环保工程中的废气治理与减排技术研究

刘海燕

（济宁市汶上生态环境监控中心，山东 济宁 272500）

引言

废气治理和减排技术在环境保护工程建设的过程中发挥着重要作用，其致力于解决来源多样的有害排放问题。这些技术包括一系列针对工业过程、车辆排放和其他人为活动产生的废气的处理和减排方法，这些方法的核心目的是降低大气中一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及挥发性有机化合物等有害物质的含量。这对保护环境和公众健康都极为重要。因此，我们有必要对环保工程中的废气治理与减排技术进行深入研究，以便不断优化技术性能，从而为提高环保工程的建设质量提供可靠保障。

1 环保工程中的废气种类

1.1 按来源分类

按来源分类，环保工程中的废气可分为以下几种：（1）工业排放废气：源于制造流程、发电、化工等工业活动，常含有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、颗粒物及挥发性有机化合物（VOC）等多种污染物。（2）车辆排放废气：轿车、卡车、公交车等车辆排放的废气，主要包含氮氧化物、一氧化碳、挥发性有机化合物和颗粒物，这类废气是导致城市空气污染和雾霾的重要原因。（3）焚烧气体：在垃圾焚烧过程中产生，可能包含二恶英、呋喃、汞和其他重金属等多种污染物，具体成分取决于所焚烧的材料[1]。

1.2 按特性分类

按特性分类，环保工程中的废气可分为以下几种：（1）温室气体：如二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4），它们主导了全球气候变暖。（2）破坏臭氧层的物质：如氯氟烃（CFC），会对臭氧层造成损害。（3）有毒气体：如苯或氯乙烯，它们对人类健康和生态系统构成直接威胁。

2 环保工程中的废气治理技术

2.1 物理方法

2.1.1 吸附

吸附作为一种物理废气治理手段，通过将污染物附着于固体材料（即吸附剂）的表面来实现气体净化。与吸收过程（即物质被材料内部吸收）不同，吸附专注于表面作用，这是一个被动且能耗较低的过程，通常用于处理气体中的低浓度污染物。使用此方法的过程中，常用的吸附剂主要包括以下几种：（1）活性炭：活性炭以其高孔隙性和广阔的表面积著称，能有效捕捉有机化合物和气味，其微孔结构使其能够在低浓度下有效吸附污染物。（2）沸石：这种微孔铝硅酸盐矿物拥有清晰的晶体结构，特别擅长吸附小分子，并因其独特的孔隙结构而常用于选择性吸附。此外，还有硅胶、活性氧化铝和分子筛等吸附剂，它们对特定污染物具有独特的亲和力。吸附技术在工业排放处理中被广泛应用，用于移除有机化合物、硫化合物和碳氢化合物等[2]。此外，对于制造过程、涂装车间和化工产业中的挥发性有机化合物，吸附技术显示出特别的有效性。然而，吸附剂的吸附能力有限，一旦达到饱和状态，就需要进行再生或更换。不同的吸附剂对不同污染物的吸附效率不同，因此相关人员在具体应用中需要精心选择。

2.1.2 吸收

在废气治理中，吸收是一种既可采用物理方式也可采用化学方式的常用方法，它主要是指将气体污染物溶解于液态吸收剂内。在此过程中，目标气体与吸收剂发生接触，随后被液态吸收剂所吸收。吸收过程可能基于物理原理，依赖于污染物在液体中的溶解度；也可能基于化学原理，涉及污染物与吸收剂之间的化学反应。常见的吸收剂有两种：（1）水：对于那些可以溶于水的气体，例如氨或某些硫化合物，水是一种高效的吸收剂，它的主要优点是成本低廉且易于获得。（2）化学溶剂：如碱性溶液（主要用于吸收酸性气体）和有机溶剂（针对某些特定的有机化合物），这些溶剂可以针对性地吸收特定的污染物，从而提高处理效率[3]。对某些特定气体而言，使用专门的化学吸收剂进行吸收可以达到非常高的效率。然而，特定的吸收剂可能仅对特定类型的污染物有效，这在一定程度上限制了其广泛应用。与此同时，某些吸收剂，尤其是化学吸收剂，可能涉及较高的运营和维护成本。

