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物料衡算法在污染型项目环评工程分析中的应用

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年7月13期作者：陈静

[导读] 物料衡算法是指根据质量守恒定律，利用物料数量或元素数量在输入端与输出端之间的平衡关系，计算确定污染物单位时间产生量或排放量的方法。本文选取实际工作中的两个案例阐述物料衡算法在项目环评工程分析中的应用。

广州市环境保护工程设计院有限公司陈静 510115

摘要：物料衡算法是指根据质量守恒定律，利用物料数量或元素数量在输入端与输出端之间的平衡关系，计算确定污染物单位时间产生量或排放量的方法。本文选取实际工作中的两个案例阐述物料衡算法在项目环评工程分析中的应用。
关键词：环境影响评价工程分析物料衡算法
        前言
        环境影响评价报告中工程分析章节为报告的重中之重，决定了评价的针对性、合理性和准确性，其作为环境预测和评价的基础，贯穿于整个评价工作的全过程。而工程分析中的污染物排放情况为工程分析的主要目的，是后续污染控制措施、环境影响预测、污染物总量控制的基础。工程分析一般有类比分析法、实测法、实验法、物料平衡计算法等分析方法。其中，物料衡算法具有一定的针对性及可操作性，在污染型项目环境影响评价中应用较为广泛。
        一、物料衡算法概述
        物料衡算法是根据质量守恒定律，在某一生产流程之中，投入该生产流程的原材料质量必须等于该系统产出物质的质量，即等于所有的产品的质量和生产中物料流失质量的总和。物料衡算法示意图如下图1所示：

图1 物料衡算法示意图
此外，物料衡算法计算通式如下：

        上式中，∑G投入—投入物料总量；∑G产品—所有产品总量；∑G流失—物料流失总量。物料衡算
        法既可用于一个项目完整生产过程的总体物料平衡，也可应用在某项目生产过程中的任意一个步骤或某一生产设备单一工序的局部衡算中。
        二、实际案例分析
        本文选取某陶瓷厂工程分析中计算SO2排放量和某橡胶配件厂工程分析中计算硫元素平衡作为案例，进一步阐述物料衡算法在项目环评工程分析中的应用。
        案例1：某陶瓷厂SO2排放量计算
        根据企业基础资料，该陶瓷厂每年送入煤气发生炉内的煤块为26869t，其含硫量为0.65％。煤块经过煤气发生炉后，一部分产生炉灰渣4299t/a，其含硫量为0.12％。另一部分煤块用于产生煤气，产出的煤气经过管线后，一部分进入窖炉以S02的形式经过75％的脱硫装置排入大气，另一部分煤气进入喷雾塔后，经过脱硫率为75％的脱硫装置后以S02的形式排出。最后一部分煤块生成焦油1075t/a，其含硫率为0.54％。
        此外，该项目引入水煤浆1951t/a，其含硫量为0.36％。水煤浆进入喷雾塔后，部分产生炉灰渣312t/a，其含硫量为0.12％；另一部分以S02的形式排出，经过脱硫率为75％的脱硫装置后排出。
        在本案例中，排入大气的物质是SO2，留在系统中的物质是炉渣和焦油。所运用的物料衡算法是根据生产体系中的硫质量守恒，通过对系统中硫的去留进行分析计算，从而得到排入大气中的S02的量。
        根据物料衡算法计算通式∑G投入=∑G产品+∑G流失，在本案例中，∑G投入是生产原料中煤块含硫量及水煤浆含硫量之和，∑G产品是灰渣及所产焦油中的含硫量之和，∑G流失则是该陶瓷厂排放S02总量。
        则SO2的年排放量为：
        ∑G流失=（∑G投入-∑G产品）×（1-75%）×2
        即：∑G流失=[（煤块×含硫率+水煤浆×含硫率）-（炉渣×含硫率+焦油×含硫率）] ×25%×2
        再将案例中的各已经数据代入上式，求得本项目SO2年排放量∑G流失=[（26869t×0.65%+1951t×0.36%）-（4611t×0.12%+1075t×0.54%）] ×25%×2=85.17t
        案例2：某橡胶配件厂硫元素平衡计算
        某橡胶配件厂主要生产管道密封圈、门窗密封条、橡胶管等橡胶配件，按使用原辅材料可分为天然橡胶与丁苯橡胶精细胶混合产品、三元乙丙橡胶产品、丁腈橡胶产品和硅橡胶产品。橡胶产品的生产主要涉及密炼、开炼、硫化成型、二次硫化等工序。
        项目生产过程中的硫主要来自于橡胶、硫磺、促进剂等原辅材料。天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶的含硫量约为0.5%，硅橡胶混炼胶、精细胶（再生胶）的含硫量约为1.0%。促进剂M含硫率约为38.34%，促进剂DM含硫率约为38.57%，促进剂CZ含硫率约为24.25%，促进剂TMTD含硫率约为53.34%，硫磺粉含硫率约为98%。
        在橡胶制品生产过程中，硫去向主要为：
        （1）进入产品，硫磺气化温度为700℃，在硫化工序175℃的温度下，基本不发生气化和反应，转入产品中，促进剂加热减量<0.3%，大部分硫元素转入产品；
        （2）进入固体废弃物，裁切胶工序产生的裁切胶边角料、修边工序产生的水口废料、检验工序产生的不合格品含硫。
        综上，根据项目主要生产资料及以上参数，得出硫元素的进项∑G投入是生产原料中各原料含硫量之和，∑G产品是各类橡胶配件产品的含硫量之和，∑G流失则是产生的固废含硫量之和，最终得出该项目生产过程硫元素投入-产出平衡情况见下表1。

         三、结论及展望
        综上，在污染型项目环境影响评价工程分析中，尽管物料平衡法的运用需要丰富的知识底蕴，上手的难度较大，但其运用范围较为广泛，限制要求相对较少，值得我们环评工作者认真学习掌握。
        目前，在环评实际工作中，各参数基本为评价人员根据现有论文或按物料的理化性质确定，较为理论化和理想化。在实际生产中，操作条件的变动很容易造成各工艺参数的变化，从而引起三废产生量的变化，导致环评数据失真。
        为提高环评数据的准确度，建议环评报告工程分析内容可采取实测法、实验法与物料衡算法相结合的方式，根据相同或相似的企业的实际生产情况确定关键参数，再通过物料平衡法确定入方及出方，以推算出污染物的产生情况，从而大大提高我们核算工作的准确度。
参考文献：
[1] HJ 2.1-2016，环境影响评价技术导则总纲[S].
[2]王燕，黄永刚等．基于物料衡算法的复杂化工过程产排污量核算软件的开发及应用[J]．环境保护科学，2010，36(2)：96-99.
[3]王健超. 环境影响评价中污染物源强计算方法的对比研究. 东北林业大学，2013.