環(huán)保工程中的廢氣治理與減排技術(shù)研究

劉海燕

（濟(jì)寧市汶上生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 濟(jì)寧 272500）

引言

廢氣治理和減排技術(shù)在環(huán)境保護(hù)工程建設(shè)的過程中發(fā)揮著重要作用，其致力于解決來源多樣的有害排放問題。這些技術(shù)包括一系列針對工業(yè)過程、車輛排放和其他人為活動(dòng)產(chǎn)生的廢氣的處理和減排方法，這些方法的核心目的是降低大氣中一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及揮發(fā)性有機(jī)化合物等有害物質(zhì)的含量。這對保護(hù)環(huán)境和公眾健康都極為重要。因此，我們有必要對環(huán)保工程中的廢氣治理與減排技術(shù)進(jìn)行深入研究，以便不斷優(yōu)化技術(shù)性能，從而為提高環(huán)保工程的建設(shè)質(zhì)量提供可靠保障。

1 環(huán)保工程中的廢氣種類

1.1 按來源分類

按來源分類，環(huán)保工程中的廢氣可分為以下幾種：（1）工業(yè)排放廢氣：源于制造流程、發(fā)電、化工等工業(yè)活動(dòng)，常含有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、顆粒物及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等多種污染物。（2）車輛排放廢氣：轎車、卡車、公交車等車輛排放的廢氣，主要包含氮氧化物、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物和顆粒物，這類廢氣是導(dǎo)致城市空氣污染和霧霾的重要原因。（3）焚燒氣體：在垃圾焚燒過程中產(chǎn)生，可能包含二惡英、呋喃、汞和其他重金屬等多種污染物，具體成分取決于所焚燒的材料[1]。

1.2 按特性分類

按特性分類，環(huán)保工程中的廢氣可分為以下幾種：（1）溫室氣體：如二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4），它們主導(dǎo)了全球氣候變暖。（2）破壞臭氧層的物質(zhì)：如氯氟烴（CFC），會(huì)對臭氧層造成損害。（3）有毒氣體：如苯或氯乙烯，它們對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成直接威脅。

2 環(huán)保工程中的廢氣治理技術(shù)

2.1 物理方法

2.1.1 吸附

吸附作為一種物理廢氣治理手段，通過將污染物附著于固體材料（即吸附劑）的表面來實(shí)現(xiàn)氣體凈化。與吸收過程（即物質(zhì)被材料內(nèi)部吸收）不同，吸附專注于表面作用，這是一個(gè)被動(dòng)且能耗較低的過程，通常用于處理氣體中的低濃度污染物。使用此方法的過程中，常用的吸附劑主要包括以下幾種：（1）活性炭：活性炭以其高孔隙性和廣闊的表面積著稱，能有效捕捉有機(jī)化合物和氣味，其微孔結(jié)構(gòu)使其能夠在低濃度下有效吸附污染物。（2）沸石：這種微孔鋁硅酸鹽礦物擁有清晰的晶體結(jié)構(gòu)，特別擅長吸附小分子，并因其獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)而常用于選擇性吸附。此外，還有硅膠、活性氧化鋁和分子篩等吸附劑，它們對特定污染物具有獨(dú)特的親和力。吸附技術(shù)在工業(yè)排放處理中被廣泛應(yīng)用，用于移除有機(jī)化合物、硫化合物和碳?xì)浠衔锏萚2]。此外，對于制造過程、涂裝車間和化工產(chǎn)業(yè)中的揮發(fā)性有機(jī)化合物，吸附技術(shù)顯示出特別的有效性。然而，吸附劑的吸附能力有限，一旦達(dá)到飽和狀態(tài)，就需要進(jìn)行再生或更換。不同的吸附劑對不同污染物的吸附效率不同，因此相關(guān)人員在具體應(yīng)用中需要精心選擇。

