關(guān)于碳排放與大氣污染物排放分析及治理研究

李欣欣

(華陽新材料科技集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保部(節(jié)能計量科),山西 陽泉 045000)

引 言

環(huán)境空氣污染對環(huán)境和人類健康有害，是一個城市區(qū)域的嚴(yán)重問題。氣候變化是一個全球挑戰(zhàn)，由于人類活動的碳排放導(dǎo)致了大氣溫室氣體濃度的增加。大多數(shù)空氣污染物和溫室氣體密切相連的，主要來自燃料燃燒和工業(yè)過程[1]。除了減少溫室氣體排放，除了減緩氣候變化外，減少溫室氣體的碳排放還可以帶來改善空氣質(zhì)量和降低過早死亡率的輔助好處。在我國，許多空氣污染物的排放在過去幾十年里大幅下降，然而，空氣質(zhì)量問題仍然存在。我國很大一部分人口生活在一些地區(qū)，特別是那些出現(xiàn)超過空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的城市。城市居民暴露于濃度高于被認(rèn)為有害空氣質(zhì)量水平的污染物的環(huán)境中。氣候系統(tǒng)的偶發(fā)收到破壞是明確的，導(dǎo)致氣候變暖的主要原因是燃燒化石燃料產(chǎn)生的溫室氣體排放[2]。為了防止氣候變化最嚴(yán)重的影響，我國開始對碳排放制定計劃，確定需要實(shí)現(xiàn)碳中和的時間，以確保到2030年達(dá)到碳達(dá)峰。本文通過對碳排放與污染物的環(huán)境治理技術(shù)和協(xié)同治理進(jìn)行簡述，為空氣污染治理提供依據(jù)。

1 大氣污染物的主要來源

1.1 總體概況

空氣污染物可能從人為來源，即與人類活動有關(guān)的來源和自然來源排放。人為來源的例子包括公路、鐵路、航空、海上等交通設(shè)施的運(yùn)行排放，化石燃料發(fā)電廠、冶煉廠、焚化爐、煉油廠等工藝工程的污染排放，以及占據(jù)較少比例的牛、化肥使用情況等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程，住宅、商業(yè)和機(jī)構(gòu)部門(供暖、清潔產(chǎn)品等)也會產(chǎn)生一定的碳排放。自然來源包括植被和土壤中的氮化合物排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC物)、風(fēng)侵蝕造成的灰塵排放、海洋排放、火山爆發(fā)、地?zé)醽碓?、閃電產(chǎn)生氮氧化物和森林火災(zāi)，然而，各類火災(zāi)也可能是由于人類活動造成的[3]。通過總結(jié)可得出，導(dǎo)致空氣污染物排放的四大類過程：燃燒、揮發(fā)、機(jī)械過程(磨損、再懸浮等)、以及不屬于之前類別之一的自然過程。

1.2 主要來源過程

燃燒是碳排放和大氣污染的主要形式來源。燃燒過程意味著空氣中含有氧氣，而碳是燃料的主要成分，如煤、汽油、柴油和木材。這種燃燒發(fā)生在高溫下，并導(dǎo)致空氣分解為氧氮分子，這兩者都存在于空氣中，同時產(chǎn)生了碳的氧化。由于不完全燃燒會產(chǎn)生有毒氣體，主要是一氧化氮(NO)，但也有一部分(<10%)的二氧化氮(NO2)。燃料的完全氧化會導(dǎo)致一種溫室氣體二氧化碳的產(chǎn)生和水蒸氣(H2O)懸浮于空氣中[4]。

然而，燃燒一般不是完全的，在燃燒過程中產(chǎn)生沒有完全氧化的碳質(zhì)化合物。例如，這些化合物包括一氧化碳(CO)、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)、煙塵顆粒(主要源自柴油發(fā)動機(jī)和生物質(zhì)火災(zāi))、多環(huán)芳烴(PAH)、二惡英和呋喃。其中一些化合物是污染物，有些甚至可能致癌。例如甲醛、柴油發(fā)動機(jī)中的煤煙顆粒、多環(huán)芳烴、二惡英和呋喃。此外，燃料中存在的無機(jī)物質(zhì)在燃燒過程中被釋放，通常由于在高溫下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而以氧化形式釋放。可見，大氣污染物種類較多，治理技術(shù)應(yīng)當(dāng)可靠全面且有效。各能源形式累計碳排放示意圖，如圖1所示。

圖1 各能源形式累計碳排放示意圖

2 排放控制與治理技術(shù)

2.1 液體吸收技術(shù)

