大氣治理過(guò)程中煙氣除塵技術(shù)探究

尚紅念

（江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

引 言

在當(dāng)代工業(yè)化和城市化進(jìn)程中，大氣污染已經(jīng)成為全球關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。隨著工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的不斷發(fā)展，大量廢氣排放導(dǎo)致空氣質(zhì)量惡化，給人類的健康和生活質(zhì)量造成嚴(yán)重威脅。煙氣除塵作為大氣治理的一種核心技術(shù)，對(duì)改善空氣質(zhì)量具有重要意義。傳統(tǒng)的煙氣除塵技術(shù)主要包括重力沉降、濕法除塵等。然而，這些除塵方法均存在一些弊端，如效率低、維護(hù)困難、易導(dǎo)致二次污染等。因此，尋求一種更加高效、可持續(xù)的煙氣除塵方法，一直是科研人員追求的目標(biāo)。近年來(lái)，相關(guān)人員通過(guò)深入研究，探索出了一系列新型的高效煙氣除塵技術(shù)。例如，通過(guò)引入先進(jìn)的過(guò)濾材料，可以提升除塵效率，并降低能耗。同時(shí)，靜電場(chǎng)、超聲波及自清潔功能等新技術(shù)也展示出很大的潛力。此外，研究人員也在探索利用生物技術(shù)等環(huán)境友好型的除塵方法。加強(qiáng)對(duì)大氣治理過(guò)程中煙氣除塵方法的研究，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

1 工業(yè)生產(chǎn)煙塵大氣污染的特點(diǎn)

1.1 產(chǎn)生源廣泛

工業(yè)生產(chǎn)煙塵的源頭較為廣泛。工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)包括制造業(yè)、采礦業(yè)、能源生產(chǎn)等眾多行業(yè)，這些行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵。例如，發(fā)電廠煤炭的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰，石油化工行業(yè)中的廢物焚燒會(huì)產(chǎn)生大量的油煙等。由于工業(yè)生產(chǎn)涉及范圍較廣，導(dǎo)致排放的煙塵特性繁多，增加了大氣污染治理的難度。

1.2 排放量大

工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)通常涉及眾多大型的生產(chǎn)設(shè)備，如發(fā)電廠的燃煤鍋爐、煉鋼廠的燒結(jié)機(jī)等，這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，單套設(shè)備的排氣量每小時(shí)可達(dá)幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)立方，而企業(yè)往往都具有數(shù)套這種大型設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行會(huì)向大氣排放數(shù)量龐大的煙塵。巨量的煙塵排放不僅會(huì)導(dǎo)致大氣中的顆粒物濃度增加，影響空氣質(zhì)量，而且會(huì)嚴(yán)重影響人體健康。

1.3 特性復(fù)雜

工業(yè)生產(chǎn)煙塵的特性非常復(fù)雜。煙塵主要由顆粒物組成，但是不同的生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生的顆粒物，其物理、化學(xué)和生物特性差異巨大。物理特性主要為顆粒物的大小、比重和表面粗糙度等；化學(xué)特性主要為顆粒物的成分差異，包括有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和重金屬等，其中有機(jī)物和重金屬是工業(yè)煙塵中比較常見的成分；生物特性主要體現(xiàn)在油煙類物質(zhì)的可生物降解性難易程度等。這些復(fù)雜的特性使得工業(yè)煙塵對(duì)大氣環(huán)境造成的影響也較為復(fù)雜，不同的煙塵對(duì)環(huán)境和人體健康的影響程度也各不相同[1]。

1.4 傳輸距離遠(yuǎn)

