淺談氮氧化物對(duì)城市環(huán)境污染現(xiàn)狀及防治

許培棟

（珠海市斗門區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 廣東 珠海 519000）

摘要：近年來，能源消耗帶來的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，氮氧化物的治理已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。本文結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)氮氧化物的來源和對(duì)環(huán)境的污染進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)城市氮氧化物污染的防治措施進(jìn)行討論，以作參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)；氮氧化物；環(huán)境污染；大氣防治

大氣是環(huán)境的重要組成部分，是人類生存必不可少的物質(zhì)。潔凈的大氣對(duì)生命至關(guān)重要。但是人類社會(huì)的生活消費(fèi)、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣，造成了嚴(yán)重的大氣污染。對(duì)人類、動(dòng)植物的生長(zhǎng)和生存造成嚴(yán)重危害。NOx是一種主要的大氣污染物。NOx的存在對(duì)環(huán)境物質(zhì)、人類及其生物都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

一、NOx的來源

NOx的種類很多，它是一氧化二氮（NO）、一氧化二氮（N2O）、二氧化氮（NO2）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）等的總稱。造成大氣污染的主要指NO和NO2。大氣中的一部分NOx是由天然源產(chǎn)生的，高空中的閃電可以使氮?dú)夂脱鯕饣仙蒒Ox，平流層注入，NH3的氧化，生物質(zhì)的燃燒，土壤的釋放等都可產(chǎn)生NOx。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，人為污染源一年向大氣排放NOx約5.21×107噸，人類活動(dòng)排放的NOx主要來自各種燃料的燃燒過程，其中工業(yè)窯爐和汽車排放最多。此外，硝酸的生產(chǎn)或使用過程，氮肥廠，有機(jī)中間體廠，有色及黑色金屬冶煉廠的某些生產(chǎn)過程也有NOx的生成。燃料燃燒時(shí)，生成NOx的途徑有二種：一是在高溫下空氣中的氮被氧化，生成熱致NOx，溫度越高，氧的濃度越大，NOx的生成量越大；二是燃料中各種氮化合物、吡啶（C5H5N），呱啶（C5H11N）和煤中的鏈狀和環(huán)狀含氮化合物等被分解生成燃料NOx。由燃料燃燒生成的NOx主要是NO，而在一般鍋爐中只有10%的NO氧化成NO2，主要反應(yīng)如下：

N2+O2→2NO，N+O2→NO+O

N2+O→NO+N，2NO+O2→2NO2

二、我國城市NO2污染現(xiàn)狀及污染特征分析

隨著中國人口的不斷增加，國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，未來20年中國NOx排放量將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。如果不采取進(jìn)一步的控制措施，到2020年和2030年，全國能源消費(fèi)導(dǎo)致的NOx排放總量將分別達(dá)到3154萬t和4296萬t。預(yù)測(cè)到2020年前后將超過美國成為世界第一大NOx排放國，如此巨大的排放量將給公眾健康和生態(tài)環(huán)境帶來災(zāi)難性的后果。2012年2月29日，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議同意發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。新標(biāo)準(zhǔn)不僅增設(shè)了飽受關(guān)注PM2.5濃度限值，還增設(shè)臭氧8小時(shí)平均濃度限值，收緊了二氧化氮的濃度限值，這也對(duì)我國NOx控制提出了新的挑戰(zhàn)。實(shí)際上，"十一五"以來，盡管二氧化硫完成了減排任務(wù)，但是全國113個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市空氣中的二氧化氮濃度一直沒有下降。2010年，環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市總體平均二氧化氮濃度與上年相比反而略有上升，這種增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)一直持續(xù)到2011年上半年。環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《2011年上半年環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況》顯示，與2010年上半年相比，2011年上半年全國113個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市空氣中二氧化氮平均濃度上升5.7%，而短期內(nèi)這種上升的趨勢(shì)很難扭轉(zhuǎn)。如果按2006年版《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》來衡量，2010年所有環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市均能夠達(dá)到0.04mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)限值。但如果按新發(fā)布的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，將有35個(gè)城市也就是31%的城市沒法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值。我國NOx減排形勢(shì)依然嚴(yán)峻。

