關鍵詞：陶瓷業(yè)；大氣污染物排放；河南省；數值模擬

前言

陶瓷業(yè)作為中國傳統(tǒng)產業(yè)之一，長期以來一直在支撐著建筑、工藝和文化等領域的發(fā)展，不僅在中國的經濟體系中占據著重要地位，同時也為各類工藝和建筑提供了不可或缺的材料。然而，隨著社會的快速發(fā)展和城市化進程的加速，陶瓷產業(yè)的繁榮也伴隨著一系列環(huán)境問題，尤其是大氣污染，引起了廣泛關注。河南省作為中國陶瓷業(yè)的主要生產基地之一，陶瓷業(yè)的興起為地方經濟注入了活力，同時也伴隨著環(huán)境壓力的增大。大氣污染物排放成為制約陶瓷業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，給當地環(huán)境和居民健康帶來了一定的影響。因此，深入了解陶瓷業(yè)大氣污染物的排放特征，并運用數值模擬方法進行科學分析，對于發(fā)展綠色環(huán)保型陶瓷產業(yè)、制定合理的環(huán)保政策具有重要意義。在此背景下，通過對河南省陶瓷業(yè)大氣污染物排放特征的深入研究，了解陶瓷業(yè)的排放情況，明確其主要污染源和排放特征，并結合WRF-Chem模型為未來的環(huán)保政策制定提供科學依據。研究期望不僅能夠為河南省陶瓷業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供實用的指導建議，同時也能為全國范圍內陶瓷產業(yè)的環(huán)保治理提供有益的經驗和啟示。研究旨在推動中國傳統(tǒng)產業(yè)的綠色升級，實現經濟效益與環(huán)境可持續(xù)共贏的目標。

1陶瓷業(yè)大氣污染物來源與數值模擬方法

1.1陶瓷業(yè)大氣污染物排放來源

河南省陶瓷業(yè)呈現出多樣性和分布不均勻性的發(fā)展現狀。該省擁有龐大的陶瓷產業(yè)群體，涵蓋建筑、衛(wèi)生、日用、特種、園藝等多個陶瓷領域，共計505家企業(yè)。其中，建筑陶瓷在安陽市、鶴壁市、平頂山市和許昌市等地區(qū)呈現集聚發(fā)展，占據著陶瓷業(yè)總企業(yè)數量的64.71%。衛(wèi)生陶瓷主要集中在許昌市，占該類陶瓷企業(yè)的87.10%，突顯了該地區(qū)在衛(wèi)生陶瓷生產領域的專業(yè)性。與此同時，特種陶瓷企業(yè)主要分布在鄭州市和濟源市，占該類陶瓷企業(yè)的55.36%。總體而言，陶瓷業(yè)在各個品類和地區(qū)都有所涉獵，展現出豐富的發(fā)展態(tài)勢。在如此豐富的陶瓷業(yè)體系下，與繁榮相伴的是對大氣環(huán)境的不可忽視的影響。研究統(tǒng)計了河南省陶瓷業(yè)大氣污染物排放來源，具體見表1。

由表1可知，在陶瓷生產過程中，各關鍵工序均涉及不同的污染源、排放口和污染物類型。在原燃料制備階段，包括原燃料貯存、裝卸、磨機、壓機、煤氣發(fā)生爐、熱風爐等多個污染源，排放口主要分布在各裝置排氣筒和干燥塔煙囪，主要污染物包括顆粒物、S02、NOx、煙氣黑度和氨。在壓制干燥系統(tǒng)中，主要的污染源是通風生產設備，而排放口則集中在各裝置排氣筒，主要排放顆粒物。施釉與裝飾系統(tǒng)涉及噴釉、淋釉、噴墨打印等，污染源為施釉線，排放口分布在各裝置排氣筒，主要污染物為顆粒物和VOCs。燒成系統(tǒng)中，主要的污染源是燒成窯系統(tǒng)，排放口位于窯煙囪，主要排放顆粒物、S02、NOx、煙氣黑度、氟化物、氯化物、鉛及其化合物、鎘及其化合物、鎳及其化合物。最后，在產品整修包裝系統(tǒng)中，拋光機、磨邊機等設備是主要污染源，排放口分布在各裝置排氣筒，主要排放顆粒物。

1.2陶瓷業(yè)大氣污染物數值模擬方法

由上一段分析可知，陶瓷業(yè)大氣污染物排放特征為顆粒物占主導地位。因此，研究引入WRF-Chem模型。該模型綜合考慮了氣象和化學過程，特別適用于模擬大氣污染物的傳輸和轉化。在進行數值模擬之前，研究首先利用拉依達準則對測量數據進行處理，基本思想是，在正態(tài)分布或近似正態(tài)分布的假設下，99.7%的數據應該落在平均值加減3倍標準差的范圍內。如果某個數據點的偏離超過這個范圍，就被認為是異常值。具體步驟如下，首先計算樣本數據的均值和標準偏差。然后確定置信區(qū)間范圍，通常取平均值加減3倍標準差。再將數據點與置信區(qū)間進行比較，若數據點的值超出置信區(qū)間范圍，則被視為異常值。剔除異常值后，重新計算均值和標準偏差。最后重復以上步驟，直到不存在超出置信區(qū)間的異常值為止。