目前，大部分工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)集中在城市周邊或政府規(guī)劃的工業(yè)園區(qū)等特定區(qū)域，工業(yè)煙塵排放的源頭通常與人口密集區(qū)域距離較遠(yuǎn)。然而，煙塵排放不僅局限于產(chǎn)生源附近，它們還會(huì)隨著空氣流動(dòng)擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的地區(qū)。這使得工業(yè)生產(chǎn)煙塵對(duì)大氣污染的影響不僅局限于產(chǎn)生源所在的地區(qū)，而是可以擴(kuò)散到更廣闊的人口密集區(qū)域。這也增加了大氣污染治理的復(fù)雜性，相關(guān)人員需要綜合考慮不同地區(qū)的排放情況和空氣流動(dòng)情況進(jìn)行治理。

2 大氣治理和煙氣除塵的必要性

2.1 大氣污染嚴(yán)重危害人體健康

大氣污染日趨嚴(yán)重，給人類的健康和生存環(huán)境造成了巨大危害。長(zhǎng)期存在于空氣中的污染物會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等造成嚴(yán)重傷害。例如在霧霾天氣下，細(xì)小的顆粒物進(jìn)入人體呼吸道沉積會(huì)導(dǎo)致呼吸困難、咳嗽、哮喘等疾病，并對(duì)孕婦和嬰幼兒的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年約有700萬(wàn)人死于空氣污染導(dǎo)致的疾病。

2.2 大氣污染對(duì)環(huán)境的破壞不容忽視

大氣污染不僅使空氣變得渾濁，導(dǎo)致能見度驟降，給交通、航運(yùn)等行業(yè)帶來(lái)極大的安全隱患，還會(huì)威脅生態(tài)系統(tǒng)的平衡和可持續(xù)發(fā)展。大氣污染因子中的有害氣體如二氧化硫和氮氧化物等，會(huì)通過(guò)空氣傳播進(jìn)入土壤、湖泊和河流，損害水生生物的生存環(huán)境和農(nóng)作物的生長(zhǎng)，破壞生態(tài)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 大氣治理和煙氣除塵有助于改善社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

大氣污染嚴(yán)重影響城市的形象和吸引力，加劇地域之間的經(jīng)濟(jì)差異，妨礙城市的吸引力和投資機(jī)會(huì)。相反，通過(guò)加強(qiáng)大氣治理，改善城市空氣質(zhì)量，可以提升人民生活品質(zhì)，吸引更多的投資和人才流入。同時(shí)，大氣治理也可降低醫(yī)療費(fèi)用，提高生產(chǎn)效率，并創(chuàng)造出更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。

2.4 大氣治理和煙氣除塵可推動(dòng)清潔能源的發(fā)展

燃煤是造成大氣污染的主要原因之一，大力推廣清潔能源可以減少煤炭的燃燒，從而降低大氣污染的程度。清潔能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能和水能等對(duì)環(huán)境比較友好，不會(huì)產(chǎn)生有毒廢氣和固體廢物及造成二次污染等，可以有效減少對(duì)環(huán)境的危害。此外，大規(guī)模開發(fā)和利用清潔能源還將促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供源源不斷的動(dòng)力[2]。

3 大氣治理過(guò)程中煙氣除塵的技術(shù)及原理

大氣污染是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，給生態(tài)系統(tǒng)、人類健康和氣候變化都帶來(lái)了嚴(yán)峻考驗(yàn)。其中，煙塵作為大氣污染的主要來(lái)源之一，不僅對(duì)空氣質(zhì)量造成直接威脅，還會(huì)對(duì)人體呼吸系統(tǒng)以及環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期危害。煙氣除塵指通過(guò)一定的技術(shù)措施將煙氣中的顆粒物捕集并去除，從而凈化煙氣并使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 干式除塵技術(shù)

干式除塵是指在不改變煙氣特性的條件下進(jìn)行除塵的一類技術(shù)，有效率高、不易導(dǎo)致二次污染等優(yōu)點(diǎn)，最常見、最高效的干式除塵包括電除塵和過(guò)濾除塵。

