中国是世界上人口最多的国家，也是人口死亡数量最大的国家，受土地资源等诸多条件的限制，国家对殡葬方式进行了一系列改革. 目前，火葬作为国家倡导的一种殡葬方式而被推行. 但遗体火化和祭品焚烧过程会产生有害大气污染物(HAPs)，包括烟尘、 SO₂、 NO_x、 CO、 HCl、 HF、 NH₃、 NMVOCs、 重金属和二 英类物质(PCDD/Fs)等^{[1, 2]}，且由于殡葬行业的特点烟囱高度普遍较低，大气污染物近地面扩散，从而对周边环境及人体健康产生影响^{[3, 4, 5]}.

北京市火化率已连续多年实现100%，近年来死亡率有所上升，火化量从2000年的70341具增加到2012的87833具，增长了24.9%^{[6, 7]}. 随着北京市城市化进程不断推进，原本远离城区的火葬场周边得到快速的发展，聚集了大量居民. 在传统避晦的思想及逐渐强烈的环境保护意识下，火葬场受到越来越多的投诉，也促使了火葬场采取控制措施来减少大气污染物的排放^{[8, 9, 10]}.

本研究通过实地调研和资料收集，获取相关的火葬场活动水平； 选择典型火化机进行污染物排放的实际监测，了解当前北京市火化机大气污染物排放水平； 采用排放因子法核算了2012年北京市火葬场大气污染物排放清单，并定量了其不确定性范围. 利用大气扩散模型，评估火葬场对周边环境的影响，识别其大气污染特征，以期为民政部门、 环境保护部门制定相关政策、 规划提供决策参考. 1 材料与方法 1.1 研究对象

2012年北京市现有12家殡仪馆，都具有火化功能，共有83台火化机，26个祭品焚烧处(其中无组织散烧的有3处，有烟囱的祭品焚烧炉23台，14台已安装烟气净化装置包括布袋除尘器或水膜除尘器，9台从烟囱直接排放.)北京市火葬场空间分布如图 1所示，2012年北京市火葬场火化机数量及火化量如表 1所示.

图 1

Fig. 1

图 1 北京市火葬场空间示意 Fig. 1 Spatial distribution of crematories in Beijing

表 1(Table 1)

表 1 北京市各火葬场火化机数量及年火化量 Table 1 Number of cremators and yearly cremation of crematories in Beijing 单位名称 数量/台 火化量/万具 祭品焚烧炉(场所) 八宝山殡仪馆 15 2.2 4 东郊殡仪馆 10 1.1 2 通州殡仪馆 6 0.8 2 怀柔区殡仪馆 4 0.2 2 平谷区殡仪馆 4 0.3 1 密云县殡仪馆 4 0.3 1 房山区殡仪馆 4 0.6 2 门头沟区殡仪馆 5 0.4 1 大兴区殡仪馆 10 1.1 1 延庆县殡仪馆 3 0.2 1 顺义区殡仪馆 4 0.5 3 昌平区殡仪馆 14 1.2 6 总计 83 8.8 26

表 1 北京市各火葬场火化机数量及年火化量 Table 1 Number of cremators and yearly cremation of crematories in Beijing

根据对北京市12家殡仪馆的调研情况来看，绝大多数火化机设有二燃室，但二燃室装有固定燃烧器的不多. 后处理烟气治理技术与全国其他地区并无差异，主要是“火化烟气 急冷装置 布袋除尘器 活性炭吸附装置 排放”模式^{[11, 12, 13]}. 其中，顺义区殡仪馆、 房山区殡仪馆实现原馆的搬迁，远离居民区，实现了火化设备的更新，配置了烟气净化系统； 八宝山殡仪馆、 昌平区殡仪馆在北京市环保局及区政府的支持下，也开始着手进行烟气净化系统的设计和安装，八宝山殡仪馆于年内完成遗体火化机更新和改造，从燃油改为更加清洁的天然气. 但是，由于现行排放标准限值较为宽松、 缺少有效的监管和运营成本的增加等原因，致使有些配备了烟气净化系统的火葬场实际运行情况较差或未能有效运行.

1.2 研究方法

(1)北京市火葬场大气污染物排放量将基于排放因子法进行核算，见公式(1). 

(2)通过选择典型火化机，结合当前执行的污染物排放标准，采用实际监测法对北京市火葬场大气污染排放情况进行评价.