WRF-Chem模型在陶瓷業(yè)大氣污染物數值模擬中具有多方面的應用。首先，通過精細建模各個生產階段的排放源，包括原燃料制備、壓制干燥、施釉與裝飾、燒成等，模型能夠準確模擬陶瓷業(yè)排放的污染物來源和排放強度。其次，通過耦合氣象和化學過程，WRF-Chem模型模擬了大氣中污染物的傳輸、擴散和化學反應，提供了詳細的大氣污染物分布信息。此外，模型還能夠模擬不同排放控制政策對陶瓷業(yè)大氣污染的影響，為政府和企業(yè)制定環(huán)保政策提供科學依據。通過對模擬結果與實測數據的對比，研究者可以驗證模型的準確性，并通過優(yōu)化模型參數和結構提高適用性。綜合而言，WRF-Chem模型為深入了解陶瓷業(yè)大氣污染排放特征、評估環(huán)境影響以及制定有效治理策略提供了強大而全面的工具。

2陶瓷業(yè)大氣污染物排放物特征分析

河南省陶瓷企業(yè)眾多，因此研究首先對不同陶瓷企業(yè)的大氣污染物排放數據進行計算統(tǒng)計，結果見表2。

總體而言，建筑陶瓷企業(yè)的平均排放濃度較高，主要以NOx為主；衛(wèi)生陶瓷企業(yè)顆粒物和NO2排放濃度相對較高；陳設藝術陶瓷企業(yè)以顆粒物排放為主；而特種陶瓷企業(yè)的排放濃度相對較低，以顆粒物為主。此外，各類企業(yè)的氧含量濃度相對穩(wěn)定，無顯著差異。

3陶瓷業(yè)大氣污染物排放物數值模擬分析

為驗證WRF-Chem模型在數值模擬中的準確性，研究進行對比實驗。研究利用河南省2018年至2021年的數據對WRF-Chem模型進行訓練后，通過與2022年河南省陶瓷業(yè)大氣污染物排放實際觀測數據的對比，評估模型在模擬大氣污染物時的準確性和可信度。對比結果見圖1。

由圖1可知，2022年總廢氣污染物實際排放共4115.9噸，模擬排放量為4066.7噸，誤差為1.19%。顆粒物實際排放238.3噸，模擬排放243.6噸，誤差為2.22%。S02實際排放828.9噸，模擬排放825.8噸，誤差為2.09%。NO2實際排放3068.7噸，模擬排放2997.3噸，誤差為2.33%。整體而言，數值模擬結果相對準確，誤差均在5%以內，顯示出模型在對總廢氣污染物進行預測方面較好的性能。此外，研究根據2023年河南省地方標準《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》制定陶瓷業(yè)大氣污染物減排方案，調整WRF-Chem模型中參數使其匹配減排方案，進行2024年至2035年的污染物排放數值模擬預測，并將其與正常發(fā)展情況下的污染物排放預測值進行對比，驗證《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》的有效性。結果見圖2。

由圖2（a）可知，對于總廢氣污染物排放量，在有方案的情況下，2024年至2035年的總廢氣污染物排放逐年增加，從4207.8萬噸增至4673.85萬噸，而無方案情況下從4268.8萬噸增至5106.3萬噸。隨著經濟與社會發(fā)展，污染物排放量增長不可避免，但河南省《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》的制定使增長量得到了有效的控制。再具體一點，由圖2（b）、圖2（c）、圖2（d）可知，在有方案情況下，顆粒物、S02和NO2的排放在2024年至2035年間分別增長了約34.22%、9.21%和9.74%，而在無方案情況下，三者分別增長了約54.35%、21.25%和16.48%。對比下，在有方案的情況下，顆粒物、S02和NO2的增長分別降低37.03%、56.84%和30.77%。這些數值模擬結果驗證了《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》的有效性。

4結論

研究深入分析了河南省陶瓷業(yè)大氣污染物排放的來源、特征及時空分布，并采用WRF-Chem模型進行數值模擬。研究發(fā)現陶瓷生產的各關鍵工序均涉及多種污染源和污染物，其中顆粒物占主導。在WRF-Chem模型驗證中，與實測數據對比，總排放量誤差僅為1.19%，驗證了模型的準確性，說明能準確模擬陶瓷業(yè)排放的復雜模式。針對河南省陶瓷業(yè)制定的大氣污染物減排方案，數值模擬結果顯示在有方案情況下，顆粒物、S02和NO2的排放在2024年至2035年間分別增長約34.22%、9.21%和9.74%，在無方案情況下，三者分別增長約54.35%、21.25%和16.48%，證明了《陶瓷工業(yè)大氣污染物排放標準》的有效性?？傮w而言，科學的數值模擬和合理的減排方案有望降低陶瓷業(yè)大氣污染，為環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。