大氣中氮氧化物的危害及治理
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摘 要：隨著社會不斷發展進步，環境問題愈演愈烈。其中氮氧化物對人類危害嚴重，文章介紹了大氣中氮氧化物的來源、危害，以及針對現狀介紹多種治理氮氧化物的方法。
關鍵詞：氮氧化物;環境危害;大氣治理
中圖分類號：X511 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）07-0137-02
Abstract： With the continuous development and progress of society， environmental problems are becoming more and more serious. Among them， nitrogen oxides do serious harm to human beings. this paper introduces the source and harm of nitrogen oxides in the atmosphere， and introduces a variety of methods to control nitrogen oxides in view of the present situation.
Keywords： nitrogen oxides; environmental hazards; atmospheric treatment
1 概述
現代工業發展急速發展的同時，伴隨的環境問題也愈演愈烈。而由于氮氧化物（NOX）的排放量的增加，對人類環境和生態造成了嚴重污染。因此，氮氧化物的控制是我國大氣污染控制領域當下最緊迫與必須完成的任務之一。因我國NOX的控制技術發展較晚，且不夠全面，使大氣污染問題依舊成為焦點與未解決難題。因此，國家近幾年在節能減排要求中增加了“脫硝”的指標，工業煙氣中嚴格控制NOX的產生，并進行強制脫硝。所以，發展與研究脫硝的技術及其方法刻不容緩。
受我國國情影響，在未來一段時間內，煤炭依然會占據我國能源結構中的主要位置。然而，煤炭的燃燒是造成NOX污染的最主要原因。其中燃煤電廠是NOX的主要污染源之一，占到總NOX排放量約80%。2008年我國NOX的排放量達到2000萬噸左右，為全世界NOX排放量第一的國家，到2012年已增長至2400萬噸，如果不及時采取強有力的脫硝措施，則2020年NOX的排放量預計將會突破3000萬噸。同時，我國大部分火電廠的NOX排放量較高，約3.19g·kW-1。中國環境保護部也在近幾年頒布了《火電廠氮氧化物防治技術政策》，未來的幾年內，脫硝將依然成為大氣污染防治的重要任務。
2 氮氧化物的來源及危害
氮氧化物（NOX）是由氮，氧兩種元素組成的一類化合物。在大氣污染中作為污染物的NOX常指NO與NO2。大氣中的NOX主要來源與兩個方面，自然產生與人為制造。自然原因主要是火山爆發，雷擊或細菌的活動造成的，以此方式產生的NOX在大氣中只占到5%左右。而人為的排放根據氮氧化物的排放方式不同可分為，固定源排放（如工業鍋爐，燃煤鍋爐等）與移動源排放（如車輛排放）。其中95%的NOX的排放來自于車輛交通尾氣排放與火電廠的煙氣排放[1]。
NOX是一種具有刺激性氣味且毒性很強的氣體，當做為一次污染物時，NO作為NOX的主要成分，會危害人體的健康。而NO2是棕色帶有惡臭氣味的氣體，對于人體有較大的毒性，NO2吸入人體后，與呼吸系統發生接觸，NO2會與人體內的水反應生成硝酸及亞硝酸，從而對整個呼吸系統甚至肺部造成一定的腐蝕與損傷。而當其作為二次污染物時，NO2能發生一系列光化學連鎖反應，生成的O3與光化學煙霧會對人體的中樞神經產生極大的危害[2]。
NOX可以與環境中的其它物質相互作用，可形成酸雨。當NOX與大氣中的水成分進行接觸后，發生反應可以形成硝酸與亞硝酸，與降水接觸形成酸雨，對建筑物，農作物及土壤有嚴重的危害。如酸雨可以腐蝕大理石與金屬，對一些建筑，文物古跡有所破壞。同時，酸雨溶解后的金屬，會被農作物吸收，間接對人體與動物的健康產生影響。當煙氣中的NOX在大氣中接觸碳氫化合物后，在太陽光與紫外線的條件下會生成臭氧與光化學煙霧[3]。同時NOX會造成溫室效應的加劇，N2O對造成溫室效應的貢獻僅次于CO2與CH4。且NOX會對臭氧進行消耗，使臭氧流失，間接導致溫室效應，使其更加嚴重。
3 NOX的控制技術
煙氣脫硝是目前世界上普遍采用的減少氮氧化物排放的方法，能達到很高的氮氧化物脫除效率。其中應用較多的有選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法，而SCR技術能達到90%以上的脫除率。也有新興的一些方法，選擇性催化氧化法、低溫等離子體法等。
