郭健，馬召坤，李蕾，吳彤（濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250100）

鋼鐵企業(yè)無(wú)組織排放特征污染物的監(jiān)測(cè)分析

郭健*，馬召坤，李蕾，吳彤
（濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250100）

編者按： 本刊【大氣環(huán)境模擬模型】欄目論文選自第四屆全國(guó)環(huán)境規(guī)劃與政策模型——大氣環(huán)境模擬模型學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集。分兩期刊登，本期為第二輯，共三篇。

摘 要東部老工業(yè)區(qū)是濟(jì)南市大氣污染重點(diǎn)防控區(qū)域。工業(yè)區(qū)大型企業(yè)的無(wú)組織排放廢氣對(duì)區(qū)域及周邊大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生的影響，一直沒(méi)有引起人們的足夠重視，因?qū)ζ渑欧帕看笮『臀廴疚锓N類(lèi)不清楚，難以進(jìn)行監(jiān)管。本文以濟(jì)南東部老工業(yè)區(qū)一家大型鋼鐵企業(yè)為例，選取五項(xiàng)有代表性的特征污染物（苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴和氨）進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)，在不同氣象條件下，分析特征污染物的濃度變化，了解鋼鐵企業(yè)無(wú)組織排放特征。經(jīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析得出：與上風(fēng)向相比，下風(fēng)向各污染物監(jiān)測(cè)的小時(shí)濃度和日均濃度均有不同程度的增加，表明該廠區(qū)污染源對(duì)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量有一定影響。最后，提出防范或改進(jìn)措施，如應(yīng)加嚴(yán)相應(yīng)的無(wú)組織排放標(biāo)準(zhǔn)，增加大氣在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，建議企業(yè)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)無(wú)組織排放廢氣的收集和處理。

關(guān)鍵詞鋼鐵企業(yè)；無(wú)組織排放；布點(diǎn)監(jiān)測(cè)；特征污染物

*責(zé)任作者： 郭?。?983—），男，濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)規(guī)則設(shè)計(jì)研究院，工程師，主要研究方向?yàn)榇髿夂退h(huán)境污染防治。

引言

濟(jì)南市作為山東省政治、文化、教育和科技研發(fā)中心，濟(jì)南都市圈以及省際區(qū)域交通樞紐和經(jīng)濟(jì)中心，空氣環(huán)境質(zhì)量關(guān)系著濟(jì)南市甚至周邊地區(qū)的居民生活質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但近幾年，隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，濟(jì)南市環(huán)境空氣污染依然十分嚴(yán)重，灰霾天氣發(fā)生頻率逐漸增加。東部老工業(yè)區(qū)一直是濟(jì)南污染的重點(diǎn)防控區(qū)域，其中鋼鐵行業(yè)屬于典型的重污染行業(yè)，從燒結(jié)、球團(tuán)、高爐煉鐵、煉鋼、連鑄，再到軋鋼，幾乎所有的工序都以工業(yè)爐窯為主體設(shè)備，其中廢氣的無(wú)組織排放更顯突出。本文以該區(qū)域某大型鋼鐵企業(yè)為例，分析研究其無(wú)組織排放的污染物特征。該企業(yè)無(wú)論從排污量還是占地面積上，都屬于老工業(yè)區(qū)眾多企業(yè)中最重要的污染源之一。經(jīng)過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，濟(jì)南市東部老工業(yè)區(qū)重點(diǎn)高架點(diǎn)源對(duì)濟(jì)南市大氣例行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的貢獻(xiàn)率有限。因?yàn)?，針?duì)這些有組織排放的高架點(diǎn)源的污染治理，已經(jīng)有很成熟的除塵技術(shù)和日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，但工業(yè)企業(yè)廢氣排放還有無(wú)組織排放。無(wú)組織排放產(chǎn)生的污染物屬性千差萬(wàn)別，存在很大的不確定性、不規(guī)則性，極易造成面源污染，對(duì)周?chē)h(huán)境影響很大?，F(xiàn)通過(guò)對(duì)該企業(yè)無(wú)組織排放廢氣的來(lái)源與排放特點(diǎn)進(jìn)行分析，探討無(wú)組織排放廢氣的危害及防治措施，并對(duì)無(wú)組織排放的廢氣環(huán)境管理提出初步建議。

