淺談氮氧化物對(duì)環(huán)境的危害及污染控制技術(shù)
摘 要：氮氧化物氣體是危害最大、最難處理的大氣污染物之一。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，有效控制氮氧化物造成的大氣污染已刻不容緩。本文對(duì)氮氧化物的來源、危害及控制技術(shù)進(jìn)行了概述，這對(duì)于“十二五”期間氮氧化物的減排有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
關(guān)鍵詞：氮氧化物 來源 危害 低氮燃燒技術(shù) 煙氣脫硝技術(shù)
我國是以燃煤為主的發(fā)展中國家，其能源構(gòu)成以煤炭為主，消耗量占一次能源消費(fèi)量的76 %左右。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤耗的增加，燃煤造成的大氣污染日趨嚴(yán)重，而氮氧化物(NOx) 是其中的主要污染物之一。近年來，由于機(jī)動(dòng)車擁有量的迅速增長，尾氣排放氮氧化物(NOX)也是一個(gè)不容忽視的問題。因此，國家“十二五”期間把氮氧化物(NOX)做為減排指標(biāo)考核，控制氮氧化物(NOX)排放量已勢(shì)在必行，。
氮氧化物的來源及危害
大氣中氮氧化物有N2O.NO.NO2.N2O3.N2O4和N2O5，總起來用NOx表示。其中污染大氣的主要是NO和NO2。NO毒性不太大，但進(jìn)入大氣后可被緩慢地氧化成NO2，當(dāng)大氣中有O3等強(qiáng)氧化劑存在時(shí)，或在催化劑作用下，其氧化速度會(huì)加快。
大氣中的NOx來源主要有兩方面：一方面是由自然界中的固氮菌.雷電等自然過程所產(chǎn)生，每年全球約產(chǎn)生5億噸，另一方面是由人類活動(dòng)所產(chǎn)生，每年全球產(chǎn)生量超過5000萬噸。在人類活動(dòng)產(chǎn)生的NOx中，由各種爐窯.機(jī)動(dòng)車和柴油機(jī)等燃料高溫燃燒產(chǎn)生的約占90%以上，其次是硝酸生產(chǎn).硝化過程.炸藥生產(chǎn)及金屬表面的硝酸處理等過程。從燃燒系統(tǒng)中排出的NOx95%以上是NO，其余主要為NO2。由于在環(huán)境中NO最終將轉(zhuǎn)化為NO2，因此，估算的NOx排放量都按NO2計(jì)。
NO2的毒性約為NO的5倍。當(dāng)NO2參與大氣中的光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧后，其毒性更強(qiáng)。大氣中的NOx對(duì)人和動(dòng)植物都有一定的危害。NO還會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)受損，引起痙攣和麻痹。高濃度NO中毒時(shí)，迅速導(dǎo)致肺部充血和水腫，甚至窒息死亡。
NOx與碳?xì)浠衔锘旌蠒r(shí)，在陽光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧的成分是光化學(xué)氧化劑，它最明顯的危害作用是刺激人的眼睛，發(fā)生紅煙病。此外，對(duì)人的鼻.咽.喉.氣管和肺部等呼吸器官也有明顯的刺激作用，從而增大呼吸阻力。光化學(xué)煙霧對(duì)植物的損害十分嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)使作物減產(chǎn).樹木枯死。
氮氧化物的控制技術(shù)
