當(dāng)前，由于大量化石燃料的使用，導(dǎo)致環(huán)境污染和氣候變化，使現(xiàn)有的各種資源如水、糧食、土地以及能源等都面臨著風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成了重大影響．密集烤房是現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施．密集烤房的集群連體建設(shè)不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代煙草對(duì)規(guī)?；?、專(zhuān)業(yè)化烘烤的要求，而且烘烤用工明顯減少，煙葉質(zhì)量得到穩(wěn)步提高，10座、50座甚至200座以上的烤房群已成為我國(guó)當(dāng)前烤煙烘烤的主體．目前，我國(guó)煙葉烘烤的熱量來(lái)源以煤炭為主．相關(guān)研究認(rèn)為，煙葉烘烤是大量耗熱的過(guò)程，密集烤房在燃煤供熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵、碳氧化合物、硫化合物等，造成環(huán)境污染，硫生成的SO2或硫酸會(huì)對(duì)燃燒設(shè)備的金屬表面造成腐蝕;空氣中SO2濃度偏高對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)品質(zhì)量以及人體健康均有不利影響;其排放后的酸沉降對(duì)土壤結(jié)構(gòu)、微生物以及森林植被等產(chǎn)生不利影響．“節(jié)能減排、省工降耗"已成為相關(guān)研究者的關(guān)注焦點(diǎn)．以集中供熱技術(shù)代替“一房一爐、單爐單烤"可以減少燃煤量控制污染氣體排放;利用太陽(yáng)能、電能和生物能(沼氣)等潔凈能源代替煤炭燃燒的供熱方式可以實(shí)現(xiàn)碳的．以往的研究主要集中在探索可再生資源或清潔能源以實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤的節(jié)能減排，但由于各方面原因，其一直處于試驗(yàn)示范階段，并不能全面推廣．而且關(guān)于烤煙烘烤過(guò)程中密集烤房燃煤污染氣體排放及其對(duì)周?chē)h(huán)境的影響鮮有報(bào)道．因此，本試驗(yàn)在2010年對(duì)單座密集烤房煙囪氣體成分及其含量進(jìn)行了分析，2011年以密集烤房群為基點(diǎn)，對(duì)燃煤添加固硫劑后SO2排放和擴(kuò)散規(guī)律，以及烤房群周?chē)臻g環(huán)境SO2濃度變化進(jìn)行研究，旨在探索高效可行的“節(jié)能減排"方式，為建設(shè)環(huán)境友好型現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)．
1材料與方法
1.1試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)于2010—2011年7—10月在云南省曲靖市羅平縣羅雄鎮(zhèn)烘烤四工場(chǎng)進(jìn)行．該工場(chǎng)共有密集烤房220座，并排連體布局，占地面積3．33×104m2．每年7—10月為烤煙烘烤期，烤房運(yùn)行率90%以上．
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.2.1密集烤房煙囪出口氣體監(jiān)測(cè)2010年對(duì)正在烘烤的標(biāo)準(zhǔn)密集烤房(規(guī)格8．0m×2．7m×3．6m)周?chē)諝鉁囟?、煙囪出口氣體溫度、O2、CO2、NO、NO2、NOx、SO2質(zhì)量濃度等進(jìn)行測(cè)定;2011年，采用標(biāo)準(zhǔn)密集烤房2座，共設(shè)置2個(gè)處理:對(duì)照(CK)，燃料為型煤;處理T，燃料為添加固硫劑的型煤，其中，固硫劑的添加比例為4．0%．各處理煤質(zhì)和煙葉素質(zhì)基本一致，裝煙密度65kg·m－3，采用三段式烘烤工藝正常烘烤．在中部葉(9～12位葉)進(jìn)行烘烤時(shí)，分別于烘烤過(guò)程中的關(guān)鍵溫度點(diǎn)(變黃期38℃和42℃、定色期47℃和54℃以及干筋期68℃穩(wěn)溫時(shí))對(duì)空氣溫度、煙囪出口氣體溫度、O2、CO2、NO、NO2、NOx、SO2質(zhì)量濃度等進(jìn)行測(cè)定．
