污染物排放量幾種核算方法在污染源普查中的應(yīng)用分析
——以某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量核算為例

王宏剛，劉 彬，李淑民

(1.唐山市環(huán)境工程評估中心，河北 唐山 063000；2.唐山市環(huán)境規(guī)劃科學(xué)研究院，河北 唐山 063000)

1 引言

第二次全國污染源普查是一次重大的國情調(diào)查，是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)性工作。數(shù)據(jù)質(zhì)量是普查的生命，應(yīng)將質(zhì)量把控貫穿于整個數(shù)據(jù)處理階段。數(shù)據(jù)審核是數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，重點是對數(shù)據(jù)的原始性審核，應(yīng)運用環(huán)保部門日常監(jiān)管和行政記錄信息強(qiáng)化校核比對[1]，根據(jù)企業(yè)的基本情況，原輔材料消耗、產(chǎn)品生產(chǎn)情況，產(chǎn)生污染的設(shè)施情況，各類污染物產(chǎn)生、治理、排放和綜合利用情況(包括排放口信息、排放方式、排放去向等)，各類污染防治設(shè)施情況，自動在線監(jiān)測數(shù)據(jù)等進(jìn)行比對分析。第二次全國污染源普查技術(shù)規(guī)定明確要求[2]：工業(yè)源普查采用監(jiān)測數(shù)據(jù)法和產(chǎn)排污系數(shù)法(物料衡算法)核算污染物產(chǎn)生量和排放量。對核算方法選取順序、監(jiān)測數(shù)據(jù)使用規(guī)范要求、產(chǎn)排污系數(shù)法使用要求均有明確規(guī)定。本文從質(zhì)量審核的角度，綜合運用排污許可證實際排放量核算法、污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)法(物料衡算法)進(jìn)行數(shù)據(jù)審核，同時結(jié)合大氣源清單系數(shù)法進(jìn)行對比分析，以保證污染源普查數(shù)據(jù)的真實可靠。

唐山市位于河北省東部，是傳統(tǒng)的資源型重化工業(yè)城市，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為鋼鐵、能源、化工、建材、裝備制造。鋼鐵行業(yè)是唐山市主要污染源，鋼鐵行業(yè)排放的廢氣污染物中約有70%以上的二氧化硫來自于燒結(jié)工序[3～7]，因此在污染源普查中對鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量的數(shù)據(jù)審核尤為重要。

2 核算方法

2.1 排污許可證實際排放量核算方法

根據(jù)原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 鋼鐵工業(yè)》(HJ846-2017)中，鋼鐵工業(yè)主要排口實際排放量核算方法采用實測法，自動監(jiān)測實測法是指根據(jù)符合監(jiān)測規(guī)范的有效自動監(jiān)測污染物的小時平均排放濃度、平均煙氣量、運行時間核算污染物年排放量。

2.2 污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)法(物料衡算法)

根據(jù)國務(wù)院第二次全國污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室組織制定的《第二次全國污染源普查工業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》，核算污染物排放量。產(chǎn)污系數(shù)法利用不同產(chǎn)排污影響因素條件下行業(yè)單位產(chǎn)品(原料)污染物產(chǎn)生量，以及行業(yè)末端治理技術(shù)收集效率、處理效率、運行率進(jìn)行排污量核算的方法[8～11]。產(chǎn)污系數(shù)法特征：相同原料、產(chǎn)品、工藝、規(guī)模的工序或企業(yè)污染物產(chǎn)生相近。所制定的產(chǎn)污系數(shù)與核算的排放量反映了特定行業(yè)、工藝、產(chǎn)品、原料等影響因素在典型工況下污染物產(chǎn)生強(qiáng)度和排放量的一般規(guī)律。

污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)法核算污染物排放量的主要方法如下。

(1)計算污染物產(chǎn)生量。某企業(yè)某產(chǎn)品在某工藝(工段、源項)、規(guī)模、原材料條件下某一污染物的產(chǎn)生量的計算方法：

P產(chǎn)=R產(chǎn)×M

(1)

式(1)中：P產(chǎn)為污染物產(chǎn)生量；R產(chǎn)為污染物對應(yīng)的行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)；M為產(chǎn)品(原料)總量。

(2)計算污染物去除量。由末端治理設(shè)施平均運行效率和實際運行效率核算污染物削減量：

P減=P產(chǎn)·k·η

(2)

式(2)中：P減為污染物去除量；k為末端治理設(shè)施實際運行率；η為末端治理設(shè)施平均治理效率。

(3)計算實際排放量。污染物產(chǎn)生量與削減量的差值：

P排=P產(chǎn)-P減

(3)

