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引言
联合国环境规划署(UNEP)发布的《2013年全球汞评估报告》[1]指出,2010年全球人为汞排放量约为1960t,其中水泥行业的汞排放是继手工小规模采金、燃煤以及金属冶炼之后的第四大人为汞排放源,占到人为汞排放的9%。根据中国环科院研究结果分析,估算我国水泥行业汞年排放量约为89~144t,是继燃煤和有色金属冶炼之后的第三大汞排放源。
由于汞污染对人类及环境造成的危害十分严重,世界上许多国家和地区针对水泥工业的汞排放都制定了相应的法律法规。2010年8月,美国《危害性污染物国家排放标准》(NESHAP)正式立法颁布,该标准以水泥窑30天平均汞排放为基准,规定2010年前所建水泥厂排放标准为8~13μg/m3,2010年后所建水泥厂排放标准为3~5μg/m3[2],欧盟、韩国、印度和澳大利亚水泥厂汞排放限值分别为50μg/m3、100μg/m3、200μg/m3和1000μg/m3[3]。2013年底我国颁布的《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915—2013)和《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》(GB30485—2013)中将Hg及其化合物与SOx、NOx和颗粒物并列为水泥行业限制排放的污染物之一,最高允许排放浓度限制为50μg/m3[4-5]。
目前,全球水泥工业对汞的控制主要有以下几个方面的措施:第一类是对原燃料进行控制;第二类是采用窑灰外排技术进行控制;第三类是利用现有污染物控制措施协同控制;第四类是利用专门技术进行控制。本文将分别对其进行介绍,并提出最佳可行性技术,为水泥行业的汞减排提供参考。
1对原燃料进行控制
原燃料是汞污染的源头。仔细筛选和控制进入水泥窑的原燃料,对减少汞的排放有很重要的意义[6]。水泥生产的原料主要指石灰质原料、黏土质原料、校正原料以及外加剂,还可以利用低品位原料和工业废渣。燃料主要是煤。我国《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》(HJ662—2013)规定入窑物料(包括常规原料、燃料和固体废物)中汞的最大允许投加量不应大于0.23mg/kg熟料[7]。但是我国水泥生产原料和燃料中的汞含量数据还比较少,张乐[8]测试了某生产线石灰石、生料和熟料的汞含量,分别为20ng/g、15ng/g、1ng/g;王起超[9]等测试出我国煤中的汞平均含量约为0.22mg/kg,高于世界煤炭平均汞含量0.13mg/kg。国外水泥生产原燃料汞含量见表1。
从表1可见,不同原材料的汞含量差别很大,相同的原材料汞含量差别也很大。水泥工业石灰质原料到水泥原料的75%~80%,从表1可知石灰质原料汞含量差别较大,因此在水泥厂选址及石灰石开采过程中应对石灰石中的汞含量进行定期监测。下水道污泥中汞含量很高,因此当水泥厂协同处置污泥时,应对污泥的处置量进行限制。不同类型的煤汞含量差别较大,应尽量选择低汞煤作为燃料,对于高汞煤应进行一定的预处理方可用作水泥生产的燃料。其他原料一般是从产地购买后运输至水泥厂,可以采用低汞材料,某些材料比如窑灰汞含量有较大的变化,在使用时应对其进行仔细选择。通常,水泥厂会对其所使用的原燃料进行详细说明,包括对汞的限制进行说明,通常会规定原燃料的分析周期,当更换原燃料时确保其在限制范围内[17]。
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