空气污染控制技术

空气污染控制技术控制燃煤污染物的排放

严格控制燃煤污染物排放是防治大气污染的重点，巨大的能源消费量和以煤为主的能源消费结构是我国长期以来空气污染的主要成因。

1、燃煤电厂污染物排放控制成效显著

燃煤电厂排放是大气污染的首要污染源。我国从20世纪70年代开始研究SO₂控制技术，80年代中期研发力度加大，1991年在重庆珞璜电厂2台36万千瓦机组上安装了石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置。“十五”以后脱硫机组容量快速增长，石灰石-石膏脱硫技术被普遍认同。该工艺采用石灰或石灰石的浆液在洗涤塔内吸收烟气中的SO₂，脱硫效率可达95%以上。其主要缺点是易结垢堵塞、设备部件磨损较严重，尤其副产物石膏难处理，易形成二次污染。此外，值得关注的是海水脱硫技术，可利用海水的自然碱度直接中和吸收烟气中的SO₂，适用于海边电厂的脱硫，过程简单，吸收SO₂后的海水经鼓入空气处理后排海。与石灰石-石膏法烟气脱硫相比，海水脱硫技术投资和运行费用低、经济优势显著，但是对燃煤品质要求高，也存在设备腐蚀和脱硫海水重金属含量升高等问题。目前全国有12个燃煤电厂共47套海水脱硫工程投运或在建，总装机容量约为20GW。在烟气脱硝方面，低氮燃烧技术在20世纪90年代开始得到应用。低氮燃烧技术设备投资较低，可基本满足GB13223-2003的排放要求，但单靠该技术无法满足日益严格的排放标准，需要与其他NOx控制技术联合使用。选择性催化还原(SCR)工艺具有脱除效率高、系统简单、运行可靠、维护方便、无副产物等优点。因此，随着2012年新《火电厂大气污染物排放标准》的实施以及脱硝电价政策的出台，SCR脱硝技术正在得到快速发展与应用。目前，国内的脱硝机组70%采用了SCR技术，大都采用NH₃作为还原剂，但NH₃是一种化学危险品，储运安全与环境风险较高。个别电厂尝试选用尿素作为脱硝还原剂，但运行成本高。另外，运行中的SCR脱硝装置，也发现存在催化剂积灰、下游空预器结垢等问题。

从20世纪80年代中期开始，我国陆续引进FGE、Lurgi等公司的除尘器技术。通过消化吸收和创新，国产电除尘技术发展迅速。袋式除尘技术和设备已实现专业化和标淮化，研制的锅炉烟气净化专用特种滤料，也已在工程中成功应用。随着环保要求的提高，布袋除尘器及电-袋复合除尘器相继在燃煤电站得到应用。电-袋复合除尘器是一种有机集成静电除尘和过滤除尘两种除尘机理的除尘装置。前部分的收尘室为电除尘方式，后部分为袋除尘方式，可以保证最大的除尘效率，特别是在控制大气细颗粒物的污染排放方面有其独特的优点。

2、燃煤工业锅炉和炉窑污染物排放控制有待加强

燃煤工业锅炉是中国第二大煤烟型污染源，具有如下特点：首先，燃煤消耗量大，而且多为高灰分高硫煤，污染物排放量巨大；其次，烟筒低矮，烟气低空排放；第三，布局分散，排放的烟气温度高、压力低、组成复杂，含有酸性气体，腐蚀性强。近年来，我国燃煤工业锅炉粉尘控制较为有效，SO2污染治理刚刚起步，NOx控制则少之又少。因此，现阶段应高度关注燃煤工业锅炉的污染排放，其难度远大于控制燃煤发电厂锅炉污染。

3、燃煤烟气污染物控制急需创新技术支撑

经过多年发展，烟气脱硫技术已相对成熟，脱硫设备、材料的国产化率达到95%以上，脱硫设施及运行成本大幅度降低。今后其发展重点将集中在：开展新型烟气脱硫机理、技术和工艺研究，扩大烟气脱硫技术工业应用研究；开展脱硫副产物综合利用研究，扩展应用领域。目前我国很多脱硫副产物尚无出路，不得不抛弃，从而增加了脱硫成本，导致二次污染。