1 無(wú)組織排放

無(wú)組織排放指大氣污染物不經(jīng)過(guò)排氣筒的無(wú)規(guī)則排放。低矮排氣筒（排氣筒高度低于 15m） 的排放屬有組織排放，但在一定條件下也可造成與無(wú)組織排放相同的后果，同視為無(wú)組織排放[1]。在鋼鐵行業(yè)無(wú)組織排放廢氣中含有大量的有毒有害氣體和污染物，不僅污染生活環(huán)境，而且危害人體健康[2,3]。其污染物主要有顆粒污染物和氣態(tài)污染物，顆粒污染物包括粉塵、煙、飛灰等；氣態(tài)污染物包括二氧化硫、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）等。其中，鋼鐵企業(yè)在工藝生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)組織排放的污染物主要有：一些常規(guī)污染物，如二氧化氮、氮氧化物等；特征污染物，如苯、甲苯、二甲苯等[4]。無(wú)組織排放具有污染源分散、污染物近地面排放、不易稀釋擴(kuò)散等特征，直接影響對(duì)近地面大氣環(huán)境質(zhì)量和周?chē)巳旱纳硇慕】?，環(huán)境危害影響顯著。

2 監(jiān)測(cè)方案

2.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則

根據(jù)企業(yè)工藝分散、占地面積大、無(wú)組織排放種類(lèi)多、周?chē)h(huán)境影響因素復(fù)雜等特點(diǎn)，采取了將鋼鐵企業(yè)整個(gè)廠區(qū)視為一個(gè)無(wú)組織排放的污染面源來(lái)對(duì)待，以廠界為邊界進(jìn)行監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的原則。根據(jù)企業(yè)廠界外實(shí)際情況，在廠界四周預(yù)設(shè)10個(gè)點(diǎn)位，保證在各種風(fēng)向條件下均能夠有1個(gè)背景點(diǎn)位（在主要污染源上風(fēng)向2～50m處），下風(fēng)向廠界外2～50m范圍內(nèi)按《大氣污染物無(wú)組織排放監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/ T55—2000）中規(guī)定的方法，按扇形分布特點(diǎn)共布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，保證企業(yè)在正常生產(chǎn)工況下監(jiān)測(cè)，避免企業(yè)停產(chǎn)或者設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)期。在此基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)應(yīng)避免周?chē)绊懸蛩剌^多的位置，如周?chē)ㄖ锘蛘邚S界外墻過(guò)高處、人流密集活動(dòng)頻繁處等。

2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.2.1 氣象項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

常規(guī)氣象觀測(cè)項(xiàng)目包括同步觀測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速、總云量和低云量等地面氣象觀測(cè)參數(shù)。

2.2.2 污染物項(xiàng)目監(jiān)測(cè)

污染物項(xiàng)目包括氨、苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴，共計(jì)5項(xiàng)，其中氨是PM2.5的一項(xiàng)重要的前體物[5-7]。王伯光等[8]研究顯示，煉焦工藝對(duì)廣州地區(qū)環(huán)境空氣中C2～C9的非甲烷總烴（NMHCs）的年平均貢獻(xiàn)率為1.9%，對(duì)大氣VOCs的貢獻(xiàn)很可觀。同時(shí)考慮到鋼鐵行業(yè)中煉焦和噴涂工藝均產(chǎn)生苯、甲苯、二甲苯等，具有毒性和致癌性，威脅著當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康，因此對(duì)這五項(xiàng)特征污染物的監(jiān)測(cè)具有重要的意義。

2.3 監(jiān)測(cè)時(shí)間和頻次

一般采取連續(xù)1h采樣計(jì)平均值，或采取在1h以?xún)?nèi)等間隔時(shí)間采集4個(gè)樣品計(jì)平均值。在此次監(jiān)測(cè)中，為了捕捉到監(jiān)控點(diǎn)最高濃度的時(shí)段，氨和苯系物的采樣時(shí)間均超過(guò)1h，非甲烷總烴采樣時(shí)需要洗氣袋3次以上，采樣點(diǎn)位置與氨和苯系物相同。在正常生產(chǎn)工況下連續(xù)監(jiān)測(cè)3天，每天監(jiān)測(cè)3次，共計(jì)監(jiān)測(cè)9次。

2.4 依據(jù)及方法

2.4.1 監(jiān)測(cè)依據(jù)

（1）大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 16297—1996）。

（2）大氣污染物無(wú)組織排放監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則（HJ/ T55—2000）。

2.4.2 采樣方法及依據(jù)

采樣方法的依據(jù)為《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157—1996）和空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）。具體分析方法及依據(jù)如表1所示。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1 氣象數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)采樣之前需要進(jìn)行相關(guān)氣象監(jiān)測(cè)，主要包括風(fēng)向、風(fēng)速等的測(cè)定，在采樣過(guò)程中還應(yīng)重復(fù)一兩次。若發(fā)現(xiàn)風(fēng)向有明顯變化，應(yīng)移動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)位置重新采樣。采樣結(jié)果如表2所示。

