浅议臭氧氧化脱硝原理及对臭氧污染的影响

李乐

福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 364000

1 臭氧氧化脱硝的技术原理

作为一种新兴的低温烟气脱硝技术，臭氧氧化脱硝近年来在许多中小型锅炉、工业锅炉上得到了广泛应用。原理是由臭氧发生器制备臭氧，通过喷射及布气装置引入烟道将烟气中的NO氧化成高价态、易溶于水的NO2、N2O5等，并在通过烟道后方布置的吸收塔中的喷淋溶液对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的氮氧化物从烟气中脱出并转移到液体中，实现烟气的脱硝处理目的。

臭氧氧化脱硝过程中NO的氧化机理比较复杂。

低温条件下，O3与NO之间的关键反应如下：

臭氧氧化脱硝技术主要是利用臭氧的强氧化性，将难溶的低价态NO氧化为易溶的高价态氮氧化物，然后用喷淋液将氮氧化物溶解吸收转化，从而实现脱硝的目的。因为臭氧的强氧化性，烟气中的氮氧化物被转化成易溶的离子化合物，使氧化反应更加完全和不可逆转，从而在彻底脱除氮氧化物的同时不产生二次污染。因此，臭氧脱硝可以在氮氧化物污染物多种浓度和比例下，都能够高效率脱除，而且还不影响其他污染治理系统的正常运转。所以该技术可以和传统脱硝技术联合或者完全替代传统脱硝技术[1]。

2 臭氧氧化脱硝存在的问题

氮氧化物会造成环境污染，是形成酸雨和光化学烟雾等的主要污染物之一。我国工业固定源NOx排放占NOx排放总量的70%左右。目前工业烟气NOx排放控制技术主要有选择性催化还原技术（selectivecatalyticreduction，SCR）、活性炭吸附技术。SCR技术在燃煤锅炉烟气脱硝中具有广泛应用，该技术是在300-400℃温度范围内，NH3和催化剂的共同作用下，将烟气中的NOx还原成N2，脱硝效率一般在85%以上。活性炭吸附技术利用活性炭的吸附性能将NOx吸附脱除，同时通入NH3可使NOx在活性炭表面发生催化还原反应生成N2。

烟气中90%以上的NOx为NO，其在水中溶解度较低（小于0.1g/dm3），无法被脱硫系统有效吸收。与NO相比，NO2和N2O5在水中溶解度分别为213g/dm3和500g/dm3，更容易被吸收。氧化吸收技术将难溶于水的NO氧化为高价态NOx，利用高价态NOx易溶的特性，借助原有的SO2吸收工艺脱硝。相比于SCR和活性炭吸附技术，氧化吸收技术能够利用已有设施，且不会存在脱硝效率随运行时间延长逐渐下降的问题。目前报道较多的氧化方法有非热等离子体氧化、电子束烟气处理、光催化等以及使用 O3、NaClO2、NaClO、H2O2、ClO2和 KMnO4等氧化剂直接氧化NO。综合来看，O3具有低温条件下氧化效率高、氧化选择性强、氧化产物无二次污染的优点。因此，臭氧作为NOx氧化剂的优势明显。

该技术应用于其他行业烟气处理时，可能存在的问题包括：（1）复杂的烟气成分中同时含有SO2、CO、H2O等多种物质，LoTOx工艺在60-70℃进行低温氧化，O3对NOx氧化的选择性较强，随着工艺条件改变，氧化温度升高，需要重新分析氧化选择性；（2）不同价态的NOx在脱硫系统中的吸收能力不同，需要研究不同工艺条件下氧化产物的分布组成规律；（3）NO2有一定的溶解度，但脱硫系统对NO2的吸收效率明显低于N2O5。因此，需要对NOx的氧化和吸收过程进行详尽分析，得到不同影响因素的作用原理，从而提高吸收效率、降低运行成本[2]。

3 臭氧脱硝对于臭氧污染的影响

截止目前，在我国各类区域之中，涉及臭氧污染的新闻往往不绝于耳，依照环境监测总站公布的信息界定，自2003年开始，包括长三角、珠三角等地区的臭氧浓度都开始急剧性的增长。目前，京津冀和珠三角等地区的臭氧超标天数已经分别达到污染总天数的26%、70%。这证明当前我国臭氧超标率增加趋势极为显著，峰值浓度亦呈现出大幅度的提升现象，许多城市都开始将其视为核心污染物，许多民众也开始注意和重视这类问题。客观角度审视，底层大气层内部的臭氧，不管是对于整个生态系统或是生物圈，都会造成极为深刻的侵害，毕竟臭氧存在较强的氧化性，会对人体呼吸与神经系统造成深度损伤，威胁到植物的健康成长，最终则不免破坏生态环境的平衡状态；再就是其又会对一系列金属与非金属材料造成强烈的腐蚀，随后引发的危害效应可想而知。

处于低层大气内部的臭氧属于一类常见的二次污染物，其并非常见污染源直接排放所引发的，而是经由排放到空气中的氮氧化物和挥发性有机化合物在光化学反应下衍生的，就好比是源自于机动车的尾气、工业锅炉排放的氮氧化物等等，它们经过阳光强烈的辐射、高温气象综合作用之后，便会快速引发光化学反应，最终形成所谓的臭氧。现阶段面对氮氧化物的排放控制工作，不同行业都设置了相对严格的限定标准，就好比是火电行业领域，便主张由其排放出的氮氧化物不可以超出50mg/Nm3。需要注意的是，臭氧氧化反应过程十分激烈，同时在脱硫塔位置亦会被喷淋浆液重复性洗涤吸收，即便是当下臭氧没有和NO充分反应，不过在随后的工艺环节中还是能够顺利地分解出氧气，因此最终向大气排放出的臭氧含量不会很高，基本上能够忽略不计。而相关技术人员要做的，就是不断强化各类能源的利用率，之后尽量使用天然气和氢气等可再生能源进行传统的煤炭能源替换，并且大力推广使用太阳能、风能等全新能源。

总之，传统的烟气脱硝工艺已经不能满足严格的减排要求，因此为了更好的促进可持续发展要求，必须要选择高效又经济的脱硝技术方案，进一步加强研究非常有必要。