水泥窯尾煙氣中有機物污染物監測建議

吳輝廷，胡 劍，岳天佐，賈建平，侯明韜*，秦建偉，徐 科，邵明靜

（1．北京奧達清環境檢測有限公司，北京 102600；2．中國國檢測試控股集團股份有限公司，北京 100024）

引言

水泥企業的主要排污方式是通過窯尾排氣筒排放廢氣，我國制定了《水泥工業大氣污染排放標準》GB 4915—2013，對我國水泥企業的窯尾廢氣排放做出了要求[1]。其中，將顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物、汞及其化合物、氨規定為污染物監測指標。值得注意的是，上述煙氣限制指標中未包含有機參數。考慮到水泥熟料生產過程涉及了煤炭的燃燒，可能產生相應的有機物排放。本研究中，收集了12家水泥企業的窯尾排氣筒煙氣檢測結果，核算了水泥企業的有機物排放量，對水泥企業的廢氣污染物監測提出了相關建議。

1 實驗儀器及方法

1.1 實驗儀器

實驗使用污染源真空箱氣袋采樣器（ZR-3730型，青島眾瑞智能儀器股份有限公司）采集水泥窯尾排氣筒中的煙氣，使用聚四氟乙烯氣袋避光保存樣品。樣品在48 h內運達實驗室并完成檢測。通過直接進樣法，使用氣相色譜-氫火焰離子檢測器（2010plus，日本島津）測試廢氣樣品中的有機物含量，分別測試煙氣中的甲烷、非甲烷總烴與總烴含量。

1.2 結果計算方法

通過基準含氧量計算有機污染物折算濃度，計算公式如式（1）：

式中：C基為折算濃度，mg/m3；O基=10，為基準含氧量，%；O實為實測含氧量，%；C實為實測濃度，mg/m3。

通過煙氣排放量計算有機物排放速率，計算公式如式（2）：

式中：G為排放速率，kg/h；C實為實測濃度，mg/m3；Qsn為煙氣流量，m3/h。

2 結果與討論

2.1 水泥工業大氣污染排放規范

目前，水泥窯尾排氣筒排放的煙氣中污染物含量需滿足《水泥工業大氣污染排放標準》GB 4915—2013中規定的排放限值要求。標準中規定了包含氨、顆粒物等6項檢測指標。然而，當水泥窯協同處置固廢后，《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》GB 30485—2013則對水泥廠排污提出了額外的檢測指標要求[2]，增加了包括氯化氫、氟化氫、二噁英及兩類金屬排放的限值要求。特別需要指出的是，GB 4915—2013未對有機污染物的排放限值進行要求，GB 30485—2013僅對協同處置固廢前后的總有機碳增量進行了要求（<10 mg/m3），且僅給出了建議的測試方法（HJ 662或HJ/T 38），并未明確指出污染物的測試指標。目前，煙氣有機物綜合檢測指標執行的標準主要是《固定污染源廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定氣相色譜》HJ 38—2017，其中指標主要包括總烴與非甲烷總烴兩種，下文對水泥窯尾煙氣中有機物綜合檢測指標的選擇進行討論。

2.2 水泥企業窯尾廢氣有機物排放情況

研究采集了12家水泥廠的窯尾煙氣樣品，并分別測試了其中總烴、甲烷與非甲烷總烴的含量，結果如下頁圖1所示（總烴=甲烷+非甲烷總烴）。可知，煙氣中含有一定量有機物，總烴含量在8.32~117 mg/L之間。其中，甲烷在總烴中占比21.7%~79.1%，這可能是煤炭熱裂解后不完全燃燒的結果。值得注意的是，部分廠家的窯尾煙氣中甲烷含量較高，達到87.9 mg/m3，由于甲烷的溫室效應遠遠高于二氧化碳[3]，因此提高水泥窯煅燒工藝的煤炭燃燒效率，對降低水泥工業的溫室氣體排放量有一定意義。

此外，測試企業的甲烷、非甲烷總烴與總烴的排放速率分別為3.3~87.9 kg/h、3.1~70.0 kg/h、8.3~117 kg/h（實際煙氣流量為45~75萬m3/h），以年生產250 d計算，上述企業的甲烷、非甲烷總烴與總烴的年排放總量分別為10.2~310 t、9.7~318 t、26.2~414 t。可見水泥生產過程的有機物排放量十分巨大。

2 .3 固廢處置對煙氣排放的影響

研究分別考察了4家企業協同處置固廢前后窯尾煙氣中甲烷、非甲烷總烴及總烴的增量，測試結果如圖2所示。由結果可知，水泥企業利用水泥窯處置固廢后，廠1與廠2的煙氣有機物排放濃度未發生明顯變化，但廠3與廠4的總烴濃度顯著提高，這可能是其處置固廢中的有機物含量較高，在窯系統內燃燒不完全的結果。值得注意的是，在協同處置固廢后，煙氣中甲烷含量的提高，將導致使用非甲烷總烴表征煙氣中的有機物排放量及計算固廢處置前后的有機碳增量誤差增大。例如，由于甲烷含量的顯著提高，導致廠4使用總烴計算固廢處置前后的有機碳增量>10 mg/m3，不符合GB—30485要求的限值標準，但使用非甲烷總烴計算的增量結果則滿足要求。因此，本研究證明，使用總烴計算固廢處置前后的有機碳增量更為科學。

3 結論

研究統計了12家水泥企業的窯尾煙氣有機物檢測結果，證明煙氣中有機物污染物排放量可能較高，其可能對環境產生較大的污染。此外，通過對比固廢處置前后窯尾煙氣中的有機物變化結果，證明使用總烴計算總有機碳增量更為科學。因為，在國家標準中增加并規范水泥企業的有機物控制參數十分有必要。