3.1.1 電除塵

電除塵器也稱作電集塵器，電除塵器重點(diǎn)利用靜電和電場(chǎng)的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒物的捕集和去除。其工作原理如下：首先，進(jìn)入電除塵器的煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理，去除其中的大顆粒物和水分；然后煙氣進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，在高壓電極的作用下，煙氣帶電；煙氣中的帶電顆粒物在電場(chǎng)力的作用下沉積到集塵電極上，形成除塵層，從而達(dá)到去除煙氣中顆粒物的目的；凈化后的煙氣通過(guò)出口排放至大氣中。

3.1.2 過(guò)濾除塵

過(guò)濾除塵是利用過(guò)濾材料捕集顆粒物的方法，廣泛應(yīng)用于工業(yè)煙氣治理中。常見的過(guò)濾除塵器包括袋式除塵器、濾筒除塵器等。其工作原理如下：煙氣進(jìn)入濾袋除塵器，在均布板的作用下，含塵煙氣被分布到各個(gè)倉(cāng)室與濾袋表面發(fā)生碰撞；大顆粒物被慣性捕集，小顆粒物被濾袋表面的纖維網(wǎng)過(guò)濾捕集，濾袋上積累的顆粒物形成灰層；定期清理灰層以保證除塵效果，并將凈化后的煙氣排放。

3.2 濕式除塵技術(shù)

濕式除塵技術(shù)主要是指利用水噴淋將顆粒物去除，從而實(shí)現(xiàn)煙氣凈化的一類技術(shù)。常見的濕式除塵設(shè)備包括吸濕塔、濕式電除塵器等。其中，濕式電除塵器結(jié)合了濕式除塵和電除塵技術(shù)，能夠有效去除煙氣中的細(xì)小顆粒物。其工作原理如下：首先，煙氣進(jìn)入濕式電除塵器，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后含有一定的水分；然后煙氣通過(guò)噴嘴噴出微細(xì)的水霧，使煙氣與水滴充分接觸；煙氣中的顆粒物與水滴發(fā)生碰撞并吸附到水滴表面；最后含水的顆粒物與水滴沉積到除塵層上形成污泥；凈化后的煙氣通過(guò)出口排放。

3.3 煙氣脫硫技術(shù)及其原理

煙氣脫硫是指通過(guò)一系列的技術(shù)手段，將燃煤、燃油等燃燒煙氣中含有的二氧化硫（SO2）轉(zhuǎn)化為無(wú)害的硫酸鹽，達(dá)到凈化廢氣的目的。煙氣脫硫技術(shù)在燃煤電廠、工業(yè)鍋爐等大氣污染源的治理中發(fā)揮著重要作用。煙氣脫硫的原理是通過(guò)與二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，常用的煙氣脫硫方法包括濕法脫硫和干法脫硫。

3.3.1 濕法脫硫

濕法脫硫是利用液態(tài)吸收劑與煙氣接觸，從而實(shí)現(xiàn)二氧化硫的吸收。常見的吸收劑包括石灰石、石灰乳、蘇打灰等。脫硫過(guò)程中，二氧化硫溶解在吸收劑中，生成亞硫酸或硫代硫酸根離子，反應(yīng)公式如式（1）、式（2）：

濕法脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、廢棄物易于處理等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著能耗高、脫硫劑消耗大等不足。因此，近年來(lái)干法脫硫技術(shù)逐漸興起。

3.3.2 干法脫硫

干法脫硫是直接將脫硫劑噴入煙氣中，與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)。常見的脫硫劑包括活性炭、液態(tài)氨等。脫硫過(guò)程中，活性碳吸附二氧化硫生成活性炭硫酸鹽，反應(yīng)公式如式（3）：

液態(tài)氨法主要是使氨氣和煙氣進(jìn)行反應(yīng)來(lái)脫硫，反應(yīng)過(guò)程中形成的硫酰胺經(jīng)進(jìn)一步反應(yīng)得到硫酸銨，反應(yīng)公式如式（4）：

干法脫硫技術(shù)相對(duì)于濕法脫硫來(lái)說(shuō)，具有能耗低、廢棄物產(chǎn)生量少等優(yōu)勢(shì)，但需要注意的是，干法脫硫技術(shù)對(duì)粉塵的處理較為困難。