三、進(jìn)一步加強(qiáng)城市環(huán)境NOx污染的防治措施

3.1催化還原法

催化還原法是利用不同的還原劑在一定溫度和催化劑的作用下將NOx還原為無害的氮?dú)夂推渌缓慕M分。凈化過程中。根據(jù)還原劑是否與氣體中的氧氣發(fā)生反應(yīng)分為選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法。選擇性催化還原法是工業(yè)上應(yīng)用最廣的一種脫硝技術(shù)。利用還原劑在催化劑作用下有選擇性地與煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使之生成氮?dú)夂退?，從而減少煙氣中氮氧化物排放應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐等。理想狀態(tài)下可使NOx的脫除率達(dá)90%以上，但實(shí)際上由于氨量的控制誤差而造成的二次污染等原因使得通常僅能達(dá)到65%～80%的凈化效果。由于此法效率較高，是目前能找到的最好的可以廣泛應(yīng)用于固定源NOx治理的技術(shù)。選擇性非催化還原法是向煙氣中噴氨或尿素等含有NH3基的還原劑。在高溫（900～1100℃）和沒有催化劑的情況下，通過煙道氣流中產(chǎn)生的氨自由基與NOx反應(yīng)，把NOx還原成N2和H2O。在選擇性非催化還原反應(yīng)中，部分還原劑將與煙氣中O2發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O。

3.2液體吸收法

液體吸收法是用水或酸、堿、鹽的水溶液來吸收廢氣中的氮氧化物，使廢氣得以凈化的方法。按吸收劑的種類可分為水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、氧化一吸收法及液相絡(luò)合法等。由于吸收劑種類較多，為中小型企業(yè)廣泛使用。液體吸收方法的主要問題是不能用于機(jī)動(dòng)車尾氣治理，其次是吸收液的再生或處置不好解決。

3.3固體吸附法

固體吸附法是一種采用吸附劑吸附氮氧化物以防其污染的方法。目前常用的吸附劑有分子篩、活性炭、硅膠等。

3.4生化處理技術(shù)

生化法處理氮氧化物廢氣技術(shù)只是近10多年才逐步發(fā)展起來的，目前研究的只是強(qiáng)化和優(yōu)化該過程。主要是從強(qiáng)化傳質(zhì)和控制有利于轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程的條件兩方面著手，憑借細(xì)胞固定化技術(shù)，可提高單位體積內(nèi)微生物濃度。通過對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素的控制，使微生物處于最佳生長(zhǎng)狀態(tài)，提高其對(duì)NOx的凈化率等。隨著研究的不斷深入，該技術(shù)將會(huì)從各方面得到全面的發(fā)展。

3.5其他措施

（1）植樹造林，綠化環(huán)境利用植物美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候，吸收大氣中的NOx氣體，可以大面積長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地凈化大氣。據(jù)報(bào)道，落葉樹木對(duì)NOx等氣體的吸收能力和解毒作用比長(zhǎng)綠樹木要強(qiáng)得多。

（2）"排煙脫氮"除NOx。"排煙脫氮"是指應(yīng)用液態(tài)或固態(tài)的吸收劑或吸附劑來吸收或吸附NOx，以達(dá)到脫氧的目的。目前排煙脫氧的方法有催化還原法和吸收法等.催化還原法是應(yīng)用Pt或Cu、Cr、Fe、Mo、CO、Ni等的氧化物為催化劑，以H2、NH3、H2S及CO等為還原劑，將煙氣中的NOx還原為N2。

四、結(jié)束語

綜上所述，在用車方面應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督管理完善在用車檢測(cè)、維護(hù)管理體系，解決電力行業(yè)二氧化硫和氮氧化物控制中遇到的煤質(zhì)煤種復(fù)雜多變的問題，不斷為氮氧化物控制提供科技支撐開展大氣污染物的協(xié)同效應(yīng)、氮氧化物污染源清單、排放與環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、排放量同環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系、監(jiān)測(cè)技術(shù)體系和控制策略、柴油車的氮氧化物控制技術(shù)研究等方面的基礎(chǔ)研究工作。

[1]城市低層大氣臭氧生成的模擬研究[J]. 蔣維楣，蔡晨霞，李昕. 氣象科學(xué). 2015（02）

[2]NOx與NMHC的變化對(duì)O3生成量的影響[J]. 安俊嶺，韓志偉，王自發(fā)，黃美元，陶樹旺，程新金. 大氣科學(xué). 2016（06）

[3]近地面O3變化化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的數(shù)值研究[J]. 楊昕，李興生. 大氣科學(xué). 2016（04）

[4]中國城市光化學(xué)煙霧污染研究[J]. 張遠(yuǎn)航，邵可聲，唐孝炎，李金龍. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2014（01）