环境工程中大气污染问题分析与处理办法研究

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张岩

菏泽市生态环境局成武县分局 山东菏泽 274200

摘要

大气污染已成为环境工程领域亟待解决的重大问题之一。本文从工业源污染、能源使用污染、交通源污染以及城市化进程加剧污染等方面对大气污染问题进行了分析,阐述了源头控制技术、过程治理技术、末端处理技术以及综合防控措施等大气污染防治技术与措施,并结合某钢铁厂烟气脱硫脱硝工程、城市机动车尾气治理项目以及工业园区VOCs综合治理案例,探讨了环境工程中大气污染问题的处理办法,以期为大气污染防治提供参考。


关键词

环境工程;大气污染;污染源;防治技术;工程案例

正文


引言:随着工业化、城市化进程的不断推进,大气污染问题日益突出,已成为制约经济社会可持续发展的重要因素之一。大气污染不仅危害人体健康,而且导致农作物减产、生态环境恶化等一系列问题。因此,分析环境工程中大气污染问题的成因,探索有效的处理办法,对于改善大气环境质量、促进生态文明建设具有重要意义。

1环境工程中大气污染问题分析

1.1 工业源污染

工业生产过程中排放的废气是大气污染的主要来源之一。例如,燃煤电厂、钢铁冶炼、水泥生产等行业在生产过程中会排放大量的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、烟尘等污染物。表1列出了部分行业大气污染物的排放因子。可以看出,不同行业排放的污染物种类和数量差异较大,其中燃煤电厂、钢铁冶炼的污染物排放量相对较高。

1 部分行业大气污染物排放因子

行业

燃煤电厂

钢铁冶炼

水泥生产

有色冶炼

 SO2排放因子/(kg/t产品 

18.0

3.2

2.8

214

 NOx排放因子/(kg/t产品

7.5

1.8

15

7.4

烟尘排放因子/(kg/t产品

50

27

140

125

1.2 能源使用污染

化石能源燃烧是大气污染的另一个重要来源。据统计,我国煤炭消费量占一次能源消费总量的60%以上,燃煤过程中产生的SO2、NOx、烟尘、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)等污染物是导致大气污染加剧的主要原因。此外,不合理的能源利用方式也加重了大气污染[1]。例如,低效燃煤锅炉、落后的供热设施等,不仅能源利用效率低下,而且污染物排放量大。

在工业生产中,大量使用煤炭、石油等化石燃料不仅造成了严重的大气污染,还加剧了温室效应。特别是在冬季供暖期间,北方地区燃煤供暖导致的雾霾问题尤为突出。同时,石油加工和使用过程中产生的挥发性有机物(VOCs)也是形成光化学烟雾的重要前体物。

能源结构不合理是加剧大气污染的重要因素。我国能源消费结构中,清洁能源占比较低,而高污染的煤炭占比较高。这种能源结构不仅造成了大气污染,还影响了能源利用效率。因此,优化能源结构、提高清洁能源使用比例、改进能源利用技术,对于减少能源使用污染、改善大气环境质量具有重要意义。

1.3 交通源污染

随着机动车保有量的快速增长,尾气排放已成为城市大气污染的主要来源之一。机动车尾气中含有CO、碳氢化合物(HC)、NOx等有害物质,对人体健康和大气环境质量构成严重威胁。

2大气污染防治技术与措施

2.1 源头控制技术

源头控制是防治大气污染的根本措施,主要包括优化产业结构、淘汰落后生产工艺和设备、推广清洁生产、发展循环经济等方面。

产业结构优化是指通过调整产业布局和产业政策,限制高耗能、高污染行业发展,鼓励发展高新技术产业和现代服务业。具体而言,要严格限制高污染、高耗能项目审批,对钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃等行业严格控制新增产能;支持发展信息技术、生物技术、新材料、新能源等战略性新兴产业,加快发展现代服务业,推动产业结构不断优化升级。同时,还要合理布局各类产业园区,引导产业向园区集中,实现污染集中控制、集中治理[2]

淘汰落后生产工艺和设备是降低污染物排放强度的有效途径。应依法依规淘汰能耗高、污染重的落后生产工艺、设备和产品,如平板玻璃的立窑、石灰的土窑、砖瓦的土窑、炼焦的土法炼焦、铁合金的小电炉等;同时,鼓励和支持先进适用技术的推广应用,通过节能环保技术改造,实现减污增效。

清洁生产是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理等措施,从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放。推行清洁生产,可有效降低单位产品污染物产生量。如在钢铁行业,采用干熄焦、高炉煤气回收、转炉煤气回收等清洁生产技术,可大幅降低污染物排放量;在石油化工行业,通过采用清洁原料、优化工艺路线、改进设备等措施,可有效减少VOCs等污染物的产生[3]