2.2 化学方法

2.2.1 氧化

在废气治理过程中，氧化指的是通过引入氧气将有害的污染物化学转换成危害较小或无害的物质，这一过程从本质上改变了污染物的化学组成，使其变得更不具毒性、更稳定或更易于进一步处理并释放到环境中。氧化可以通过多种方式实现，包括热氧化、催化氧化以及高级氧化等过程。在氧化的过程中，催化剂发挥着重要作用，常见的催化剂主要有：（1）臭氧：臭氧作为一种强效氧化剂，对包括挥发性有机化合物和微生物在内的众多污染物具有显著的处理效果，使用臭氧可以将复杂污染物分解为更简单、危害更小的物质。（2）过氧化氢：过氧化氢通常在高级氧化过程中使用，其分解可产生极为活跃的羟基自由基，这些自由基能够有效氧化多种污染物[4]。氧化过程的总体效果取决于污染物的性质和所使用的具体方法，在某些情况下，为了达到最佳效果，相关人员可能需要结合多种方法。

2.2.2 还原

废气治理中的还原技术指通过加入还原剂来降低污染物含量的化学过程，该方法通过改变污染物的化学组成，通常能将其转换成危害更小的物质。这种技术在工业排放处理常见的氮氧化物和硫氧化物等气体方面尤其有效。还原技术的基本原理是利用还原剂与污染物发生化学反应，改变其氧化状态，进而减少其对环境和人体健康的危害。这种方法通常与其他废气治理技术结合使用，以实现更全面的效果。常见的还原剂有：（1）氨：在选择性催化还原和选择性非催化还原等过程中，氨被广泛用作还原剂，用以降低氮氧化物的排放。氨与氮氧化物反应生成氮气和水，相比原有污染物，其对环境的危害大大降低。（2）二氧化硫：二氧化硫有时也被用于还原某些污染物，相较于氨，它作为还原剂的使用不那么广泛，且由于其自身具有毒性，需要谨慎处理。还原方法在处理氮氧化物和硫氧化物排放方面极为高效，其效果主要取决于污染物的浓度、选择的还原剂及工艺的具体操作条件[5]。但是，此方法通常需要在特定条件下进行，如适宜的温度或催化剂的存在。实施还原技术可能需要较高的成本和复杂的设备配置，且需进行持续监控。

2.3 生物方法

2.3.1 生物过滤

生物过滤是一种使用生物过滤器进行废气治理的方法，该过滤器由填充有土壤、泥炭或堆肥等介质的床组成。在这个过程中，受污染的空气被引导通过生物过滤器，过滤器中的微生物会吸收并代谢污染物，这些微生物将污染物转化为对环境影响较小的副产品，例如二氧化碳、水和生物质。生物过滤的效果很大程度上依赖于污染物与微生物之间的相互作用。空气流经生物过滤器时，污染物被吸附在介质的表面，并由微生物进行降解，这种方法特别适用于处理挥发性有机化合物和某些无机气体。为了确保生物过滤的有效性，选择适合的微生物至关重要，这些微生物应对废气中的特定污染物具备较高的降解能力。由于细菌和真菌具有广泛的代谢能力，因此常被用作生物过滤器中的主要微生物。微生物的选择需考虑污染物种类、生物过滤器内的环境条件以及过滤介质的性质等。

2.3.2 生物修复

生物修复利用活生物，尤其是微生物来降解、转化或去毒化废气中的污染物，此技术依赖于微生物将各种化合物作为能量或营养源进行代谢的自然能力。它适用于处理各类污染物，包括挥发性有机化合物、碳氢化合物和有毒气体。在生物修复的过程中，需要引入能够针对性降解特定污染物的微生物，这些微生物可能是自然存在的，也可能经过基因工程改造以提高其降解效率。此过程通常在生物过滤器或生物反应器中进行，废气在控制条件下与微生物进行接触。生物修复过程中使用的微生物主要包括细菌、真菌和处于某些情况下的藻类，每种微生物都适合在特定的环境条件下降解特定的污染物[6]。因此，相关人员选择微生物时，需考虑废气的性质、存在的污染物类型以及处理系统的环境条件等。

3 环保工程中的减排技术要点

3.1 加强工艺优化

3.1.1 提升燃烧效率

在工业生产过程中，提升燃烧效率是降低排放的关键手段之一。高效燃烧能够确保燃料的完全燃烧，从而大幅减少一氧化碳、氮氧化物和颗粒物等有害物质的排放。提升燃烧效率的技术措施包括使用先进的燃烧器技术、调整燃油与空气的混合比例以及对燃料进行预处理以去除杂质。同时，相关人员需定期对燃烧设备进行维护，并根据燃烧分析结果进行调整。

3.1.2 加强过程控制

加强工业过程控制涉及采用先进的控制系统和技术来优化生产流程，并以此减少排放，这包括引入自动化和控制系统来精确控制工艺参数，如温度、压力和流速等。先进的控制系统能够实现实时监控和即时调整，确保生产过程在最佳工况下运行，从而有效降低排放量。此外，过程控制还包括使用预测性维护工具，以便及早发现并处理可能导致排放量增加的问题。引入这些系统不仅能提升环境绩效，还能提高生产效率，并降低运营成本。