1.2.2密集烤房群周?chē)h(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置根據(jù)羅平縣2011年7—10月的風(fēng)向玫瑰圖可知:靜風(fēng)的頻率為10．4%，風(fēng)向主要為東北和東南，風(fēng)速為2.6m·s－1，主導(dǎo)風(fēng)向不明顯．因此，本研究的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在烤房群的西北方向，基本覆蓋烤房群的下風(fēng)向．按照《環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的布點(diǎn)原則，并結(jié)合環(huán)境功能區(qū)為主、兼顧均布性，在密集烤房群西北方向的水平距離10、30和50m處設(shè)置3個(gè)水平監(jiān)測(cè)位點(diǎn)．為了尋求烘烤季節(jié)烤房群運(yùn)行對(duì)周?chē)r(nóng)作物的影響，在水平方向距離烤房群100m、150m、200m(敏感區(qū))、300m(敏感區(qū))、400m(敏感區(qū))處再設(shè)置5個(gè)水平位點(diǎn)．在烤房群50m處設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在此3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上分別設(shè)置5個(gè)垂直位點(diǎn)，即距離地面0．3、0．5、1．0、1．6和2．0m．同時(shí)在烤房群上風(fēng)向設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)，作為空白對(duì)照．于2011年8月每天8:00、10:00、14:00、16:00進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)50min．
1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法采用德國(guó)ecom-J2KN多功能煙氣分析儀對(duì)密集烤房運(yùn)行時(shí)煙囪氣體進(jìn)行檢測(cè);由河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司對(duì)所用煤炭煤質(zhì)進(jìn)行分析;固硫劑固硫效率的計(jì)算公式為:固硫效率=(對(duì)照SO2排放量－處理SO2排放量)/對(duì)照烤房SO2排放量×99%．采用大氣采樣器(多孔玻璃吸收管)現(xiàn)場(chǎng)采樣，根據(jù)文獻(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)大氣SO2含量進(jìn)行檢測(cè)．
1.4數(shù)據(jù)處理采用MicrosoftExcel2003和SPSS17．0軟件分別進(jìn)行繪圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析;采用大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)1．3．1．0Aermod空氣擴(kuò)散模型測(cè)算SO2質(zhì)量濃度;采用大氣環(huán)境防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序(Ver1.1)計(jì)算大氣環(huán)境防護(hù)距離．
2結(jié)果與分析
2.1密集烤房烘烤過(guò)程煙囪出口氣體成分的變化
密集烘烤過(guò)程烤房外空氣溫度范圍為28．64～33．60℃;煙囪出口排放的氣體溫度為52．94～63．37℃，隨著烘烤的進(jìn)行呈先增加(值為54℃)后下降的趨勢(shì)．煙囪排放出的氣體中，O2含量在38℃時(shí)，42℃及以后各溫度點(diǎn)之間差異不明顯．CO2含量在38℃穩(wěn)溫時(shí)，隨后呈先下降然后略有上升而后再下降的趨勢(shì)．氮氧化物質(zhì)量濃度隨著烘烤的進(jìn)行均呈先上升后下降然后上升而后再下降的趨勢(shì)，且在42℃穩(wěn)溫時(shí)均達(dá)到;但各溫度點(diǎn)的NO含量明顯高于NO2含量．在原煤含硫量維持在1．4%的平均水平時(shí)，不同烘烤階段SO2排放濃度不同，由變黃期到干筋期，SO2排放濃度逐漸降低．其中，變黃期38℃穩(wěn)溫時(shí)SO2排放濃度，平均為2218．40mg·m－3;干筋期68℃穩(wěn)溫時(shí)SO2排放濃度，其平均值為1327.6mg·m－3．根據(jù)《中華人民共和國(guó)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297—1996)》，氮氧化物排放濃度顯著低于允許排放濃度(420mg·m－3)，但SO2濃度明顯高于其允許排放濃度(1200mg·m－3)．