式(3)中：P排為污染物排放量 ；P產(chǎn)為污染物產(chǎn)生量 ；P減為污染物消減量(去除量)。

2.3 大氣源清單系數(shù)法

大氣污染物排放清單指各種排放源在一定時間跨度和空間區(qū)域內(nèi)向大氣中排放的大氣污染物的量的集合[12～15]。根據(jù)《城市大氣污染源排放清單編制技術(shù)手冊》，清單編制應(yīng)首先收集污染源活動水平，活動水平應(yīng)受相應(yīng)年份能源平衡表及工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量約束，對于存在差異的排放源應(yīng)分析核對并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整?！妒謨浴犯戒浿刑峁┝送瓿傻呐欧畔禂?shù)數(shù)據(jù)庫，可供清單編制使用，排放系數(shù)獲取也可以通過實測法、物料衡算法和文獻(xiàn)調(diào)查法。通過污染源活動水平、污染物產(chǎn)生系數(shù)、污染控制措施效率可以計算出污染物排放量。

3 鋼鐵行業(yè)燒結(jié)工序二氧化硫排放量核算實例分析

以某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)為例，該企業(yè)有2臺200 m2規(guī)模的帶式燒結(jié)機(jī)(分別為1號、2號)。2017年中2臺燒結(jié)機(jī)年消耗鐵礦石量分別為151.941萬t、134.725萬t，鐵礦石含硫率均為0.03%；2臺燒結(jié)機(jī)年消耗煤炭量分別為45402.85 t、40997.44 t，煤炭含硫率為0.38%；2臺燒結(jié)機(jī)年消耗焦炭量為50556.25 t、44388.27 t，焦炭含硫率為0.56%；2臺燒結(jié)機(jī)年產(chǎn)燒結(jié)礦分別為165.718萬t、146.98萬t；燒結(jié)礦含硫率分別為0.02%、0.04%。

該企業(yè)燒結(jié)工序廢氣二氧化硫污染治理技術(shù)采用石灰-石膏法脫硫，脫硫效率為90%。本文以廢氣中二氧化硫為例，說明該企業(yè)200 m2燒結(jié)機(jī)二氧化硫產(chǎn)生量、排放量的計算方法。

3.1 排污許可證實際排放量核算方法

根據(jù)鋼鐵工業(yè)排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范，鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序為主要排口，實際排放量核算方法采用自動監(jiān)測實測法，根據(jù)該企業(yè)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，1號、2號燒結(jié)機(jī)機(jī)頭2017年排放二氧化硫平均濃度分別為70.11 mg/m3、73.52 mg/m3，年排放二氧化硫量分別為227.38 t、281.00 t。

3.2 污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)法(物料衡算法)

根據(jù)第二次全國污染源普查燒結(jié)工序產(chǎn)污系數(shù)，具體見表1。

由表1中可知，燒結(jié)工序所產(chǎn)生的二氧化硫的產(chǎn)污系數(shù)計算公式為：

S二氧化硫= 2 ×(M含鐵料×S含鐵料+M固燃×S固燃

-1000×S燒結(jié)礦)

(4)

式(4)中，S二氧化硫為二氧化硫產(chǎn)污系數(shù)，M含鐵料、M固燃分別為單位合格產(chǎn)品的含鐵料、固態(tài)燃料消耗量，S含鐵料、S固燃分別為原料、固態(tài)燃料的平均含硫率；S燒結(jié)礦為合格燒結(jié)礦的平均含硫率。

表1 主要污染源產(chǎn)排污系數(shù)核算參數(shù)

根據(jù)企業(yè)相關(guān)信息可計算出，1號、2號燒結(jié)機(jī)產(chǎn)生二氧化硫的系數(shù)分別為：

S1=2×(151.941×10000×0.03%+45402.85×0.38%+50556.25×0.56%-165.718×10000×0.02%)×1000/1657180 = 0.70 kg/t-燒結(jié)礦

S2=2×(134.725×10000×0.03%+40997.44×0.38%+44388.27×0.56%-146.98×10000×0.04%)×1000/1469800 = 0.71 kg/t-燒結(jié)礦

3.2.1 二氧化硫產(chǎn)生量計算

由相關(guān)數(shù)據(jù)計算可得，1號、2號企業(yè)燒結(jié)機(jī)二氧化硫的產(chǎn)污系數(shù)分別為：0.70 kg/t燒結(jié)礦、0.71 kg/t燒結(jié)礦。二氧化硫產(chǎn)生量為各燒結(jié)機(jī)產(chǎn)污系數(shù)與燒結(jié)礦用量的乘積，即：

二氧化硫產(chǎn)生量 = 二氧化硫產(chǎn)污系數(shù)×燒結(jié)礦用量

故1號、2號燒結(jié)機(jī)二氧化硫的產(chǎn)生量分別為1160.03 t、1043.56 t。

3.2.2 二氧化硫去除量計算

①查找治理技術(shù)平均去除效率：該企業(yè)二氧化硫治理技術(shù)采用石灰石-石膏法，在主要產(chǎn)品為燒結(jié)礦、主要原料為煤炭、鐵礦石，主要工藝為帶式燒結(jié)機(jī)、生產(chǎn)規(guī)模為180～360 m2的四同組合下，對應(yīng)查詢石灰石-石膏法的平均去除效率為85.54%。

②計算污染治理技術(shù)實際運行率：根據(jù)產(chǎn)污系數(shù)組合查詢結(jié)果，該組合中石灰石-石膏濕法脫硫措施對應(yīng)的污染治理設(shè)施實際運行參數(shù)分別為：脫硫設(shè)施實際投運時間、機(jī)組實際運行時間。

