大气污染防治与控制技术研究

练芬芬

（丽水市环科环保咨询有限公司，浙江 丽水 323000）

引言

大气污染会对环境和人类健康构成重大威胁。面对日趋严重的大气污染问题，各产业需在发展过程中深入贯彻绿色经济理念，关注环保治理工作。为了解决大气污染，探索主要防控技术及综合方法至关重要。相关人员要加强这方面的研究，了解有关技术的定义、目的和优点，有效开展环境治理工作，从而进一步增强环保治理的效果。

1 环境治理中的大气污染防控技术的主要类型

1.1 源头减排

源头减排，也称为污染预防或废物最小化，是一种主要的控制技术，旨在减少或消除源头污染物的排放。源头减排的主要目标是防止污染物的产生或最大限度地减少污染物的数量，从而减少总体环境影响。该技术注重“源头减少”的原则，是可持续环境管理的一个组成部分[1]。源头减排的目标如下。

1.1.1 最大限度减少污染

源头减排的首要目标是最大限度地减少污染物的产生，污染物包括各种空气污染物，如颗粒物、挥发性有机化合物（VOC）和有害空气污染物（HAP）。通过减少这些污染物的产生，减轻对空气质量和公众健康的不利影响。

1.1.2 节约资源

源头减少通常涉及优化流程，从而更有效地利用原材料和能源。这不仅减少了污染，还节省了宝贵的资源，降低了企业的生产成本。

1.1.3 遵守法规

许多环境法规要求行业采取源头减排措施，以满足排放限制并减少环境污染。实施源头减排可以帮助行业遵守这些法规。

1.1.4 公共卫生保护

通过减少有害污染物的排放，源头减排有助于改善空气质量，保护工业设施附近地区的居民健康，并减少呼吸道和心血管疾病的发病率。

1.2 燃料转换

燃料转换是用于大气污染控制的另一种主要控制技术，涉及改变各种过程（如燃烧）中使用的燃料类型，以减少污染物的排放。燃料转换的主要目的是从污染较高的燃料过渡到更清洁的替代品，从而减少能源生产和消费对环境的影响。燃料转换是指用一种燃料来源替代另一种燃料来源，通常目的是减少污染物排放，包括温室气体（GHG）和二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和颗粒物等空气污染物[2]。燃料转换的目标包括如下几点。

1.2.1 减排

燃料转换的核心目标之一是减少有害污染物和温室气体的排放。如在发电中用天然气替代煤炭，可以显著降低二氧化碳排放，并通过减少二氧化硫和氮氧化物的释放来改善空气质量。

1.2.2 提高能源效率

某些燃料比其他燃料更节能，通过改用更高效的燃料来源可以降低能源消耗，这不仅可以减少排放，还可以降低运营成本。

1.2.3 可再生能源的采用

燃料转换涉及从化石燃料过渡到太阳能、风能或水力发电等可再生能源，这有助于减少碳排放和对有限化石燃料资源的依赖。

1.2.4 遵守法规

环境法规通常会对特定燃料类型的排放施加限制，燃料转换可以通过选择更清洁的燃料来帮助行业满足这些监管要求。

1.2.5 提高健康和环境效益

通过使用更清洁的燃料，燃料转换可以改善空气质量，减少烟雾形成，并改善公共卫生状况，特别是城市公共卫生状况。

1.3 工艺改进

工艺改进是大气污染控制的一项关键策略，是指有意识地改变工业或制造工艺，其主要目标是减少对环境的影响，特别是在排放和污染物方面。该技术涉及对设备、技术或操作程序进行调整，以提高效率、减少废物产生，并最大限度地减少有害物质释放到大气中。工艺改进的好处如下。

1.3.1 减少污染

工艺改进通过识别和实施可减少SO2、NOx和颗粒物（PM）等空气污染物的排放，直接解决污染源问题，这可以改善空气质量并降低附近地区群众的健康风险。

1.3.2 提高能源效率

通过优化工业流程，工艺改进通常可以提高能源效率。减少能源消耗不仅可以降低运营成本，还可以减少温室气体排放，有助于减缓气候变化。

1.3.3 节约资源

许多工艺修改涉及最大限度地减少原材料、水和能源的使用，这节省了宝贵资源并减少了生产过程的环境污染。

1.3.4 遵守法规

调整工艺流程以满足或超过环境法规和排放标准，确保行业遵守法律。工艺改进可以帮助企业避免罚款和处罚，同时保持良好的声誉。

1.3.5 提高技术的可持续性

工艺改进与可持续实践相一致，使行业在面对不断变化的环境法规和消费者偏好时，可以更加环保、更具弹性。

2 大气污染防治与控制的关键技术

2.1 空气质量监测和建模

2.1.1 监测和建模在污染控制中的重要性

空气质量监测和建模是大气污染防控技术的组成部分，这些过程在理解、评估和减轻空气污染方面发挥着至关重要的作用。具体包括如下方面。

（1）污染水平评估。监测和建模提供给定区域空气污染物浓度和分布的关键数据，这些信息有助于识别污染热点，跟踪一段时间内的趋势，并评估与污染相关的健康风险程度。

（2）预警系统。持续监测可以检测污染水平的突然峰值，从而触发预警系统。这对于保护公众健康至关重要，特别是在野火、工业事故或恶劣天气条件等可能加剧空气质量问题的事件期间。