2.1.2 吸收

在廢氣治理中，吸收是一種既可采用物理方式也可采用化學(xué)方式的常用方法，它主要是指將氣體污染物溶解于液態(tài)吸收劑內(nèi)。在此過程中，目標(biāo)氣體與吸收劑發(fā)生接觸，隨后被液態(tài)吸收劑所吸收。吸收過程可能基于物理原理，依賴于污染物在液體中的溶解度；也可能基于化學(xué)原理，涉及污染物與吸收劑之間的化學(xué)反應(yīng)。常見的吸收劑有兩種：（1）水：對于那些可以溶于水的氣體，例如氨或某些硫化合物，水是一種高效的吸收劑，它的主要優(yōu)點(diǎn)是成本低廉且易于獲得。（2）化學(xué)溶劑：如堿性溶液（主要用于吸收酸性氣體）和有機(jī)溶劑（針對某些特定的有機(jī)化合物），這些溶劑可以針對性地吸收特定的污染物，從而提高處理效率[3]。對某些特定氣體而言，使用專門的化學(xué)吸收劑進(jìn)行吸收可以達(dá)到非常高的效率。然而，特定的吸收劑可能僅對特定類型的污染物有效，這在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，某些吸收劑，尤其是化學(xué)吸收劑，可能涉及較高的運(yùn)營和維護(hù)成本。

2.2 化學(xué)方法

2.2.1 氧化

在廢氣治理過程中，氧化指的是通過引入氧氣將有害的污染物化學(xué)轉(zhuǎn)換成危害較小或無害的物質(zhì)，這一過程從本質(zhì)上改變了污染物的化學(xué)組成，使其變得更不具毒性、更穩(wěn)定或更易于進(jìn)一步處理并釋放到環(huán)境中。氧化可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)，包括熱氧化、催化氧化以及高級(jí)氧化等過程。在氧化的過程中，催化劑發(fā)揮著重要作用，常見的催化劑主要有：（1）臭氧：臭氧作為一種強(qiáng)效氧化劑，對包括揮發(fā)性有機(jī)化合物和微生物在內(nèi)的眾多污染物具有顯著的處理效果，使用臭氧可以將復(fù)雜污染物分解為更簡單、危害更小的物質(zhì)。（2）過氧化氫：過氧化氫通常在高級(jí)氧化過程中使用，其分解可產(chǎn)生極為活躍的羥基自由基，這些自由基能夠有效氧化多種污染物[4]。氧化過程的總體效果取決于污染物的性質(zhì)和所使用的具體方法，在某些情況下，為了達(dá)到最佳效果，相關(guān)人員可能需要結(jié)合多種方法。

2.2.2 還原

廢氣治理中的還原技術(shù)指通過加入還原劑來降低污染物含量的化學(xué)過程，該方法通過改變污染物的化學(xué)組成，通常能將其轉(zhuǎn)換成危害更小的物質(zhì)。這種技術(shù)在工業(yè)排放處理常見的氮氧化物和硫氧化物等氣體方面尤其有效。還原技術(shù)的基本原理是利用還原劑與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變其氧化狀態(tài)，進(jìn)而減少其對環(huán)境和人體健康的危害。這種方法通常與其他廢氣治理技術(shù)結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)更全面的效果。常見的還原劑有：（1）氨：在選擇性催化還原和選擇性非催化還原等過程中，氨被廣泛用作還原劑，用以降低氮氧化物的排放。氨與氮氧化物反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，相比原有污染物，其對環(huán)境的危害大大降低。（2）二氧化硫：二氧化硫有時(shí)也被用于還原某些污染物，相較于氨，它作為還原劑的使用不那么廣泛，且由于其自身具有毒性，需要謹(jǐn)慎處理。還原方法在處理氮氧化物和硫氧化物排放方面極為高效，其效果主要取決于污染物的濃度、選擇的還原劑及工藝的具體操作條件[5]。但是，此方法通常需要在特定條件下進(jìn)行，如適宜的溫度或催化劑的存在。實(shí)施還原技術(shù)可能需要較高的成本和復(fù)雜的設(shè)備配置，且需進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。

2.3 生物方法

2.3.1 生物過濾

生物過濾是一種使用生物過濾器進(jìn)行廢氣治理的方法，該過濾器由填充有土壤、泥炭或堆肥等介質(zhì)的床組成。在這個(gè)過程中，受污染的空氣被引導(dǎo)通過生物過濾器，過濾器中的微生物會(huì)吸收并代謝污染物，這些微生物將污染物轉(zhuǎn)化為對環(huán)境影響較小的副產(chǎn)品，例如二氧化碳、水和生物質(zhì)。生物過濾的效果很大程度上依賴于污染物與微生物之間的相互作用?？諝饬鹘?jīng)生物過濾器時(shí)，污染物被吸附在介質(zhì)的表面，并由微生物進(jìn)行降解，這種方法特別適用于處理揮發(fā)性有機(jī)化合物和某些無機(jī)氣體。為了確保生物過濾的有效性，選擇適合的微生物至關(guān)重要，這些微生物應(yīng)對廢氣中的特定污染物具備較高的降解能力。由于細(xì)菌和真菌具有廣泛的代謝能力，因此常被用作生物過濾器中的主要微生物。微生物的選擇需考慮污染物種類、生物過濾器內(nèi)的環(huán)境條件以及過濾介質(zhì)的性質(zhì)等。

