大氣污染防治技術
一、大氣污染的綜合防治
大氣的污染物，無論是顆粒狀污染物或是氣體狀污染物，都有能夠在大氣中擴散、污染面廣的特點，這就是說，大氣污染帶有區域性和整體性的特征。正因為如此，大氣污染的程度要受到該地區的自然條件、能源構成、工業結構和布局、交通狀況以及人口密度等多種因素的影響。在本文以后所論述的各種治理技術只是對點污染源排放的污染物進行治理，不能解決區域性的大氣污染問題。對于區域性大氣污染問題，必須通過采取綜合防治的措施加以解決。
所謂大氣污染的綜合防治，就是從區域環境的整體出發，充分考慮該地區的環境特征，對所有能夠影響大氣質量的各項因素作全面、系統的分析，充分利用環境的自凈能力，綜合運用各種防治大氣污染的技術措施，并在這些措施的基礎上制定最佳的防治措施，以達到控制區域性大氣環境質量、消除或減輕大氣污染的目的。
大氣污染綜合防治涉及面比較廣，影響因素比較復雜，一般來說，可以從下列幾個方面加以考慮。
（1）全面規劃，合理布局
大氣污染綜合防治，必須從協調地區經濟發展和保護環境之間的關系出發，對該地區各污染源所排放的各類污染物質的種類、數量、時空分布作全面的調查研究，并在此基礎上，制定控制污染的最佳方案。
工業生產區應設在城市主導風向的下風向。在工廠區與城市生活區之間，要有一定間隔距離，并植樹造林、綠化、減輕污染危害。對已有污染重，資源浪費，治理無望的企業要實行關、停、并、轉、遷等措施。
（2）改善能源結構，提高能源有效利用率
我國當前的能源結構中以煤炭為主，煤炭占商品能源消費總量的73%，在煤炭燃燒過程中放出大量的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）以及懸浮顆粒等污染物。因此，如從根本上解決大氣污染問題，首先必須從改善能源結構入手，例如使用天然氣及二次能源，如煤氣、液化石油氣、電等，還應重視太陽能、風能、地熱等所謂清潔能源的利用。我國以煤炭為主的能源結構在短時間內不會有根本性的改變。對此，當前應首先推廣型煤及洗選煤的生產和使用，以降低煙塵和二氧化硫的排放量。
我國能源的平均利用率僅30%，提高能源利用率的潛力很大。我國有20余萬臺鍋爐，年耗煤2億多噸，因此，合理選擇鍋爐，對低效鍋爐的改造、更新、提高鍋爐的熱效率，能夠有效地降低燃煤對大氣的污染。
（3）區域集中供熱
分散于千家萬戶的燃煤爐灶，市內密集的矮小煙囪是煙塵的主要污染源。發展區域性集中供曖供熱，設立規模較大的熱電廠和供熱站，用以代替千家萬戶的爐灶，是消除煙塵的有效措施。這樣還具有以下各項效益：①提高熱能利用率；②便于采用高效率的除塵器；③采用高煙囪排放；④減少燃料的運輸量。
（4）植樹選林、綠化環境
綠化造林是大氣污染防治的一種經濟有效的措施。植物有吸收各種有毒有害氣體和凈化空氣的功能。植物是空氣的天然過濾器。茂密的叢林能夠降低風速，使氣流挾帶的大顆粒灰塵下降。樹葉表面粗糙不平，多絨毛，某些樹種的樹葉還分泌粘液，能吸附大量飄塵。蒙塵的樹葉經雨水淋洗后，又能夠恢復吸附、阻攔塵埃的作用，使空氣得到凈化。
植物的光合作用放出氧氣，吸收二氧化碳，因而樹林有調節空氣成分的功能，一般1公頃的闊葉林，在生長季節，每天能夠消耗約1t的二氧化碳，釋放出0.75t的氧氣。以成年人考慮，每天需吸入0.75kg的氧氣，排出0.9kg的二氧化碳，這樣，每人平均有10m2面積的森林，就能夠得到充足的氧氣。