（3）来源识别。监测可以帮助查明污染源，无论是来自工业设施、车辆排放还是自然来源，这些信息对于设计有针对性的污染控制策略至关重要。

（4）政策制定。监测和建模生成的数据，是制定有效空气质量政策和法规的基础，这些政策旨在减少排放并保护人类健康和环境。

2.1.2 监控技术

对于空气质量监测和建模，依赖于各种技术和工具有效地收集和分析数据，最终有助于全面了解空气质量，监测特定地点实时状况，为污染控制策略提供信息。监控技术包括以下几方面。

（1）连续监测。这些监测站使用气体分析仪、颗粒物采样器和气象传感器等仪器，实时测量污染物浓度和天气状况，来自监测站的数据提供了空气质量的连续快照。

（2）被动采样。被动采样器是一种经济高效的设备，可以在指定时间内收集污染物，通常用于测量一段时间内的平均污染物浓度。

（3）遥感卫星。卫星和地面遥感技术使用传感器远距离监测空气质量，这些工具提供了污染控制模式的广阔视野，对于大规模监测很有价值。

（4）移动监测。配备传感器和分析仪的移动监测装置，用于测量不同地点的空气质量，包括道路和工业场地，这有助于识别污染源和热点。

2.1.3 建模技术

建模技术包括以下几方面。

（1）扩散模型。扩散模型根据排放数据、气象条件和地形模拟污染物在大气中的扩散，可以预测不同位置和高度的污染物浓度，有助于热点识别和监管合规性评估。

（2）化学传输模型（CTM）。化学传输模型是复杂的数学模型，用于模拟影响污染物传输、转化和沉积的化学和物理过程，对于了解大面积特定污染物的行为特别有用。

（3）数据同化。该技术将观测数据与模型模拟相结合，以提高空气质量预测的准确性，对于实时预测和提高模型性能至关重要。

（4）卫星监测。配备专用传感器的地球观测卫星，为监测全球范围内空气质量提供有价值的数据，可以监测关键污染物并提供跨境污染的数据[3]。

2.2 排放控制装置

2.2.1 常见排放控制装置概述

排放控制装置是二次污染控制技术的重要组成部分，主要用于工业环境中，以减少有害污染物向大气的排放。一些常见的排放控制装置包括如下几种。

（1）颗粒物（PM）收集器。静电除尘器（ESP）和袋式除尘器等PM收集器，旨在捕获和去除工业废气中的固体颗粒，例如灰尘和烟灰。工作原理是使用静电荷（ESP）或物理过滤（袋式除尘器）来捕获颗粒。

（2）洗涤器。洗涤器也称为气体洗涤器或空气洗涤器，用于去除气态污染物，如二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和氯化氢（HCl）。工作原理是让废气通过液体或浆液（通常是水或碱性溶液），与污染物发生反应并吸收污染物。

（3）催化转化器。催化转化器通常用于车辆排气系统，以减少一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOC）等有害气体的排放。其含有促进化学反应的催化剂，将污染物转化为危害较小的物质。

（4）选择性催化还原（SCR）系统。发电厂和工业设施中通常采用SCR系统来控制氮氧化物排放。比如，使用催化剂和氨或尿素喷射，将氮氧化物化学转化为无害的氮气和水。

（5）烟气脱硫（FGD）系统。该系统用于去除燃煤发电厂和工业锅炉产生的烟气中的SO2排放，通常使用石灰石或石灰与之反应进行捕获。

（6）蒸汽回收装置（VRU）。该装置通常用于石油和天然气行业，用于捕获和回收石油产品储存和运输过程中释放的挥发性有机化合物（VOC）和有害空气污染物（HAP），可以有效防止该污染物的排放[4]。

2.2.2 具体技术

（1）PM收集器。ESP使用高压电极使废气流中的颗粒带电。然后带电粒子被吸引到接地板上，使之积聚并定期清除，从而减少颗粒物的排放；袋式除尘器由织物滤袋组成，废气从中通过时，颗粒物吸附在这些袋子的表面，定期摇动可以清除收集到的颗粒。

