遺物祭品焚燒大氣污染物排放特征及控制對策*

張世豪 薛亦峰 陳 曦 陳 誼 翟曉曼 鐘連紅 王 瑋#

(1.首都師范大學資源環境與旅游學院，北京100048；2.北京市環境保護科學研究院，國家城市環境污染控制工程技術研究中心，北京100037；3.民政部一零一研究所，民政部污染控制重點實驗室，北京 100070；4.北京市民政局，北京 100020)

中國是世界上人口最多的國家，遺物祭品焚燒量巨大。殯葬行業的遺體火化和遺物祭品焚燒是重要的大氣污染源，其排放的有害大氣污染物主要包括顆粒物(總懸浮顆粒物(TSP)、PM10、PM2.5)、氣態污染物(SO2、NOx、CO等)、持久性有機污染物(如二噁英類)和重金屬等[1-4]。由于火化量和遺物祭品焚燒量大，火葬場的“煙”“味”問題較為突出[5-8]。相對于火化機，遺物祭品焚燒的污染物排放更具隱蔽性，也更容易被忽視，但實際上遺物祭品焚燒對大氣環境和人體健康的影響較大[9]。

隨著對殯葬行業大氣污染物排放問題的發現，國內外學者對于火化機污染物排放特征、控制措施進行了大量研究[10-11]。日本對火化機污染物排放進行監測，得到了污染物的排放水平和排放因子，提出污染控制對策[12]。在國內，王瑋等[13]對火化機二噁英的排放進行了監測，得到其排放特征；XUE等[14]研究了火化機顆粒物和氣態污染物的排放濃度和排放因子，分析了揮發性有機物(VOCs)組分，計算了凈化裝置對污染物的去除效率。但對于遺物祭品焚燒的研究相對較少，主要集中在金紙焚燒方面。周明顯[15]曾對燃燒金紙、拜香產生的大氣污染物SO2、NOx、CO、顆粒物及VOCs排放因子進行監測，并對排放量進行估算。KHEZRI等[16]通過中元節期間大氣中顆粒物、降水中化學組分的變化，與歷年數據和燃燒底灰組分作對比，發現金紙的燃燒會增加大氣中顆粒物濃度，使顆粒物及降水中部分元素含量增加。其他學者研究發現，金紙燃燒還會產生二噁英、多環芳烴等有害污染物[17-21]。但除金紙以外，中國對于其他種類遺物祭品的焚燒量、污染物排放特征和控制對策的研究較為缺乏。

在此背景下，本研究結合遺物祭品焚燒量調查和現場調研，通過對典型遺物祭品焚燒大氣污染物排放的實際監測，初步掌握遺物祭品焚燒的大氣污染物排放狀況，并對比國內外排放標準；基于研究結果提出需要解決的關鍵問題，以期為主管部門制定相關殯葬、環境管理政策和大氣污染控制對策提供參考和支撐。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究在北京市開展遺物祭品焚燒大氣污染物實際監測，并進行遺物祭品焚燒量現場調研和問卷調查。2017年北京市共有12家殯儀館，90臺火化機，年火化量呈現上升趨勢，當年遺體火化量為9.8萬具；遺物祭品焚燒爐(以下簡稱焚燒爐)61臺，根據其燃燒類型、煙氣凈化裝置類型，選取了5臺典型焚燒爐進行污染物排放實際監測(其中4臺安裝煙氣凈化裝置，1臺煙氣直接排放，具體情況如表1所示)，大氣污染物包括顆粒物(TSP、PM10、PM2.5)和氣態污染物(SO2、NOx、CO、VOCs)。

表1 焚燒爐煙氣凈化狀況

1.2 監測方法及儀器

在進行遺物祭品焚燒大氣污染物排放采樣和監測前，對特氟龍膜進行預處理，將其放入干燥皿中平衡24 h，之后進行稱量并記錄每張濾膜的質量，放入膜盒中保存待用。通過反復填充和排空氮氣對采樣袋進行清洗，每個采樣袋清洗3次，以確保沒有目標VOCs存在，保證分析的準確性。監測工作開始后，首先測量采樣點煙囪的直徑，并對煙氣參數進行測定，包括壓強、含氧量、煙氣流速、溫度、含濕量等。根據煙氣參數選取不同孔徑的采樣嘴，利用自行研發的PM10/PM2.5雙級虛擬撞擊采樣器進行顆粒物采集，再采用重量法測定；采用TH880F自動煙塵煙氣分析儀測定SO2、NOx、CO；利用Model 1062氣袋式真空采樣箱采集VOCs，采樣袋避光保存，采用Agilent 7890A-5975C氣相色譜質譜聯用儀測定VOCs。

2 結果與討論

2.1 遺物祭品焚燒量調查

對北京市9家殯儀館的遺物祭品焚燒情況進行了調查，內容包括遺物祭品種類、焚燒量等。對調查情況進行統計分析得到，衣服、花圈和紙類是遺物祭品的主要種類，每具遺體火化所對應的衣服、花圈和紙類的平均焚燒量分別為12、15、2 kg。

結合2017年調查數據與2010—2016年的火化量統計數據，核算得到了2010—2017年中國遺物祭品焚燒量，如圖1所示。中國遺物祭品焚燒量基本保持在13.6萬t左右。

