物料衡算法在工业源污染物排放量核算中的应用探讨

物料衡算法在工业源污染物排放量核算中的应用探讨

作者：路学军,展卫红

来源：《科学之友》2009年第33期

摘要:物料衡算法是污染源普查技术规定的污染物排放量核算方法之一,但对物料衡算法的方法技巧缺乏深入全面的归纳和总结,难以被基层污染源普查人员掌握运用。在分析存在问题的基础上,结合排污量核定实践总结进行物料衡算的一些技巧,提出通过策略性的手段提高调查数据可信度的观点。

关键词:污染源普查;物料衡算;污染物排放量

中图分类号:F270.7 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)33-0153-03 1概述

《第一次全国污染源普查技术规定之三——工业源及集中式污染治理设施普查技术规定》明确要求:“物料衡算法核算污染物的产生量和排放量是普查技术规定的污染物排放量核算方法之一”。

连云港市地处江苏省苏北地区,工业经济基础薄弱,工业企业规模小、种类多,大部分企业都没有污染源监测数据,而且受原料、产品、生产工艺、生产规模、末端治理技术差异的影响,部分企业无法采用产排污系数法核算污染物的产生量和排放量,只能采取物料衡算法核算污染物的产生量和排放量。 2物料核算法定义和方法

物料衡算法是指根据物质质量守衡原理,对生产过程中使用的物料变化情况进行定量分析的一种方法。即:投入物料量总和=产出物料量总和=主副产品和回收及综合利用的物质量总和+排出系统外的废物质量(包括可控制与不可控制生产性废物及工艺过程的泄漏等物料流失)。采用物料衡算法核算污染物产生和排放量时,应对企业生产工艺流程和能源、水、物料投入、使用、消耗情况进行充分调查、了解,从物料平衡分析着手,对企业的原材料、辅料、能源、水的消耗量、生产工艺过程进行综合分析,使测算出的污染物产生量和排放量能够比较真实地反映企业在生产过程中的实际情况。[1]

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物料衡算可以按需要,围绕整个生产过程、单元操作、反应过程、设备的某一部分或设备的微分单元进行,这种为进行物料衡算所取的生产过程中某一空间范围称为控制体。[2]根据质量守恒定律,通过物料衡算,可以得知进入控制体的物料质量和组成与离开控制体的物料质量和组成之间的关系。

为进行物料衡算,首先按分析的需要划定控制体,再选定衡算的物料质量基准,根据质量守恒定律,对任一组分可以得到如下关系式:

进入控制体的某组分质量+该组分在控制体内生成(或消失)质量=该组分离开控制体质量+该组分在控制体内累积质量

对于连续生产的定态化工过程,控制体内的一切状态参数、物料的物理性质等均不随时间而改变,故其中不会有物料质量的累积。控制体内产生(或消失)的物料质量,由化学(反应)计量方程决定。[3]对于不发生化学反应的连续定态过程,上式可以简化为:进行物料衡算,可以建立三类方程,即物料衡算方程、同一物流各组分含量间关系(如摩尔分数之和为 1)和控制体的约束条件。物料衡算方程可以按物料中所含组分写出,也可按物料总量写出,但只有NC个方程是独立的。[3]控制体的约束条件须视具体对象而定,例如两物流以一定比例进入混合器混合,对混合器进行物料衡算时,给定两物流的比例即为一个约束条件。因此,独立方程数目将等于Nc+NS(物流数目)+Ne(控制体的约束条件数目)。物料衡算可以求解与独立方程数目相同的未知量。 综上所述,物料衡算的步骤有:①作控制体的流程图,给进出边界的物流编号。根据选取的衡算物料质量基准,在图上注明各已知的物料质量和组成,给待求未知量标以相应的符号。②列出各独立方程,校对独立方程数目是否与未知量数目相等。③解方程组求出各未知量。如果参与过程的物料中,有一个或数个组分(或元素)的质量在进料和某个出料中不发生变化,这种组分称为联系物或惰性组分。找出过程中的联系物,可使物料衡算变得较为方便。 3物料核算法核算污染物产排量应用实例 3.1生产工艺