3.1 選擇性催化還原法[4]
選擇性催化還原法（SCR）是現階段國內外使用最為廣泛的一種脫硝的方法，開始是由美國最先研發，之后日本的工業中廣泛應用，使用該方法可以使氮氧化物的脫除效率達到90%以上。SCR技術的基本原理是，在催化劑的催化作用下，用氨水等還原劑還原煙氣中的NOX，最終生成對無害的N2。同時這種方法也具有一定的缺點，SCR技術的核心在于選擇優良的催化劑，煙氣中成分復雜，容易使催化劑失活與中毒，尤其對于水份與硫來說，SCR催化劑更為敏感，從而影響了催化劑的壽命，使處理成本與運行費用明顯變高。另外，使用在SCR技術的催化劑如氨氣，大多都是有毒物質，如果外泄會造成二次污染。
3.2 選擇性非催化還原法（SNCR）[5]
選擇性非催化還原法（SNCR）的發展的較早且應用較為廣泛，技術相對成熟。這種方法的主要原理是：在催化劑的條件下，向高溫爐膛（在850℃至1100℃之間）中的煙氣噴入氨水或者尿素等具有NHX基團的物質，以此作為氮氧化物的還原劑，霧化噴入反應器后，將煙氣內的NOX還原成為無危害的氮氣與水。SNCR技術的優點在于投資較少，占地面積相對較小，但是SNCR技術同樣存在很大的缺陷，因為這種方法不使用催化劑，所以導致反應溫度必須要高，需要提供較大的能量。SNCR技術具有一定的限性，一般只適用于NOX的含量不高的小型燃煤鍋爐。 3.3 選擇性催化氧化法[6]
現階段，在眾多的脫硝技術中，效果較好且國內外廣泛使用的是SCR技術，但是SCR工藝是一種高塵高溫的工藝，因為煙塵磨損，飛灰雜質的沖刷以及在高溫環境的條件下，會導致催化劑的燒結與失活導致催化劑壽命縮短，運行成本變高。而且，且金屬氧化物負載型催化劑的價格都偏高，脫硝時的溫度也較高，不容易進行再生利用，并且具有一定的二次污染。因此，選擇性催化氧化技術的發展才應運而生。
選擇性催化氧化法（SCO）的基本原理是在催化劑的作用下，利用燃燒鍋爐內煙氣中過剩的氧作為氧化劑對NO進行氧化，使NO氧化成為NO2，由于NO2為酸性氣體，可再用吸收劑進行吸收脫除，以達到煙氣凈化的目的。SCO工藝的能耗較低、脫硝效率高。NO在無催化劑的條件下也可以被空氣中的氧氣氧化成為NO2，但在燃煤煙氣中，NO濃度較低，導致NO氧化反應的反應速率極慢，因此必須加入一定的催化劑來提高氧化效率。因為NO的氧化反應是一個較為特殊的反應，隨著溫度的升高反應速率會下降，所以需要將反應溫度控制在低溫區，與SCR技術有所不同，因此，可以很好的避免煙氣加熱后在高溫環境中導致運行成本高。這種技術的優點在于，脫硝性能非常穩定，經濟性較好，不會造成二次污染，再配合著濕法吸收工藝，脫硝效率可以達到99%，能很好的回收及利用S、N等元素化合物的資源，具有良好的發展前景。
3.4 低溫等離子體法[7]
低溫等離子體技術憑借其在常溫下活化和轉化反應分子的能力，特別是在煙氣脫硝中，以其極快的動力進入工業應用領域。低溫等離子技術可以同時處理各種污染物，并能有效避免二次污染，從而達到徹底凈化的目的，是一種理想的污染凈化技術。然而，該技術還存在許多問題，例如脫硝反應效率低，產物分布廣泛，目標產物選擇性差。催化反應最重要的特征是催化劑用于加速主反應速率，抑制副反應，并改善目標產物的選擇性。因此，低溫等離子體技術與催化技術的結合可以相互補充，進一步提高脫硝效率。
4 展望
我國是以煤炭為主要能源的國家，在社會不斷發展的大前景下，大型工業導致大氣中氮氧化物濃度不斷升高，已經嚴重危害人類的健康。目前多數的氮氧化物控制技術是在燃燒后進行治理，但這要求必須有高效的催化劑進行配合才可以持續、高效的脫除氮氧化物。而催化劑價格昂貴，且容易失活，導致氮氧化物治理成本比較高。在未來，應該從燃燒前、燃燒中同步對氮氧化物進行治理，達到更好去除氮氧化物的效果。此外，也應多使用新型潔凈能源，或在原煤使用前進行處理，從源頭切斷氮氧化物的來源。
參考文獻：
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[2]武增華.煤燃燒過程中NO產生機理及影響因素[J].環境保護，1998（5）：33-35.
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[7]Indrek Jgia， Eugen Stamateb， Cornelia Irimiea， et al. Camer
on. Comparison of direct and indirect plasma oxidation of NO combined with oxidation by catalyst [J]. Fuel， 2015，144（3）：137-144.
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