如表2所示，風(fēng)向確定污染擴(kuò)散的方位：風(fēng)向的變化，確定監(jiān)控點(diǎn)的位置，影響污染物的遷移途徑和距離等。風(fēng)速表征大氣污染物的輸送速率，影響污染物的稀釋和擴(kuò)散。當(dāng)風(fēng)速等于或大于1m/s時(shí)，污染物隨風(fēng)遷移的作用增強(qiáng)，而當(dāng)小于1m/s時(shí)，自然擴(kuò)散的作用相對(duì)增強(qiáng)[9]。

對(duì)監(jiān)控點(diǎn)濃度的捕捉除受污染源排放強(qiáng)度的影響外，主要受風(fēng)向和風(fēng)速變化的影響。明顯的風(fēng)向和風(fēng)速，能及時(shí)分析判斷污染物的運(yùn)動(dòng)和濃度最高點(diǎn)。依據(jù)《大氣污染物無(wú)組織排放監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》（HJ/ T55—2000），較適宜的風(fēng)向、風(fēng)速條件分別為<29°和1.0～3.0m/s。但并非監(jiān)測(cè)時(shí)都要求有明顯的風(fēng)向和風(fēng)速，如在周界外設(shè)點(diǎn)時(shí)，也可在靜風(fēng)狀態(tài)下進(jìn)行，只要有利于捕捉到污染物的最高濃度即可。如表2所示，3天監(jiān)測(cè)的風(fēng)速均為1.3～1.8m/s，范圍屬于較適宜的監(jiān)測(cè)風(fēng)速。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位確定

根據(jù)前面所述布點(diǎn)原則，在廠區(qū)周邊設(shè)置10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（1#～10#），根據(jù)當(dāng)天監(jiān)測(cè)風(fēng)向來(lái)確定具體點(diǎn)位位置。第一天是西南風(fēng)向，因此選擇背景點(diǎn)為6#，監(jiān)測(cè)點(diǎn)為1#、2#、3#，如圖1所示；第二天和第三天為東北風(fēng)，因此選擇背景點(diǎn)為3#，監(jiān)測(cè)點(diǎn)為6#、7#、8#，如圖2所示。

3.3 廢氣數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

將2015年2月11日到2015年2月13日，每天3次（共9次）的監(jiān)測(cè)結(jié)果（小時(shí)濃度）列于表3～表5，其中“未檢出”表明監(jiān)測(cè)數(shù)值在此監(jiān)測(cè)方法檢出限以下，統(tǒng)一標(biāo)注為“未檢出”。

如表3～表5所示，氨和苯系物在上風(fēng)向點(diǎn)位均有檢出，苯系物在上風(fēng)向也偶有檢出，這主要是由于此鋼鐵企業(yè)位于東部老工業(yè)區(qū)，周?chē)廴酒髽I(yè)眾多，在西側(cè)有一大型化肥廠主要從事液氨和氮肥的生產(chǎn)加工，在北側(cè)有一大型石油加工企業(yè)主要從事汽柴油生產(chǎn)儲(chǔ)存以及氮肥生產(chǎn)加工，根據(jù)風(fēng)向的變化，如果背景點(diǎn)恰巧在這兩家企業(yè)的下風(fēng)向，就會(huì)對(duì)背景點(diǎn)部分污染物濃度值起到一定影響，尤其是氨和非甲烷總烴濃度，因此背景值對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)有檢出主要是這兩家企業(yè)無(wú)組織排放的大氣污染物所致。

焦化工藝生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生非甲烷總烴、氨和苯，彩涂工藝會(huì)產(chǎn)生非甲烷總烴、甲苯和二甲苯[10~12]。通過(guò)非甲烷總烴和氨的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在本次監(jiān)測(cè)氣象條件下，廠區(qū)下風(fēng)向非甲烷總烴監(jiān)測(cè)濃度較上風(fēng)向均有不同程度的升高，但監(jiān)測(cè)濃度均遠(yuǎn)小于大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297—1996）中對(duì)于非甲烷總烴的無(wú)組織排放監(jiān)控濃度限值5.0 mg/m3的要求。經(jīng)過(guò)廠區(qū)，下風(fēng)向氨濃度較上風(fēng)向有不同程度的上升，但監(jiān)測(cè)點(diǎn)位處氨的環(huán)境濃度和廠界濃度均分別滿足工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（TJ36—79）和惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB14554—93）中0.2和2mg/m3的濃度要求。