某公司主要产品为三氟氯氰酸,生产规模为600 t/年,以贲亭酸甲酯和三氯三氟乙烷为原料,经加成反应、环化、皂化、酸析得到三氟氯氰酸。

在反应釜中投入贲亭酸甲酯、叔丁醇和硫酸铜,升温后滴入三氟三氯乙烷进行加成反应,反应结束后蒸馏脱溶,得加成物,溶剂回收套用,加成物进行过滤,过滤出催化剂(硫酸铜)。 将叔丁醇和金属钠在反应釜中反应生成叔丁醇钠,加入环已烷、二甲基乙酰胺混合形成混合溶剂,对混合溶剂进行冷冻并滴入加成物,利用加成物自身环化的特点生成环合物。环化反应结束后进行脱溶,溶剂套用。

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将环合物投入反应釜中加热并滴入片碱、甲醇溶液进行皂化反应,反应结束后离心分离得皂化物。在离心分离的残液中加入氯化钙并蒸馏,冷却回收的甲醇套用,氯化钠、氯化钙和水形成副产品制冷液。

离心的皂化物加入盐酸,析出三氟氯氰酸,离心分离得粗品,废水进厂区污水站处理。 粗品在甲醇溶液中精制,离心分离后得成品,甲醇溶液可多次套用。 3.2物料平衡计算过程

根据生产工艺流程和原辅材料消耗量进行物料平衡计算,计算结果见表1和图1。 4运用物料衡算法核定污染物排放量的技巧

运用物料衡算进行污染物产排量的核算是将工业污染源的排放、生产工艺管理、资源(原材料、水、能源)的综合利用和环境治理有机结合,系统地全面地研究生产过程中污染物的产生、排放的一种定量分析方法。灵活运用物料衡算法需要掌握一定的技巧。 4.1合理选择衡算界面和进行衡算的元素、物质和物料

物料衡算适用于整个生产过程的总的物料平衡,也适用于生产过程中某一局部生产过程的物料平衡,适用于总物料也适用于某一元素和物质。为弄清楚某种污染物的产生量或排放量,要利用好已有的数据和资料,特别是排污单位生产经营长期进行监控的分析指标。合理选择衡算界面和基准物主要考察选择的生产单元和进行衡算的物质在进行污染物产生与排放计算时是否资料易收集、数据可信度有保证、需补充测试的数据少,且稳定易测,计算简便快捷。 4.2关键性指标通过必要的实测来提高物料衡算的客观合理性

运用物料衡算法进行污染物排放量核算的可靠性决定于少数关键性指标,在实际计算中常把生产过程的物料守恒关系概化为流失量=投入物料量-回收物料量,基于此在长期实践中形成了燃料废气量、二氧化硫、烟尘、氮氧化物及污染物去除率等公式,运用已有的物料衡算公式关键在于结合实际情况确定公式中的参数。如计算二氧化硫排放量使用的燃煤、重油、原料用量和硫份,直接影响物料衡算结果,应将这些指标的检查抽测纳入污染源监督检查范围,通过较多数据积累确保核算结果的客观准确。

参考文献

1 陆新元、田为勇.环境监察[M].北京:中国环境科学出版社,2002(10)

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2 毛应淮、刘定慧.工业污染源现场检查执法指南[M].北京:中国环境科学出版社,2003(9) 3 倪永年.化学计量学在分析化学中的应用[M].北京:中国化学工业出版社,2004(9)

The Discussion of Material Balance Method at Industrial Sources Pollution Emissions Accounting Application Lu Xuejun,Zhan Weihong

Abstract: Material balance algorithm are the technical requirements census sources emissions from one accounting method, but the material balance algorithm skills lack of depth and

comprehensive summary and conclusion, it is difficult for the grass-roots sources to master the use of census staff. In analyzing the problem exist, based on the combination of emissions authorized to carry out the practice of summing up a number of material balance techniques, seeking approval of a strategic means to enhance the credibility of the opinion survey data.

Key words: Pollution Source Census; Material Balance Method; Pollution Emissions