楊光忠，趙朋飛，王華俊，鄧 方，胡金映

(1.武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.湖北省輻射環(huán)境管理站， 湖北 武漢 430072)

0 引 言

在環(huán)境保護(hù)的日常工作中，污染源監(jiān)察是指環(huán)境監(jiān)察部門(mén)依據(jù)環(huán)保法律、法規(guī)對(duì)轄區(qū)內(nèi)污染源所釋放污染物的排放、污染治理、污染事故的責(zé)任歸屬以及有關(guān)環(huán)保法規(guī)執(zhí)行情況進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、取證并參與處理具體執(zhí)法的行為.污染源監(jiān)察具有廣泛性、日?；⒓皶r(shí)性和局限性特點(diǎn)[1].強(qiáng)化污染源監(jiān)察是適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、環(huán)境問(wèn)題集中暴發(fā)、環(huán)保問(wèn)題急待解決的需要.

磷肥工業(yè)關(guān)乎我國(guó)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈.“十一五”期間，我國(guó)磷肥工業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，產(chǎn)品總量已位居世界第一，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，逐步以大型高濃度磷復(fù)肥(即磷銨)為主[2].在磷肥工業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，廢氣排放量亦在急劇增加，造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，環(huán)境糾紛日趨增多，環(huán)境問(wèn)題日益突出.但目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)察隊(duì)伍人員專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不能適應(yīng)新時(shí)期的要求[3]，為此，國(guó)家環(huán)保部已開(kāi)展對(duì)不同行業(yè)的環(huán)境監(jiān)察要素進(jìn)行研究.迄今為止我國(guó)已發(fā)布味精、制漿造紙等4個(gè)行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)察指南，但對(duì)磷肥工業(yè)環(huán)境監(jiān)察要素研究尚屬空白，加強(qiáng)對(duì)磷肥工業(yè)污染源的研究已迫在眉睫.本文結(jié)合相關(guān)磷肥企業(yè)，對(duì)磷肥工業(yè)廢氣污染源產(chǎn)排環(huán)節(jié)點(diǎn)和產(chǎn)排污系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，為我國(guó)制定磷肥工業(yè)環(huán)境監(jiān)察技術(shù)規(guī)范提供技術(shù)參考，為提高全國(guó)磷肥工業(yè)環(huán)境監(jiān)察水平的提高提供技術(shù)服務(wù).

1 生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)分析

現(xiàn)階段，我國(guó)的磷肥工業(yè)以生產(chǎn)磷銨為主，包括磷酸的制備和磷酸一銨或磷酸二銨的生產(chǎn)兩個(gè)部分.磷銨產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝主要有傳統(tǒng)法和料漿法.傳統(tǒng)磷銨工業(yè)的生產(chǎn)方法是先將二水物濕法磷酸濃縮為50%～54% P2O5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的濃磷酸，然后氨化、造粒、干燥制得磷銨.料漿法是直接用二水物濕法磷酸為原料氨化、中和、濃縮，經(jīng)干燥制得磷銨[4].我國(guó)的磷礦開(kāi)采已有90多年歷史，高品位磷礦的開(kāi)采已近尾聲，采出的磷礦絕大多數(shù)屬中低品位，生產(chǎn)出的磷酸不能直接滿(mǎn)足料漿法生產(chǎn)磷酸二銨的需要，為節(jié)約能耗和生產(chǎn)成本，目前和將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)多以料漿法生產(chǎn)磷酸一銨，以傳統(tǒng)法生產(chǎn)磷酸二銨.

1.1 濕法磷酸生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)

我國(guó)磷銨生產(chǎn)企業(yè)都采用濕法磷酸工藝.礦山采出的磷礦石經(jīng)破碎、篩分后進(jìn)入磨機(jī).破碎、篩分產(chǎn)生的含塵廢氣G1經(jīng)除塵器處理后排放.礦石在磨機(jī)中磨制成含水約35%的磷礦漿，通過(guò)礦漿泵送入萃取反應(yīng)槽與硫酸反應(yīng)，生成的磷酸送到閃蒸冷卻器，冷凝液回收至循環(huán)水池，未凝氣G3中主要含有水蒸汽和少量氟化物，由真空泵排出，屬無(wú)組織排放.萃取槽及消化槽排出的含氟氣體經(jīng)文丘里洗滌塔、旋流板塔循環(huán)洗滌，洗滌后的尾氣G2高空排放，尾氣中的污染因子為氟化物，洗滌液為氟硅酸溶液，回收后綜合利用.消化后的料漿經(jīng)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，濾液為稀磷酸，石膏濾餅經(jīng)脫水后送往磷石膏渣場(chǎng)堆存.濾液經(jīng)真空濃縮得到含P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%～52%的磷酸.閃蒸室中逸出的含HF、SiF4、水蒸氣及少量磷酸霧的氣體，經(jīng)系統(tǒng)旋風(fēng)除沫器分離出氣體中夾帶的酸霧，進(jìn)入兩級(jí)氟吸收塔進(jìn)行洗滌吸收，得到含10%氟硅酸溶液，該溶液回收綜合利用.洗滌后的氣體再進(jìn)入冷凝器后，用循環(huán)冷卻水冷凝，不凝性氣體G4經(jīng)真空泵高空排放，不凝氣體中主要污染物為氟化物.