2.3.2 生物修復(fù)

生物修復(fù)利用活生物，尤其是微生物來降解、轉(zhuǎn)化或去毒化廢氣中的污染物，此技術(shù)依賴于微生物將各種化合物作為能量或營養(yǎng)源進(jìn)行代謝的自然能力。它適用于處理各類污染物，包括揮發(fā)性有機(jī)化合物、碳?xì)浠衔锖陀卸練怏w。在生物修復(fù)的過程中，需要引入能夠針對性降解特定污染物的微生物，這些微生物可能是自然存在的，也可能經(jīng)過基因工程改造以提高其降解效率。此過程通常在生物過濾器或生物反應(yīng)器中進(jìn)行，廢氣在控制條件下與微生物進(jìn)行接觸。生物修復(fù)過程中使用的微生物主要包括細(xì)菌、真菌和處于某些情況下的藻類，每種微生物都適合在特定的環(huán)境條件下降解特定的污染物[6]。因此，相關(guān)人員選擇微生物時(shí)，需考慮廢氣的性質(zhì)、存在的污染物類型以及處理系統(tǒng)的環(huán)境條件等。

3 環(huán)保工程中的減排技術(shù)要點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)工藝優(yōu)化

3.1.1 提升燃燒效率

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，提升燃燒效率是降低排放的關(guān)鍵手段之一。高效燃燒能夠確保燃料的完全燃燒，從而大幅減少一氧化碳、氮氧化物和顆粒物等有害物質(zhì)的排放。提升燃燒效率的技術(shù)措施包括使用先進(jìn)的燃燒器技術(shù)、調(diào)整燃油與空氣的混合比例以及對燃料進(jìn)行預(yù)處理以去除雜質(zhì)。同時(shí)，相關(guān)人員需定期對燃燒設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，并根據(jù)燃燒分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

3.1.2 加強(qiáng)過程控制

加強(qiáng)工業(yè)過程控制涉及采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)和技術(shù)來優(yōu)化生產(chǎn)流程，并以此減少排放，這包括引入自動(dòng)化和控制系統(tǒng)來精確控制工藝參數(shù)，如溫度、壓力和流速等。先進(jìn)的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和即時(shí)調(diào)整，確保生產(chǎn)過程在最佳工況下運(yùn)行，從而有效降低排放量。此外，過程控制還包括使用預(yù)測性維護(hù)工具，以便及早發(fā)現(xiàn)并處理可能導(dǎo)致排放量增加的問題。引入這些系統(tǒng)不僅能提升環(huán)境績效，還能提高生產(chǎn)效率，并降低運(yùn)營成本。

3.2 選擇性催化還原

選擇性催化還原是一種用于減少工廠、發(fā)電站和車輛廢氣中氮氧化物排放的技術(shù)。選擇性催化還原的原理涉及化學(xué)反應(yīng)，其中氮氧化物通過催化劑轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退Ｔ撨^程通常使用氨或尿素作為還原劑，在催化劑的作用下與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)主要在高溫下發(fā)生，并由催化劑促進(jìn)，從而提高了反應(yīng)速率，且在過程中不被消耗。在選擇性催化還原中，催化劑在減少排放，特別是減少氮氧化物方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，選擇性催化還原系統(tǒng)中最常用的催化劑是五氧化二釩、二氧化鈦和氧化鎢。選擇性催化還原系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%以上的氮氧化物還原效率，其對排放控制非常有效。與此同時(shí)，選擇性催化還原過程產(chǎn)生水和氮?dú)猓瑢Νh(huán)境無害。但是，選擇性催化還原系統(tǒng)也具有一定的限制性，比如，選擇性催化還原催化劑需要特定的溫度范圍才能有效發(fā)揮作用，這可能會(huì)限制其應(yīng)用；廢氣中存在的某些物質(zhì)（如硫化合物）會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解催化劑，降低其有效性。