(3)将12家火葬场作为点源，将排放量折算到g ·s^-1，并结合烟囟高度、 出口内径、 排放温度、 流速等数据输入到大气扩散模型ADMS-Urban^{[14, 15, 16]}中. 结合2012年北京市地面站气象数据(北京市气象局提供的南苑站点的气象资料)、 地形数据(90 m分辨率数字高程数据，数据来源于全球科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站)，模拟火葬场对周边大气环境的影响范围及程度.

通过上述研究，结合实地调查及资料调研的情况，获取北京市火葬场大气污染物排放现状，识别其污染特征. 1.3 排放因子

火化机类型较多，根据使用的燃料不同进行分类，可以分成燃煤式火化机、 燃油式火化机和燃气式火化机. 根据火化机结构分类，以其炉体主燃室炕面结构形式不同，可分为平板式、 架条式、 台车式、 反射式及其他炉体结构^{[17, 18]}. 根据火化机的燃烧方式可分为一次燃烧式、 二次燃烧式及多次燃烧式. 目前，架条式火化机已基本淘汰，主要为平板式和台车式火化机，多设有二次燃烧室，少数火化机配备烟气净化系统，但由于操作不规范等因素导致污染物去除效率较低.

目前来看，国内遗体火化及污染控制程度地域差异不明显，因此对于常规污染物烟尘、 CO、 SO₂、 NO_x和Hg，采用殷惠民等^[19]2010年对全国燃油式火化机排放的污染物监测结果而得到的燃油式火化机大气污染物排放因子. 对于PCDD/Fs，由于监测费用较高，国内殡葬行业烟气中PCDD/Fs系统性监测尚未展开，监测数据较为缺乏，因此采用联合国环境规划署二 英和呋喃排放识别和量化标准工具包中的排放因子，10 μg ·具^-1. 排放因子如表 2所示.

表 2(Table 2)

表 2 遗体火化大气污染物排放因子 Table 2 Emission factors of air pollutants for cremator 污染物 台车 平板 烟尘/kg ·具-1 0.142 0.069 CO/kg ·具-1 0.479 0.305 SO2/kg ·具-1 0.03 0.012 NOx/kg ·具-1 0.087 0.06 Hg/g ·具-1 0.017 0.374 PCDD/Fs/μg ·具-1 10 10

表 2 遗体火化大气污染物排放因子 Table 2 Emission factors of air pollutants for cremator

2014年4月4日中共北京市委办公厅和北京市人民政府办公厅印发《关于党员干部带头推动殡葬改革的实施意见》的通知要求，要逐步完成全市殡仪馆火化设备改造，完善火化机烟气排放治理，降低有害气体排放. 环境保护部已组织制定《火葬场大气污染物排放标准》，严格各类火化机、 祭品焚烧大气污染物排放限值，不具烟气净化系统的火化机在标准实施后恐难以达标排放. 有基于此，选择具有污染控制措施，使用相对清洁燃料的火化机作为样本进行污染物排放监测，反映北京市典型遗体火化机大气污染物排放水平. 这3台火化机设备类别污染控制措施及监测结果分别如表 3、 表 4所示.

表 3(Table 3)

表 3 北京市典型火化机设备类别及烟气处理措施 Table 3 Type of typical cremators and air pollution control measures in Beijing 序号 设备类别 处理措施 A 燃油、 台车 二燃室+烟气循环冷却+布袋除尘器 B 燃油、 台车 二燃室+喷淋塔+布袋除尘器 C 燃气、 台车 二燃室

表 3 北京市典型火化机设备类别及烟气处理措施 Table 3 Type of typical cremators and air pollution control measures in Beijing

表 4(Table 4)

表 4 北京市典型火化机大气污染物排放水平 1) Table 4 Emission level of air pollutants for typical cremators in Beijing 污染物 A B C 排放浓度(@11% O2) 排放强度 排放浓度(@11% O2) 排放强度 排放浓度(@11% O2) 排放强度 CO 3938 5.597 441 0.417 127 0.166 NOx 203 0.194 232 0.207 316 0.403 SO2 61 0.076 13 0.008 98 0.131 烟尘 9.8 0.010 24.6 0.019 186 0.247 H2S 0.003 2.756 0.01 8.434 未检出 — PCDD/Fs 1.9 1.653 5.2 3.374 1.2 1.771 1)CO、 NOx、 SO2、 烟尘、 H2S的排放浓度单位为mg ·m-3,折算成排放强度为kg ·具-1； PCDD/Fs的排放浓度(以TEQ计)单位为ng ·m-3，折算成排放强度为μg ·具-1