可用于控制氣體污染物排放的技術(shù)可根據(jù)以下主要類別進(jìn)行總結(jié)，主要包括在液體中的吸收、固體吸附[5]。

首先對液體吸收技術(shù)進(jìn)行介紹，這種方法可用于減少非?？扇苄缘目諝馕廴疚锏呐欧?，通常存在于水中，例如氯化氫(鹽酸)和氟化氫(HF)。根據(jù)亨利定律，這種排放控制過程的效率取決于污染物在水中的溶解度。在某些情況下，可以通過將氣/水平衡移向水相來提高這種效率?？梢酝ㄟ^使用堿性溶液(即pH>7的堿性溶液)向液相取代，其溶解度隨pH的增加而增加。吸收過程的效率也可以通過添加化學(xué)轉(zhuǎn)化來取代物質(zhì)向液相的轉(zhuǎn)移。

2.2 固體吸附

這種方法是基于在氣體分子和固體表面之間形成的鍵。這種現(xiàn)象包括各種過程：

1) 對非極性固體的吸附，如活性炭，這是一種具有高孔隙率的碳質(zhì)物質(zhì)，因此允許表面積與氣相相互作用。例如，這種方法用于減少焚化爐中持久性有機(jī)污染物(POP)和汞的排放。

2) 吸附于極性固體(氧化鋁、二氧化硅)；然而，這類固體也會吸附水，當(dāng)排放廢水含有大量水時，會顯著降低吸附過程的效率[6]。

3) 化學(xué)吸附，它對應(yīng)于被吸附物質(zhì)與固體的化學(xué)反應(yīng)，并可能導(dǎo)致潛在危害較小的反應(yīng)產(chǎn)物的解吸。異均相催化反應(yīng)可包括在這一類中。例如，催化轉(zhuǎn)換器使用催化劑將一氧化碳(CO)轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)和未燃燒的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為CO2(雙向催化轉(zhuǎn)換器)。三方催化轉(zhuǎn)化器也可以轉(zhuǎn)化部分氮氧化物排放(NOx)轉(zhuǎn)化成分子氮(N2)。

2.3 工業(yè)特殊污染物的處理

控制工業(yè)顆粒物污染物排放的主要技術(shù)如下：通過空氣動力動慣性捕獲、過濾、靜電捕獲；控制流動流體中顆粒在障礙上沉積的主要物理過程如下：沉積物、布朗擴(kuò)散、在電場中的遷移。

3 協(xié)同治理的路徑研究

一是建立目標(biāo)共識，促使多元主體有效合作。樹立社會責(zé)任意識，不僅可以提供更多的觀念和智慧，同時也能彌補(bǔ)單一政府主體治理的不足，同時也對政府主體和企業(yè)單位起著監(jiān)管作用，有利于建立有效的協(xié)同治理機(jī)制。

二是加強(qiáng)制度約束，保證共同目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。需要進(jìn)行協(xié)作的制度性規(guī)定，將彼此之間的協(xié)作交流程序劃入到規(guī)范化的軌道中，這才能保證主體之間協(xié)作的穩(wěn)定進(jìn)行。

三是促進(jìn)信息共享，為多元主體參與提供決策保障。碳排放與大氣污染物治理的相關(guān)主體積極參與、相互溝通并建立伙伴合作關(guān)系是展開協(xié)同行動首要前提。所以信息及時共享是多元主體間協(xié)作治理碳排放與大氣污染物的前提與基礎(chǔ)。

四是實(shí)現(xiàn)利益協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)多元主體的協(xié)同治理目標(biāo)。必須充分考慮各主體的利益需求，需要以系統(tǒng)的視角分析協(xié)作主體所處的驅(qū)動環(huán)境及其作用機(jī)制，從整體角度考慮現(xiàn)實(shí)問題又做好各單位之間的平衡工作，從而實(shí)現(xiàn)多元主體的利益協(xié)調(diào)目標(biāo)。

4 結(jié)語

我國的污染物減排舉措引起了全球關(guān)注。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略表明污染物減排應(yīng)成為首要任務(wù)之一。鑒于中國快速工業(yè)化和城市化進(jìn)程，環(huán)境可持續(xù)性受到威脅。盡管污染物排放控制目標(biāo)的種類和數(shù)量隨著發(fā)展階段的不同而有所變化，但取得了顯著成效。通過體制改革和經(jīng)濟(jì)激勵工具獲得。尤其是將國家污染物減排計劃作為一項獨(dú)立的計劃。結(jié)合中國國情，本文對我國的碳排放和大氣污染治理技術(shù)進(jìn)行了概述，同時提出了相應(yīng)的政策建議，包括增加減排投資、通過多種方式實(shí)現(xiàn)協(xié)同效益。研究成果為碳排放和大氣污染治理提供了依據(jù)。