脉冲电晕等离子体法,是在电子束照射法的基础上提出的,原理与其也比较相似。该法省去昂贵的电子束加速器,避免了电子枪寿命短和X射线屏蔽等问题,因此一经提出各国专家竞相研究,包括我国在内,很多国家都取得了很好的研究成果。该法依靠脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,产生高能电子,由于它只提高电子温度,而不提高离子温度,能量效率比电子束照射法高2倍,该法已经成为国际上干法脱硫脱硝的研究前沿。
湿法烟气脱硫,是指脱硫系统位于烟道的末端、除尘器之后,脱硫过程的反应温度低,因此反应过程是气、液、固体混合反应,其脱硫反应速度快、效率高、脱硫剂利用率高。湿法烟气脱硫主要有石灰石(石灰)抛弃脱硫法、石灰石(石灰)石膏脱硫法、双碱脱硫法、氧化金属物脱硫法、氨脱硫法、海水脱硫法等。
石灰石(石灰)抛弃脱硫法,是以石灰石或石灰的水浆液为脱硫剂,在吸收塔内对二氧化硫烟气喷淋洗涤,使烟气中的二氧化硫反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。石灰石(石灰)抛弃法的主要装置由脱硫剂的制备、吸收塔和脱硫后废弃物处理装置组成。其关键性的设备是吸收塔。对于石灰石(石灰)抛弃法,结垢与堵塞是最大问题。
石灰石(石灰)石膏脱硫法,与抛弃法的区别在于向吸收塔的浆液中鼓入空气,强制使所有的亚硫酸钙都氧化为硫酸钙(即石膏)。脱硫的副产品一般不需要抛弃,为有用的石膏产品。同时鼓入空气产生了更为均匀的浆液,易于达到90%的脱水率,易于控制结垢与堵塞。
双碱脱硫法,是指先用碱金属盐类如钠盐的水溶液吸收二氧化硫,然后在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收了二氧化硫的吸收液再生,再生的吸收液返回吸收塔再用,而二氧化硫还是以亚硫酸钙和石膏的形式沉淀出来。由于其固体的产生过程不是发生在吸收塔中的,所以避免了石灰石(石灰)法的结垢问题,并且进一步提高了脱硫效率。
氧化金属物脱硫法,是利用氧化镁、氧化锰、氧化锌等金属氧化物有吸收二氧化硫的能力,利用其浆液或水溶液作为脱硫剂洗涤烟气脱硫。吸收了二氧化硫的亚硫酸盐和亚硫酸氢盐在一定温度下会分解产生富二氧化硫气体,可用于制造硫酸,而分解形成的金属氧化物得到了再生,可循环使用。
氨脱硫法,是采用氨水为脱硫吸收剂,与进入吸收塔的烟气接触混合,烟气中二氧化硫与氨水反应,生成亚硫酸铵,经与鼓入的强制氧化空气进行氧化反应,生成硫酸铵溶液,经结晶、离心机脱水、干燥器干燥后即制得化学肥料硫酸铵。
海水脱硫法,是用海水作为脱硫剂,在吸收塔内对烟气进行逆向喷淋洗涤,烟气中的二氧化硫被海水吸收成为液态二氧化硫。液态的二氧化硫在洗涤液中发生水解和氧化作用。洗涤液被引入曝气池,用提高pH值抑制了二氧化硫气体的溢出,鼓入空气,使在曝气池中的水溶性二氧化硫被氧化成为硫酸根离子。
四、应对酸雨污染的现实
在当前酸雨污染比较严重的现实下,筛选和培植抗酸雨的农作物和树种,是一项很重要的举措。如我国西南地区的山茶、柑橘、橙、桧柏、侧柏等,既是该地区的名优特产,又是抗酸雨的经济作物和林木。樟树为常年绿色阔叶树种,有较强抗酸雨能力,可用其更换马尾松等易受酸雨侵害的针叶树种;在园林建设中,可多植桂花、茶花、女贞等抗酸树种。
绿化可以大面积、大范围、长时间地净化空气,是治理酸雨污染的一条重要途径。树木、草地、花卉均可调节气候,涵养水源,保持水土和吸收有毒气体,当然也包括对二氧化硫等气体的吸收。有的树木吸收二氧化硫的能力很强,如1平方米的银杉可以吸收60千克的二氧化硫,其他的强吸收二氧化硫的树种有金橘、红橘、桑树、樟树等,花卉中的紫薇、菊花等也对二氧化硫有着较强的吸收能力。
对于已经酸化的湖泊,可以采用向其中投入石灰石等碱性物质的办法来中和其中的酸性物质,从而改善水生生物生存的条件。采用这种方法的湖泊,已经发现湖中幼鱼数量明显增加。但是,这种方法是否会产生不良的后果,还不是很清楚。这种方法到目前为止尚未发现有什么弊病,其对生态系统的负面影响可能要在多年之后才会显现出来。
对于已经酸化的土壤,其处理方法与处理酸化湖泊的方法类似,即向土壤中投入石灰。在酸雨的作用下,被酸化了的土壤会有铝离子溶出,影响农作物的健康生长。投入有碱性的石灰,土壤酸性被中和,已溶出的铝离子重新沉淀,土壤与作物之间正常的营养循环得以恢复。但增加石灰只是一种辅助措施,并不能根治酸雨污染的问题。
