首页 >  环境保护 >  水泥行业PM2.5的排放、采样和控制技术盘点

中国细粒子(PM2.5)污染严重,而中国作为世界第一的水泥生产大国排放大量的粉尘和烟尘。本文综述了国内外有关水泥行业PM2.5的研究进展,阐述了PM2.5的来源及危害,排放现状、采样方法及其控制技术,并对其研究动向进行了展望。

PM2.5是指空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物,又称作细粒子。近年,因具有比表面积大,能吸附多种有毒有害物质,在大气中的滞留时间长,传输距离远和容易进入人体的肺部和支气管等特点,PM2.5已成为人们的研究热点,研究方向主要集中在PM2.5的粒径分布、物理化学特征及组成、源解析、对人体健康的影响及对能见度的影响等。而对于工业源特别是水泥行业排放的PM2.5的研究还相对较少。

但是,我国雾霾天气逐渐增多,国家环境环保部已将城市大气细颗粒物(PM2.5)防治提上议程,制定的《环境空气质量标准GB3095-2012》也在2012年2月29日发布,增设了PM2.5浓度限值,该标准自2016年1月1日实施。

中国是水泥生产大国,30多年来,我国的水泥产量以超过年均10%的高速度持续增长。从1985年起,我国水泥产量已经连续二十多年居世界第一位,占世界总产量的50%左右。2011年我国水泥总产量为20.9亿吨,新型干法水泥生产线1513条,其中日产4000吨及以上生产线比重达到56.87%,且新型干法水泥产量占全国总产量的89%,水泥生产技术基本实现由立窑、湿法等落后技术向新型干法先进技术的转变。

1、PM2.5的环境及人体健康危害

PM2.5对人体健康的影响主要表现在引起呼吸系统疾病、增加死亡率和致病率及具有致癌致突变等方面。颗粒物的粒径越小,进入人体呼吸系统的部位就越深。PM1-2.5可以进入支气管等下呼吸系统,PM0.1-1能够进入肺部,超细颗粒物PM0.1能够穿透肺泡进入血液循环系统甚至影响其他重要器官。国内外大量的流行病学调查表明,死亡率和致病率的增加与大气颗粒物污染水平升高存在明显的正相关关系。

Schwartz研究表明。PM2.5的浓度每升高10μg/m3,人气呼吸系统疾病的死亡率则从2.1%增加到3.75%。与此同时,Arden和Burnett等研究发现细颗粒物浓度每升高10μg/m3,肺癌、心肺疾病的死亡率及全死亡率分别增加大约6%、8%和1.4%,而粗颗粒物则与死亡率无一致性联系。

大量研究表明,能见度降低与PM2.5密切相关,特别是粒径为0.1~1.0μm的颗粒物。能见度水平和PM2.5质量浓度呈较好的负相关。PM2.5还能够对全球环境产生影响。通常颗粒物越小,大气中的传输距离越远。PM2.5的传输距离可达几千至几万公里,对区域甚至全球环境产生影响。

2、水泥行业PM2.5的排放现状及采样方法

2.1水泥行业PM2.5的排放现状

2.1.1欧盟

2009年,欧洲环境署(EuropeanEnvironmentAgency,EEA)颁布的EMEP/EEA空气污染物排放清单指南指出,欧盟27个国家的水泥设备在2006年共生产2.66亿t水泥。由于除尘设备的不同,PM10约占TSP的90%~95%,而PM2.5占TSP的50%~85%。

同时,PM2.5的去除效率也因除尘设备而有所不同,静电除尘器的PM2.5除尘效率为27%~60%,平均效率为40%;布袋除尘器PM2.5的除尘效率为49%~100%,平均效率为73%。2009年排放清单指南提出,水泥生产PM2.5的平均排放因子为110g/t-水泥,范围在55~220g/t-水泥;湿法回转窑的PM2.5平均排放因子为0.18kg/t-水泥,范围在0.12~0.27kg/t-水泥;而干法排放因子为0.94kg/t-水泥,范围在0.6~1.4kg/t-水泥。

而在2011年的EMEP/EEA空气污染物排放清单指南草稿中提出,水泥生产PM2.5平均排放因子为120g/t-水泥,范围在1~300g/t-水泥,其他指标未发生改变。

Ehrilich等研究德国各工业源的颗粒物排放,其中有关水泥行业排放情况如表1。结果显示,篦冷机采用布袋除尘器的总粉尘排放量高于采用静电除尘器的,但是对PM2.5的除尘效率却高于静电。

表1德国水泥生产颗粒物排放情况

2.1.2美国

美国早在1994年就提出了《空气污染物排放技术手册AP-42》,其中11.6章讨论有关水泥PM2.5排放因子,见表2。从各生产工艺的PM2.5排放因子看,布袋除尘器的除尘效果好。根据波特兰水泥协会的2009年的一份报告指出,除尘设备为布袋除尘器,使用废轮胎作为替代燃料的预热器/分解炉排放的PM2.5比不使用废轮胎的略高。

2.1.3中国

中国还没有有关水泥行业PM2.5的排放标准。现存的《水泥工业大气污染物排放标准GB4915—2004》于2004年修订,其规定,自2010年1月1日起现有生产线,自2005年1月1日起新建设备,水泥制造中的水泥窑及窑磨一体化、烘干机、烘干磨、煤磨及冷却机排放的颗粒物浓度限值为50mg/m3,矿石开采、水泥制品生产及部分水泥制造设备排放的限制为30mg/m3。

表2:USEPA水泥行业PM2.5排放因子

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