王永剛,李霞
汞是一種有毒的重金屬痕量元素,汞污染對人類及生態(tài)環(huán)境造成的危害極大。2013年1月,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)發(fā)布了《Global Mercury Assessment》(全球汞評估報告)。報告中指出:作為人類活動的一個直接結(jié)果,2010年全球汞的排放共計1 960t。其中,亞洲的汞排放量占全球汞排放總量的50%以上,中國的汞排放量占到了亞洲排放量的四分之三,接近全球汞排放量的三分之一。
圖1 全球汞排放分布
水泥廠生產(chǎn)過程中,原料和燃燒廢氣流動方向相反且相互混合相互作用。由于原料與氣流的逆流,導(dǎo)致水泥生產(chǎn)系統(tǒng)中存在溫度梯度,又因為收塵器灰塵的回收利用等因素,水泥廠內(nèi)汞的遷移便形成了幾個循環(huán)。
圖2 水泥生產(chǎn)過程及汞的輸入輸出
圖3 OHM采樣示意圖
為了解水泥生產(chǎn)過程中汞的遷移過程、不同位置汞的種類和數(shù)量,了解影響汞排放的因素以及水泥廠現(xiàn)有收塵設(shè)備(FF或ESP)去除汞的效率,在研究了中國巖石、土壤、煤炭中汞的地域分布基礎(chǔ)上,先后現(xiàn)場檢測了中國西北、華北、華南典型水泥廠的尾氣汞排放情況,對不同地區(qū)、不同原燃料的水泥廠的汞排放做了系統(tǒng)的測試和分析。
對中國三個地區(qū)典型水泥廠的采樣檢測采用了安大略法OHM(Ontario Hydro Method)采樣分析。另外,在采樣過程中,還參考了美國環(huán)保局《固定污染源廢氣氣態(tài)汞的測定》標(biāo)準(zhǔn)方法。
安大略法是美國環(huán)保局認(rèn)定的燃煤電廠煙氣汞的濃度和形態(tài)測試的標(biāo)準(zhǔn)方法,己用于美國約80個燃煤電廠汞排放的檢測。安大略法規(guī)定了從煙道中取樣的設(shè)備與步驟,試驗室分析的設(shè)備與步驟,計算的方法與步驟。該方法適用于燃煤電廠中單質(zhì)態(tài)、氧化態(tài)、粒子態(tài)汞及總汞的排放檢測,濃度范圍為0.000 5~0.1mg/m3(標(biāo));適用于污染物控制裝置進(jìn)、出口處的單質(zhì)態(tài)、氧化態(tài)、粒子態(tài)汞及總汞的采樣和汞收集效率的計算。OHM采樣示意圖見圖3,OHM采樣吸收瓶裝置示意圖見圖4。
為了解水泥生產(chǎn)過程中汞的遷移和析出特性,在現(xiàn)場檢測過程中,對生產(chǎn)過程中的不同位置進(jìn)行了氣體取樣和固體取樣,氣體取樣點見表1,固體樣品見表2。
由于不同地域間原燃料的差異以及生產(chǎn)制度的不同,處于新疆、天津和福建三個地區(qū)的典型水泥廠的汞的輸入量、排放量以及生產(chǎn)過程中不同位置的汞的含量有一定差異,氣體取樣檢測結(jié)果見表3,固體樣品檢測結(jié)果見表4。
圖4 OHM采樣吸收瓶裝置示意圖
表1 氣體取樣點及工況
表2 固體樣品取樣
通過對中國西北、華北、東南三個地區(qū)典型水泥廠汞的檢測和分析,可以得出以下結(jié)論:
表3 氣體取樣檢測結(jié)果
表4 固體樣品檢測結(jié)果
(1)水泥廠的汞主要來源于原料和燃料。其中,原料里帶入水泥生產(chǎn)中的汞是水泥廠汞的最主要來源,約占90%。
(2)水泥廠汞的排放主要以氣態(tài)汞為主,約占排放量的95%以上,其中,單質(zhì)汞的比例非常大,約占75%~94%。
(3)水泥生產(chǎn)的操作制度(生料磨的開啟和關(guān)閉)對煙囪中汞的排放影響很大,生料磨開啟時的排放比生產(chǎn)磨關(guān)閉時低約17%~26%。其原因為生料磨中的生料粉具有很大的比表面積,對汞及其化合物具有一定的吸附作用,在粉磨過程中,氣態(tài)汞吸附到粉塵上,從而降低了汞的排放,吸附在生料粉上的汞隨著生料粉重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。
(4)水泥生產(chǎn)中,現(xiàn)有的大氣污染控制裝置(主要指收塵器)對汞的減排貢獻(xiàn)很大。無論是ESP還是FF,對顆粒態(tài)汞的去除率均可達(dá)到90%以上(與除塵效果相關(guān)),對氣態(tài)汞的去除率也能夠達(dá)到60%以上(在除塵過程中,氣態(tài)汞吸附到粉塵上,從而降低了排放的效果),隨著收塵器灰塵的回收利用,這部分汞又回到水泥窯系統(tǒng)。
(5)水泥廠內(nèi)部存在多個汞循環(huán),汞在隨煙氣和物料的循環(huán)中,富集在窯灰和生料中,濃度甚至能夠達(dá)到原料輸入的千倍以上。
(6)根據(jù)水泥生產(chǎn)的排放現(xiàn)狀和國內(nèi)外的相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)來看,部分水泥生產(chǎn)線需要增加額外的汞減排專有裝置,或優(yōu)化現(xiàn)有能夠降低汞排放的其他污染物控制裝置(ESP、FF、FGD、SCR等),才能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。