環保工程中的廢氣治理與減排技術研究

劉海燕

（濟寧市汶上生態環境監控中心，山東 濟寧 272500）

引言

廢氣治理和減排技術在環境保護工程建設的過程中發揮著重要作用，其致力于解決來源多樣的有害排放問題。這些技術包括一系列針對工業過程、車輛排放和其他人為活動產生的廢氣的處理和減排方法，這些方法的核心目的是降低大氣中一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及揮發性有機化合物等有害物質的含量。這對保護環境和公眾健康都極為重要。因此，我們有必要對環保工程中的廢氣治理與減排技術進行深入研究，以便不斷優化技術性能，從而為提高環保工程的建設質量提供可靠保障。

1 環保工程中的廢氣種類

1.1 按來源分類

按來源分類，環保工程中的廢氣可分為以下幾種：（1）工業排放廢氣：源于制造流程、發電、化工等工業活動，常含有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、顆粒物及揮發性有機化合物（VOC）等多種污染物。（2）車輛排放廢氣：轎車、卡車、公交車等車輛排放的廢氣，主要包含氮氧化物、一氧化碳、揮發性有機化合物和顆粒物，這類廢氣是導致城市空氣污染和霧霾的重要原因。（3）焚燒氣體：在垃圾焚燒過程中產生，可能包含二惡英、呋喃、汞和其他重金屬等多種污染物，具體成分取決于所焚燒的材料[1]。

1.2 按特性分類

按特性分類，環保工程中的廢氣可分為以下幾種：（1）溫室氣體：如二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4），它們主導了全球氣候變暖。（2）破壞臭氧層的物質：如氯氟烴（CFC），會對臭氧層造成損害。（3）有毒氣體：如苯或氯乙烯，它們對人類健康和生態系統構成直接威脅。

2 環保工程中的廢氣治理技術

2.1 物理方法

2.1.1 吸附

吸附作為一種物理廢氣治理手段，通過將污染物附著于固體材料（即吸附劑）的表面來實現氣體凈化。與吸收過程（即物質被材料內部吸收）不同，吸附專注于表面作用，這是一個被動且能耗較低的過程，通常用于處理氣體中的低濃度污染物。使用此方法的過程中，常用的吸附劑主要包括以下幾種：（1）活性炭：活性炭以其高孔隙性和廣闊的表面積著稱，能有效捕捉有機化合物和氣味，其微孔結構使其能夠在低濃度下有效吸附污染物。（2）沸石：這種微孔鋁硅酸鹽礦物擁有清晰的晶體結構，特別擅長吸附小分子，并因其獨特的孔隙結構而常用于選擇性吸附。此外，還有硅膠、活性氧化鋁和分子篩等吸附劑，它們對特定污染物具有獨特的親和力。吸附技術在工業排放處理中被廣泛應用，用于移除有機化合物、硫化合物和碳氫化合物等[2]。此外，對于制造過程、涂裝車間和化工產業中的揮發性有機化合物，吸附技術顯示出特別的有效性。然而，吸附劑的吸附能力有限，一旦達到飽和狀態，就需要進行再生或更換。不同的吸附劑對不同污染物的吸附效率不同，因此相關人員在具體應用中需要精心選擇。

2.1.2 吸收

在廢氣治理中，吸收是一種既可采用物理方式也可采用化學方式的常用方法，它主要是指將氣體污染物溶解于液態吸收劑內。在此過程中，目標氣體與吸收劑發生接觸，隨后被液態吸收劑所吸收。吸收過程可能基于物理原理，依賴于污染物在液體中的溶解度；也可能基于化學原理，涉及污染物與吸收劑之間的化學反應。常見的吸收劑有兩種：（1）水：對于那些可以溶于水的氣體，例如氨或某些硫化合物，水是一種高效的吸收劑，它的主要優點是成本低廉且易于獲得。（2）化學溶劑：如堿性溶液（主要用于吸收酸性氣體）和有機溶劑（針對某些特定的有機化合物），這些溶劑可以針對性地吸收特定的污染物，從而提高處理效率[3]。對某些特定氣體而言，使用專門的化學吸收劑進行吸收可以達到非常高的效率。然而，特定的吸收劑可能僅對特定類型的污染物有效，這在一定程度上限制了其廣泛應用。與此同時，某些吸收劑，尤其是化學吸收劑，可能涉及較高的運營和維護成本。