有一些植物能夠吸收大氣中的有毒成分，如1公頃柳杉林每年可吸收720kg二氧化碳。
有一些林木，在其生長過程中能夠揮發出檸檬油、肉桂油等多種殺菌物質。有人作到分析測定，在百貨大樓內，每立方米空氣中細菌數達400萬個，林區則僅僅有55個，這樣，林區與百貨大樓空氣中的含菌量相差7萬多倍。
二、顆粒污染物的治理
1、顆粒污染物的分類
大氣中的煙塵主要是由于固體燃料（煤）的燃燒產生的。
我們根據煙塵（顆粒污染物組成）的特性，可以將其分為粉塵、煙和霧三種類型。詳見第六章表6－7。
2、顆粒污染物的去除方法及設備
去除大氣中顆粒污染物的方法很多，根據它的作用原理，可以分為下列四種類型：
①干法去除顆粒污染物
通過顆粒本身的重力和離心力，使氣體中的顆粒污染沉降，而從氣體中去除的方法，如重力除塵、慣性除塵和離心除塵。常用的設備有重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。
②濕法去除顆粒污染物
用水或其他液體使顆粒濕潤，而加以捕集去除的方法。如氣體洗滌、泡沫除塵等。常用的設備有：噴霧塔、填料塔、泡沫除塵器、文丘里洗滌器等。
③過濾法去除顆粒污染物
使含有顆粒污染物的氣體通過具有很多毛細孔的濾料，而將顆粒污染物截留下來的方法，如填充層過濾、布袋過濾等。常用的設備有顆粒層過濾器和袋式過濾器。
④靜電法去除顆粒污染物
使含有顆粒污染物的氣體通過高壓電場，在電場力的作用下，使其去除的過程。常用的設備有干式靜電除塵器和濕式靜電除塵器。
選擇哪一種方法去除顆粒污染物，主要從顆粒污染物的粒徑大小和數量以及操作費用等方面來考慮。一般情況下，較大顆粒（數十微米以上）宜于采用干法，而細小顆粒（數微米）則以采用過濾法和靜電法為宜。
三、氣態污染物的治理
1．吸收法
吸收是利用氣體液體中溶解度不同的這一現象，以分離和凈化氣體混合物的一種技術。這種技術也用于氣態污染物的處理，例如從工業廢氣中去除二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、硫化氫（H2S）以及氟化氫（HF）等有害氣體。
吸收可分為化學吸收和物理吸收兩大類。
化學吸收，被吸收的氣體組分和吸收液之間產生明顯的化學反應的吸收過程。從廢氣中去除氣態污染物多用化學吸收法。例如用堿液吸收煙氣中的SO2，用水吸收NOX等。
物理吸收，被吸收的氣體組分與吸收液之間不產生明顯的化學反應的吸收過程，僅僅是被吸收的氣體組分溶解于液體的過程。例如用水吸收醇類和酮類物質。
在吸收法中，選擇合適的吸收液至關重要，在對氣態污染物處理中，是處理效果好壞的關鍵。用于吸收氣態污染物質的吸收液有下列幾種：
a.水，用于吸收易溶的有害氣體。
b.堿性吸收液，用于吸收那些能夠和堿起化學反應的有害酸性氣體，如SO2、NOX、H2S、等。常用的堿吸收液有：氫氧化鈉、氫氧化鈣、氨水等。
c.酸性吸收液，一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）氣體能夠在稀硝酸中溶解，而且其溶解度比在水中高得多。
d.有機吸收液，用于有機廢氣的吸收，洗油、聚乙醇醚、冷甲醇、二乙醇胺都可作為吸收液，并能夠去除酸性氣體，如H2S、CO2等。