磷酸生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)如圖1.

圖1 濕法磷酸工藝流程及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)圖

1.2 料漿法磷酸一銨生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污節(jié)點(diǎn)

隨著我國(guó)磷礦資源特別是高品位磷礦資料的減少，料漿法生產(chǎn)工藝已成為我國(guó)高濃度磷肥工業(yè)的主導(dǎo)工藝路線(xiàn)之一[5].

其工藝過(guò)程為：將磷酸泵入氨化反應(yīng)器，與氣氨反應(yīng)生成磷酸一銨料漿，用泵將料漿送入蒸發(fā)閃蒸室蒸發(fā)水分，經(jīng)雙效蒸發(fā)濃縮后的料漿由泵送往干燥塔逆流干燥(或轉(zhuǎn)鼓造粒干燥)，同時(shí)室外冷空氣經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后借助噴霧干燥塔的抽力自塔底吸入，干燥后的成品經(jīng)底部排出.熱風(fēng)爐加熱產(chǎn)生的廢氣G5主要含SO2、煙塵，經(jīng)脫硫除塵設(shè)施處理后高空排放；干燥廢氣G6經(jīng)沉降室沉降和洗滌后高空排放，廢氣中主要含有少量粉塵、氨、氟化物.干燥后的產(chǎn)品經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后進(jìn)行計(jì)量包裝.產(chǎn)生的含塵廢氣經(jīng)除塵器處理，再?lài)娝礈旌蟾呖张欧?

生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)如圖2.

圖2 料漿法磷酸一銨生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)圖

1.3 傳統(tǒng)法磷酸二銨生產(chǎn)工藝及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)

磷酸二銨生產(chǎn)工藝包括反應(yīng)、造粒工序、干燥、篩分及尾氣洗滌等工序[6].

其生產(chǎn)過(guò)程為：將濃磷酸泵入預(yù)中和槽，加入氨和二級(jí)洗滌系統(tǒng)洗滌液進(jìn)行中和反應(yīng)，反應(yīng)廢氣進(jìn)入二級(jí)洗滌系統(tǒng)，反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)料漿泵送入反應(yīng)造粒系統(tǒng).或?qū)饬姿嶂苯颖萌牍苁椒磻?yīng)器，并加入氨和預(yù)洗滌器洗滌液進(jìn)行中和反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入反應(yīng)造粒系統(tǒng)，補(bǔ)加氨繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)廢氣經(jīng)預(yù)洗滌器洗滌后進(jìn)入二級(jí)洗滌系統(tǒng)，成粒后的物料送入干燥機(jī).熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)經(jīng)除塵器除塵后直接進(jìn)入干燥機(jī)，干燥機(jī)產(chǎn)生的尾氣G7經(jīng)旋風(fēng)除塵器和洗滌塔處理后高空排放.干燥機(jī)中結(jié)塊或大塊物料通過(guò)尾部的滾筒篩自動(dòng)破碎，破碎后的物料提升到篩分系統(tǒng)，篩分產(chǎn)生的粉塵進(jìn)入布袋除塵器，篩分合格物料經(jīng)冷卻、包裹后包裝出售.旋風(fēng)除塵和布袋除塵回收的物料返回反應(yīng)造粒系統(tǒng)回用，預(yù)洗滌器、旋風(fēng)除塵、布袋除塵后的廢氣進(jìn)入二級(jí)洗滌系統(tǒng)進(jìn)一步處理后高空排放.

生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)如圖3.

圖3 傳統(tǒng)法磷酸二銨生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)排污環(huán)節(jié)圖

2 產(chǎn)排污系數(shù)

不同的原料路線(xiàn)、工藝過(guò)程和多種多樣的管理模式，導(dǎo)致產(chǎn)排污系數(shù)也不盡相同.本文在調(diào)研湖北、云南、貴州、四川、江蘇等地磷銨產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的基礎(chǔ)上，采用非線(xiàn)性最小二乘方法[7-8](麥夸特法，Marquardt[9-10])進(jìn)行分析，應(yīng)用柯布-道格拉斯方程對(duì)建立的多元非線(xiàn)性模型進(jìn)行擬合，推算出不同生產(chǎn)工藝廢氣中粉塵、氟化物的產(chǎn)排污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?