面对我国NOx排放不降反升的迫切局面，烟气脱硝将步入快速发展阶段，但在脱硝技术与装置方面仍有许多问题亟待解决。首先，催化剂是SCR脱硝系统中最关键的环节，约占脱硝工程总造价的40%左右，催化剂的自主创新研制、运行再生与失效处置技术有待突破；其次，NH3作为一种化学危险品，存在潜在的环境与安全风险，相比之下，CH4储量丰富且分布广泛，容易获取，故用CH4选择还原NOx的工艺具有更加广阔的实用前景和经济价值；第三，目前世界各国都在大力开发新型低温脱硝催化剂和低温脱硝技术，Shell公司研发的商业化低温NH3-SCR脱硝技术，工作温度120℃—300℃，但应用条件十分苛刻（粉尘<10mg/m3、SO2<10ppm），不能满足我国实际需求。此外，采用SNCR/SCR联合烟气脱硝技术可以减少催化剂的用量，实现脱硝的经济运行，值得进一步研究；采用烟气同时脱硫脱硝技术要比单独进行脱硫脱硝经济，应加强此类关键技术研究，如活性炭吸附加氨法、电子束法、脉冲电晕等离子法等。

在烟气细粒子控制方面，燃煤电站和工业锅炉多采用电除尘器，但细粒子的粒径太小难以荷电，三电场除尘的脱除效率不高，通常采用增加电场数或将末端电场改造成布袋除尘的方式来提高细粒子的捕集效率；部分电厂新建除尘器完全采用布袋除尘技术，虽然提高了细粒子的捕集效率，但同时却增加了运行阻力和成本。目前，浙江菲达、福建龙净等行业骨干企业致力于推广如旋转电极式电除尘器、烟尘预荷电微颗粒收集装置、低温电除尘器、湿式电除尘器等高效除尘新技术。其中旋转电极式电除尘器和高频电源在电力行业显示出高效的除尘效果。工业炉窑烟气成分复杂、粉尘性质因行业不同差异较大（冶金粉尘通常比电阻更大）、湿度大、部分炉窑（如玻璃陶瓷行业）排烟温度高，决定了工业炉窑细粒子控制与常规除尘控制技术存在差别。布袋除尘在工业炉窑上应用的主要缺点是滤料的耐腐蚀耐高温性能较差。研究实践表明，一种有效的方法是在气溶胶颗粒进入除尘装置前先对其进行预处理，使气溶胶的平均粒径增大，然后在传统除尘器中进行有效脱除。气溶胶微粒在电场、磁场、温度场和声场中都可能产生团聚，声波团聚是其中较为有效的一种方法，是今后发展的一个方向。

空气污染控制技术VOCs污染控制

VOCs污染控制成为空气质量改善的关键环节，其排放源包括自然源和人为源。人为源包括移动源和固定源两大类。移动源是指机动车、轮船、飞机等各种交通运输工具的尾气排放。固定源包括生活源和工业源等。生活源对象复杂，包括建筑装饰、油烟排放、焚烧、燃煤、服装干洗等；工业源涉及行业众多，包括炼油与石化生产、油品（溶剂）储存、运输和销售过程以及有机精细化工产品应用（如涂料、胶粘剂等）等多个环节，为重点控制源。

1、工业VOCs控制技术已具备技术积累

VOCs的排放控制技术主要分为回收技术和销毁技术。回收技术包括吸附技术、吸收技术、冷凝技术及膜分离技术等；销毁技术主要有热力燃烧、催化氧化、生物氧化、光催化氧化、等离子体技术等。VOCs的种类繁多、性质各异，所涉及到的污染行业、工艺过程繁杂，污染气体排放情况差异很大，单一的治理技术不可能满足所有VOCs废气的治理要求。目前发展的主流技术有吸附回收技术、催化氧化技术以及由吸附和催化技术集成的吸附浓缩/氧化燃烧技术。

吸附技术利用固体吸附材料选择吸附工业废气中的VOCs进而回收或后续处理，常用于回收高浓度的VOCs和吸附浓缩等工业废气排放控制过程。目前常用的吸附材料有活性炭、活性炭纤维、分子筛等，治理工艺有固定床、移动床、流化床吸附器等。吸附法具有设备简单、操作灵活、去除效率高等优点，是经济和有效的回收技术之一，但存在运行费用较高、易产生二次污染等缺陷。VOCs吸附材料也存在一些技术难点需要突破，如常用吸附材料活性炭存在的着火点低、床层阻力大及成型困难；不可燃硅系分子筛替代吸附剂的生产成本高、成型难；高湿度条件下吸附剂吸附能力下降等。同时，针对低浓度、大风量VOCs的控制，吸附材料要满足吸附脱附的动力学性能、吸附床层的气流阻力较低等要求，需要发展吸附材料的整体化成型技术。

