工業(yè)鍋爐污染物排放與環(huán)境保護

一、我國環(huán)境空氣污染現狀與變化趨勢：

長期以來，大氣顆粒物是影響環(huán)境空氣質量的首要污染物，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，隨著經濟和城市建設的高速發(fā)展，我國環(huán)境空氣污染特征發(fā)生重大變化，主要表現在從粗顆粒污染向細粒子污染變化、從單一污染來源向多種來源變化、從煤煙型污染向復合型污染變化。由于二氧化硫、氮氧化物和碳氫化合物污染加劇，經光化學作用，又形成了一種復合型空氣污染物。這種污染物呈細小顆粒狀，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。由于這種微小的顆粒可長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PM10、PM2.5污染嚴重時，這種復合型空氣污染已造成上述大中型城市出現霧霾天氣，并向遠距離下風向傳播的趨勢。以PM2.5污染物為代表的復合性、區(qū)域性污染問題凸顯，對大氣氧化性不斷增強，給環(huán)境空氣質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環(huán)境與人體的危害

我國是鍋爐生產大國和使用大國，截止到2012年底，我國工業(yè)鍋爐保有量62.4萬臺，容量近290萬蒸噸，約占鍋爐總數的98％，年能源消費量約6.4億噸標準煤，占全國能源消費總量的18％。我國工業(yè)鍋爐中80％以上為燃煤鍋爐，年消耗4.9億噸標準煤，15％左右為燃油燃氣鍋爐，其余為生物質燃料等鍋爐。

根據環(huán)境統(tǒng)計數據，2012年燃煤工業(yè)鍋爐累計排放煙塵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)境中進行化學、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，可從不同的物理性質來定義。常用的定義方法有：當量直徑De、投影直徑、質量中值直徑D50和空氣動力學直徑。各類直徑的意義如下：

a.當量直徑：指與顆粒物不規(guī)則體積相當的球形顆粒物的直徑。

b.投影直徑：指一個圓形的面積相當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.空氣動力學直徑：具有與密度為1kg/L的A物質（水）粒徑相同的空氣動力特征時（指空氣中具有相同的沉降速度），實際顆粒直徑即為相對應A物質的直徑，常用于顆粒運動的計算。

d.質量中值直徑：這是可吸入顆粒物的衛(wèi)生學評價指標，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數正態(tài)分布。因此求其中值直徑時，以顆粒的粒徑為橫坐標，質量分數為縱坐標，在對數正態(tài)概率紙上畫出累計分布曲線圖。在得到的曲線上，標出與質量分數50％相對應的顆粒直徑，即為質量中值直徑，符號為D50。

其中D50表示占全部顆粒物質量50％粒子的對應的顆粒物直徑，它是確定選擇除塵器的重要指標。

②煙塵粒徑大小與分布情況　對除塵器的選擇和環(huán)境危害具有極其重要意義。在環(huán)境科學研究中，一般采用空氣動力學直徑來表征顆粒物的直徑。對煙塵的粒徑分布研究常采用質量分散度的方法描述，在鍋爐煙氣治理時，應選擇對煙氣中D50顆粒物去除作用較大的除塵器，方可達到有效除塵目的。鍋爐煙氣排放的顆粒物直徑還與鍋爐的燃燒方式相關，當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除塵器后的顆粒物粒徑分布測試結果。

（2）煙塵中污染物及對人體健康影響：

①煙塵中的污染物　下表是鍋爐煙塵的成分分析結果。

注：TC為煙塵中有機和無機碳元素總含量，OC為煙塵中有機碳的含量。

②污染物對人體的危害　煙塵中的污染物可通過三個途徑進入人體。第一個途徑是通過呼吸系統(tǒng)直接進入人體肺泡，影響肺部的健康；第二個途徑是通過食物鏈進入人體，其轉移方式是污染物溶入水體，通過飲用水進入人體，或被植物吸收通過食物鏈進入人體；第三個途徑是煙塵中的放射性物質對人體產生的內照射或外照射。通過一、二兩個途徑進入人體而產生的照射稱為內照射；在自然中由這些放射性物質直接對人體產生的照射稱為外照射?！犊諝馕廴狙芯康呐R床意義》研究結果認為，煙塵污染物對人體健康危害最大的器官是呼吸系統(tǒng)，進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。不同空氣動力學直徑的顆粒物，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的顆粒物則在到達肺泡之前已大部分沉積在鼻咽區(qū)內；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，對人體的危害越嚴重。根據這個原理，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、燃煤鍋爐產生的其他環(huán)境污染：