（2）洗涤器。湿式洗涤器使用液体（通常是水）来吸收和中和气态污染物。干式洗涤器使用固体吸附剂来吸附污染物并与其发生反应。洗涤器可以根据洗涤介质的选择来设计以针对特定的污染物。

（3）催化转换器。催化转换器依靠催化剂（通常由铂和钯等贵金属制成）来促进化学反应，将有害气体转化为危害较小的气体。例如，将一氧化碳（CO）转化为二氧化碳（CO2），将氮氧化物（NOx）转化为氮气（N2）和氧气（O2）。

（4）SCR系统。使用通常由金属氧化物组成的催化剂，在氨或尿素存在的情况下促进氮氧化物（NOx）还原为氮气（N2）和水（H2O）。这种化学反应发生在SCR反应器内。

（5）FGD系统。采用石灰石或石灰等碱性吸附剂与烟气中的SO2发生反应。SO2转化为亚硫酸钙或硫酸钙，可以方便地进行处置或进一步处理。

（6）VRU。使用冷凝、吸附或吸收技术捕获VOC和 HAP，然后分离并回收捕获的碳氢化合物，防止其释放到大气中。

2.3 洗涤技术

2.3.1 洗涤的定义和目的

在污染控制的背景下，洗涤是一种旨在去除工业废气或空气排放物中气态污染物和颗粒物的过程。洗涤的主要目的是在释放到大气中之前减少或消除有害的空气污染物，该技术在改善空气质量、保护公众健康方面发挥着至关重要的作用。具体概括如下。

（1）消除污染。洗涤的目的是通过捕获和去除污染物，包括酸性气体（如二氧化硫、氯化氢）、氮氧化物、挥发性有机化合物（VOC）和颗粒物（PM），减轻空气污染对环境和健康的不利影响，最终实现更清洁的排放。

（2）遵守法规。许多行业都受到严格的空气质量法规的约束，这些法规对污染物排放设定了限制。通常需要进行洗涤之后，才能满足这些监管要求并避免因违规而受到处罚。

（3）保护人类健康。通过洗涤去除有害污染物有助于保护附近社区的健康。二氧化硫和挥发性有机化合物等污染物释放到空气中时，会导致呼吸系统问题和其他健康问题。

（4）预防酸雨。洗涤对于去除SO2特别有效，通过捕获二氧化硫排放，有助于减少酸雨的形成。酸雨会对生态系统、水体和基础设施产生有害影响。

2.3.2 用于控制大气污染的洗涤技术

采用各种洗涤技术来控制大气污染，每种技术都针对特定类型的污染物而设计，并针对不同的工业应用量身定制。一些常见的洗涤技术包括如下几种。

（1）湿式洗涤器。湿式洗涤器使用液体（通常是水或碱性溶液）来捕获和中和气态污染物。当被污染的空气通过洗涤器时，污染物溶解或与洗涤液发生反应。湿式洗涤器用途广泛且有效，可去除多种污染物，包括酸性气体和颗粒物。

（2）干式洗涤器。与湿式洗涤器不同，干式洗涤器使用固体吸附剂（如石灰或碳酸氢钠）来吸收气态污染物并与其发生反应。当需要考虑用水量或处理不易溶于水的污染物时，通常使用干洗，通常用于去除酸性气体。

（3）吸收洗涤器。吸收洗涤器使用液体溶剂来吸收和溶解特定气体，如氨或二氧化硫。气体分子被吸收到溶剂中，从而形成液体溶液，这些洗涤器通常用于去除酸性气体。

（4）吸附洗涤器。吸附洗涤器使用活性炭等多孔材料来吸附气态污染物，污染物附着在吸附材料的表面，可有效去除VOC和某些有机化合物。

（5）填充床洗涤器。填充床洗涤器由有填充材料（如塑料、陶瓷或金属）的塔组成，该塔为污染气流和洗涤液之间的接触提供足够大的表面积，这种设计增强了污染物的吸收或吸附。

（6）喷雾干燥洗涤器。喷雾干燥洗涤器使用碱性浆液雾化液滴来捕获和中和污染物，受污染空气与浆料混合，所得混合物被干燥以产生可以处置的干燥固体废物[5]。

3 结语

为了追求更清洁的空气和更健康的环境，大气污染防治控制技术是不可或缺的工具。通过从源头减少排放并采用监测、建模和各种控制设备，可以有效减轻空气污染的影响。这些方法的重要性在于能够保障公众健康、保护生态系统和应对气候变化。在应对空气污染的挑战中应认识到这些防控技术可以在塑造可持续和更清洁的环境方面起到巨大作用。