工業(yè)鍋爐污染物排放與環(huán)境保護(hù)

一、我國環(huán)境空氣污染現(xiàn)狀與變化趨勢：

長期以來，大氣顆粒物是影響環(huán)境空氣質(zhì)量的首要污染物，其污染特征不斷發(fā)生新的變化，防治難度不斷加大。特別是近年來，隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的高速發(fā)展，我國環(huán)境空氣污染特征發(fā)生重大變化，主要表現(xiàn)在從粗顆粒污染向細(xì)粒子污染變化、從單一污染來源向多種來源變化、從煤煙型污染向復(fù)合型污染變化。由于二氧化硫、氮氧化物和碳?xì)浠衔镂廴炯觿?，?jīng)光化學(xué)作用，又形成了一種復(fù)合型空氣污染物。這種污染物呈細(xì)小顆粒狀，其粒徑分布在10～2.5μm范圍，簡稱PM10、PM2.5主要分布在大氣層1000m以下空間。由于這種微小的顆?？砷L期滯留在空氣中并能夠穿透人的呼吸防御系統(tǒng)，又稱為可吸入污染物。這種現(xiàn)象已成為我國大中型工業(yè)城市環(huán)境污染的新趨勢。其特征是總懸浮顆粒物分布向更小粒徑發(fā)展。當(dāng)PM10、PM2.5污染嚴(yán)重時(shí)，這種復(fù)合型空氣污染已造成上述大中型城市出現(xiàn)霧霾天氣，并向遠(yuǎn)距離下風(fēng)向傳播的趨勢。以PM2.5污染物為代表的復(fù)合性、區(qū)域性污染問題凸顯，對(duì)大氣氧化性不斷增強(qiáng)，給環(huán)境空氣質(zhì)量改善帶來巨大壓力。

二、鍋爐煙氣污染物排放：

1. 燃煤鍋爐煙氣中污染物及其對(duì)環(huán)境與人體的危害

我國是鍋爐生產(chǎn)大國和使用大國，截止到2012年底，我國工業(yè)鍋爐保有量62.4萬臺(tái)，容量近290萬蒸噸，約占鍋爐總數(shù)的98％，年能源消費(fèi)量約6.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能源消費(fèi)總量的18％。我國工業(yè)鍋爐中80％以上為燃煤鍋爐，年消耗4.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，15％左右為燃油燃?xì)忮仩t，其余為生物質(zhì)燃料等鍋爐。

根據(jù)環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2012年燃煤工業(yè)鍋爐累計(jì)排放煙塵410萬噸、二氧化硫570萬噸、氮氧化物200萬噸，分別占全國排放總量的32％、26％和15％左右。燃煤煙氣中的主要有害物為煙塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳等。其中前三項(xiàng)是造成我國環(huán)境污染的主要原因，可作為環(huán)境污染的直接有害物，并在環(huán)境中進(jìn)行化學(xué)、物理等變化后，形成更為有害的二次污染物。研究表明，二氧化硫、氮氧化物還可以在空氣中轉(zhuǎn)化為二次污染物，最終形成有害的微小顆粒物污染環(huán)境。

2.煙塵污染物對(duì)環(huán)境的污染

（1）煙塵粒徑的分布

①煙塵粒徑的確定方法　煙塵顆粒的大小一般用粒徑描述，其單位是微米（μm）。在描述顆粒粒徑時(shí)，可從不同的物理性質(zhì)來定義。常用的定義方法有：當(dāng)量直徑De、投影直徑、質(zhì)量中值直徑D50和空氣動(dòng)力學(xué)直徑。各類直徑的意義如下：

a.當(dāng)量直徑：指與顆粒物不規(guī)則體積相當(dāng)?shù)那蛐晤w粒物的直徑。

b.投影直徑：指一個(gè)圓形的面積相當(dāng)于已知顆粒物的投影面積，則該圓形的直徑稱為顆粒物的投影直徑。

c.空氣動(dòng)力學(xué)直徑：具有與密度為1kg/L的A物質(zhì)（水）粒徑相同的空氣動(dòng)力特征時(shí)（指空氣中具有相同的沉降速度），實(shí)際顆粒直徑即為相對(duì)應(yīng)A物質(zhì)的直徑，常用于顆粒運(yùn)動(dòng)的計(jì)算。

d.質(zhì)量中值直徑：這是可吸入顆粒物的衛(wèi)生學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是顆粒分布的中心傾向。顆粒物在空氣中的分布幾乎都呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。因此求其中值直徑時(shí)，以顆粒的粒徑為橫坐標(biāo)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，在對(duì)數(shù)正態(tài)概率紙上畫出累計(jì)分布曲線圖。在得到的曲線上，標(biāo)出與質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％相對(duì)應(yīng)的顆粒直徑，即為質(zhì)量中值直徑，符號(hào)為D50。