2.1 建立模型

柯布-道格拉斯方程是美國(guó)數(shù)學(xué)家C.W. Cobd和經(jīng)濟(jì)學(xué)家P.H. Douglas提出的模型：

(1)

用于分析時(shí)，式(1)中的y表示產(chǎn)生量，x1，x2，…，xm表示自變量，a，b1，b2，…，bm為待定參數(shù).

根據(jù)生產(chǎn)工藝技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，對(duì)磷銨生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行劃類(lèi)選典，將y定義為產(chǎn)污量，kg/t；x1表示磷礦消耗，t/t；x2表示磷礦石中氟含量，%；x3表示環(huán)境管理水平；a，b1，b2，b3為所求參數(shù).

令c1=a，c2=b1，c3=b2，c4=b3，模型方程則變?yōu)椋?/p>

(2)

對(duì)于排污系數(shù)，在產(chǎn)污量確定基礎(chǔ)上主要取決于污染防治措施，引入變量x4表示污染物去除率(0≤x4<1)，則模型方程為：

(3)

2.2 模型分析

2.2.1 企業(yè)產(chǎn)排污數(shù)據(jù) 調(diào)研企業(yè)環(huán)保相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.

2.2.2 產(chǎn)排污統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

a.料漿法磷酸一銨產(chǎn)排污統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果.

將表1中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)代入式(2)，經(jīng)擬合計(jì)算后系數(shù)ci的相關(guān)陣為：

①粉塵

則磷酸一銨工藝廢氣中粉塵產(chǎn)污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(4)

由式(3)得，磷酸一銨工藝廢氣中粉塵排污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(5)

模型檢驗(yàn)，F(xiàn)值為164.835 2，顯著水平p=0.006 0，達(dá)極顯著水平.決定系數(shù)R2=0.994 0，說(shuō)明該模型能很好地?cái)M合實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù).

表1 企業(yè)環(huán)保相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)

注：對(duì)于環(huán)境管理水平，運(yùn)用《磷肥行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(試行)》中定性評(píng)價(jià)方法確定.

②氟化物

ci氟化物=

則磷酸一銨工藝廢氣中氟化物產(chǎn)污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(6)

由式(3)得，磷酸一銨工藝廢氣中氟化物排污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(7)

模型檢驗(yàn)，F(xiàn)值為438.550 3，顯著水平p=0.035 1，達(dá)顯著水平.決定系數(shù)R2=0.999 2，說(shuō)明該模型能很好地?cái)M合實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù).

b.傳統(tǒng)法磷酸二銨產(chǎn)排污統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

將表1中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)代入式(2)，經(jīng)擬合計(jì)算后系數(shù)ci的相關(guān)陣為：

①粉塵

則磷酸二銨工藝廢氣中粉塵產(chǎn)污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(8)

由式(3)得，磷酸二銨工藝廢氣中粉塵排污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(9)

模型檢驗(yàn)，F(xiàn)值為256.856 9，顯著水平p=0.003 9，達(dá)極顯著水平.決定系數(shù)R2=0.996 1，說(shuō)明該模型能很好地?cái)M合實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù).

②氟化物

ci氟化物=

則磷酸二銨工藝廢氣中氟化物產(chǎn)污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(10)

由式(3)得，磷酸二銨工藝廢氣中氟化物排污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑椋?/p>

(11)

模型檢驗(yàn)，F(xiàn)值為247.082 1，顯著水平p=0.046 7，達(dá)顯著水平.決定系數(shù)R2=0.998 7，說(shuō)明該模型能很好地?cái)M合實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù).

3 結(jié)論與建議

本文從生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，明確了濕法磷酸、料漿法磷酸一銨和傳統(tǒng)法磷酸二銨產(chǎn)排污環(huán)節(jié)，通過(guò)建立多元非線(xiàn)性模型，運(yùn)用麥夸特法推算出了磷酸一銨工藝廢氣中粉塵及氟化物，磷酸二銨工藝廢氣中粉塵及氟化物4個(gè)產(chǎn)污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃土姿嵋讳@工藝廢氣中粉塵及氟化物，磷酸二銨工藝廢氣中粉塵及氟化物4個(gè)排污系數(shù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在一定程度上可為磷肥工業(yè)廢氣污染源監(jiān)察、企業(yè)環(huán)境管理提供技術(shù)參考，促進(jìn)磷肥生產(chǎn)企業(yè)健康和諧發(fā)展.結(jié)合研究要素提出如下建議：a.提高各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，有針對(duì)性地對(duì)磷肥工業(yè)不同產(chǎn)排污環(huán)節(jié)特征污染物排放量的監(jiān)測(cè)，體現(xiàn)行業(yè)環(huán)境管理特點(diǎn).b.加強(qiáng)對(duì)環(huán)境監(jiān)察人員的技能培訓(xùn)，將現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)察研究成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從生產(chǎn)全過(guò)程加大監(jiān)管力度，推動(dòng)污染減排，科學(xué)執(zhí)法、服務(wù)于民.

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