圖1 2010—2017年中國遺物祭品焚燒量Fig.1 The amount of the incineration of sacrificial offerings from 2010 to 2017 in China

2.2 焚燒爐大氣污染物排放水平

遺物祭品焚燒大氣污染物監測結果如圖2所示。若廢氣直接排放，其顆粒物排放濃度非常高，TSP可高達2 020.0mg/m3，是《火葬場大氣污染物排放標準》(GB 13801—2015)排放限值(參照煙塵限值80 mg/m3)的25.3倍。PM10和PM2.5排放質量濃度同樣很高，分別為1 831.3、1 306.9 mg/m3。通過煙氣凈化系統，焚燒爐顆粒物排放濃度大幅下降，TSP小于10 mg/m3，低于排放標準，煙氣凈化效果非常明顯。裝有煙氣凈化系統的焚燒爐PM10和PM2.5平均排放質量濃度分別為4.0、3.2 mg/m3，相對未裝煙氣凈化系統的焚燒爐，去除率接近100%。

圖2 焚燒爐大氣污染物排放質量濃度Fig.2 Emission mass concentrations of air pollutants from the incinerators

由于遺物祭品焚燒一般不額外添加燃料，焚燒爐對遺物祭品的燃燒不充分，CO排放質量濃度較高，在1 092.0～3 333.3mg/m3。未經凈化的煙氣中，CO排放質量濃度為2 671.4 mg/m3，是GB 13801—2015排放限值(200 mg/m3)的13.4倍，超標嚴重。當前焚燒爐的燃燒工藝還有較大的改進空間，殯葬行業應加快環保型焚燒爐的研發進程。

由于不使用含硫燃料，因此焚燒爐煙氣SO2主要來自材料中的硫分，其排放質量濃度為4.0～14.3 mg/m3，可以達標排放。NOx、VOCs的排放質量濃度分別為98.1～299.0、63.2～645.0 mg/m3。煙氣凈化系統對這兩類污染物有一定的去除效果，主要是因為噴淋塔可吸收酸性氣體，并且可以冷凝VOCs。經凈化后煙氣中NOx、VOCs的平均去除率分別為40.5%和27.8%。

通過實測的大氣污染物濃度與排放標準對比發現，未經凈化的焚燒爐TSP和CO超標嚴重，SO2和NOx則均可達標排放。但與發達國家相關排放標準限值(見表2)相比，中國遺物祭品焚燒大氣污染物排放標準相對寬松，且并未規定VOCs的排放限值，但從監測結果來看，VOCs排放濃度也較大，應該引起足夠的重視。從污染控制技術的可達性來講，中國遺物祭品焚燒大氣污染物排放限值可進一步加嚴。

表2 焚燒爐排放標準1)

注：1)北京市排放標準指《火葬場大氣污染物排放標準》(DB11/1203—2015)；煙氣黑度以林格曼黑度計。

2.3 污染控制技術與對策

現階段中國對遺物祭品的種類、焚燒量等統計數據不全，對遺物祭品焚燒大氣污染物排放特征研究相對較少，且污染物排放控制不嚴。對于未來遺物祭品焚燒的大氣污染減排應主要從源頭和末端進行控制。殯葬領域應開展無污染或低污染祭品材料的研究，減少祭品中高污染的組分，從而減少燃燒產生的污染物量，并積極推廣資源節約型殯葬用品的使用，盡可能尋找可替代祭品焚燒的舉措，加快環保型焚燒爐的研制，從源頭上控制污染物的產生。殯葬領域還要加快高效煙氣凈化裝置的研發，從末端減少污染物的排放量。

目前主流的遺物祭品焚燒煙氣凈化裝置由冷卻裝置、噴淋塔、布袋除塵器等組合而成(如圖3所示)。結合實際監測結果發現，遺物祭品焚燒煙氣中顆粒物濃度非常高，為提高凈化裝置對顆粒物的去除效率，可考慮在布袋除塵器前設置旋風除塵器。針對現場異味的問題，在控制技術中可在布袋除塵器后增設活性炭吸附裝置，以減少VOCs和其他惡臭物質的排放量。

圖3 焚燒爐煙氣凈化工藝流程圖Fig.3 Flue gas purification process of the incinerators

3 結論與建議

(1) 遺物祭品年焚燒量較大，可達13.6萬t左右，大氣污染物排放水平較高，尤其是顆粒物和CO，TSP和CO分別為GB 13801—2015排放限值的25.3、13.4倍。凈化裝置可有效降低顆粒物濃度，去除率達接近100%，對污染物的減排具有重要作用。

(2) 當前主流的遺物祭品焚燒凈化裝置由冷卻裝置、噴淋塔、布袋除塵器等組成。針對遺物祭品焚燒顆粒物排放濃度較高、現場異味較大的特點，建議在布袋除塵器前、后分別增設旋風除塵器和活性炭吸附裝置，提高煙氣凈化裝置對顆粒物、VOCs等的去除效率。

(3) 目前國內外對于遺物祭品焚燒大氣污染物排放特征的研究比較缺乏，存在底數不清、排放特征不明、控制水平低等問題。建議殯葬行業進一步開展對遺物祭品焚燒的研究，開發無污染或低污染的祭品，減少祭品的焚燒量，尋找替代祭品焚燒的舉措；加快遺物祭品焚燒設備和煙氣凈化裝置的研發和優化，從源頭和末端對污染物的排放進行控制。