其中D50表示占全部顆粒物質(zhì)量50％粒子的對(duì)應(yīng)的顆粒物直徑，它是確定選擇除塵器的重要指標(biāo)。

②煙塵粒徑大小與分布情況　對(duì)除塵器的選擇和環(huán)境危害具有極其重要意義。在環(huán)境科學(xué)研究中，一般采用空氣動(dòng)力學(xué)直徑來表征顆粒物的直徑。對(duì)煙塵的粒徑分布研究常采用質(zhì)量分散度的方法描述，在鍋爐煙氣治理時(shí)，應(yīng)選擇對(duì)煙氣中D50顆粒物去除作用較大的除塵器，方可達(dá)到有效除塵目的。鍋爐煙氣排放的顆粒物直徑還與鍋爐的燃燒方式相關(guān)，當(dāng)采用型煤替代原煤后其煙氣中大顆粒物得到有效削減，其粒徑分布將發(fā)生明顯變化。下表是采用型煤為燃料并通過多管旋風(fēng)除塵器后的顆粒物粒徑分布測試結(jié)果。

（2）煙塵中污染物及對(duì)人體健康影響：

①煙塵中的污染物　下表是鍋爐煙塵的成分分析結(jié)果。

注：TC為煙塵中有機(jī)和無機(jī)碳元素總含量，OC為煙塵中有機(jī)碳的含量。

②污染物對(duì)人體的危害　煙塵中的污染物可通過三個(gè)途徑進(jìn)入人體。第一個(gè)途徑是通過呼吸系統(tǒng)直接進(jìn)入人體肺泡，影響肺部的健康；第二個(gè)途徑是通過食物鏈進(jìn)入人體，其轉(zhuǎn)移方式是污染物溶入水體，通過飲用水進(jìn)入人體，或被植物吸收通過食物鏈進(jìn)入人體；第三個(gè)途徑是煙塵中的放射性物質(zhì)對(duì)人體產(chǎn)生的內(nèi)照射或外照射。通過一、二兩個(gè)途徑進(jìn)入人體而產(chǎn)生的照射稱為內(nèi)照射；在自然中由這些放射性物質(zhì)直接對(duì)人體產(chǎn)生的照射稱為外照射?！犊諝馕廴狙芯康呐R床意義》研究結(jié)果認(rèn)為，煙塵污染物對(duì)人體健康危害最大的器官是呼吸系統(tǒng)，進(jìn)入肺泡的小粒徑顆粒具有更大的危害。人體的呼吸系統(tǒng)包括三個(gè)區(qū)域：鼻咽區(qū)、氣管及支氣管區(qū)、肺泡組織。在鼻咽區(qū)和氣管及支氣管區(qū)充滿了纖毛和黏膜。在這里一些較大顆粒物因慣性和重力作用被沉積下來，并隨著痰液排出體外。但更小的顆粒物卻穿透屏障并積聚在肺泡組織內(nèi)。不同空氣動(dòng)力學(xué)直徑的顆粒物，在人體呼吸道上的沉積情況見圖8-1。由圖可見直徑為0.1μm的顆粒物約有50％沉積在肺泡區(qū)；直徑>1μm的顆粒物則在到達(dá)肺泡之前已大部分沉積在鼻咽區(qū)內(nèi)；而直徑<1μm的顆粒物沉積在肺泡和氣管中。說明顆粒物直徑越小，沉積到呼吸系統(tǒng)越深，對(duì)人體的危害越嚴(yán)重。根據(jù)這個(gè)原理，人們把能夠沉積在肺泡、氣管區(qū)的粒徑<10μm的顆粒物稱為可吸入顆粒物。

