湖南省工業企業氣體排放特征研究

張方哲

（湖南品標華測檢測技術有限公司，湖南長沙 410000）

工業企業的廢氣中，含有的污染物類型多種多樣，如二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、煙塵、揮發性有機物（VOCs）等[1-2]。我國對工業企業的排放的大氣污染物監督性監測主要針對氮氧化物、二氧化硫顆粒物和煙塵等[3]。氮氧化物作為主要大氣污染物之一，不僅會引發霧霾、臭氧破壞等環境問題，也會危害人體健康。SO2是大氣的重要污染物之一，形成的酸雨會破壞生態系統，污染水環境，還能通過氧化形成硫酸鹽氣溶膠，參與大氣酸沉降[4]。大氣顆粒物雖然只占大氣成分較少的組分，但其對環境的危害極大。輕者污染建筑物表面，影響城市衛生，重者對能見度、溫度等均產生重要影響。目前，顆粒物是影響我國城市空氣質量的最主要污染物。研究表明，氮氧化物、SO2及顆粒物等主要大氣污染物與心血管疾病、呼吸系統疾病有明顯的相關性[5-9]，直接影響人們的生活和健康[10-11]。工業企業由于其自身特征，污染物排放量往往對地區的環境影響較大，因此，分析工業大氣污染物排放特征，是大氣環境防控治理的基礎性工作。

湖南省是中國中部地區主要省份之一，位于長江中游，地處東經108°47′～114°15′，北緯24°38′～30°08′，氣候條件為大陸性亞熱帶季風濕潤氣候。近年來，隨著湖南省經濟的快速穩定發展，空氣污染問題也備受關注。許晶等[12]分析了2001～2008年湖南省SO2、NOX及PM10的變化情況，結果表明三項主要大氣污染物的年均值變化很小，空氣質量相對較穩定，空氣質量優良率呈逐年增加趨勢，2002年三項污染物濃度日均超標率最高，2008年超標率最低，空氣質量穩定中有所改善。廖岳華等[13]結合大氣污染物監測數據，發現不同大氣污染排放量對湖南省城市環境污染狀況的影響不同。鄧鴻[14]分析了2015年湖南省大氣污染物排放數據，發現湖南省大氣污染物的主要來源是工業排放，所有污染物中工業排放占總排放量的80.61%。2017年6月，湖南省施行《湖南省大氣污染防治條例》，標志著大氣污染防治進入法治化軌道。2018年6月，發布《湖南省污染防治攻堅戰三年行動計劃（2018-2020年）》，旨在改善生態環境，改善民生。本文基于湖南省2019年第二、第四季度三種類型工業企業的大氣污染物排放數據，分析了不同類型企業、不同大氣污染物、不同季度的排放量的特征。研究結果將有助于了解湖南省重點工業企業主要大氣污染物排放情況，對研究控制和減輕空氣污染、改善城市環境空氣質量具有重要意義。

1 數據與方法

本次研究收集了2019年湖南省大氣環境重點排污單位監督性監測結果數據。數據監測點分布如圖1所示。

圖1 大氣環境重點排污單位監測點分布

2 結果與討論

依據相應的國家標準，綜合分析所收集到的三類企業的空氣污染物排放量，第二、第四季度三類污染物的平均值均符合相應的國家標準。全省各市均有采樣點，東部地區采樣點較多，西部地區較少。綜合考慮本次收集資料的時間及空間分布情況，研究選取了湖南省第二、第四兩季重點監測的不同類型排污單位的監測數據，以得到不同類型企業、不同污染物的時空分布特征。本次選取的企業包含陶瓷、水泥及電力類三類企業，分別為陶瓷類企業10家、水泥類企業29家、電力類企業12家。陶瓷類企業的監測點包括生產線混合排氣筒、陶瓷窯煙氣處理后排氣口、噴霧干燥塔處理設施排放口等。水泥類、電力類企業的監測點包括窯尾排氣口、機組廢氣排出口等。采用統計方法分析湖南省廢氣污染物排放的時間變化及不同類型企業排放量的分布情況，繪制相關圖件進行討論。對三類企業所排放的二氧化硫、氮氧化物及顆粒物三類大氣污染物數據進行統計，計算得到各類污染物在第二、第四季度的平均值，進行數據分析。第二、四季度三類企業不同污染物的平均排放情況如表1、圖2所示。

圖2 第二、第四季度同類型企業不同污染物排放量對比

表1 第二、第四季度各類型企業不同污染物排放量統計 單位：mg/m3

各類企業同種大氣污染物在兩個季度的排放量沒有明顯差別，差值在1.86～7.45 mg/m3之間，平均差值為4.60 mg/m3，只有水泥類企業的二氧化硫排放量在兩季節度差別較大，第二季度平均排放量比第四季度多14.57 mg/m3。