催化氧化技术是指VOCs在催化剂的作用下完全氧化为CO₂和H₂O等产物的处理技术，可以高效、彻底地处理含有复杂组分的VOCs气体。催化氧化净化装置一般包括传统的催化氧化装置和蓄热式催化燃烧装置。高性能的催化材料是催化氧化技术的关键。一般来说，催化剂活性成分主要包括钯、铂等贵金属，铜、锰、钴等单一过渡金属氧化物和镧、铈等稀土氧化物以及复合氧化物（钙钛矿、尖晶石等）。载体主要有氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化锆等氧化物，沸石，蜂窝陶瓷，金属载体，活性炭纤维等。尽管国内外已有不少催化氧化VOCs的工业实践，但仍缺乏低温起燃性好、稳定性好、抗中毒性能与适应性强的广谱性催化材料与专用催化材料。

2、餐饮油烟排放应当引起高度关注

有关餐饮过程中VOCs的研究始于20世纪70年代，科学家陆续发现餐饮中VOCs的排放特征及其与健康的相互关系。随后详细的研究发现,油烟中含有100多种有机污染物，包括醛、酮、烃、脂肪酸、醇、芳香族化合物、杂环化合物等。针对2013年1月发生在京津冀的严重雾霾天气，中科院“大气灰霾追因与控制”专项组的检测数据表明，餐饮排放占PM2.5的13%以上，餐饮油烟污染治理成为重要技术需求。早在2002年，我国就颁布了餐饮油烟中颗粒物的排放标准，由于中国特色高温烹饪，餐饮油烟成分复杂，目前来看执行并不理想。单独强调末端治理，在管理上存在困难，油烟净化的效果无法保证。因此，要减少餐饮油烟的排放，首先应对抽油烟机进行规范和改造，从源头上控制餐饮油烟的排放。“十一五”期间，科技部“863”计划针对餐饮业排放油烟中油雾及VOCs同时高效去除需要，在《指南》中强调研究开发光催化、等离子体以及其他先进净化技术与成套设备；优化介质或催化材料的结构和性能以及反应器结构与工艺参数的集成，提高油雾净化效率和设备运行可靠性，并进行技术和工程示范。经过多年的实践，发现活性炭吸附法和机械过滤法均存在堵塞清理的难题，需频繁更换吸附材料和过滤材料，成本高，目前已很少使用。等离子体技术和湿法洗涤技术的效果好，易于操作和管理，目前应用最广。

3、VOCs控制技术的创新需求

现有VOCs控制材料、技术、工艺、设备仍需不断创新发展；VOCs吸附和催化材料、设备和控制等技术有待突破和创新，核心技术需有机整合和优化；多组分VOCs和实际排放条件下的反应规律及反应动力学研究有待加强；现有VOCs处理单元设备处理能力小，尚未形成系列化；其工艺设计水平与国外差距较大，关键组件使用寿命短、热效率低、运行可靠性差。开发新型治理设备，提高运行可靠性，发展安全、稳定和高效的自动控制系统是目前的研究重点。

因餐饮油烟含气液固三相，液固相为0.10—10μm之间可吸入气溶胶,多数在1μm以下，且成分复杂，如脂肪酸、烷烃、烯烃、酮、醛、醇、芳香族化合物、挥发性亚硝胺等，今后的研究重点在于明确油烟颗粒的动态和化学行为，了解对雾霾的贡献机制，重点研究油烟高效分离技术、气相高效分解净化技术和烟气梯级利用排放技术。

空气污染控制技术加强大气污染控制前沿技术研究

改革开放以来，我国经济快速增长，但也付出了沉重的资源和环境代价。科技创新可以加快产业结构的优化升级，有助于破解生态环境保护中的瓶颈问题。面对大气污染的严峻形势，需要及早布局研发一些前沿污染控制技术。