表 4 北京市典型火化机大气污染物排放水平 1) Table 4 Emission level of air pollutants for typical cremators in Beijing

由表 4可以看出，在高效除尘装置——布袋除尘器的作用下，颗粒物排放浓度较低，可降低到10mg ·m^-3以下. CO排放浓度较高，且波动较大，A燃油式火化机CO排放浓度甚至高达3938 mg ·m^-3，说明此时火化机燃烧极其不充分，不利于减少二 英的生成，给后端烟气净化设备带来较大的压力. 从三台火化机二 英排放情况来看，结果略显意外，根据理论脱除效率及技术可达程度，带有烟气净化系统的火化机二 英排放浓度应在0.5 pg ·m^-3以下，甚至0.1 pg ·m^-3以下^{[20, 21, 22]}，而带烟气净化系统的火化机B二 英排放浓度为5.2 pg ·m^-3，结合之前现场调研时，其布袋除尘器滤袋烧焦进行更换，可能出现烟气净化系统未能正常运行的情况，但也反映当下现状，很多火葬场火化机的烟气净化系统仍停留于面子工程，缺少有效的管理和监管.

燃气火化机C是由燃油式火化机技改后的监测样品，未配备烟气净化系统，技改前二 英排放浓度(以TEQ计，下同)为2.7 ng ·m^-3，技改后二 英排放浓度为1.2 ng ·m^-3，相对于技改前二 英排放已大幅减少. 根据理论推算及技术去除效率，在安装高效的烟气净化系统及正确的操作下二 英排放浓度可小于0.1 pg ·m^-3. 燃气火化机C烟尘初始排 放浓度为186 mg ·m^-3，天然气的燃烧效率高于轻质柴油，从而减少了燃料不完全燃烧，因此烟尘的产生浓度低于燃油式火化机，后续尾气再装备布袋除尘器，可有效地降低烟尘的影响. 2.2 北京市火葬场大气污染物排放量

2000~2012年期间，北京市火化量在某些年份略有回落，但总体上稳步增加(见图 2)，火化机数量较为稳定，火化机使用负荷有所上升，从而给火化机炉体燃烧控制带来较大的压力. 采用排放因子法，估算了2012年火葬场遗体火化机大气污染物排放量(表 5).

图 2

Fig. 2

图 2 2000~2012年北京市火化机数量和火化量的变化情况 Fig. 2 Change of the cremator number and yearly cremation in Beijing during 2000-2012

表 5(Table 5)

表 5 2012年北京市火葬场大气污染物排放量 Table 5 Emission of HAPs from crematories in Beijing in 2012 单位名称 烟尘/t CO/t SO2/t NOx/t Hg/kg PCDD/Fs/g 八宝山殡仪馆 3.12 10.54 0.66 1.91 0.37 0.22 东郊殡仪馆 1.32 4.69 0.27 0.87 1.37 0.11 通州殡仪馆 1.07 3.59 0.23 0.65 0.13 0.08 怀柔区殡仪馆 0.13 0.52 0.02 0.10 0.43 0.02 平谷区殡仪馆 0.32 1.18 0.06 0.22 0.59 0.03 密云县殡仪馆 0.30 1.10 0.06 0.21 0.55 0.03 房山区殡仪馆 0.63 2.35 0.13 0.44 1.17 0.06 门头沟区殡仪馆 0.41 1.58 0.08 0.30 0.98 0.04 大兴区殡仪馆 1.56 5.27 0.33 0.96 0.19 0.11 延庆县殡仪馆 0.19 0.67 0.04 0.12 0.22 0.02 顺义区殡仪馆 0.51 1.88 0.10 0.35 0.94 0.05 昌平区殡仪馆 2.12 8.03 0.42 1.52 4.79 0.12 总计 11.50 41.25 2.34 7.65 13.76 0.88

表 5 2012年北京市火葬场大气污染物排放量 Table 5 Emission of HAPs from crematories in Beijing in 2012

通过测算，2012年北京市火葬场遗体火化产生的烟尘、 CO、 SO₂、 NO_x、 Hg和PCDD/Fs分别为11.5t、 41.25t、 2.34t、 7.65t、 13.76 kg和0.88 g，八宝山殡仪馆的火化量最大，产生的污染物排放量也相对较大. 使用较为清洁的燃气式火化机在一定程度下减少了污染排放，但燃料本身的排放只是一部分，减排程度有限. 污染排放控制仍多依赖于燃烧控制及烟气净化系统的有效运行. 2.3 不确定性分析