控制氮氧化物廢氣排放的技術(shù)措施主要分兩大類：一類是源頭控制，低NOx燃燒技術(shù)，其特征是通過各種技術(shù)手段，控制燃燒過程中產(chǎn)生NOx的生成反應(yīng);另一類是尾部控制，即煙氣脫硝，其特征是把已生成的NOx通過某種手段還原為N2，從而降低排放量。
人類活動(dòng)排入大氣中的NOx，90%以上來自燃料燃燒過程。燃燒過程產(chǎn)生的NOx主要是NO和NO2，其中NO約占90%，NO2約占5～10%。燃燒過程中NOx有3種不同的生成途徑，稱作不同的NOx，即熱力型NOx，燃燒型NOx和快速型NOx。
在NOX生成機(jī)理中，快速型NOX不到5%，當(dāng)燃燒區(qū)溫度低于1350℃時(shí)幾乎沒有熱力型NOX，只有當(dāng)燃燒溫度超過1600℃時(shí)，熱力型NOX才可能占到25～30%。對(duì)于常規(guī)燃燒設(shè)備，NOX的燃燒控制主要是通過降低燃料型NOX而實(shí)現(xiàn)的。
機(jī)動(dòng)車排放的NOX也是不可忽視的排放源，機(jī)動(dòng)車排放的NOX主要是熱力型NOX和燃料型NOX。
1.低NOx燃燒技術(shù)
凡通過改變?nèi)紵龡l件來抑制NOx生成或破壞已生成的NOx達(dá)到減少NOx排放的技術(shù)稱為低NOX燃燒技術(shù)。它包括低過量空氣燃燒.二段燃燒和煙氣再循環(huán)。在各種NOx污染控制技術(shù)中，低NOX燃燒技術(shù)是應(yīng)用最廣.相對(duì)簡單.經(jīng)濟(jì)有效的方法。
(1)低過量空氣系數(shù)運(yùn)行技術(shù)
NOx排放量隨著爐內(nèi)空氣量的增加而增加，鍋爐采用低空氣過量系數(shù)運(yùn)行，不僅可以降低NOx排放，而且能夠減少鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率。但有可能導(dǎo)致CO.碳?xì)浠衔锖吞亢诘任廴疚镆约帮w灰中可燃物質(zhì)量的增加，從而使燃燒效率下降。因此，在確定空氣過剩系數(shù)時(shí)必須同時(shí)滿足鍋爐熱效率.燃燒效率及降低NOX等要求。
(2)二段燃燒技術(shù)
二段燃燒技術(shù)是在兩段燃燒裝置中，燃料在接近理論空氣量下燃燒。燃燒所用的空氣分兩次通入，亦即燃燒分兩段進(jìn)行。第一段通入的空氣約占總空氣量的80%～95%，燃燒在富燃燒貧氧條件下進(jìn)行，形成低氧燃燒區(qū)，火焰溫度低，因而抑制了NOx的生成。第二段將其余的空氣從溫度較低的區(qū)域送入，使第一段剩余的不完全燃燒產(chǎn)物CO.碳?xì)浠衔锏玫酵耆紵Ｔ诙慰諝夤┤牒螅m然氧過剩，但由于煙氣溫度較低而限制了NOx的生成量。采用兩段燃燒，避免了在高溫.高氧條件下的燃燒狀況，因而NOx的生成量可大降低。
(3)煙氣再循環(huán)技術(shù)
對(duì)煙氣進(jìn)行再循環(huán)是減少NOx形成的很有效的方法。其原理為：部分冷卻了的煙氣再循環(huán)被送回到燃燒區(qū)，起到降低氧濃度和燃燒區(qū)溫度的作用，達(dá)到減少NO生成的目的。煙氣的循環(huán)率在25%～40%的范圍內(nèi)最為適宜，NOx的抑制效果最佳。
2.煙氣脫硝技術(shù)
(1)非選擇性催化還原法(NSCR)
含NOx的氣體在一定溫度和催化劑的作用下和還原劑發(fā)生反應(yīng)，將其中的NO2和CO等還原為N2，同時(shí)還原劑與氣體中的O2反應(yīng)生成水和CO2。作為還原劑的氣體，可用H2.CH4.CO和低碳?xì)浠衔铩Ｍǔ５倪原劑為含以上組分的混合氣體，如合成氨釋放氣.焦?fàn)t氣.天然氣.煉油廠尾氣和氣化石腦油等。催化劑為鉑和鈀，反應(yīng)溫度控制在550～800℃，凈化效果最好。溫度低時(shí)NOx的轉(zhuǎn)化率低，溫度超過815℃會(huì)燒壞催化劑載體，使催化劑活性降低，從而降低凈化效率。