三、燃煤鍋爐產(chǎn)生的其他環(huán)境污染：

1. 燃煤在儲(chǔ)運(yùn)過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵污染

根據(jù)環(huán)境污染的概念，向環(huán)境排入有害物質(zhì)或物理因素的設(shè)施或輔助設(shè)備都構(gòu)成相應(yīng)受體環(huán)境的污染源。鍋爐運(yùn)行后除煙氣排放外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲、廢水、爐渣與除塵器脫除的飛灰。除此之外還會(huì)在煤炭及灰渣運(yùn)輸儲(chǔ)存時(shí)產(chǎn)生揚(yáng)塵污染。如燃煤鍋爐在日常運(yùn)行時(shí)要消耗大量煤炭，鍋爐長期運(yùn)行排出的爐渣、除塵器脫除的灰塵——也稱粉煤灰的存放地，不采取有效的苫蓋、密封這些地方將形成灰塵無組織排放源。在《大氣污染物防治法》中已明令禁止“三堆”；煤堆、灰堆、料堆的儲(chǔ)存方式，使用單位必須設(shè)立儲(chǔ)煤場和煤灰、煤渣儲(chǔ)存?zhèn)}，避免造成揚(yáng)塵污染。這種污染的途徑是揚(yáng)塵在風(fēng)力作用下進(jìn)入周圍環(huán)境，借助風(fēng)力擴(kuò)散到更遠(yuǎn)的地方，當(dāng)遇到氣候干燥多風(fēng)季節(jié)而加劇。一定時(shí)間后揚(yáng)塵還會(huì)沉降到附近地面，隨降水的沖洗而轉(zhuǎn)移，當(dāng)水分蒸發(fā)后形成了新的無組織排放源。因此，污染源的面積不斷擴(kuò)大，當(dāng)進(jìn)入交通干線時(shí)帶來道路交通揚(yáng)塵污染。由于以上的污染都發(fā)生在近地面表層上，將對(duì)居住環(huán)境空氣質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，主要表現(xiàn)在空氣中總懸浮物TSP明顯增高，空氣質(zhì)量變壞，城市衛(wèi)生條件不斷惡化，因此這種現(xiàn)象必須杜絕，并需引起社會(huì)的高度關(guān)注。

2.鍋爐房的噪聲污染

鍋爐房的噪聲源主要有鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、除渣機(jī)、煤破碎機(jī)、降壓排汽閥等。此外，運(yùn)輸煤炭、灰渣的鏟斗車，升降帶、裝載機(jī)和汽車等也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲和振動(dòng)。很多燃煤小鍋爐離居民區(qū)太近，鍋爐由于選址欠佳，風(fēng)機(jī)性能不良等原因產(chǎn)生的噪聲，破壞了周圍居民的工作與生活環(huán)境，損害人民的身心健康，并常常由此引發(fā)糾紛。

鍋爐房噪聲源多，分貝高，污染嚴(yán)重是引發(fā)環(huán)境信訪的重要原因。鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)是引起振動(dòng)和噪聲的主要設(shè)備，這些設(shè)備本身性能差，無防噪聲設(shè)施，年久失修，在運(yùn)行過程中風(fēng)葉損壞，動(dòng)平衡不佳，均會(huì)造成振動(dòng)和噪聲強(qiáng)度的提高。按照國家噪聲防治規(guī)定，風(fēng)機(jī)應(yīng)安裝消音器，并設(shè)置隔音房，但很多企業(yè)執(zhí)行不利，有的雖已安裝，維護(hù)不到位，損壞嚴(yán)重，仍然達(dá)不到消音功能。

3.鍋爐房的固體廢棄物排放

從煙氣中分離捕集下的粉塵，稱為“粉煤灰”。無規(guī)范存儲(chǔ)設(shè)備，堆于鍋爐房附近，風(fēng)吹日曬造成二次污染。另外它是一種可浸出性固體廢棄物，其中一些有毒元素的鹽類化合物、氧化物能夠溶于水，特別是在雨季，在雨水的浸潤、沖洗下將毒性物質(zhì)轉(zhuǎn)移到水體。粉煤灰中的鹽類化合物在溶解過程中還會(huì)產(chǎn)生水解作用，改變水體的氫離子濃度，這將進(jìn)一步促進(jìn)有害物質(zhì)的溶解。粉煤灰還會(huì)轉(zhuǎn)移并形成新的無組織排放源。大量金屬氧化物和不定型碳成分可作為建筑材料，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此應(yīng)科學(xué)利用粉煤灰，對(duì)其儲(chǔ)存應(yīng)采取防滲漏，防揚(yáng)塵措施，專設(shè)粉煤倉，化廢為寶并減少對(duì)環(huán)境的污染。