根據(jù)查詢結(jié)果，該組合中石灰石-石膏濕法對應(yīng)的污染治理設(shè)施實際運行率計算公式為：

k=脫硫設(shè)施實際投運時間/設(shè)施實際投運時間

獲取企業(yè)實際填報情況如下：該企業(yè)2017年脫硫設(shè)施除塵設(shè)備運行時間分別為7297、6514 h/a，機(jī)組實際運行時間7297、6514 h/a。由此計算，該企業(yè)的石灰石-石膏濕法設(shè)備實際運行率均為1。

③計算二氧化硫去除量：

P減=P產(chǎn)·k·η

(5)

1號、2號燒結(jié)機(jī)二氧化硫去除量分別為:

P1減=1160.03×85.54%×1=992.29 t；

P2減=1043.56×85.54%×1=892.66 t。

3.2.3 二氧化硫排放量計算

污染物排放量 = 污染物產(chǎn)生量-污染物去除量1號、2號燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量分別為167.74 t、150.9 t。

3.3 大氣源清單系數(shù)法

根據(jù)大氣源清單污染物排放量計算公式：

E=A×EF×(1-η)

(6)

式(6)中，A為燒結(jié)礦產(chǎn)量；EF為大氣污染物產(chǎn)生系數(shù)；η為污染控制措施對污染物的去除效率；根據(jù)《城市大氣污染源排放清單編制技術(shù)手冊》附錄中提供的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，EF=1.34 kg/t產(chǎn)品；η為石灰石-石膏法，數(shù)值為80%，由此可計算該企業(yè)1號、2號燒結(jié)機(jī)二氧化硫的排放量分別為：

S1=165.718×1.34×(1-0.8)=444.12 t；

S2=146.98×1.34×(1-0.8)=393.91 t。

4 計算結(jié)果

該企業(yè)1號、2號燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量計算結(jié)果見表2。

表2 各種方法二氧化硫排放量計算結(jié)果

5 分析與討論

(1)根據(jù)結(jié)果對比分析可知，污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)法(物料衡算法)<排污許可證實際排放量核算法<大氣源清單系數(shù)法。

(2)排污許可證實際排放量核算法不確定性分析。排污許可實際排放量核算采用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，2017年在線監(jiān)測系統(tǒng)中存在個別異常值，對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生小幅影響。

(3)污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)法(物料衡算法)結(jié)果不確定性分析。普查物料衡算法計算結(jié)果偏小，通過對比可知，影響普查計算結(jié)果的主要因子為鐵礦石的含硫量、以及燒結(jié)礦的含硫量。企業(yè)填報鐵礦石含硫量數(shù)值偏小是導(dǎo)致結(jié)果偏小的主要原因。

普查系數(shù)法要求鐵礦石含硫量應(yīng)填報2017年中相應(yīng)燒結(jié)機(jī)用于生產(chǎn)燒結(jié)礦所實際消耗鐵礦石含硫量的加權(quán)平均值。企業(yè)目前多采用外礦與國內(nèi)礦混合使用，一般外礦中含硫量較低為0.02%，國內(nèi)礦含硫量較高為0.2%～0.4%。在實際填報中，企業(yè)無法對每批次進(jìn)入燒結(jié)機(jī)的鐵礦石進(jìn)行精準(zhǔn)的加權(quán)平均計算，該企業(yè)按照鐵礦石平均含硫量估值為0.03%計算，存在填報數(shù)值偏小的可能。

每批次燒結(jié)礦的含硫量與原料鐵礦石的含硫量密切相關(guān)，企業(yè)一般不對燒結(jié)礦的含硫量進(jìn)行檢測，該企業(yè)燒結(jié)礦含硫量按照推薦數(shù)據(jù)0.02%進(jìn)行估取，對計算結(jié)果的不確定性產(chǎn)生一定影響。

(4)大氣源清單系數(shù)法不確定性分析。源清單計算中采用《手冊》推薦的通用排放系數(shù)，系數(shù)適用于全國平均水平。由于不同地區(qū)環(huán)境管理要求不同，企業(yè)采用原材料和生產(chǎn)工藝不同，通用系數(shù)不能很好反映該企業(yè)污染源排放特征，計算結(jié)果偏大，需要結(jié)合環(huán)統(tǒng)、實測數(shù)據(jù)、物料衡算等進(jìn)行質(zhì)量約束，直接使用不確定性較大。

(5)排污許可證實際排放量核算法中2號燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量大于1號燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量。說明在相同規(guī)模、相同工藝情況下，燒結(jié)機(jī)采用不同含硫量的原料和燃料，對二氧化硫排放會產(chǎn)生較大影響。

(6)該企業(yè)2臺200 m2燒結(jié)機(jī)二氧化硫排放量采用3種方法進(jìn)行計算，誤差均為合理范圍內(nèi)，最終采用排污許可實際排放量的核算結(jié)果，即采用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果較為可信。