通過(guò)對(duì)苯、甲苯、二甲苯的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)該廠區(qū)，苯、甲苯和二甲苯均有不同程度的檢出，且下風(fēng)向的濃度較上風(fēng)向監(jiān)測(cè)點(diǎn)有所增大，但三者的環(huán)境濃度和廠界濃度均分別滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中，苯滿足工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（TJ36—79）和大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297—1996）中2.4和0.5mg/m3的濃度要求；甲苯滿足蘇聯(lián)居民區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最大允許濃度（CH245—71）和大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297—1996）中0.6和3.0mg/m3的濃度要求；二甲苯滿足工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（TJ36—79）和大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297—1996）中0.3 和1.5mg/m3的濃度要求。因此，雖然經(jīng)過(guò)該廠區(qū)，各監(jiān)測(cè)污染物下風(fēng)向濃度較上風(fēng)向明顯升高，但均能滿足現(xiàn)行空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論及相應(yīng)措施

將對(duì)該廠區(qū)周邊所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)平均計(jì)算其上風(fēng)向均值和下風(fēng)向均值列于表6。

如表6所示，在不同氣象條件變化情況下，對(duì)比上下風(fēng)向各污染物監(jiān)測(cè)日均濃度，經(jīng)過(guò)該鋼鐵企業(yè)廠區(qū)后，各污染物濃度均有不同程度的增加，且均滿足相應(yīng)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)組織排放標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，增加最明顯的為非甲烷總烴，增加1.39倍，氨濃度增加0.3倍，同時(shí)，下風(fēng)向監(jiān)測(cè)點(diǎn)苯、甲苯和二甲苯均有檢出，表明該鋼廠廠區(qū)的污染源對(duì)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量有所影響。

對(duì)于苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴、氨等有毒有害特征污染物，其排放濃度雖然低于國(guó)家及行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，但長(zhǎng)期排放將對(duì)生活在該區(qū)域周?chē)用竦纳硇慕】诞a(chǎn)生一定危害。因此當(dāng)?shù)丨h(huán)保管理部門(mén)應(yīng)對(duì)其重點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)管。在敏感點(diǎn)或者易污染區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，增加除常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以外的特征污染物的監(jiān)測(cè)，不定期抽查取樣檢測(cè)。對(duì)于排放不達(dá)標(biāo)、偷排漏排的現(xiàn)象應(yīng)要求其限期整改或者實(shí)施經(jīng)濟(jì)處罰，影響嚴(yán)重的可聯(lián)合司法機(jī)關(guān)對(duì)相應(yīng)負(fù)責(zé)人和法人代表進(jìn)行法律制裁。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)家制定的《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297—1996）對(duì)無(wú)組織排放標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)，不足以約束企業(yè)對(duì)無(wú)組織排放廢氣的綜合治理，因此，無(wú)組織排放標(biāo)準(zhǔn)亟需加嚴(yán)，并提出制定山東省關(guān)于無(wú)組織排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。綜上所述，無(wú)組織排放的治理措施需要從生產(chǎn)工藝過(guò)程改進(jìn)、特征污染物監(jiān)督監(jiān)測(cè)、排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)三方面入手。

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Guo Jian*, Ma Zhaokun, Li Lei, Wu Tong
(Jinan Environmental Planning and Design Institute, Jinan 250014)

Abstract:The eastern old industrial area is the focus of pollution prevention and control in Jinan. Fugitive emissions of large enterprises in industrial areas have great impacts on air quality of regional and surrounding areas. It does not attracted much attention, because we do not know the size of emissions and types of pollutants, which makes it diffi cult to be controlled. Taking a large iron and steel enterprise of the eastern old industrial area in Jinan as an example, this paper selected five characteristic pollutants of monitoring sites, including benzene, toluene, xylene, non-methane hydrocarbons and ammonia. The variation of pollutants concentration under different weather conditions was analyzed to understand the characteristics of fugitive emissions in iron and steel enterprises. The results showed that the hourly concentration and daily average concentrations of downwind pollutants increased in varying degrees compared with upperwind area, indicating that the plant area sources had impacts on surrounding air quality. And then measures to prevent or improve air pollution were proposed, such as the tightened fugitive emissions standards, increased atmospheric monitoring sites and online monitoring projects, and recommend enterprises to strengthen the collection and processing aspects in the production process of fugitive emissions.

Keywords:iron and steel enterprise; fugitive emissions; site monitoring; characteristic pollutants

中圖分類(lèi)號(hào)：X831

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-6252(2016)01-0097-06