2.2 化學方法

2.2.1 氧化

在廢氣治理過程中，氧化指的是通過引入氧氣將有害的污染物化學轉換成危害較小或無害的物質，這一過程從本質上改變了污染物的化學組成，使其變得更不具毒性、更穩定或更易于進一步處理并釋放到環境中。氧化可以通過多種方式實現，包括熱氧化、催化氧化以及高級氧化等過程。在氧化的過程中，催化劑發揮著重要作用，常見的催化劑主要有：（1）臭氧：臭氧作為一種強效氧化劑，對包括揮發性有機化合物和微生物在內的眾多污染物具有顯著的處理效果，使用臭氧可以將復雜污染物分解為更簡單、危害更小的物質。（2）過氧化氫：過氧化氫通常在高級氧化過程中使用，其分解可產生極為活躍的羥基自由基，這些自由基能夠有效氧化多種污染物[4]。氧化過程的總體效果取決于污染物的性質和所使用的具體方法，在某些情況下，為了達到最佳效果，相關人員可能需要結合多種方法。

2.2.2 還原

廢氣治理中的還原技術指通過加入還原劑來降低污染物含量的化學過程，該方法通過改變污染物的化學組成，通常能將其轉換成危害更小的物質。這種技術在工業排放處理常見的氮氧化物和硫氧化物等氣體方面尤其有效。還原技術的基本原理是利用還原劑與污染物發生化學反應，改變其氧化狀態，進而減少其對環境和人體健康的危害。這種方法通常與其他廢氣治理技術結合使用，以實現更全面的效果。常見的還原劑有：（1）氨：在選擇性催化還原和選擇性非催化還原等過程中，氨被廣泛用作還原劑，用以降低氮氧化物的排放。氨與氮氧化物反應生成氮氣和水，相比原有污染物，其對環境的危害大大降低。（2）二氧化硫：二氧化硫有時也被用于還原某些污染物，相較于氨，它作為還原劑的使用不那么廣泛，且由于其自身具有毒性，需要謹慎處理。還原方法在處理氮氧化物和硫氧化物排放方面極為高效，其效果主要取決于污染物的濃度、選擇的還原劑及工藝的具體操作條件[5]。但是，此方法通常需要在特定條件下進行，如適宜的溫度或催化劑的存在。實施還原技術可能需要較高的成本和復雜的設備配置，且需進行持續監控。

2.3 生物方法

2.3.1 生物過濾

生物過濾是一種使用生物過濾器進行廢氣治理的方法，該過濾器由填充有土壤、泥炭或堆肥等介質的床組成。在這個過程中，受污染的空氣被引導通過生物過濾器，過濾器中的微生物會吸收并代謝污染物，這些微生物將污染物轉化為對環境影響較小的副產品，例如二氧化碳、水和生物質。生物過濾的效果很大程度上依賴于污染物與微生物之間的相互作用。空氣流經生物過濾器時，污染物被吸附在介質的表面，并由微生物進行降解，這種方法特別適用于處理揮發性有機化合物和某些無機氣體。為了確保生物過濾的有效性，選擇適合的微生物至關重要，這些微生物應對廢氣中的特定污染物具備較高的降解能力。由于細菌和真菌具有廣泛的代謝能力，因此常被用作生物過濾器中的主要微生物。微生物的選擇需考慮污染物種類、生物過濾器內的環境條件以及過濾介質的性質等。

2.3.2 生物修復

生物修復利用活生物，尤其是微生物來降解、轉化或去毒化廢氣中的污染物，此技術依賴于微生物將各種化合物作為能量或營養源進行代謝的自然能力。它適用于處理各類污染物，包括揮發性有機化合物、碳氫化合物和有毒氣體。在生物修復的過程中，需要引入能夠針對性降解特定污染物的微生物，這些微生物可能是自然存在的，也可能經過基因工程改造以提高其降解效率。此過程通常在生物過濾器或生物反應器中進行，廢氣在控制條件下與微生物進行接觸。生物修復過程中使用的微生物主要包括細菌、真菌和處于某些情況下的藻類，每種微生物都適合在特定的環境條件下降解特定的污染物[6]。因此，相關人員選擇微生物時，需考慮廢氣的性質、存在的污染物類型以及處理系統的環境條件等。

3 環保工程中的減排技術要點

3.1 加強工藝優化

3.1.1 提升燃燒效率

在工業生產過程中，提升燃燒效率是降低排放的關鍵手段之一。高效燃燒能夠確保燃料的完全燃燒，從而大幅減少一氧化碳、氮氧化物和顆粒物等有害物質的排放。提升燃燒效率的技術措施包括使用先進的燃燒器技術、調整燃油與空氣的混合比例以及對燃料進行預處理以去除雜質。同時，相關人員需定期對燃燒設備進行維護，并根據燃燒分析結果進行調整。

3.1.2 加強過程控制

加強工業過程控制涉及采用先進的控制系統和技術來優化生產流程，并以此減少排放，這包括引入自動化和控制系統來精確控制工藝參數，如溫度、壓力和流速等。先進的控制系統能夠實現實時監控和即時調整，確保生產過程在最佳工況下運行，從而有效降低排放量。此外，過程控制還包括使用預測性維護工具，以便及早發現并處理可能導致排放量增加的問題。引入這些系統不僅能提升環境績效，還能提高生產效率，并降低運營成本。