(2)選擇性催化還原法(SCR)
用NH3作還原劑對(duì)含NOx的氣體進(jìn)行催化還原處理，使NH3能有選擇地和氣體中的NOx進(jìn)行反應(yīng)，而不和氧發(fā)生反應(yīng)。催化劑可以用鉑.鈀的貴金屬催化劑，也可以用含銅.鐵.釩.錳等非金屬催化劑。反應(yīng)溫度控制在400℃以下，可使以下反應(yīng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
(3)液體吸收法
水吸收法：用水吸收NOx時(shí)，水和NO2反應(yīng)生成硝酸和亞硝酸，亞硝酸不穩(wěn)定，很快發(fā)生分解生成硝酸.NO和水。NO不與水發(fā)生反應(yīng)，在水中的溶解度很小，并且在水吸收NO2時(shí)，還放出部分NO，因而水吸收法的凈化效率不高，不能用于主要含NO的燃燒廢氣的凈化。但由于水價(jià)格低.方便，可用于凈化小氣量的以含NO2為主的NOx廢氣。
酸吸收法：用濃硫酸吸收法的原理是濃硫酸和NOx可生成亞硝基硫酸。亞硝基硫酸可以用于硫酸生產(chǎn)和濃縮硝酸。在同時(shí)生產(chǎn)硫酸和濃硝酸的企業(yè)中，可以
用該法凈化含NOx廢氣。稀硝酸吸收法的原理是利用NOx在稀硝酸中的溶解度比在水中的溶解度高得多這一性質(zhì)，對(duì)NOx進(jìn)行物理吸收。該法可用于硝酸尾氣的處理。
堿液吸收法：堿性溶液和NO2反應(yīng)生成硝酸鹽和亞硝酸鹽。堿液吸收法也不適合于主要含NO的燃燒廢氣凈化，而比較適合于氧化度較大的含NOx廢氣凈化(氧化度是NO2在NOx中所占的百分比)。該吸收法中采用較多的吸收劑為NaOH和Na2CO3溶液，吸收效率不高，對(duì)NO2/NO也有一定限制。
吸收還原法：用亞硫酸鹽.亞硝酸鹽.硫化物或尿素的水溶液作吸收劑，將NOx吸收并將其在液相中還原為N2的方法，這種方法可以達(dá)到很高的凈化效率。
氧化吸收法：先將NOx中的NO部分地氧化為NO2以提高NOx的氧化度，再用堿性溶液進(jìn)行吸收。國內(nèi)硝酸氧化-堿液吸收流程已用于工業(yè)生產(chǎn)。
(4)吸附法
吸附法是利用吸附劑對(duì)NOx的吸附量隨溫度或壓力變化而變化，通過周期性地改變操作溫度或壓力控制NOx的吸附和解吸，使NOx從氣源中分離出來。常用的吸附劑為分子篩.硅膠.活性炭.含氨泥煤等。該法的優(yōu)點(diǎn)：能比較徹底地消除NOx的污染，又能將NOx回收利用，設(shè)備簡單且操作方便。缺點(diǎn)是：由于吸附劑的吸附容量小，需要的吸附劑量大，設(shè)備龐大，需要再生處理，而且過程為間歇操作。因此僅用于凈化處理低濃度的NOx廢氣。
3.機(jī)動(dòng)車尾氣氮氧化物控制技術(shù)
近幾年，我國隨著機(jī)動(dòng)車擁有量的迅猛增長，由此引發(fā)的NOx污染日趨嚴(yán)重，控制機(jī)動(dòng)車尾氣排放已迫在眉睫，具體控制措施是：大力推廣小排量汽車，國家并給予一定的政策支持;對(duì)于嚴(yán)重超標(biāo)的汽車必須安裝催化器;鼓勵(lì)使用無鉛汽油;積極發(fā)展綠色環(huán)保型汽車(如旅游區(qū)用的電瓶車)等;嚴(yán)格控制用車質(zhì)量，對(duì)于不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車，應(yīng)禁止上路，對(duì)已超過使用壽命的，應(yīng)加速淘汰。
參考文獻(xiàn)
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