发展循环经济是大气污染防治的另一项重要举措。循环经济是指在生产、流通、消费等各个环节都进行资源化和高效利用,最大限度减少资源消耗和污染物排放的经济发展模式。具体而言,要推进企业循环式生产、产业循环式组合、园区循环化改造,促进企业间、园区内、区域间废物交换利用和能源梯级利用。如在化工园区,可通过副产物交换、中水回用、余热利用等方式,构建循环经济产业链;在城镇地区,可建设煤炭、垃圾等资源综合利用基地,促进资源循环利用。

2.2 过程治理技术

过程治理技术是指在生产过程中采取措施,减少污染物的产生与排放,主要包括燃料清洁化、生产工艺优化、废气循环利用等方面。

燃料清洁化是指使用硫分、灰分含量低的优质燃料,从而减少污染物的产生。如采用洗选煤,可使煤的硫分、灰分大幅降低;使用型煤,可减少煤粉的散逸,改善燃烧性能;使用清洁燃气如天然气,可大幅减少污染物产生量。在锅炉、工业窑炉等领域,应大力推广使用清洁燃料,不断提高清洁燃料使用比例。

生产工艺优化是指采用先进、高效、环保的生产工艺,减少生产过程中的废气产生。如钢铁行业采用富氧燃烧、高温高压干熄焦等新工艺,可降低烟气量,减少污染物产生;水泥行业采用新型干法水泥窑技术,与传统立窑相比,烟尘排放量可降低70%以上;砖瓦行业采用隧道窑,不仅产品质量高,而且烟尘、SO2排放大幅降低[4]

废气循环利用是指将生产过程中产生的废气回收利用,减少大气污染物的排放。如钢铁行业的焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等,回收后可作为清洁能源利用,不仅可替代部分燃料,还可减少废气的直接排放。有色行业烟气制酸,可回收利用二氧化硫生产硫酸,减少SO2的排放。化工行业有机废气回收利用,可减少VOCs的排放。因此,企业应加大废气治理回收力度,促进资源综合利用,实现减污增效。

2.3 末端处理技术

末端处理技术是指对生产过程中已产生的废气进行净化处理,减少大气污染物排放,主要包括除尘、脱硫、脱硝等。

除尘是去除烟气中颗粒物的过程,常用的除尘技术有重力除尘、旋风除尘、电除尘、布袋除尘等。重力除尘适用于粒径较大、浓度较高的颗粒物,如水泥窑烟气除尘等;旋风除尘通过旋转分离,除去细小、干燥及低浓度的尘粒,应用于电力、冶金、建材等行业;电除尘利用静电力捕集尘粒,适用于煤粉、水泥、冶金等工业窑炉烟气的净化;布袋除尘采用纤维织物滤袋捕集尘粒,可去除亚微米级颗粒物,广泛用于电力、冶金、化工等行业。除尘技术的选用,需要综合考虑烟气性质、烟尘特性、工况条件等因素,实现颗粒物达标排放。

脱硫是去除烟气中二氧化硫的过程,主要技术路线有石灰石/石灰-石膏法、氨法等。石灰石/石灰-石膏法是目前应用最为成熟和广泛的烟气脱硫技术,脱硫效率高,产品石膏可综合利用,适用于燃煤电厂等大型锅炉烟气脱硫。氨法脱硫是利用氨水吸收SO2的原理,脱硫效率高,运行费用低,副产品亚硫酸铵可作农肥使用。此外,半干法、循环流化床等脱硫技术也得到了一定的应用。脱硫设施的选型,要兼顾脱硫效率、工程投资、运行成本、副产物利用等因素,实现SO2稳定达标排放[5]

脱硝主要去除烟气中的氮氧化物,常用的技术有选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。SCR是在催化剂作用下,以氨气为还原剂将NOx还原为N2和H2O。由于采用了催化剂,因此脱硝反应温度低(300-400℃),脱硝效率高(可达90%以上),广泛用于燃煤电厂烟气脱硝。SNCR是在无催化剂条件下,在适宜的温度窗口内(850-1100℃)直接喷入氨水,将NOx还原脱除。SNCR工艺流程简单,建设成本低,但脱硝效率相对较低。实际工程中,可根据燃料性质、锅炉类型、烟气特性、脱硝工艺特点等,选择经济合理的脱硝技术,以达到NOx排放标准要求。