目前在工業上常用有吸收設備有表面吸收器、板式塔、噴灑塔、文丘里塔等。
2．吸附法
（1）概述
吸附是一種固體表面現象。它是利用多孔性固體吸附劑處理氣態污染物，使其中的一種或幾種組分，在固體吸附劑表面，在分子引力或化學鍵力的作用下，被吸附在固體表面，從而達到分離的目的。
吸附處理工藝在處理氣態污染物領域也得到了應用。
常用的固體吸附劑有骨炭、硅膠、礬土、沸石、焦炭和活性炭等，其中應用最為廣泛的是活性炭。活性炭對廣譜污染物具有吸附功能，除CO、SO2、NOX、H2S外，還對苯、甲苯、二甲苯、乙醇、乙醚、煤油、汽油、苯乙烯、氯乙烯等物質都有吸附功能。
（2）吸附設備
用于凈化氣態污染物的吸附設備，與廢水處理中的設備相同，可分為固定床、移動床和流化床三種。
（3）吸附法在氣態污染物處理中應用舉例
——有機物廢氣的吸附凈化
某些化工廠在生產過程中產生對人體有害的有機蒸氣。采用活性炭吸附法能夠較好地凈化有機廢氣，還能夠回收有用的物質。
本法工藝簡單、效率高，并可回收純度較高的有機物質。以活性炭為吸附劑能夠從廢氣中回收很多物質，如汽油、石油醚、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇以及二氯乙烷、二氯丙烷、芳香烴等。
本法可使廢氣中的有機溶劑回收率達80%~90%，如采用串聯操作，回收率將更高。
除吸收法、吸附法外，用于氣態污染物處理的技術還有冷凝法、催化轉化法、直接燃燒法、膜分離法以及生物法等。因篇幅問題，本文不擬介紹。
吸收法和吸附法是應用最為廣泛的兩種方法。
四、汽車尾氣污染及其治理
1.概述
汽車是一種高效的現代化交通工具, 它提高了人們的出行效率, 促進了生產的發展, 方便了人們的生活。但汽車又是一種流動污染源。汽油車的主要污染物成分是CO、HC、NOx以及碳粒等。汽車排放大量的污染物,使環境付出了沉重的代價,它給人類帶來難以估計的損失。據資料介紹，城市街道上的車流量在每小時1000～2000輛時，CO、HC和NOx這三種有害氣體占全部有害氣體的80%～90％以上。世界上幾乎所有大城市和中小城市都遭受汽車排放污染的嚴重危害（見表7－1）。
表7－1 各國城市汽車排放污染物對大氣污染比例（％）
污染物類別 地點 CO
HC NOx 硫化物 顆粒物
美國城市 82 58
48 1.3 8
日本城市
99 98 36
1.0
北京市 64.3
73.5 46
上海市* 86 96
56
廣州市
88.8 79.3
*上海市中心地區
2. 汽車排放主要污染物的來源、種類及其危害
當燃料在發動機汽缸里進行燃燒時，由碳、氫、氧組成的液體石油燃料完全燃燒后生成的是二氧化碳(CO2)，水蒸汽(H2O)，氮氣(N2)和過量的氧氣(O2)。這幾種氣體在正常情況下被認為是無害的。但是，內燃機所用的燃料往往都含有其它雜質與添加劑，且內燃機的燃燒總是不完全的，再加上發動機工作過程中的其它原因，使發動機的排氣成分中還含有一定量的一氧化碳(CO)，碳氫化合物(HC)，氮氧化物(NOx)，二氧化硫(SO2)，微粒物質(鉛化物、碳煙、油霧等)與臭氣（甲醛、丙烯醛等）有害排放物。它們的部分是有毒的，有些還帶強烈刺激性，有臭味，甚至有些有致癌作用。這些由汽車排出的CO、HC、NOx和碳煙、微粒等正是造成大氣污染的主要物質。這幾種有害成分隨不同的發動機型與運轉條件均有所變化。