1. 燃煤在儲運過程中產生的揚塵污染

根據環(huán)境污染的概念，向環(huán)境排入有害物質或物理因素的設施或輔助設備都構成相應受體環(huán)境的污染源。鍋爐運行后除煙氣排放外，還會產生噪聲、廢水、爐渣與除塵器脫除的飛灰。除此之外還會在煤炭及灰渣運輸儲存時產生揚塵污染。如燃煤鍋爐在日常運行時要消耗大量煤炭，鍋爐長期運行排出的爐渣、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、料堆的儲存方式，使用單位必須設立儲煤場和煤灰、煤渣儲存?zhèn)}，避免造成揚塵污染。這種污染的途徑是揚塵在風力作用下進入周圍環(huán)境，借助風力擴散到更遠的地方，當遇到氣候干燥多風季節(jié)而加劇。一定時間后揚塵還會沉降到附近地面，隨降水的沖洗而轉移，當水分蒸發(fā)后形成了新的無組織排放源。因此，污染源的面積不斷擴大，當進入交通干線時帶來道路交通揚塵污染。由于以上的污染都發(fā)生在近地面表層上，將對居住環(huán)境空氣質量產生較大影響，主要表現在空氣中總懸浮物TSP明顯增高，空氣質量變壞，城市衛(wèi)生條件不斷惡化，因此這種現象必須杜絕，并需引起社會的高度關注。

2.鍋爐房的噪聲污染

鍋爐房的噪聲源主要有鼓風機、引風機、水泵、除渣機、煤破碎機、降壓排汽閥等。此外，運輸煤炭、灰渣的鏟斗車，升降帶、裝載機和汽車等也會產生強烈的噪聲和振動。很多燃煤小鍋爐離居民區(qū)太近，鍋爐由于選址欠佳，風機性能不良等原因產生的噪聲，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，污染嚴重是引發(fā)環(huán)境信訪的重要原因。鼓風機和引風機是引起振動和噪聲的主要設備，這些設備本身性能差，無防噪聲設施，年久失修，在運行過程中風葉損壞，動平衡不佳，均會造成振動和噪聲強度的提高。按照國家噪聲防治規(guī)定，風機應安裝消音器，并設置隔音房，但很多企業(yè)執(zhí)行不利，有的雖已安裝，維護不到位，損壞嚴重，仍然達不到消音功能。

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)范存儲設備，堆于鍋爐房附近，風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、沖洗下將毒性物質轉移到水體。粉煤灰中的鹽類化合物在溶解過程中還會產生水解作用，改變水體的氫離子濃度，這將進一步促進有害物質的溶解。粉煤灰還會轉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，具有一定的經濟價值。因此應科學利用粉煤灰，對其儲存應采取防滲漏，防揚塵措施，專設粉煤倉，化廢為寶并減少對環(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。系指原料在生產加工后，原有某污染物含量和生產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移到固體廢棄物中越多。當固體廢棄物在不同部位排放時，若某部位的富集因子數值為1，說明污染物含量在濃度上沒有變化，其污染物必定轉移到其他排放物體內。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。為防止鍋爐內部受熱面發(fā)生結垢現象和溶解氧對設備的腐蝕，須對給水進行軟化和除氧處理。水處理常用鈉離子交換法去除水中鈣、鎂等離子，但使用一段時間后需進行再生處理，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，必須進行排污。小鍋爐進行爐內加藥處理，熱水鍋爐也需要定期排污。此外熱水鍋爐使用時還需投入阻氧劑、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行除渣，灰渣沖入灰池后經沉淀由除渣機清除，污水是該過程產生的廢水。不經水處理排放，必然造成環(huán)境污染。因為含有懸浮物、鉛、鋅、砷、銅、揮發(fā)酚等污染物質，pH值呈堿性。排污水與沖渣水含有堿性物質，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，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行循環(huán)利用。在除塵的同時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中和反應生成亞硫酸鹽、硫酸鹽，排入沉淀池，經去除懸浮物與加液池中水吸收液混合后重新進入水膜除塵器。脫硫過程進行時，水中堿性物質不斷消耗，硫酸鹽和煙氣中其他溶于水的物質濃度不斷增加，達到近飽和濃度時，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，必須經水處理達標后方可排放。