1、移动源排放前沿控制技术

机动车及船舶等移动源排放已成为导致我国空气质量下降的突出因素。根据近期研究结果，在城市群地区，移动源对PM2.5的贡献高达25%左右。目前，重点关注的解决途径包括：加速提高燃油品质，推进车用燃料的低硫化和无硫化，严格机动车排放法规；加速淘汰“黄标车”，降低在用车尾气排放；发展新能源汽车，推广使用清洁代用燃料；建立全新的城市可持续交通体系。与此同时，建议加强下列技术和政策研究：关注低速汽车和非道路移动源的污染排放，强化车船用柴油发动机排放氮氧化物净化技术和油品品质研究（包括汽油中芳香物等其他污染源），开发颗粒物捕集技术及其联用技术等；从流行病学和毒理学的角度来讲，汽油机的排气颗粒相对柴油机来说，其粒径更小，为此应研发汽油发动机排放污染物高性能三效催化技术、前置吸附-催化技术和后置过滤器等；加强对汽车及加油过程中的VOCs排放控制技术研究。

2、多污染物耦合协同控制技术

目前我国已基本实现主要SO₂源头企业的强制达标排放，而对含NOx尾气的治理正在积极推进。由于目前多数脱硫装置之后的工业尾气的温度很低，以致于经脱硫后的废气难以采用常见的钒-钨-钛系催化剂进行催化还原脱硝，因此很多企业将使用钒-钨-钛系催化剂进行催化还原脱硝的工段安置在脱硫工段之前，以满足其催化剂320oC以上的起活温度要求。而这样安置带来的直接后果就是脱硝催化剂要耐受废气中高浓度和高碱度粉尘的考验。

在此基础上，很多学者考虑能否设计一些新的功能耦合技术减少各单元的简单串联组合。值得关注的是，通过耐高温的无机模块，在一个反应装置中完成除尘、脱硫和脱硝等多种污染物的去除操作，这样既缩减了三个独立装置的冗长组合，又能在处理过程中实现三重操作的有效协同。其主要实现方式是：利用多孔无机陶瓷膜材料去除废气中的颗粒物，这样可以有效防止无机粉尘对后续催化模块的毒化和摩擦损害；脱硫层一般选择经特殊金属掺杂和活化的活性炭层，可有效完成SOx的捕捉；脱硝层则是负载有宽温度范围SCR催化剂的多孔无机膜材，可以在低气阻条件下完成脱硝并实现污染气体的彻底净化。可以乐观地估计，通过一个复合无机膜设备完成多污染物的净化去除将是新型工业尾气净化处理技术的热点之一。

3、环境大气中典型致霾前体物光催化去除技术

虽然通过各种技术进行末端控制可大幅度削减排放进入大气中的各种污染物，但大气中各种气态致霾前体污染物，如SO₂、NO₂、NH₃、VOCs等浓度仍可达到ppb甚至ppm水平。若从源排放控制技术角度出发，进一步提高排放标准，势必对现有经济技术体系提出严峻的挑战。发展针对大气中低浓度气态致霾前体污染物的环境光催化净化技术具有重要的意义。

光催化技术作为一种“绿色”技术广泛应用于大气和水污染处理。在光子的照射下，半导体价带中电子受激发跃迁到导带，在价带中形成空穴，电子和空穴分别与O2和H2O或表面羟基作用形成强氧化性的超氧自由基和羟基自由基，从而降解污染物。日本、欧洲等较早地开展了光催化剂去除大气中低浓度NO的研究，开发的光催化剂应用在路面、隧道和建筑物表面，能够有效去除20%—60%的NO。目前已应用的催化剂基本为TiO₂，由于其较宽的禁带（3.2ev）需要紫外光（只占太阳光谱的3%—5%）照射才能激发活性，从而限制了对可见光的利用（400nm< λ<750nm，占太阳光谱的43%）。因此开发具有可见光响应的光催化剂，从而充分利用太阳光能量是光催化领域的研究重点。另外在复杂的大气污染条件下，光催化建筑材料的寿命及对大气环境的影响也是其能否广泛应用的关键。

1、清洁的HEPA过滤器

复合式高效（HEPA）过滤器以极细的玻璃纤维丝为滤料，该滤料具有高除尘效率，与活性炭网、冷触媒网、光触媒网的杀菌、除臭功能结合，能够使空气得到全面净化。美国新的空气法规定了毒性最大的物质排放量每年仅为几磅，这只能靠清洁的HEPA过滤器才能实现，而使用以传统纤维为滤料的过滤器，每年毒物排放量达几百磅之多。

2、污染小、利用完全的焚化系统

目前， 欧洲正采用这一被称之为“防毒面具”的新技术。该系统的第一级除尘器可生产工业用盐酸，第二级除尘器可生产墙板用石膏。重金属被密封在一种由惰性材质制成的玻璃化产品中。这种所谓的“防毒面具”技术还包括最后一级的激化炭过滤器，可消除所有的污物。