汽車排放污染物主要來源于三個部位：排氣管排氣、曲軸箱竄氣和燃料蒸發。其比例為：
－CO 99%
－ 排氣管排氣 －HC 55%
－NOx 99%
排放污染物－ －Pb、碳粒 100％
－ 曲軸箱串氣－ HC 25％、CO1％、NOx 1％
－ 燃油蒸發－HC 20％
據有關資料統計，每千輛汽車每天排出的CO量約為3000kg,HC化合物約200～400kg,NOx約為50～150kg,平均每燃燒1噸燃油生成的有害物質達40～70 kg。由于污染物排放區域恰為人們呼吸帶區，因此對人體健康威脅很大。
（1）一氧化碳 (CO)
一氧化碳(CO)是汽油機有害排放物中濃度最高的一種成分,城市大氣中的一氧化碳大部分都來自汽車排氣,它是燃油燃燒不充分的產物,車速越慢,交通堵塞越嚴重,排放量越多。它是無色、無刺激的有毒氣體。一氧化碳經人呼吸進入肺部，被血液吸收后，能與體內血紅蛋白結合成一氧化碳－血紅蛋白。一氧化碳與血紅蛋白的親和力比氧與血紅蛋白的親和力要大250倍。一氧化碳－血紅蛋白一經形成，離解很慢，容易造成低氧血癥，因而導致組織缺氧。當大氣中的一氧化碳濃度達到70～80ppm以上時，人在接觸幾小時以后，一氧化碳－血紅蛋白含量為20%左右時，就會引起中毒，當含量達60%時，即可因窒息而死。
（2）碳氫化合物(HC) 各種碳氫化合物總稱為烴類，汽車發動機排氣中所含的烴類成分有百余種之多，但其濃度總量比一氧化碳要少。碳氫化合物中大部分對人體健康的直接影響并不明顯，但從汽車排氣成分的檢測中得知，在排出的碳氫化合物中含有少部分醛類(甲醛、丙烯醛)和多環芳烴(苯并[a]芘等)。其中甲醛與丙烯醛對鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起結膜炎、鼻炎、支氣管炎等癥狀，它們還有難聞的臭味。苯并[a]芘被認為是一種強致癌物質。加上烴類還是光化學煙霧形成的重要物質，因此碳氫化合物排放的危害性是不可忽視的。
（3）氮氧化物(NOx)
汽車發動機排出的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，總稱NOx。大氣中的氮氧化物和碳氫化合物在未發生光化學反應以前，單獨存在時也能產生一些直接危害。NOx中的NO與血液中血紅蛋白的親和力比CO還強,通過呼吸道及肺進入血液,使其失去輸氧能力,產生與CO相似的嚴重后果。NO很易氧化成劇毒的NO2,進入肺臟深處的肺毛細血管,引起肺水腫,同時還能刺激眼黏膜,麻痹嗅覺。NO2單獨存在時是一種棕色氣體，有特殊的刺激性臭味，被吸入肺部后，能與肺部的水分結合生成可溶性硝酸，嚴重時會引起肺氣腫。如大氣中的NO2達5ppm，就會對哮喘病患者有影響，若在100～150ppm的高濃度下連續呼吸30～60分鐘，就會使人陷入危險狀態。此外，即使是NOx的濃度很低，也會對某些植物產生不良影響。
（4）微粒
汽車排氣中的微粒，主要有作為抗爆劑加入到汽油中的四乙基鉛經燃燒后生成的鉛化物微粒以及燃料不完全燃燒生成的碳煙粒等。鉛化物擴散到大氣中對人體健康十分有害，當人們吸入這種有害物并積累到一定程度時，鉛將阻礙血液中的紅血球的生長與成熟，使心、肺等發生病變，侵入大腦時則引起頭痛，出現一種精神病的癥狀。當血液中含鉛量超過80μg/100mL時，隨著血液中紅血球狀態的變化，會出現四肢肌肉麻痹、嚴重腹痛、臉色蒼白以至死亡等典型鉛中毒癥狀。此外，鉛化物還會吸附在催化劑表面，使催化劑“中毒”從而降低催化劑的凈化效果，并顯著縮短其使用壽命。
