卿 邸楊 吳曦 何捷

（中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024）

陶粒是一種外觀形狀多樣的陶制人造輕集料[1]，近年來被廣泛應用于建筑材料、環保材料和綠化材料等[2-4]。按原料主要來源可分為黏土陶粒、頁巖陶粒、粉煤灰陶粒等；按生產工藝可分為燒結陶粒和免燒陶粒。由于免燒陶粒不經過焙燒過程，相對于高溫煙氣，對大氣污染較小，本文主要討論燒結陶粒生產過程中大氣污染物排放限值要求。

1 燒結陶粒生產工藝及產排污節點

燒結陶粒制備工藝主要包括：原料制備-陳化-攪拌-造粒-焙燒-冷卻-篩分。工藝流程及產污節點見圖1。

圖1 燒結陶粒工藝過程及產排污情況

生產工藝說明：1）原料制備：將頁巖等原材料破碎篩分至需要的粒徑，并進行混合和攪拌。2）陳化：攪拌好的混合料送到陳化堆場進行堆存。3）攪拌+造粒：經計量后，利用攪拌機將混合料充分攪拌，送至造粒機進行造粒。4）整形篩分+焙燒：產出的顆粒料球由皮帶輸送機送入整形篩分機，圓整處理后，小顆粒被篩出，合格的顆粒球被送入爐窯進行預熱和焙燒。5）冷卻：自然冷卻。6）成品篩選：將成品篩分為不同粒度的產品，該過程會產生篩分粉塵。7）包裝入庫：利用陶粒成品打包裝置進行打包，入庫待售。

大氣污染物排放情況如下：

1）原料破碎攪拌顆粒物

所用生產原料多為塊狀，需經破碎使其粒徑達到生產要求，破碎過程中會產生一定量的顆粒物有組織排放和無組織排放。

2）陶粒篩分、造粒顆粒物

陶粒在造粒、篩選加工過程中會產生顆粒物有組織排放和無組織排放。

3）燒結廢氣

焙燒過程中產生的燒結廢氣主要包括燃料燃燒和陶粒自燃，其中燃料燃燒廢氣主要污染因子為顆粒物、SO2和NOx等，陶粒自燃廢氣主要污染因子包括煙塵和氟化物。

此外，原料堆場、輸送、裝卸等過程中也會產生顆粒物無組織排放。

2 燒結陶粒大氣污染物排放標準

2.1 國家標準

根據我國現行污染物排放標準體系，陶粒窯大氣污染物排放執行的國家標準是GB 9078-1996《工業爐窯大氣污染物排放標準》[5]，陶粒窯大氣污染物排放濃度限值見表1和表2。

表1 大氣污染物排放濃度限值（單位：mg/m3（煙氣黑度除外））

表2 有害污染物最高允許排放濃度（單位：mg/m3）

就當前的環境管理需求，該標準存在以下問題：

1）缺乏行業針對性

其他爐窯種類繁多，陶粒窯只是其中一種，不同窯型污染物特別是氮氧化物排放差距較大。現有標準沒有針對陶粒窯提出相應的管控要求。

2）特征污染物控制項目設置不全

現行通用工業窯爐大氣污染物排放標準缺乏部分特征污染物控制要求，不利于行業污染物控制。例如，陶粒窯的主要污染物之一是氮氧化物，但GB 9078-1996并未對氮氧化物提出管控要求。

3）排放限值指標嚴重滯后

現行工業窯爐標準發布實施距今二十余年，技術內容與當前環保形勢不適應，控制水平落后，對行業技術進步的起不到促進作用。近年來，我國燒結陶粒無論是生產規模還是生產工藝技術都有了質的飛躍，特別是重點地區和城市在窯爐的污染治理方面投入極大，取得了顯著效果，其排放水平大大優于現有排放標準。繼續沿用現有標準不利于促進行業技術進步。

4）難以滿足環境保護管理和執法工作的需要

現行標準缺乏部分特征污染物，指標寬松，針對性不強，難以滿足環境保護管理和執法工作的需要。

此外，由于粉煤灰、尾礦、淤泥和污泥等固廢的主要化學成分(含SiO2、Al2O3)與黏土或頁巖相似，是一類理想的陶粒生產原料，且適應市場對于輕質建材、環保材料的重大需求，符合國家發展戰略，又可獲得良好的經濟和社會效益[6-8]，因此利用固廢生產陶粒的企業越來越多，同時也帶來一定的環境風險。

固廢制備陶粒的環境風險包括兩類，一是燒結過程中固體廢物中的有機污染物、易揮發或半揮發無機污染物進入煙氣并進而被釋放到大氣中；二是固體廢物中的重金屬等無機污染物多數會留在陶粒產品中，陶粒的燒結溫度遠低于水泥，因此陶粒對重金屬的固化作用也遠低于水泥，在使用過程中，受酸雨、空氣中CO2等影響，重金屬等污染物很可能經雨水浸泡后釋放到環境中，隨雨水流入地表徑流、滲入地下水、污染土壤，影響環境和人體健康。

目前尚無針對固廢制備燒結陶粒的大氣污染控制的相關標準或技術規范，這也是行業和有關部門急需討論和研究的問題。

2.2 地方標準

在國家環保政策要求越來越嚴格的情況下，河南、山東、河北、江蘇、天津、重慶、上海等省份也分別制修訂了各省的工業爐窯大氣污染物排放地方標準，顆粒物、二氧化硫和氮氧化物排放限值對比情況見表3。

表3的排放標準中，只有河南省工業爐窯大氣污染物排放標準（DB41/ 1066-2020）[9]和山東省建材工業大氣污染物排放標準（DB37/ 2373-2018）[10]明確了陶粒工業，其他標準中均為其他爐窯；除常規大氣污染物外，山東省要求控制陶粒工業氟化物，以總F計氟化物的排放限值為3mg/m3，河南省、河北省[11]和江蘇省[12]則以特征污染物的形式規定了工業爐窯排放氟化物的標準限值為6mg/m3；河南省和山東省的地方標準含氧量為18%，河北省和天津市[13]的地方標準含氧量為8.6%，江蘇省、重慶市[14]和上海市[15]的地方標準含氧量為9%。可見，江蘇省和上海市的顆粒物排放限值最嚴，江蘇省、天津市、重慶市主城區和上海市二氧化硫控制水平相當，較為嚴格，氮氧化物控制以江蘇省最嚴。

表3 各省市常規污染物排放限值對比（單位：mg/m3）

可見，含氧量對企業執行排放標準影響較大，企業可通過提高生產系統的密封性、合理設置煅燒工藝參數等措施盡量降低陶粒窯含氧量，以實現最低成本確保達標排放。

3 結論與建議

本文分析了我國陶粒窯大氣污染物執行的排放標準，提出以下針對性的對策建議：

1）目前我國燒結陶粒煙氣執行GB 9078-1996，由于年代久遠，污染物控制指標不全，排放限值較目前可達到的控制水平寬松，不利于環境管理和行業綠色可持續發展。各省市根據實際情況制定了本地的工業爐窯大氣污染物排放標準或出臺了相關的政策要求，但還沒有針對陶粒窯的行業標準或技術規范。建議修訂國家排放標準，收嚴排放限值；出臺陶粒窯的行業排放標準或污染控制技術規范。

2）陶粒生產企業為實現低成本達標排放，應盡量采取措施降低爐窯氧含量。