酸雨是一个国际性的问题,世界上酸雨最严重的欧洲和北美许多国家在遭受多年的酸雨危害之后,终于都认识到大气无国界,不能依靠一个国家单独解决酸雨污染的问题。1979年11月,在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上,通过了《控制长距离越境空气污染公约》,并于1983年生效,开始了对二氧化硫等污染气体的控制。各缔约国都加强了引起酸雨的气体的排放控制,也取得了一些效果。但是,人类的很多行为还是会造成大量的酸性物质排放到空气中,尤其是战争对局部空气污染影响巨大,下面的这个例子很能说明问题。
1991年,一支登山队在攀登珠穆朗玛峰时遇到了大雪,令他们惊奇的是,天上飘下的雪花居然是黑色的。黑色的雪花纷纷扬扬,使大地和天空笼罩在阴霾中。科学家研究发现,造成黑雪的原因是1990年爆发的海湾战争。在这场战争中,参战各方共出动飞机10万架次,投掷1.8万吨炸药,严重污染了大气,向空气中排放了大量的酸性气体。在这场战争中,科威特约有700眼油井被破坏,点燃的油井一直燃烧了8个月,最多时一天烧掉80万吨原油,价值1亿多美元。这些被点燃的油井燃烧中排放的浓烟遮天蔽日,使白昼如同黑夜,人们白天开车要打亮车灯,步行则要靠手电筒照亮。由于日照量的减少,植被和土壤也都受到了影响。燃烧使空气中二氧化硫和二氧化碳含量大大超过正常值,很多地方都出现高酸度降水,对植物造成了极大的破坏。有些地方的雨水甚至都无法饮用。石油燃烧后出现的大量尘埃弥漫扩散,这些黑烟经印度洋上空的暖湿气流向东移动,在飘过喜马拉雅山上空时就凝成了黑雪降落下来。
2009年2月,国家环境保护部召开的大气氮氧化物污染控制技术研讨会上,与会专家指出,如果不进一步采取有效的措施控制氮氧化物排放,未来15年我国氮氧化物的排放量将继续增长,到2020年可能达到3000万吨以上,我国“十一五”期间消减二氧化硫10%的努力,将因氮氧化物排放的显著上升而全部抵消。研究显示,氮氧化物排放量的显著增加使得我国酸雨污染已经由硫酸型主导向硫酸和硝酸复合型转变,硝酸根离子在酸雨中所占的比例从20世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3,这表明氮氧化物排放已经成为我国酸雨控制中非常重要的一个污染物。
氮氧化物本身对人体健康有较大危害。近年来,北京、广州、上海和深圳等大城市二氧化氮浓度普遍较高,浓度超标现象经常发生,且呈逐渐增加趋势。卫星遥感发现,我国东部地区二氧化氮浓度值增加量明显高于世界其他地区,北京到上海之间的工业密集地区已经成为世界上对流层二氧化氮污染最为严重的地区。
同时,氮氧化物还是臭氧和酸沉降等二次污染的重要前体物。灰霾是近年的天气预报中经常出现的一个词,其形成与氮氧化物有很大关系。这种像雾又不是雾的天气现象,给人们的生活和健康造成了很大影响。据统计,近年来,我国大部分地区,特别是珠江三角洲经济发达地区大气能见度日趋下降,灰霾天数增加。以深圳为例,20世纪80年代灰霾天数年平均约为6天,进入2001年以来,年平均约为122天,到2004年增至177天。
据估计,1995~2005年间,我国氮氧化物排放量年增长率在6%以上。在2005年,全国氮氧化物排放总量为1990万吨,其中火力发电是最大来源,占到36%左右;其次是工业和交通运输部门,分别“贡献”了23%和20%。相关调研结果显示,目前除了电力企业外,多数企业对氮氧化物的重视程度不够。随着火力发电和机动车保有量的进一步增长,氮氧化物在这两个行业集中排放的现象将进一步凸显。
从空间分布来看,氮氧化物排放主要集中在东部地区。据测算,全国80%以上的氮氧化物排放量来自于人口密集、工业集中、经济发展较快的中东部地区,如广东、辽宁、河北、山东等地。这也造成珠江三角洲、长江三角洲和京津冀三大城市群的氮氧化物污染及二次污染问题突出。从单位面积排放强度来看,排放量最大的地区依次是上海、天津和北京。
我国环境质量标准中缺少对氮氧化物的监测标准,目前只有二氧化氮与颗粒污染物二级标准。二氧化氮与氮氧化物有一定的关联,二氧化氮在一定程度上反映了氮氧化物的污染问题,但由于目前监测点位的设置不尽合理,未能充分反映从一氧化氮到二氧化氮的迁移转化,使得当前二氧化氮监测结果不能全面反映我国氮氧化物的污染现状。
我国氮氧化物行业排放标准制订工作起步较晚,目前在工业炉窑和炼焦炉的大气污染排放标准中,仍没有规定氮氧化物的排放限值。而在仅有的《火电厂大气污染物排放标准》、《水泥厂大气污染物排放标准》、《锅炉大气污染物排放标准》中,虽然规定了氮氧化物浓度限值,但这些标准普遍存在过于宽松的问题。
因此,修订和完善一批行业氮氧化物排放标准是当前迫切的一项任务,只有这样才能推进我国的氮氧化物污染防治工作。