碳煙的危害不僅在其本身對人的呼吸系統有害，而且因為碳煙粒的孔隙中往往吸附著二氧化硫及有致癌作用的多環芳烴如苯并[a]芘等。微粒對人體健康的影響，除了與濃度有關外，粒子的直徑及其化學性質起決定作用，5μm以下的粒子可以進入呼吸道，3μm以下的粒子可以沉積在肺細胞內，引發肺病變，粒子攜帶的苯并[a]芘是強致癌物質，可引發癌癥。
（5） 光化學煙霧
光化學煙霧是由汽車和工廠排出的碳氫化合物和氮氧化物在陽光作用下，在波長4000×10-10m以下的紫外線區進行一系列的光化學反應，生成臭氧(O3)和過氧化乙酰硝酸鹽(PAN)等光化學過氧化產物以及各種游離基、醛、酮等成分，形成一種毒性較大的淺藍色煙霧。在光化學氧化產物中，臭氧是一種強的氧化劑，在0.1ppm濃度時就具有特殊的臭味。并可達到呼吸系統的深層，刺激下氣道黏膜，引起化學變化，其作用相當于放射線，使染色體異常，使紅血球老化。PAN、甲醛、丙烯醛等產物的人眼睛、咽喉、鼻子等有刺激作用，其刺激域值約為0.1ppm。此外，還發現光化學煙霧能促使哮喘病患者哮喘發作，能引起慢性呼吸系統疾病惡化，長期吸入氧化劑能降低人體細胞的新陳代謝，加速人的衰老。并且，光化學氧化產物中的臭氧和過氧化乙酰硝酸鹽都能使植物受害，臭氧具有極強的氧化力，能使植物變黑、橡膠開裂；動物在1ppm臭氧濃度下4小時就會出現輕度肺氣腫。過氧化乙酰硝酸鹽的毒性介于NO和NO2之間。
3 汽車排氣污染的控制與凈化技術
根據中國環境保護遠景目標綱要,重點城市應達到國家大氣環境質量二級標準。為盡快改善城市環境空氣質量，在控制城市固定污染源排放的同時，根據各城市大氣污染分擔率的特點，應加強的流動污染源的控制力度，尤其要加強重點城市機動車污染排放的控制力度。為此制定了相關的排放法規和標準。 具體計劃是：輕型汽車在200年達到歐洲第一階段控制水平。重型車和摩托車2001年前后達到歐洲第一階段控制水平，2005年前后達到歐洲第二階段控制水平；2010年前后重點地區和重點企業爭取與國際接軌。國家環境保護總局組建的新生產車監督檢測網，將對新車實行監督性檢測。達不到排放標準的依照《大氣污染防治法》，不準生產、進口和銷售。
機動車控制工作是一項涉及多部門，多方面的系統工程，除了加強法規要求和執法力度外，機動車控制技術的進步是根本的物質保證。經對國內外成功經驗的總結，結合我國的實際情況證明：在汽油車上通過使用電子控制燃油噴射和點火系統，配裝氧傳感器實現閉環控制發動機工作，同時安裝排氣三效催化轉化器是大幅度降低汽油車排放污染物的有效手段，1998年9月國務院決定自2000年1月1日起，汽車制造企業生產的所有汽車都要適合使用無鉛汽油。新生產的轎車要采用電子控制燃油噴射裝置并安裝排氣凈化三效催化轉化器。
（1〕 三效催化轉化器
三效催化劑是一種當發動機在近似理論空燃比下運轉時，同時具有凈化排氣中CO、HC和NOx能力的催化劑。在催化反應過程中，廢氣中的CO和HC將NOx還原成氮氣等；同時CO、HC被氧化成CO2和H2O。
三效催化劑的空燃比必須保持在最佳的范圍內，如圖7－1所示，在濃的一側，會降低HC和CO的轉化率；在稀的一側，NOx的轉化率急劇下降；在