2.2密集烤房群運(yùn)行中SO2排放及其擴(kuò)散規(guī)律
2.2.1密集烤房烘烤過(guò)程中煙囪SO2排放規(guī)律密集烘烤在燃煤中添加固硫劑(處理T)與未添加固硫劑(CK)之間，煙囪排放的SO2濃度變化規(guī)律略有差異．其中，CK的SO2濃度呈先增加后下降的變化趨勢(shì)，而處理(T)在47～54℃穩(wěn)溫時(shí)略有增加;但兩者在47和54℃穩(wěn)溫時(shí)的SO2濃度差異不顯著;且兩者SO2濃度排放點(diǎn)均在42℃穩(wěn)溫時(shí)．處理T在烘烤各關(guān)鍵溫度點(diǎn)的SO2濃度均極顯著低于CK，其中，CK在38～54℃穩(wěn)溫時(shí)SO2濃度均顯著高于允許排放濃度(1200mg·m－3);處理T只在42℃穩(wěn)溫時(shí)SO2濃度略高于1200mg·m－3，但較CK減少SO2排放49．4%．整體上，與CK相比，處理T的密集烤房煙囪SO2排放濃度大幅降低，整個(gè)烘烤過(guò)程可減少SO2排放49．7%．
2.2.2密集烤房群運(yùn)行時(shí)周?chē)鶶O2擴(kuò)散規(guī)律
由于密集烤房煙囪低矮密集，煤炭燃燒產(chǎn)生的氣體未經(jīng)過(guò)排氣筒而直接排放到大氣中，構(gòu)成了無(wú)組織排放源．因此，根據(jù)煙囪出口處的煙氣質(zhì)量濃度以及煙氣流速、煙氣溫度和密集烤房群占地面積，利用大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)(Aermod)中的大氣估算工具，按照烘烤三段式烘烤工藝分為:變黃期(38和42℃)、定色期(47和54℃)和干筋期(68℃)，對(duì)密集烤房群運(yùn)行時(shí)SO2在水平方向上的擴(kuò)散進(jìn)行測(cè)算．
密集烤房群運(yùn)行時(shí)，隨著距烤房群水平方向距離的增加，SO2濃度均呈先增加后下降的趨勢(shì)．其中，在未使用固硫劑(CK)條件下，密集烤房變黃期煙囪排放的SO2擴(kuò)散到地面的質(zhì)量濃度是0.83mg·m－3，出現(xiàn)的位置是距離烤房群58m處;定色期SO2地面質(zhì)量濃度為0．60mg·m－3，出現(xiàn)的位置是距離密集烤房64m處;干筋期地面質(zhì)量濃度為0．46mg·m－3，出現(xiàn)的位置是距離烤房群64m處．型煤中加入4．0%的固硫劑(處理T)后，變黃期煙囪排放的SO2擴(kuò)散到地面的質(zhì)量濃度是0．26mg·m－3，出現(xiàn)的位置是距離烤房群69m處;定色期地面質(zhì)量濃度為0．22mg·m－3，出現(xiàn)的位置是距離烤房群68m處;干筋期地面質(zhì)量濃度為0．13mg·m－3，出現(xiàn)的位置是距離烤房群51m處．烘烤過(guò)程中，添加固硫劑的烤房群周?chē)鶶O2地面質(zhì)量濃度出現(xiàn)的位置與對(duì)照之間差異雖然不明顯，但SO2質(zhì)量濃度顯著降低．整個(gè)烘烤進(jìn)程中質(zhì)量濃度平均降低0．43mg·m－3．
2.3密集烤房群運(yùn)行對(duì)周?chē)臻g環(huán)境SO2濃度的影響
烘烤季節(jié)烤房運(yùn)行率90%以上時(shí)，對(duì)其下風(fēng)向周?chē)臻g環(huán)境中的SO2濃度具有明顯影響．在水平方向上，距離烤房群50m范圍內(nèi)，隨著距離的增加，SO2濃度顯著增加;在50m時(shí)SO2濃度達(dá)到，為0．57mg·m－3;50m之后隨著距離的增加，SO2濃度呈降低趨勢(shì)．在距離烤房群水平方向50m處的垂直方向上，距離地面0．5m范圍內(nèi)，隨著高度的增加，SO2濃度呈急速下降趨勢(shì);在0．5～1．6m范圍內(nèi)，隨著高度的增加，SO2濃度呈增加趨勢(shì);在1．6m以上SO2濃度呈下降趨勢(shì)，其中在1．6m處達(dá)到值(0．65mg·m－3)．根據(jù)烤房群周?chē)臻g環(huán)境SO2濃度實(shí)測(cè)情況，對(duì)SO2濃度隨水平和垂直空間距離的變化進(jìn)行回歸分析，建立SO2質(zhì)量濃度與烤房群周?chē)臻g位置的回歸方程(表2)．結(jié)果表明，水平方向平均相對(duì)誤差為13．2%，其中0～100m范圍內(nèi)為9．8%;垂直方向的平均相對(duì)誤差為0．1%;回歸方程擬合度均較好．通過(guò)回歸方程計(jì)算可知，距離烤房群43～80m范圍內(nèi)，SO2質(zhì)量濃度超出0．5mg·m－3;以地面為參照物，距離地面0.9～1．8m高處，SO2質(zhì)量濃度超出0．5mg·m－3．根據(jù)烤房的高度、寬度、長(zhǎng)度和煙氣流速，利用大氣環(huán)境防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序(Ver1．1)估測(cè)出以密集烤房群為中心，在烤房群下風(fēng)向水平距離120m范圍內(nèi)屬于大氣環(huán)境防護(hù)距離．