3.3 設(shè)置靜電除塵器

靜電除塵器主要用于清除流動(dòng)氣體中的細(xì)小顆粒，其核心原理是在氣體通過一個(gè)電場時(shí)使顆粒帶電，帶電的顆粒隨后被吸引到帶有相反電荷的收集板或電極上。整個(gè)過程開始于氣體穿過電離室，這里的高壓電極為顆粒帶電，帶電顆粒接著被吸引到收集板上，并在此處被捕獲。清除積聚在板上的顆粒，通常會(huì)通過敲擊或震動(dòng)板來進(jìn)行。靜電除塵器的主要組成包括電離室、高壓電極、收集板和顆粒物去除機(jī)制。電離室是使氣流中的顆粒帶電的地方；高壓電極則生成必要的電場以使顆粒帶電；收集板的作用是吸引并保留這些帶電顆粒；顆粒去除系統(tǒng)確保從收集板上持續(xù)或定期清除累積的顆粒，以維持靜電除塵器的高效運(yùn)行。靜電除塵器在去除細(xì)小顆粒方面極為高效，能夠清除超過99%的細(xì)顆粒，使其適合應(yīng)用于發(fā)電廠、水泥制造和其他產(chǎn)生大量顆粒物排放的工業(yè)過程[7]。靜電除塵器的效率可能受到諸如顆粒大小、顆粒的電性質(zhì)、氣體流速以及除塵器本身的設(shè)計(jì)等因素的影響。由于其高效的處理能力和適應(yīng)大流量氣體的特性，靜電除塵器在需要嚴(yán)格控制顆粒物排放的眾多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

3.4 煙氣脫硫工藝

煙氣脫硫是一種從化石燃料發(fā)電廠的廢氣和其他硫氧化物排放源中去除二氧化硫的技術(shù)。在煙氣脫硫過程中，常見的脫硫方法包括：（1）濕式洗滌：該方法使用含有吸附劑（通常為石灰或石灰石）的水漿體吸收煙氣中的二氧化硫，然后二氧化硫與吸附劑反應(yīng)生成副產(chǎn)物（如硫酸鈣或亞硫酸鈣），這些副產(chǎn)物可以進(jìn)一步加工成如石膏等有用的產(chǎn)品。（2）干式洗滌：在這個(gè)方法中，干燥的吸附材料被注入煙氣流中，這些吸附劑與二氧化硫反應(yīng)生成固態(tài)化合物，后者可以在顆?？刂圃O(shè)備中被收集。（3）半干式洗滌：此方法結(jié)合了濕式和干式洗滌的特點(diǎn)，將液態(tài)的漿料噴入煙氣中，水分迅速蒸發(fā)，留下的干燥反應(yīng)產(chǎn)物通過顆?？刂圃O(shè)備收集。煙氣脫硫通過去除二氧化硫，有助于減輕酸雨問題。但是，此工藝也具有一定的缺陷，比如煙氣脫硫系統(tǒng)需要較大的成本投入，運(yùn)營成本也相對較高；煙氣脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行可能會(huì)消耗大量能源，增加環(huán)境負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)語

綜上所述，在環(huán)保工程中，廢氣治理與減排技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過有效地處理廢氣，能夠顯著減少向大氣排放的氮氧化物、二氧化硫、揮發(fā)性有機(jī)化合物等有害污染物。這不僅有助于減輕空氣污染、減少酸雨問題的發(fā)生，也有助于緩解全球氣候變暖的趨勢，從而為我們營造安全、穩(wěn)定的生存環(huán)境。當(dāng)然，廢氣治理和減排技術(shù)還亟待創(chuàng)新，這些技術(shù)的進(jìn)步對于提升效率、降低成本和克服現(xiàn)有的技術(shù)限制至關(guān)重要。創(chuàng)新能夠推動(dòng)更有效、更節(jié)能和更環(huán)保的工藝發(fā)展。隨著環(huán)境法規(guī)的日益嚴(yán)格和全球?qū)Νh(huán)境問題的日益關(guān)注，推動(dòng)更高效的技術(shù)發(fā)展顯得尤為重要。因此，我們必須加強(qiáng)對環(huán)保工程中廢氣治理與減排技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新，爭取在獲取巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益的最大化，從而落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的基本宗旨。