關于碳排放與大氣污染物排放分析及治理研究

李欣欣

(華陽新材料科技集團有限公司節能環保部(節能計量科),山西 陽泉 045000)

引 言

環境空氣污染對環境和人類健康有害，是一個城市區域的嚴重問題。氣候變化是一個全球挑戰，由于人類活動的碳排放導致了大氣溫室氣體濃度的增加。大多數空氣污染物和溫室氣體密切相連的，主要來自燃料燃燒和工業過程[1]。除了減少溫室氣體排放，除了減緩氣候變化外，減少溫室氣體的碳排放還可以帶來改善空氣質量和降低過早死亡率的輔助好處。在我國，許多空氣污染物的排放在過去幾十年里大幅下降，然而，空氣質量問題仍然存在。我國很大一部分人口生活在一些地區，特別是那些出現超過空氣質量標準的城市。城市居民暴露于濃度高于被認為有害空氣質量水平的污染物的環境中。氣候系統的偶發收到破壞是明確的，導致氣候變暖的主要原因是燃燒化石燃料產生的溫室氣體排放[2]。為了防止氣候變化最嚴重的影響，我國開始對碳排放制定計劃，確定需要實現碳中和的時間，以確保到2030年達到碳達峰。本文通過對碳排放與污染物的環境治理技術和協同治理進行簡述，為空氣污染治理提供依據。

1 大氣污染物的主要來源

1.1 總體概況

空氣污染物可能從人為來源，即與人類活動有關的來源和自然來源排放。人為來源的例子包括公路、鐵路、航空、海上等交通設施的運行排放，化石燃料發電廠、冶煉廠、焚化爐、煉油廠等工藝工程的污染排放，以及占據較少比例的牛、化肥使用情況等農業生產的過程，住宅、商業和機構部門(供暖、清潔產品等)也會產生一定的碳排放。自然來源包括植被和土壤中的氮化合物排放的揮發性有機化合物(VOC物)、風侵蝕造成的灰塵排放、海洋排放、火山爆發、地熱來源、閃電產生氮氧化物和森林火災，然而，各類火災也可能是由于人類活動造成的[3]。通過總結可得出，導致空氣污染物排放的四大類過程：燃燒、揮發、機械過程(磨損、再懸浮等)、以及不屬于之前類別之一的自然過程。

1.2 主要來源過程

燃燒是碳排放和大氣污染的主要形式來源。燃燒過程意味著空氣中含有氧氣，而碳是燃料的主要成分，如煤、汽油、柴油和木材。這種燃燒發生在高溫下，并導致空氣分解為氧氮分子，這兩者都存在于空氣中，同時產生了碳的氧化。由于不完全燃燒會產生有毒氣體，主要是一氧化氮(NO)，但也有一部分(<10%)的二氧化氮(NO2)。燃料的完全氧化會導致一種溫室氣體二氧化碳的產生和水蒸氣(H2O)懸浮于空氣中[4]。

然而，燃燒一般不是完全的，在燃燒過程中產生沒有完全氧化的碳質化合物。例如，這些化合物包括一氧化碳(CO)、揮發性有機化合物(VOC)、煙塵顆粒(主要源自柴油發動機和生物質火災)、多環芳烴(PAH)、二惡英和呋喃。其中一些化合物是污染物，有些甚至可能致癌。例如甲醛、柴油發動機中的煤煙顆粒、多環芳烴、二惡英和呋喃。此外，燃料中存在的無機物質在燃燒過程中被釋放，通常由于在高溫下發生的化學反應而以氧化形式釋放。可見，大氣污染物種類較多，治理技術應當可靠全面且有效。各能源形式累計碳排放示意圖，如圖1所示。

圖1 各能源形式累計碳排放示意圖

2 排放控制與治理技術

2.1 液體吸收技術

可用于控制氣體污染物排放的技術可根據以下主要類別進行總結，主要包括在液體中的吸收、固體吸附[5]。

首先對液體吸收技術進行介紹，這種方法可用于減少非常可溶性的空氣污染物的排放，通常存在于水中，例如氯化氫(鹽酸)和氟化氫(HF)。根據亨利定律，這種排放控制過程的效率取決于污染物在水中的溶解度。在某些情況下，可以通過將氣/水平衡移向水相來提高這種效率。可以通過使用堿性溶液(即pH>7的堿性溶液)向液相取代，其溶解度隨pH的增加而增加。吸收過程的效率也可以通過添加化學轉化來取代物質向液相的轉移。

2.2 固體吸附

這種方法是基于在氣體分子和固體表面之間形成的鍵。這種現象包括各種過程：

1) 對非極性固體的吸附，如活性炭，這是一種具有高孔隙率的碳質物質，因此允許表面積與氣相相互作用。例如，這種方法用于減少焚化爐中持久性有機污染物(POP)和汞的排放。

2) 吸附于極性固體(氧化鋁、二氧化硅)；然而，這類固體也會吸附水，當排放廢水含有大量水時，會顯著降低吸附過程的效率[6]。

3) 化學吸附，它對應于被吸附物質與固體的化學反應，并可能導致潛在危害較小的反應產物的解吸。異均相催化反應可包括在這一類中。例如，催化轉換器使用催化劑將一氧化碳(CO)轉化為二氧化碳(CO2)和未燃燒的碳氫化合物轉化為CO2(雙向催化轉換器)。三方催化轉化器也可以轉化部分氮氧化物排放(NOx)轉化成分子氮(N2)。

2.3 工業特殊污染物的處理

控制工業顆粒物污染物排放的主要技術如下：通過空氣動力動慣性捕獲、過濾、靜電捕獲；控制流動流體中顆粒在障礙上沉積的主要物理過程如下：沉積物、布朗擴散、在電場中的遷移。

3 協同治理的路徑研究

一是建立目標共識，促使多元主體有效合作。樹立社會責任意識，不僅可以提供更多的觀念和智慧，同時也能彌補單一政府主體治理的不足，同時也對政府主體和企業單位起著監管作用，有利于建立有效的協同治理機制。

二是加強制度約束，保證共同目標的實現。需要進行協作的制度性規定，將彼此之間的協作交流程序劃入到規范化的軌道中，這才能保證主體之間協作的穩定進行。

三是促進信息共享，為多元主體參與提供決策保障。碳排放與大氣污染物治理的相關主體積極參與、相互溝通并建立伙伴合作關系是展開協同行動首要前提。所以信息及時共享是多元主體間協作治理碳排放與大氣污染物的前提與基礎。

四是實現利益協調，實現多元主體的協同治理目標。必須充分考慮各主體的利益需求，需要以系統的視角分析協作主體所處的驅動環境及其作用機制，從整體角度考慮現實問題又做好各單位之間的平衡工作，從而實現多元主體的利益協調目標。

4 結語

我國的污染物減排舉措引起了全球關注。可持續發展戰略表明污染物減排應成為首要任務之一。鑒于中國快速工業化和城市化進程，環境可持續性受到威脅。盡管污染物排放控制目標的種類和數量隨著發展階段的不同而有所變化，但取得了顯著成效。通過體制改革和經濟激勵工具獲得。尤其是將國家污染物減排計劃作為一項獨立的計劃。結合中國國情，本文對我國的碳排放和大氣污染治理技術進行了概述，同時提出了相應的政策建議，包括增加減排投資、通過多種方式實現協同效益。研究成果為碳排放和大氣污染治理提供了依據。