說明陶瓷類企業、水泥類企業及電力類企業中，三種主要大氣污染物的排放量在不同季節沒有明顯變化，排放量平均值較為穩定。

氮氧化物的排放量中，水泥類企業排放量最大，第二、第四季度平均排放量分別為209.94 mg/m3和202.49 mg/m3。電力類企業氮氧化物排放量最低，兩季度的氮氧化物排放量分別為33.50 mg/m3和31.33 mg/m3。

第二、四季度同種污染物不同類型企業的排放量對比如圖3所示。

圖3 第二、第四季度同種污染物不同類型企業排放量對比

三類企業的二氧化硫排放量在差別較小，電力類企業排量相對最低。從顆粒物的排放量來看，三類企業的排放量均較少，其中陶瓷類企業的顆粒物排放量相對較高，第二、第四季度分別為26.64 mg/m3和21.19 mg/m3，電力類企業最少，分別為5.64 mg/m3和8.30 mg/m3。三類企業中，電力類企業的三種大氣污染物排放量同比較低。氮氧化物排量水泥類企業最高，二氧化硫排量三類企業差別較小，陶瓷類企業的顆粒物排放量最高。

三類企業氣體污染物檢測標準限值如表2所示。

表2 氣體污染物監測標準限值 單位：mg/m3

三類企業的三類大氣污染物排放量中，均以氮氧化物排放量為首。工業生產中的氮氧化物主要有四種生成途徑，分別為熱力型氮氧化物、快速型氮氧化物、燃料型氮氧化物、物料型氮氧化物。熱力型氮氧化物是大氣中的氮氣和氧氣在高溫條件下氧化形成的；工業燃料中的氮在燃燒過程中氧化形成燃料型氮氧化物；在富燃的碳氫燃料燃燒時快速與空氣中的氮反應生成氮氧化物，稱為快速型氮氧化物；物料型氮氧化物指物料中的含氮化合物，在物料加熱過程中分解的氮物化物[15]。

在陶瓷窯爐燃燒所產生的各種大氣污染物中，氮氧化物的危害最大[16]。陶瓷工業中排放的氮氧化物主要來自快速型氮氧化物、熱力型氮氧化物及燃料型氮氧化物?？焖俚趸镆话阏伎偭枯^小；燃料中氮的含量超過0.1%時，燃料氮轉化成的氮氧化物量占主要地位[17]。水泥類工業排放的氮氧化物為NO、N2O、NO2的混合物，以NO為主，占總量90%以上[18]。水泥生產過程中，熱力型氮氧化物占據主導，熱力型氮氧化物隨火焰溫度升高而增大，溫度超過1 400 ℃時，溫度每增加100 ℃，生成氮氧化物反應速率增大6～7倍，水泥生產過程中需要的溫度較高，會產生大量的氮氧化物。

水泥工業廢氣中的SO2來自煅燒窯與烘干機，主要由煤中的硫燃燒所致，電力類企業所排放的SO2同樣主要是于煤燃燒所產生。陶瓷類企業產生的SO2主要來自燃料和陶瓷原料中硫的氧化。燃料燃燒產生的SO2量與硫含量有直接關系，一般來自燃料中的有機硫化物和可燃硫化物的燃燒。與燃料產生的SO2相比，陶瓷原料燒成過程中產生的SO2量較少[19]。湖南省兩季度三類企業的SO2排放量差別較小，排放量范圍為17.69～32.43 mg/m3，均符合相應國家大氣污染物排放標準中對SO2排放量的要求。

陶瓷工業排放顆粒物的種類有原料粉塵、生料粉塵、燃料粉塵和煙塵等。煤炭、柴油、水煤氣等不同燃料種類對陶瓷行業噴霧干燥塔和窯爐煙氣中顆粒物排放濃度具有重要影響?；鹆Πl電廠排放的大氣顆粒物可以分為四類，即總懸浮顆粒物、降塵、飄塵及可吸收顆粒物?？晌腩w粒物對人類的危害最大[20]。本文研究的三類企業，顆粒物排放量均低于國家標準要求的30 mg/m3，說明三類企業對生產過程中顆粒物的排放控制效果較好。

3 結語

2019年湖南省第二、第四兩季度的工業大氣污染物排放情況總體均符合國家標準。所分析的陶瓷類企業、水泥類企業及電力類企業中，氮氧化物、二氧化硫及顆粒物三種主要大氣污染物的排放量在不同季節沒有明顯變化，排放量的平均值較為穩定。三類企業中，電力類企業大三種大氣污染物排放量同比較低。氮氧化物排量水泥類企業最高，二氧化硫排量三類企業差別較小，陶瓷類企業的顆粒物排放量最高。