3、冷凝式热交换器

试验结果表明，冷凝式热交换器可大大减少有毒物质的排放并降低用电成本。它能从废气中获取更多热量，使煤或油转变为电能的效率提高4%，减少温室气体的排放。其最大的优点是能使重金属蒸气冷凝，并除去多种空气毒素。

4、质量测量连续排放监测技术

欧洲的几项新技术可连续测量出排放的污染物粒子的质量。它比不透明监测器要精确得多，完全符合欧洲新的空气污染控制条例。

5、改良式脉冲喷气发动机

这种用于电站锅炉的发动机用脉冲式喷气过滤器替代内部除尘器，或者用小型高速尾部脉冲式喷气过滤器替代相关除尘器，改良后的发动机为减少锅炉产生的污染物粒子开辟了一条新途径。

6、SO₂分离技术

用较小成本把炉气中的SO₂转变为有用的硫或硫酸的技术正在不断进步。这其中以催化剂转化、分离及现场硫酸铵生产技术为代表，这些技术已经试验成功，并将很快步入商业化。

7、湿式电力除尘器

这种技术虽旧，但如今已经有了新用途，它可用于除尘系统的尾端以除去大量的重金属及湿气。新型塑料等新材料的开发使得这一技术得以发挥得更加淋漓尽致。

8、沸石技术

沸石是一族多孔结构的含水铝硅酸盐，能对小分子有机化合物进行有选择的分离，它比活性炭吸附剂的耐热性能更好，回收利用也更方便。沸石已被证明在吸附及催化方面有着许多新用途，它在捕捉NO₂和VOCs方面性能卓著，其应用前景十分广阔。

9、利用晶粒介质去除SO₂技术

在电站锅炉及工业锅炉干燥系统中应用液体或固态石灰及石灰石床除去SO₂。这种技术可在钙含量相对较少的情况下除去90%以上的SO₂。

10、坚固及半坚固的过滤介质

目前，从低温塑料到高温陶瓷的许多新材料正逐渐被用于制造坚固及半坚固的过滤介质。这种过滤介质具有多种优良性能，包括效率高、寿命长及耐高温等特性。 2100433B

空气污染对人体健康的危害巨大，污染物主要通过呼吸道侵入人体，引起支气管炎、咽喉炎、哮喘、感冒、肺气肿等疾病。当污染状况严重时，甚至会威胁到人类的生命。此外，污染物中的二氧化硫、氯化物等还会腐蚀金属、橡胶制品和建筑物等。随着科技进步的加快，空气污染控制技术正在飞速发展。

室内空气污染和室外空气污染密切相关。近年来室内空气品质变差的部分原因就是因为室外大气污染日益严重，因此对室外空气污染有必要了解。表1对室外大气污染物做了一个简单的总结。

表1 和室内空气品质相关的室外污染物

这其中有些污染物可以通过舍内外的空气交换进入室内，而有些室内污染物则会随着通风被排至室外。一般来说，室内VOCs/SVOCs浓度要高于室外，而在室外污染比较严重的地区，室内、浓度较低。

污染源、污染物（达到一定浓度）以及对人类及其生存环境造成危害与影响，这是构成空气污染问题的基本要素。当今的人们已经比较充分地认识到了空气污染的各方面危害和影响，主要归结于以下方面：

1、对人体健康的危害

例如，由于人体受光化学烟雾刺激，可能是呼吸道粘膜受损，严重的能引起气管、肺部疾病。由于可吸人颗粒物，会导致许多种呼吸系统病变，国际上对如何减少、如何预报可吸人颗粒物非常关注。

2、对生物体的危害

包括对动物与植物的危害。例如，放射性污染物发出的高能射线能破坏动植物的正常生理过程，甚至使基因产生突变。

3、对各类物品的危害

如建筑材料、金属制品、纺织、橡胶、皮革、纸品以及各类文化艺术和文物的危害。例如，长期的酸雨能使建筑物表层剥落、褪色，并会造成钢结构的桥梁腐蚀，缩短使用寿命。

4、对全球气候变化的影响

这是近一二十年来特别令人关注的课题，包括如温室效应、气溶胶颗粒物作用和臭氧层破坏等方面的作用和危害。由于二氧化碳和甲烷等温室气体排放量增加，使大气温度上升，水体膨胀，从而导致海平面升高、大气环流发生改变，导致气候异常。 2100433B

学科：环境科学

词目：矿山空气污染

英文：air pollution of mine