大氣污染防治與控制技術研究

練芬芬

（麗水市環科環保咨詢有限公司，浙江 麗水 323000）

引言

大氣污染會對環境和人類健康構成重大威脅。面對日趨嚴重的大氣污染問題，各產業需在發展過程中深入貫徹綠色經濟理念，關注環保治理工作。為了解決大氣污染，探索主要防控技術及綜合方法至關重要。相關人員要加強這方面的研究，了解有關技術的定義、目的和優點，有效開展環境治理工作，從而進一步增強環保治理的效果。

1 環境治理中的大氣污染防控技術的主要類型

1.1 源頭減排

源頭減排，也稱為污染預防或廢物最小化，是一種主要的控制技術，旨在減少或消除源頭污染物的排放。源頭減排的主要目標是防止污染物的產生或最大限度地減少污染物的數量，從而減少總體環境影響。該技術注重“源頭減少”的原則，是可持續環境管理的一個組成部分[1]。源頭減排的目標如下。

1.1.1 最大限度減少污染

源頭減排的首要目標是最大限度地減少污染物的產生，污染物包括各種空氣污染物，如顆粒物、揮發性有機化合物（VOC）和有害空氣污染物（HAP）。通過減少這些污染物的產生，減輕對空氣質量和公眾健康的不利影響。

1.1.2 節約資源

源頭減少通常涉及優化流程，從而更有效地利用原材料和能源。這不僅減少了污染，還節省了寶貴的資源，降低了企業的生產成本。

1.1.3 遵守法規

許多環境法規要求行業采取源頭減排措施，以滿足排放限制并減少環境污染。實施源頭減排可以幫助行業遵守這些法規。

1.1.4 公共衛生保護

通過減少有害污染物的排放，源頭減排有助于改善空氣質量，保護工業設施附近地區的居民健康，并減少呼吸道和心血管疾病的發病率。

1.2 燃料轉換

燃料轉換是用于大氣污染控制的另一種主要控制技術，涉及改變各種過程（如燃燒）中使用的燃料類型，以減少污染物的排放。燃料轉換的主要目的是從污染較高的燃料過渡到更清潔的替代品，從而減少能源生產和消費對環境的影響。燃料轉換是指用一種燃料來源替代另一種燃料來源，通常目的是減少污染物排放，包括溫室氣體（GHG）和二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和顆粒物等空氣污染物[2]。燃料轉換的目標包括如下幾點。

1.2.1 減排

燃料轉換的核心目標之一是減少有害污染物和溫室氣體的排放。如在發電中用天然氣替代煤炭，可以顯著降低二氧化碳排放，并通過減少二氧化硫和氮氧化物的釋放來改善空氣質量。

1.2.2 提高能源效率

某些燃料比其他燃料更節能，通過改用更高效的燃料來源可以降低能源消耗，這不僅可以減少排放，還可以降低運營成本。

1.2.3 可再生能源的采用

燃料轉換涉及從化石燃料過渡到太陽能、風能或水力發電等可再生能源，這有助于減少碳排放和對有限化石燃料資源的依賴。

1.2.4 遵守法規

環境法規通常會對特定燃料類型的排放施加限制，燃料轉換可以通過選擇更清潔的燃料來幫助行業滿足這些監管要求。

1.2.5 提高健康和環境效益

通過使用更清潔的燃料，燃料轉換可以改善空氣質量，減少煙霧形成，并改善公共衛生狀況，特別是城市公共衛生狀況。

1.3 工藝改進

工藝改進是大氣污染控制的一項關鍵策略，是指有意識地改變工業或制造工藝，其主要目標是減少對環境的影響，特別是在排放和污染物方面。該技術涉及對設備、技術或操作程序進行調整，以提高效率、減少廢物產生，并最大限度地減少有害物質釋放到大氣中。工藝改進的好處如下。

1.3.1 減少污染

工藝改進通過識別和實施可減少SO2、NOx和顆粒物（PM）等空氣污染物的排放，直接解決污染源問題，這可以改善空氣質量并降低附近地區群眾的健康風險。

1.3.2 提高能源效率

通過優化工業流程，工藝改進通常可以提高能源效率。減少能源消耗不僅可以降低運營成本，還可以減少溫室氣體排放，有助于減緩氣候變化。

1.3.3 節約資源

許多工藝修改涉及最大限度地減少原材料、水和能源的使用，這節省了寶貴資源并減少了生產過程的環境污染。

1.3.4 遵守法規

調整工藝流程以滿足或超過環境法規和排放標準，確保行業遵守法律。工藝改進可以幫助企業避免罰款和處罰，同時保持良好的聲譽。

1.3.5 提高技術的可持續性

工藝改進與可持續實踐相一致，使行業在面對不斷變化的環境法規和消費者偏好時，可以更加環保、更具彈性。

2 大氣污染防治與控制的關鍵技術

2.1 空氣質量監測和建模

2.1.1 監測和建模在污染控制中的重要性

空氣質量監測和建模是大氣污染防控技術的組成部分，這些過程在理解、評估和減輕空氣污染方面發揮著至關重要的作用。具體包括如下方面。

（1）污染水平評估。監測和建模提供給定區域空氣污染物濃度和分布的關鍵數據，這些信息有助于識別污染熱點，跟蹤一段時間內的趨勢，并評估與污染相關的健康風險程度。

（2）預警系統。持續監測可以檢測污染水平的突然峰值，從而觸發預警系統。這對于保護公眾健康至關重要，特別是在野火、工業事故或惡劣天氣條件等可能加劇空氣質量問題的事件期間。

