陶粒窑大气污染物排放限值研究

崔敬轩 聂卿 邸杨 吴曦 何捷

（中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024）

陶粒是一种外观形状多样的陶制人造轻集料[1]，近年来被广泛应用于建筑材料、环保材料和绿化材料等[2-4]。按原料主要来源可分为黏土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒等；按生产工艺可分为烧结陶粒和免烧陶粒。由于免烧陶粒不经过焙烧过程，相对于高温烟气，对大气污染较小，本文主要讨论烧结陶粒生产过程中大气污染物排放限值要求。

1 烧结陶粒生产工艺及产排污节点

烧结陶粒制备工艺主要包括：原料制备-陈化-搅拌-造粒-焙烧-冷却-筛分。工艺流程及产污节点见图1。

图1 烧结陶粒工艺过程及产排污情况

生产工艺说明：1）原料制备：将页岩等原材料破碎筛分至需要的粒径，并进行混合和搅拌。2）陈化：搅拌好的混合料送到陈化堆场进行堆存。3）搅拌+造粒：经计量后，利用搅拌机将混合料充分搅拌，送至造粒机进行造粒。4）整形筛分+焙烧：产出的颗粒料球由皮带输送机送入整形筛分机，圆整处理后，小颗粒被筛出，合格的颗粒球被送入炉窑进行预热和焙烧。5）冷却：自然冷却。6）成品筛选：将成品筛分为不同粒度的产品，该过程会产生筛分粉尘。7）包装入库：利用陶粒成品打包装置进行打包，入库待售。

大气污染物排放情况如下：

1）原料破碎搅拌颗粒物

所用生产原料多为块状，需经破碎使其粒径达到生产要求，破碎过程中会产生一定量的颗粒物有组织排放和无组织排放。

2）陶粒筛分、造粒颗粒物

陶粒在造粒、筛选加工过程中会产生颗粒物有组织排放和无组织排放。

3）烧结废气

焙烧过程中产生的烧结废气主要包括燃料燃烧和陶粒自燃，其中燃料燃烧废气主要污染因子为颗粒物、SO2和NOx等，陶粒自燃废气主要污染因子包括烟尘和氟化物。

此外，原料堆场、输送、装卸等过程中也会产生颗粒物无组织排放。

2 烧结陶粒大气污染物排放标准

2.1 国家标准

根据我国现行污染物排放标准体系，陶粒窑大气污染物排放执行的国家标准是GB 9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》[5]，陶粒窑大气污染物排放浓度限值见表1和表2。

表1 大气污染物排放浓度限值（单位：mg/m3（烟气黑度除外））

表2 有害污染物最高允许排放浓度（单位：mg/m3）

就当前的环境管理需求，该标准存在以下问题：

1）缺乏行业针对性

其他炉窑种类繁多，陶粒窑只是其中一种，不同窑型污染物特别是氮氧化物排放差距较大。现有标准没有针对陶粒窑提出相应的管控要求。

2）特征污染物控制项目设置不全

现行通用工业窑炉大气污染物排放标准缺乏部分特征污染物控制要求，不利于行业污染物控制。例如，陶粒窑的主要污染物之一是氮氧化物，但GB 9078-1996并未对氮氧化物提出管控要求。

3）排放限值指标严重滞后

现行工业窑炉标准发布实施距今二十余年，技术内容与当前环保形势不适应，控制水平落后，对行业技术进步的起不到促进作用。近年来，我国烧结陶粒无论是生产规模还是生产工艺技术都有了质的飞跃，特别是重点地区和城市在窑炉的污染治理方面投入极大，取得了显著效果，其排放水平大大优于现有排放标准。继续沿用现有标准不利于促进行业技术进步。

4）难以满足环境保护管理和执法工作的需要

现行标准缺乏部分特征污染物，指标宽松，针对性不强，难以满足环境保护管理和执法工作的需要。

此外，由于粉煤灰、尾矿、淤泥和污泥等固废的主要化学成分(含SiO2、Al2O3)与黏土或页岩相似，是一类理想的陶粒生产原料，且适应市场对于轻质建材、环保材料的重大需求，符合国家发展战略，又可获得良好的经济和社会效益[6-8]，因此利用固废生产陶粒的企业越来越多，同时也带来一定的环境风险。

固废制备陶粒的环境风险包括两类，一是烧结过程中固体废物中的有机污染物、易挥发或半挥发无机污染物进入烟气并进而被释放到大气中；二是固体废物中的重金属等无机污染物多数会留在陶粒产品中，陶粒的烧结温度远低于水泥，因此陶粒对重金属的固化作用也远低于水泥，在使用过程中，受酸雨、空气中CO2等影响，重金属等污染物很可能经雨水浸泡后释放到环境中，随雨水流入地表径流、渗入地下水、污染土壤，影响环境和人体健康。

目前尚无针对固废制备烧结陶粒的大气污染控制的相关标准或技术规范，这也是行业和有关部门急需讨论和研究的问题。

2.2 地方标准

在国家环保政策要求越来越严格的情况下，河南、山东、河北、江苏、天津、重庆、上海等省份也分别制修订了各省的工业炉窑大气污染物排放地方标准，颗粒物、二氧化硫和氮氧化物排放限值对比情况见表3。

表3的排放标准中，只有河南省工业炉窑大气污染物排放标准（DB41/ 1066-2020）[9]和山东省建材工业大气污染物排放标准（DB37/ 2373-2018）[10]明确了陶粒工业，其他标准中均为其他炉窑；除常规大气污染物外，山东省要求控制陶粒工业氟化物，以总F计氟化物的排放限值为3mg/m3，河南省、河北省[11]和江苏省[12]则以特征污染物的形式规定了工业炉窑排放氟化物的标准限值为6mg/m3；河南省和山东省的地方标准含氧量为18%，河北省和天津市[13]的地方标准含氧量为8.6%，江苏省、重庆市[14]和上海市[15]的地方标准含氧量为9%。可见，江苏省和上海市的颗粒物排放限值最严，江苏省、天津市、重庆市主城区和上海市二氧化硫控制水平相当，较为严格，氮氧化物控制以江苏省最严。

表3 各省市常规污染物排放限值对比（单位：mg/m3）

可见，含氧量对企业执行排放标准影响较大，企业可通过提高生产系统的密封性、合理设置煅烧工艺参数等措施尽量降低陶粒窑含氧量，以实现最低成本确保达标排放。

3 结论与建议

本文分析了我国陶粒窑大气污染物执行的排放标准，提出以下针对性的对策建议：

1）目前我国烧结陶粒烟气执行GB 9078-1996，由于年代久远，污染物控制指标不全，排放限值较目前可达到的控制水平宽松，不利于环境管理和行业绿色可持续发展。各省市根据实际情况制定了本地的工业炉窑大气污染物排放标准或出台了相关的政策要求，但还没有针对陶粒窑的行业标准或技术规范。建议修订国家排放标准，收严排放限值；出台陶粒窑的行业排放标准或污染控制技术规范。

2）陶粒生产企业为实现低成本达标排放，应尽量采取措施降低炉窑氧含量。