3討論
烘烤過(guò)程中，烘烤不同階段所需熱量不同，各種類(lèi)型燃煤火爐在燃燒過(guò)程中均存在燃燒不穩(wěn)定、不充分以及產(chǎn)生的氮氧化物、SO2和粉塵等排入大氣造成環(huán)境污染的問(wèn)題．本研究結(jié)果表明，烤煙烘烤過(guò)程煙囪煙氣中CO2、氮氧化物和SO2的排放量均在變黃期(38和42℃)，隨著烘烤進(jìn)程的推進(jìn)均有所降低;但CO2和SO2均在38℃穩(wěn)溫時(shí)，氮氧化物在42℃穩(wěn)溫時(shí)，這與黃維等的研究結(jié)果基本一致．但是，根據(jù)《中華人民共和國(guó)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297—1996)》，烤煙烘烤過(guò)程排放的煙氣中SO2濃度明顯偏高．目前，煙氣脫硫主要為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫．蔣篤忠等認(rèn)為，在煙葉烘烤過(guò)程中向燃煤中加入3．0%的除硫劑能有效降低燃煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的碳氧化物、氮化物和硫化物．針對(duì)密集烘烤氣態(tài)污染物排放特性，在烘烤過(guò)程中向燃煤加入4.0%的固硫劑，密集烤房煙囪SO2排放濃度大幅降低，可平均減少SO2排放49．7%．
近年來(lái)，隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的推進(jìn)，密集烤房建設(shè)逐步重視布局規(guī)劃，密集烤房群已成為烤煙烘烤的主體單元．利用大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)(AermodSystem)中的大氣估算工具對(duì)密集烤房群運(yùn)行時(shí)SO2在水平方向上的擴(kuò)散進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果表明，無(wú)論燃煤中是否添加固硫劑，SO2地面濃度值均出現(xiàn)在變黃期，出現(xiàn)的位置在距離烤房群50～70m范圍內(nèi);但通過(guò)添加固硫劑，烘烤過(guò)程中質(zhì)量濃度平均降低0．43mg·m－3．烤房群下風(fēng)向周?chē)臻g環(huán)境的SO2質(zhì)量濃度實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，實(shí)際生產(chǎn)中，SO2濃度擴(kuò)散趨勢(shì)與預(yù)測(cè)趨勢(shì)基本一致，水平方向上距離烤房群50m左右的空氣中SO2濃度值;在距離烤房群50m的垂直方向上，1．6m高處的SO2濃度達(dá)到值，為0．65mg·m－3．根據(jù)《中華人民共和國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095—2012)》，密集烤房群及其周?chē)臻g環(huán)境屬于二類(lèi)環(huán)境空氣功能區(qū)，其SO2的小時(shí)質(zhì)量濃度限值平均為0．5mg·m－3．回歸分析擬合和大氣環(huán)境防護(hù)距離測(cè)算表明，距離烤房群43～80m的范圍內(nèi)，SO2質(zhì)量濃度超出0.5mg·m－3;以地面為參照物，距離地面0．9～1．8m高處的SO2質(zhì)量濃度超出0.5mg·m－3;在烤房群下風(fēng)向水平距離120m范圍內(nèi)屬于大氣環(huán)境防護(hù)距離，在未做任何處理的情況下，不建議在此范圍內(nèi)長(zhǎng)期居?。槍?duì)密集烤房群大氣防護(hù)距離內(nèi)的SO2排放對(duì)周?chē)参锏挠绊?，有必要進(jìn)一步開(kāi)展降低污染物排放的深入研究．
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