空燃比附近三種成分均在高轉化率，這范圍越寬廣越好，也就是說即使理論空燃比變動較大時，還具有高的三效轉化效果，這種使用范圍是理想的。但要使發動機的每個缸都在理論空燃比條件下運行是不太可能的。為改善這種情況，發動機制造廠開發和生產了在接近理論空燃比運行的電子控制汽油噴射和閉環反饋系統。 電子控制汽油噴射系統是由微機控制系統與三效催化劑結合在一起，用氧傳感器檢出排氣中的氧濃度，向微機輸出一個隨氧濃度變化的電信號，微機根據設定好的程序，按理論空燃比自動控制進氣混合比。A/F控制范圍是由三效催化劑的氧化還原的特性決定的。
發動機制造廠開發和生產了在接近理論空燃比運行的電子控制汽油噴射和閉環反饋系統。比化油器供油優越。它可以采用較稀的混合氣, 其動力性、經濟性和排放性能都比同類化油器式發動機好, 是當前綜合解決節能和減少排氣污染最有效的措施。電子控制系統和三效催化系統實現了對發動機工作過程和排放的控制, 是機內和機外凈化方法的結合, 可保證在低排放水平的基礎上充分提高發動機的經濟性和動力性。
使用催化凈化器，絕對禁止使用有鉛汽油，因為鉛能使貴金屬催化劑“中毒”而失去活性，影響催化劑的使用壽命；另外，汽車潤滑油中的磷和汽油中硫等雜質都有可能影響催化劑的性能，
（2）改進和提高燃料質量
油品質量的降低車輛污染物的排放，保證發動機及其排放控制系統正常工作十分重要。提高燃料質量，改變燃料構成，也是強化燃燒過程，降低排氣中有害物質含量的有效措施。國家環境保護總局于1999年6月發布了《車用汽油有毒物質控制標準》，車用汽油中對生態環境和人體健康有直接毒害的、或對汽車發動機和排放控制裝置有害、造成汽車排放狀況惡化的9類物質（苯、烯烴、芳烴、錳、鐵、銅、鉛、磷、硫）含量將按照相關指標進行控制。
（3）推廣使用清潔燃料汽車
清潔代用燃料汽車的開發和普及應用，為防治機動車污染開辟了新的途徑。為達到更嚴格的排放標準，世界各國汽車制造商都在努力積極地研究開發各種低污染代用燃料汽車：天然氣汽車、液化氣汽車、甲醇汽車、乙醇汽車、生物燃料汽車、多種靈活燃料汽車、氫燃料汽車、電動汽車、太陽能汽車等等。其中尤以天然氣汽車和液化石油氣汽車最為成熟并在一些國家普及，成為很有實用價值的清潔燃料汽車。目前我國已有哈爾濱、長春、沈陽、北京、烏魯木齊、西安、上海、福州、廣州、深圳、廣東省南海市、四川省、重慶、香港等地區推廣使用天然氣汽車和液化氣汽車。并將公共汽車和出租汽車這類運營線路相對固定、行駛時間較長的車輛作為發展清潔燃料汽車中的重點。
（3）推廣使用清潔燃料汽車
清潔代用燃料汽車的開發和普及應用，為防治機動車污染開辟了新的途徑。為達到更嚴格的排放標準，世界各國汽車制造商都在努力積極地研究開發各種低污染代用燃料汽車：天然氣汽車、液化氣汽車、甲醇汽車、乙醇汽車、生物燃料汽車、多種靈活燃料汽車、氫燃料汽車、電動汽車、太陽能汽車等等。其中尤以天然氣汽車和液化石油氣汽車最為成熟并在一些國家普及，成為很有實用價值的清潔燃料汽車。目前我國已有哈爾濱、長春、沈陽、北京、烏魯木齊、西安、上海、福州、廣州、深圳、廣東省南海市、四川省、重慶、香港等地區推廣使用天然氣汽車和液化氣汽車。并將公共汽車和出租汽車這類運營線路相對固定、行駛時間較長的車輛作為發展清潔燃料汽車中的重點。