3.2 選擇性催化還原

選擇性催化還原是一種用于減少工廠、發電站和車輛廢氣中氮氧化物排放的技術。選擇性催化還原的原理涉及化學反應，其中氮氧化物通過催化劑轉化為氮氣和水。該過程通常使用氨或尿素作為還原劑，在催化劑的作用下與氮氧化物發生反應，該反應主要在高溫下發生，并由催化劑促進，從而提高了反應速率，且在過程中不被消耗。在選擇性催化還原中，催化劑在減少排放，特別是減少氮氧化物方面發揮著關鍵作用，選擇性催化還原系統中最常用的催化劑是五氧化二釩、二氧化鈦和氧化鎢。選擇性催化還原系統可以實現高達90%以上的氮氧化物還原效率，其對排放控制非常有效。與此同時，選擇性催化還原過程產生水和氮氣，對環境無害。但是，選擇性催化還原系統也具有一定的限制性，比如，選擇性催化還原催化劑需要特定的溫度范圍才能有效發揮作用，這可能會限制其應用；廢氣中存在的某些物質（如硫化合物）會隨著時間的推移而降解催化劑，降低其有效性。

3.3 設置靜電除塵器

靜電除塵器主要用于清除流動氣體中的細小顆粒，其核心原理是在氣體通過一個電場時使顆粒帶電，帶電的顆粒隨后被吸引到帶有相反電荷的收集板或電極上。整個過程開始于氣體穿過電離室，這里的高壓電極為顆粒帶電，帶電顆粒接著被吸引到收集板上，并在此處被捕獲。清除積聚在板上的顆粒，通常會通過敲擊或震動板來進行。靜電除塵器的主要組成包括電離室、高壓電極、收集板和顆粒物去除機制。電離室是使氣流中的顆粒帶電的地方；高壓電極則生成必要的電場以使顆粒帶電；收集板的作用是吸引并保留這些帶電顆粒；顆粒去除系統確保從收集板上持續或定期清除累積的顆粒，以維持靜電除塵器的高效運行。靜電除塵器在去除細小顆粒方面極為高效，能夠清除超過99%的細顆粒，使其適合應用于發電廠、水泥制造和其他產生大量顆粒物排放的工業過程[7]。靜電除塵器的效率可能受到諸如顆粒大小、顆粒的電性質、氣體流速以及除塵器本身的設計等因素的影響。由于其高效的處理能力和適應大流量氣體的特性，靜電除塵器在需要嚴格控制顆粒物排放的眾多行業中得到了廣泛應用。

3.4 煙氣脫硫工藝

煙氣脫硫是一種從化石燃料發電廠的廢氣和其他硫氧化物排放源中去除二氧化硫的技術。在煙氣脫硫過程中，常見的脫硫方法包括：（1）濕式洗滌：該方法使用含有吸附劑（通常為石灰或石灰石）的水漿體吸收煙氣中的二氧化硫，然后二氧化硫與吸附劑反應生成副產物（如硫酸鈣或亞硫酸鈣），這些副產物可以進一步加工成如石膏等有用的產品。（2）干式洗滌：在這個方法中，干燥的吸附材料被注入煙氣流中，這些吸附劑與二氧化硫反應生成固態化合物，后者可以在顆粒控制設備中被收集。（3）半干式洗滌：此方法結合了濕式和干式洗滌的特點，將液態的漿料噴入煙氣中，水分迅速蒸發，留下的干燥反應產物通過顆粒控制設備收集。煙氣脫硫通過去除二氧化硫，有助于減輕酸雨問題。但是，此工藝也具有一定的缺陷，比如煙氣脫硫系統需要較大的成本投入，運營成本也相對較高；煙氣脫硫系統的運行可能會消耗大量能源，增加環境負擔。

4 結語

綜上所述，在環保工程中，廢氣治理與減排技術發揮著至關重要的作用。通過有效地處理廢氣，能夠顯著減少向大氣排放的氮氧化物、二氧化硫、揮發性有機化合物等有害污染物。這不僅有助于減輕空氣污染、減少酸雨問題的發生，也有助于緩解全球氣候變暖的趨勢，從而為我們營造安全、穩定的生存環境。當然，廢氣治理和減排技術還亟待創新，這些技術的進步對于提升效率、降低成本和克服現有的技術限制至關重要。創新能夠推動更有效、更節能和更環保的工藝發展。隨著環境法規的日益嚴格和全球對環境問題的日益關注，推動更高效的技術發展顯得尤為重要。因此，我們必須加強對環保工程中廢氣治理與減排技術的優化創新，爭取在獲取巨大經濟效益的同時，也能實現生態效益的最大化，從而落實可持續發展的基本宗旨。