煤炭燃燒后排出的灰渣，所含污染物和粉煤灰不盡相同，主要差異在灰渣中的有機(jī)成分含碳量（簡稱OC）高，而重金屬氧化物及其鹽類含量高于粉煤灰。為比較粉煤灰與灰渣中所含污染物量的大小，引用污染物富集因子概念。系指原料在生產(chǎn)加工后，原有某污染物含量和生產(chǎn)加工后排出的固體廢棄物中某污染物含量之比。顯然富集因子越大說明污染物轉(zhuǎn)移到固體廢棄物中越多。當(dāng)固體廢棄物在不同部位排放時(shí)，若某部位的富集因子數(shù)值為1，說明污染物含量在濃度上沒有變化，其污染物必定轉(zhuǎn)移到其他排放物體內(nèi)。利用此概念可以比較粉煤灰和灰渣中污染物含量的大小。

4.廢水排放造成的水環(huán)境污染

（1）鍋爐排污和水處理工藝的廢水生成

蒸汽鍋爐和熱水鍋爐均以水作為熱載體。為防止鍋爐內(nèi)部受熱面發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象和溶解氧對(duì)設(shè)備的腐蝕，須對(duì)給水進(jìn)行軟化和除氧處理。水處理常用鈉離子交換法去除水中鈣、鎂等離子，但使用一段時(shí)間后需進(jìn)行再生處理，造成該工藝排放廢水。蒸汽鍋爐由于爐水的不斷濃縮，堿與其他鹽類濃度升高，必須進(jìn)行排污。小鍋爐進(jìn)行爐內(nèi)加藥處理，熱水鍋爐也需要定期排污。此外熱水鍋爐使用時(shí)還需投入阻氧劑、防垢劑和防止誤用的染料。鍋爐排放的各種污水即為鍋爐排放污水。該廢水含有懸浮物、化學(xué)需氧量、色度、磷酸鹽等污染物。

（2）鍋爐沖渣水和濕式脫硫塔的污水排放

大部分鏈條鍋爐常采用水力進(jìn)行除渣，灰渣沖入灰池后經(jīng)沉淀由除渣機(jī)清除，污水是該過程產(chǎn)生的廢水。不經(jīng)水處理排放，必然造成環(huán)境污染。因?yàn)楹袘腋∥?、鉛、鋅、砷、銅、揮發(fā)酚等污染物質(zhì)，pH值呈堿性。排污水與沖渣水含有堿性物質(zhì)，可作為濕法脫硫或澆煤之用，從而既節(jié)省堿的消耗又可減少廢水排放。

工業(yè)鍋爐濕式除塵器用的最多是水膜除塵器，主要功能是除塵，也有一定的脫硫效果。為了提高脫硫效率，在水中加入堿性物質(zhì)，或用鍋爐堿性排污水與反滲透濃水，通過水泵形成水膜并進(jìn)行循環(huán)利用。在除塵的同時(shí)煙氣中二氧化硫被溶液吸收，形成亞硫酸再與水中堿性物質(zhì)中和反應(yīng)生成亞硫酸鹽、硫酸鹽，排入沉淀池，經(jīng)去除懸浮物與加液池中水吸收液混合后重新進(jìn)入水膜除塵器。脫硫過程進(jìn)行時(shí)，水中堿性物質(zhì)不斷消耗，硫酸鹽和煙氣中其他溶于水的物質(zhì)濃度不斷增加，達(dá)到近飽和濃度時(shí)，需要更新吸收液，原水吸收液作為廢水排放掉。該廢水有較高的含鹽量并含有COD、AS、Pb、Hg、揮發(fā)酚及多環(huán)芳香烴類等污染物，是鍋爐房中主要的水污染源，必須經(jīng)水處理達(dá)標(biāo)后方可排放。