3.2 选择性催化还原

选择性催化还原是一种用于减少工厂、发电站和车辆废气中氮氧化物排放的技术。选择性催化还原的原理涉及化学反应，其中氮氧化物通过催化剂转化为氮气和水。该过程通常使用氨或尿素作为还原剂，在催化剂的作用下与氮氧化物发生反应，该反应主要在高温下发生，并由催化剂促进，从而提高了反应速率，且在过程中不被消耗。在选择性催化还原中，催化剂在减少排放，特别是减少氮氧化物方面发挥着关键作用，选择性催化还原系统中最常用的催化剂是五氧化二钒、二氧化钛和氧化钨。选择性催化还原系统可以实现高达90%以上的氮氧化物还原效率，其对排放控制非常有效。与此同时，选择性催化还原过程产生水和氮气，对环境无害。但是，选择性催化还原系统也具有一定的限制性，比如，选择性催化还原催化剂需要特定的温度范围才能有效发挥作用，这可能会限制其应用；废气中存在的某些物质（如硫化合物）会随着时间的推移而降解催化剂，降低其有效性。

3.3 设置静电除尘器

静电除尘器主要用于清除流动气体中的细小颗粒，其核心原理是在气体通过一个电场时使颗粒带电，带电的颗粒随后被吸引到带有相反电荷的收集板或电极上。整个过程开始于气体穿过电离室，这里的高压电极为颗粒带电，带电颗粒接着被吸引到收集板上，并在此处被捕获。清除积聚在板上的颗粒，通常会通过敲击或震动板来进行。静电除尘器的主要组成包括电离室、高压电极、收集板和颗粒物去除机制。电离室是使气流中的颗粒带电的地方；高压电极则生成必要的电场以使颗粒带电；收集板的作用是吸引并保留这些带电颗粒；颗粒去除系统确保从收集板上持续或定期清除累积的颗粒，以维持静电除尘器的高效运行。静电除尘器在去除细小颗粒方面极为高效，能够清除超过99%的细颗粒，使其适合应用于发电厂、水泥制造和其他产生大量颗粒物排放的工业过程[7]。静电除尘器的效率可能受到诸如颗粒大小、颗粒的电性质、气体流速以及除尘器本身的设计等因素的影响。由于其高效的处理能力和适应大流量气体的特性，静电除尘器在需要严格控制颗粒物排放的众多行业中得到了广泛应用。

3.4 烟气脱硫工艺

烟气脱硫是一种从化石燃料发电厂的废气和其他硫氧化物排放源中去除二氧化硫的技术。在烟气脱硫过程中，常见的脱硫方法包括：（1）湿式洗涤：该方法使用含有吸附剂（通常为石灰或石灰石）的水浆体吸收烟气中的二氧化硫，然后二氧化硫与吸附剂反应生成副产物（如硫酸钙或亚硫酸钙），这些副产物可以进一步加工成如石膏等有用的产品。（2）干式洗涤：在这个方法中，干燥的吸附材料被注入烟气流中，这些吸附剂与二氧化硫反应生成固态化合物，后者可以在颗粒控制设备中被收集。（3）半干式洗涤：此方法结合了湿式和干式洗涤的特点，将液态的浆料喷入烟气中，水分迅速蒸发，留下的干燥反应产物通过颗粒控制设备收集。烟气脱硫通过去除二氧化硫，有助于减轻酸雨问题。但是，此工艺也具有一定的缺陷，比如烟气脱硫系统需要较大的成本投入，运营成本也相对较高；烟气脱硫系统的运行可能会消耗大量能源，增加环境负担。

4 结语

综上所述，在环保工程中，废气治理与减排技术发挥着至关重要的作用。通过有效地处理废气，能够显著减少向大气排放的氮氧化物、二氧化硫、挥发性有机化合物等有害污染物。这不仅有助于减轻空气污染、减少酸雨问题的发生，也有助于缓解全球气候变暖的趋势，从而为我们营造安全、稳定的生存环境。当然，废气治理和减排技术还亟待创新，这些技术的进步对于提升效率、降低成本和克服现有的技术限制至关重要。创新能够推动更有效、更节能和更环保的工艺发展。随着环境法规的日益严格和全球对环境问题的日益关注，推动更高效的技术发展显得尤为重要。因此，我们必须加强对环保工程中废气治理与减排技术的优化创新，争取在获取巨大经济效益的同时，也能实现生态效益的最大化，从而落实可持续发展的基本宗旨。