3.4 煙氣脫硝技術(shù)及其原理

煙氣脫硝技術(shù)是一種用于控制大氣氮氧化物污染的重要環(huán)保措施，其主要目的是降低燃煤電廠等燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）的排放量。煙氣脫硝技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的能源、化工、鋼鐵、紡織、食品等各個(gè)行業(yè)。煙氣脫硝技術(shù)的原理是通過(guò)催化劑促進(jìn)氨和NOx之間的化學(xué)反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退３Ｓ玫臒煔饷撓跫夹g(shù)包括選擇性催化還原（SCR）和非選擇性催化還原（SNCR）。在SCR脫硝技術(shù)中，煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理后加入適量的氨，并通過(guò)催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)。主要反應(yīng)方程式如式（5）：

其中，NO（氮氧化物中的一種）與NH3（氨）反應(yīng)生成氮?dú)猓∟2）和水（H2O），氧氣（O2）作為氧化劑參與反應(yīng)。而在SNCR脫硝技術(shù)中，氨溶液通過(guò)噴霧裝置以適當(dāng)?shù)臏囟葒娙肴紵齾^(qū)域，與NOx進(jìn)行非選擇性催化還原反應(yīng)。主要反應(yīng)方程式如式（6）：

其中，NO與NH3反應(yīng)生成N2和H2O。這兩種脫硝技術(shù)的核心是通過(guò)催化劑的作用加速該反應(yīng)過(guò)程。常用的SCR催化劑材料有釩鈦催化劑（V-Ti）和銅鐵催化劑（Cu-Fe）等，而SNCR催化劑則通常采用尿素或氨水。煙氣脫硝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是脫硝效率高、操作穩(wěn)定可靠，能夠有效降低NOx的排放量，達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求。然而需要注意的是，在脫硝反應(yīng)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物二氧化氮（NO2），因此在工業(yè)應(yīng)用中需要合理控制氨的投加量以避免二氧化氮超標(biāo)。降低大氣排放的NOx含量，有助于改善環(huán)境質(zhì)量，并減少酸雨、光化學(xué)煙霧等污染的形成。

4 強(qiáng)化大氣治理和煙氣除塵的綜合措施

4.1 加大環(huán)境監(jiān)管力度

為了達(dá)成環(huán)境治理目標(biāo)，加大監(jiān)管力度起著非常關(guān)鍵的作用。首先，政府應(yīng)加大對(duì)企業(yè)的執(zhí)法力度，嚴(yán)格落實(shí)環(huán)保法律法規(guī)，加大處罰力度和頻率，對(duì)那些故意違法排放、操作不當(dāng)?shù)钠髽I(yè)進(jìn)行懲罰，以起到震懾作用。同時(shí)，政府還可以加強(qiáng)監(jiān)測(cè)體系建設(shè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)大氣污染物濃度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理相關(guān)問(wèn)題。此外，政府還可以與相關(guān)部門合作，制定更為嚴(yán)格的排污標(biāo)準(zhǔn)和措施，并密切追蹤實(shí)施情況，確保監(jiān)管措施的有效性。

4.2 推進(jìn)綠色發(fā)展

首先，相關(guān)部門需要加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)收集，只有明確真實(shí)的環(huán)境問(wèn)題和大氣污染狀況，才能制定出切實(shí)可行的解決方案。因此，政府應(yīng)當(dāng)提供更多的預(yù)算用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整措施。其次，需要制定和執(zhí)行更嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)。政府需要加大對(duì)企業(yè)和個(gè)人違法排放的打擊力度，同時(shí)鼓勵(lì)和支持那些采取環(huán)保措施的企業(yè)。只有制定并執(zhí)行嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，才能有效防止大氣污染的發(fā)生和蔓延。此外，相關(guān)部門還需要投資和推廣綠色能源。煤炭和油類等傳統(tǒng)能源的燃燒是大氣污染的主要原因之一，因此，發(fā)展清潔和可再生能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能和水能，對(duì)于減少污染物的排放，改善空氣質(zhì)量具有重要意義。最后，大力推廣煙氣除塵技術(shù)是解決大氣污染問(wèn)題的關(guān)鍵之一，對(duì)于那些大量產(chǎn)生煙塵的企業(yè)和行業(yè)，采取有效的煙氣除塵技術(shù)可以顯著減少污染物的排放，提高環(huán)境質(zhì)量。政府應(yīng)該鼓勵(lì)這些企業(yè)安裝除塵設(shè)備，并采取相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)措施[3]。