2.4 综合防控措施

由于大气污染成因复杂,污染源类型多样,大气污染防治需要多措并举,标本兼治。因此,在采取上述源头控制、过程治理和末端处理等技术措施的同时,还需综合运用经济、法律、行政等手段,形成防治合力。

在经济政策方面,应完善排污收费制度,建立吨煤、吨钢、吨水泥等污染物排放定额,超过排放定额的要缴纳更高费用,以倒逼企业加大污染治理力度;健全环境保护税制度,将二氧化硫、氮氧化物等大气污染物纳入征税范围,强化减排约束和成本传导;落实差别化电价、惩罚性电价等政策,对超标排放和未按期完成治理任务的企业实施限期整改、停产限产、关停取缔等措施,推动高耗能、高排放行业加快转型升级。

在法律法规方面,要完善环境保护法律体系,制修订大气污染防治条例、机动车排气污染防治条例等法规;建立统一的区域性大气污染物排放标准,提高排放标准要求;健全重污染天气应急管理办法,完善区域预警、响应、应急减排等机制,及时采取应对措施,确保大气环境质量持续改善。

在监管执法方面,要加强大气污染防治督查问责,将大气污染防治列入环境保护督查内容,强化地方政府主体责任;开展大气污染防治专项执法行动,依法打击偷排偷放、超标排污等环境违法行为;健全挥发性有机物、柴油货车污染防治联防联控机制,协同推进区域大气污染综合治理。

3工程案例

3.1 某钢铁厂烟气脱硫脱硝工程

针对某钢铁厂烧结机机头烟气污染问题,实施了烟气脱硫脱硝工程。采用石灰石石膏湿法脱硫工艺,对烟气中SO2进行深度脱除,脱硫效率可达95%以上;脱硝采用低温SCR工艺,在180-220℃下,以液氨为还原剂,在催化剂作用下将NOx还原为N2和H2O,脱硝效率达80%以上。工程实施后,烟气中SO2、NOx排放浓度分别低于35mg/m3、50mg/m3,实现了超低排放。

3.2 城市机动车尾气治理项目

针对机动车尾气污染日益严重的问题,某市开展了机动车尾气治理专项工作。一是加快淘汰老旧车辆和黄标车,对达到强制报废标准的车辆,及时强制报废,并给予适当补贴;二是严格新车准入,提高机动车环保准入标准,推广使用国六标准车用汽柴油;三是加强在用车监管,建立完善机动车排放检测与强制维修制度,对超标排放车辆实施限行;四是大力发展新能源车,加快充电桩等配套设施建设。通过一系列措施,全市机动车污染物排放总量减少30%以上。  

3.3 工业园区VOCs综合治理案例

针对某工业园区VOCs污染问题,制定了综合治理方案。园区内化工、印刷、家具等VOCs排放重点企业,全面开展泄漏检测与修复LDAR工作,对设备、管线组件进行VOCs泄漏检测,及时修复泄漏点;鼓励企业采用低VOCs含量的原辅材料,使用水性、高固体分、UV固化等低VOCs含量的涂料、油墨、胶粘剂等;VOCs废气一律收集处理,采用吸附、吸收、冷凝、膜分离、生物法等工艺深度治理,去除效率不低于80%。此外,园区优化产业布局,新建涉VOCs排放的工业企业全部入园,现有分散企业限期搬迁入园,并配套建设VOCs集中治理设施。通过综合整治,园区VOCs排放总量下降60%以上。

结语:

大气污染是一个复杂的系统工程问题,需要综合运用多种防治技术与措施,系统推进污染治理。应坚持源头防控、过程控制、末端治理相结合,着力优化产业结构和能源结构,推广先进适用的治理技术,健全法律法规与标准体系,加大监管执法力度。同时,还需全社会共同参与,树立环保意识,形成联防联控、齐抓共管的大气污染防治格局。只有多措并举、久久为功,才能持续改善大气环境质量,让人民群众拥有更多蓝天白云、繁星闪烁的美好生活。

参考文献:
[1]张微微.环境工程中大气污染问题与处理措施研究[J].中国科技期刊数据库 工业A,2024(7):0082-0085

[2]张燕.环境工程中大气污染问题分析与处理措施研究[J].山西化工,2023,43(2):224-225.

[3]靖伟伟,葛少斌,何欢.环境工程中大气污染问题分析与处理办法[J].科学与信息化,2023(9):4-6.

[4]程雅娟,邢恩东.环境工程中大气污染的处理思路探析[J].皮革制作与环保科技,2024,5(3):126-128.

[5]镡晓君.环境工程中大气污染综合防治的探讨[J].中文科技期刊数据库(全文版)自然科学,2024(7):0156-0159.

 

 


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