（3）來源識別。監測可以幫助查明污染源，無論是來自工業設施、車輛排放還是自然來源，這些信息對于設計有針對性的污染控制策略至關重要。

（4）政策制定。監測和建模生成的數據，是制定有效空氣質量政策和法規的基礎，這些政策旨在減少排放并保護人類健康和環境。

2.1.2 監控技術

對于空氣質量監測和建模，依賴于各種技術和工具有效地收集和分析數據，最終有助于全面了解空氣質量，監測特定地點實時狀況，為污染控制策略提供信息。監控技術包括以下幾方面。

（1）連續監測。這些監測站使用氣體分析儀、顆粒物采樣器和氣象傳感器等儀器，實時測量污染物濃度和天氣狀況，來自監測站的數據提供了空氣質量的連續快照。

（2）被動采樣。被動采樣器是一種經濟高效的設備，可以在指定時間內收集污染物，通常用于測量一段時間內的平均污染物濃度。

（3）遙感衛星。衛星和地面遙感技術使用傳感器遠距離監測空氣質量，這些工具提供了污染控制模式的廣闊視野，對于大規模監測很有價值。

（4）移動監測。配備傳感器和分析儀的移動監測裝置，用于測量不同地點的空氣質量，包括道路和工業場地，這有助于識別污染源和熱點。

2.1.3 建模技術

建模技術包括以下幾方面。

（1）擴散模型。擴散模型根據排放數據、氣象條件和地形模擬污染物在大氣中的擴散，可以預測不同位置和高度的污染物濃度，有助于熱點識別和監管合規性評估。

（2）化學傳輸模型（CTM）。化學傳輸模型是復雜的數學模型，用于模擬影響污染物傳輸、轉化和沉積的化學和物理過程，對于了解大面積特定污染物的行為特別有用。

（3）數據同化。該技術將觀測數據與模型模擬相結合，以提高空氣質量預測的準確性，對于實時預測和提高模型性能至關重要。

（4）衛星監測。配備專用傳感器的地球觀測衛星，為監測全球范圍內空氣質量提供有價值的數據，可以監測關鍵污染物并提供跨境污染的數據[3]。

2.2 排放控制裝置

2.2.1 常見排放控制裝置概述

排放控制裝置是二次污染控制技術的重要組成部分，主要用于工業環境中，以減少有害污染物向大氣的排放。一些常見的排放控制裝置包括如下幾種。

（1）顆粒物（PM）收集器。靜電除塵器（ESP）和袋式除塵器等PM收集器，旨在捕獲和去除工業廢氣中的固體顆粒，例如灰塵和煙灰。工作原理是使用靜電荷（ESP）或物理過濾（袋式除塵器）來捕獲顆粒。

（2）洗滌器。洗滌器也稱為氣體洗滌器或空氣洗滌器，用于去除氣態污染物，如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和氯化氫（HCl）。工作原理是讓廢氣通過液體或漿液（通常是水或堿性溶液），與污染物發生反應并吸收污染物。

（3）催化轉化器。催化轉化器通常用于車輛排氣系統，以減少一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOC）等有害氣體的排放。其含有促進化學反應的催化劑，將污染物轉化為危害較小的物質。

（4）選擇性催化還原（SCR）系統。發電廠和工業設施中通常采用SCR系統來控制氮氧化物排放。比如，使用催化劑和氨或尿素噴射，將氮氧化物化學轉化為無害的氮氣和水。

（5）煙氣脫硫（FGD）系統。該系統用于去除燃煤發電廠和工業鍋爐產生的煙氣中的SO2排放，通常使用石灰石或石灰與之反應進行捕獲。

（6）蒸汽回收裝置（VRU）。該裝置通常用于石油和天然氣行業，用于捕獲和回收石油產品儲存和運輸過程中釋放的揮發性有機化合物（VOC）和有害空氣污染物（HAP），可以有效防止該污染物的排放[4]。

2.2.2 具體技術

（1）PM收集器。ESP使用高壓電極使廢氣流中的顆粒帶電。然后帶電粒子被吸引到接地板上，使之積聚并定期清除，從而減少顆粒物的排放；袋式除塵器由織物濾袋組成，廢氣從中通過時，顆粒物吸附在這些袋子的表面，定期搖動可以清除收集到的顆粒。