遗体火化燃烧状况复杂，属于非稳态、 变边界、 间歇式运行方式，因此要求排放因子应基于较多样本数的实际监测而获得，使估算的排放量更接近真实的状况. 但实测的排放因子仍有较大的不确定性，作为活动水平的火化量在统计上也难免存在一定的误差. 为更好地了解火葬场大气污染物排放量的不确定性，采用蒙特卡罗不确定性分析方法^{[23, 24]}对其进行定量化. 结果如表 6所示.

图 3

Fig. 3

图 3 北京市火葬场对周边大气环境影响的模拟结果 Fig. 3 Simulation result of effect of crematories in Beijing on the surrounding atmospheric environment

表 6(Table 6)

表 6 北京市火葬场大气污染物排放量不确定性范围 Table 6 Uncertainty range of emission of HAPs from crematories in Beijing 污染物 平均值 最小值 最大值 不确定性范围 烟尘 11.5 6.65 17.33 (-42%，51%) CO 41.25 24.76 59.94 (-40%，45%) SO2 2.34 1.21 3.24 (-48%，38%) NOx 7.65 4.46 11.38 (-42%，49%) Hg 13.76 8.42 19.8 (-39%，44%) PCDD/Fs 0.88 0.23 1.59 (-74%，81%)

表 6 北京市火葬场大气污染物排放量不确定性范围 Table 6 Uncertainty range of emission of HAPs from crematories in Beijing

可见，本研究由于采用联合国环境规划署二 英和呋喃排放识别和量化标准工具包中的排放因子估算PCDD/Fs，与北京市典型火化机的监测结果存有较大的差异，具有较大的不确定性，范围为-74%~81%. 采用基于实测获得的排放因子，总体不确定性范围为-48%~51%. 2.4 火葬场对周边环境的影响

根据模拟计算结果(图 3)，12家火葬场对北京市整体影响较小，由于烟囱高度较低，最大落地浓度距离较近，对周边环境会产生一定的影响，但总体上影响不大，烟尘、 CO、 SO₂、 NO_x、 Hg、 PCDD/Fs最大浓度贡献分别约为0.05947μg ·m^-3、 0.2009μg ·m^-3、 0.0126μg ·m^-3、 0.03667μg ·m^-3、 0.06247 pg ·m^-3、 0.004213 pg ·m^-3. 3 结论

(1)通过典型火化机大气污染排放的实际监测，结果表明，北京市安装烟气净化系统的火化机烟尘排放浓度较低，为9.8~24.6 mg ·m^-3； CO排放浓度波动较大，为127~3938 mg ·m^-3，表明火化机燃烧控制欠佳，导致了不充分燃烧； NO_x主要来源热力型产生，排放浓度为203~216 mg ·m^-3，未有特定的控制措施； SO₂主要来自燃料中的硫组分，排放浓度为13~98mg ·m^-3，可通过脱酸方法去除； PCDD/Fs排放浓度为1.2~5.2 pg ·m^-3，由于缺少严格排放限值的约束，措施运行不到位，导致PCDD/Fs排放浓度相对较高，可通过火化机的优化设计，合理配风，提高烟气湍流度、 保证火化机炉膛温度在850℃以上、 保证火化烟气在炉中有足够的停留时间、 保证足够的炉膛空气供给量、 配备布袋除尘器、 急冷、 活性炭喷射等组合措施进行有效去除.

(2)通过测算，北京市火葬场遗体火化产生的烟尘、 CO、 SO₂、 NO_x、 Hg和PCDD/Fs分别为11.5 t、 41.25 t、 2.34 t、 7.65 t、 13.76 kg和0.88 g. 其中，八宝山殡仪馆的火化量最大，产生的污染物排放量也相对较大.

(3)模式模拟计算结果表明，12家火葬场对北京市整体环境空气质量影响较小，由于烟囱高度较低，最大落地浓度距离较近，对周边环境会产生一定的影响，烟尘、 CO、 SO₂、 NO_x、 Hg、 PCDD/Fs最大浓度贡献为0.05947 μg ·m^-3、 0.2009 μg ·m^-3、 0.0126 μg ·m^-3、 0.03667 μg ·m^-3、 0.06247 pg ·m^-3、 0.004213 pg ·m^-3.