4.3 加大研發(fā)投入力度

首先，政府層面要加大對(duì)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的投入。政府應(yīng)制定并完善相關(guān)法律法規(guī)，明確責(zé)任分工，加強(qiáng)監(jiān)管力度，確保執(zhí)行情況到位。同時(shí)，要加大對(duì)大氣治理和煙氣除塵技術(shù)研發(fā)的投入，鼓勵(lì)企業(yè)和科研院所開展科學(xué)研究，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用。其次，企業(yè)層面要加強(qiáng)自身管理和技術(shù)改造，企業(yè)應(yīng)始終把環(huán)境保護(hù)作為重要職責(zé)，建立環(huán)保管理部門，并配備專業(yè)人員，負(fù)責(zé)環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理工作。

4.4 加強(qiáng)國(guó)際合作

加強(qiáng)國(guó)際合作可以促進(jìn)技術(shù)交流和共享。不同國(guó)家和地區(qū)在大氣污染治理領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，通過(guò)開展技術(shù)交流，各國(guó)可以學(xué)習(xí)借鑒先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行合作研發(fā)，推動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。比如，我國(guó)可以從歐洲國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的煙氣除塵技術(shù)，在自身的工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，以提高大氣質(zhì)量。其次，國(guó)際合作有助于共同制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和政策。大氣治理是一個(gè)全球性的問(wèn)題，沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家可以獨(dú)善其身。通過(guò)國(guó)際合作，各國(guó)可以形成統(tǒng)一的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和政策，以確保每個(gè)國(guó)家都能履行自身的環(huán)保責(zé)任。同時(shí)，國(guó)際合作還可以加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和評(píng)估機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決大氣污染問(wèn)題。此外，國(guó)際合作可以促進(jìn)資金和技術(shù)的投入。大氣治理需要巨大的投入和技術(shù)支持，許多發(fā)展中國(guó)家在這方面存在困難。通過(guò)國(guó)際合作，可以吸引更多的資金和技術(shù)投入到這個(gè)領(lǐng)域，幫助發(fā)展中國(guó)家提高環(huán)境治理水平，共同構(gòu)建良好的大氣環(huán)境。最后，國(guó)際合作還可以推動(dòng)法律法規(guī)的加強(qiáng)和完善。將環(huán)境保護(hù)納入國(guó)際合作的框架，可以形成一系列法律法規(guī)，對(duì)環(huán)境污染者進(jìn)行制裁，并為受害者提供救濟(jì)。通過(guò)國(guó)際合作，各國(guó)可以共同制定更加嚴(yán)格的法律法規(guī)，以加強(qiáng)大氣治理和煙氣除塵的力度。

5 結(jié)語(yǔ)

大氣治理和煙氣除塵是保護(hù)人類健康、改善環(huán)境質(zhì)量、推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要舉措，政府、企業(yè)和個(gè)人都應(yīng)該共同努力，加強(qiáng)對(duì)大氣治理和煙氣除塵技術(shù)的研究與應(yīng)用，并采取加大監(jiān)管力度、推進(jìn)綠色發(fā)展、增加研發(fā)投入和加強(qiáng)國(guó)際合作等措施，以有效降低煙氣排放量，改善環(huán)境質(zhì)量。只有這樣，我們才能創(chuàng)造出更美好的生活環(huán)境，讓后代子孫能夠享受純凈的空氣和健康的生活。