（2）洗滌器。濕式洗滌器使用液體（通常是水）來吸收和中和氣態污染物。干式洗滌器使用固體吸附劑來吸附污染物并與其發生反應。洗滌器可以根據洗滌介質的選擇來設計以針對特定的污染物。

（3）催化轉換器。催化轉換器依靠催化劑（通常由鉑和鈀等貴金屬制成）來促進化學反應，將有害氣體轉化為危害較小的氣體。例如，將一氧化碳（CO）轉化為二氧化碳（CO2），將氮氧化物（NOx）轉化為氮氣（N2）和氧氣（O2）。

（4）SCR系統。使用通常由金屬氧化物組成的催化劑，在氨或尿素存在的情況下促進氮氧化物（NOx）還原為氮氣（N2）和水（H2O）。這種化學反應發生在SCR反應器內。

（5）FGD系統。采用石灰石或石灰等堿性吸附劑與煙氣中的SO2發生反應。SO2轉化為亞硫酸鈣或硫酸鈣，可以方便地進行處置或進一步處理。

（6）VRU。使用冷凝、吸附或吸收技術捕獲VOC和 HAP，然后分離并回收捕獲的碳氫化合物，防止其釋放到大氣中。

2.3 洗滌技術

2.3.1 洗滌的定義和目的

在污染控制的背景下，洗滌是一種旨在去除工業廢氣或空氣排放物中氣態污染物和顆粒物的過程。洗滌的主要目的是在釋放到大氣中之前減少或消除有害的空氣污染物，該技術在改善空氣質量、保護公眾健康方面發揮著至關重要的作用。具體概括如下。

（1）消除污染。洗滌的目的是通過捕獲和去除污染物，包括酸性氣體（如二氧化硫、氯化氫）、氮氧化物、揮發性有機化合物（VOC）和顆粒物（PM），減輕空氣污染對環境和健康的不利影響，最終實現更清潔的排放。

（2）遵守法規。許多行業都受到嚴格的空氣質量法規的約束，這些法規對污染物排放設定了限制。通常需要進行洗滌之后，才能滿足這些監管要求并避免因違規而受到處罰。

（3）保護人類健康。通過洗滌去除有害污染物有助于保護附近社區的健康。二氧化硫和揮發性有機化合物等污染物釋放到空氣中時，會導致呼吸系統問題和其他健康問題。

（4）預防酸雨。洗滌對于去除SO2特別有效，通過捕獲二氧化硫排放，有助于減少酸雨的形成。酸雨會對生態系統、水體和基礎設施產生有害影響。

2.3.2 用于控制大氣污染的洗滌技術

采用各種洗滌技術來控制大氣污染，每種技術都針對特定類型的污染物而設計，并針對不同的工業應用量身定制。一些常見的洗滌技術包括如下幾種。

（1）濕式洗滌器。濕式洗滌器使用液體（通常是水或堿性溶液）來捕獲和中和氣態污染物。當被污染的空氣通過洗滌器時，污染物溶解或與洗滌液發生反應。濕式洗滌器用途廣泛且有效，可去除多種污染物，包括酸性氣體和顆粒物。

（2）干式洗滌器。與濕式洗滌器不同，干式洗滌器使用固體吸附劑（如石灰或碳酸氫鈉）來吸收氣態污染物并與其發生反應。當需要考慮用水量或處理不易溶于水的污染物時，通常使用干洗，通常用于去除酸性氣體。

（3）吸收洗滌器。吸收洗滌器使用液體溶劑來吸收和溶解特定氣體，如氨或二氧化硫。氣體分子被吸收到溶劑中，從而形成液體溶液，這些洗滌器通常用于去除酸性氣體。

（4）吸附洗滌器。吸附洗滌器使用活性炭等多孔材料來吸附氣態污染物，污染物附著在吸附材料的表面，可有效去除VOC和某些有機化合物。

（5）填充床洗滌器。填充床洗滌器由有填充材料（如塑料、陶瓷或金屬）的塔組成，該塔為污染氣流和洗滌液之間的接觸提供足夠大的表面積，這種設計增強了污染物的吸收或吸附。

（6）噴霧干燥洗滌器。噴霧干燥洗滌器使用堿性漿液霧化液滴來捕獲和中和污染物，受污染空氣與漿料混合，所得混合物被干燥以產生可以處置的干燥固體廢物[5]。

3 結語

為了追求更清潔的空氣和更健康的環境，大氣污染防治控制技術是不可或缺的工具。通過從源頭減少排放并采用監測、建模和各種控制設備，可以有效減輕空氣污染的影響。這些方法的重要性在于能夠保障公眾健康、保護生態系統和應對氣候變化。在應對空氣污染的挑戰中應認識到這些防控技術可以在塑造可持續和更清潔的環境方面起到巨大作用。