大气治理过程中烟气除尘技术探究

尚红念

（江苏省环境工程技术有限公司，江苏 南京 210000）

引 言

在当代工业化和城市化进程中，大气污染已经成为全球关注的一个焦点问题。随着工业生产和交通运输等行业的不断发展，大量废气排放导致空气质量恶化，给人类的健康和生活质量造成严重威胁。烟气除尘作为大气治理的一种核心技术，对改善空气质量具有重要意义。传统的烟气除尘技术主要包括重力沉降、湿法除尘等。然而，这些除尘方法均存在一些弊端，如效率低、维护困难、易导致二次污染等。因此，寻求一种更加高效、可持续的烟气除尘方法，一直是科研人员追求的目标。近年来，相关人员通过深入研究，探索出了一系列新型的高效烟气除尘技术。例如，通过引入先进的过滤材料，可以提升除尘效率，并降低能耗。同时，静电场、超声波及自清洁功能等新技术也展示出很大的潜力。此外，研究人员也在探索利用生物技术等环境友好型的除尘方法。加强对大气治理过程中烟气除尘方法的研究，对环境保护具有重要意义。

1 工业生产烟尘大气污染的特点

1.1 产生源广泛

工业生产烟尘的源头较为广泛。工业生产活动包括制造业、采矿业、能源生产等众多行业，这些行业的生产过程中都会产生大量的烟尘。例如，发电厂煤炭的燃烧会产生大量的粉煤灰，石油化工行业中的废物焚烧会产生大量的油烟等。由于工业生产涉及范围较广，导致排放的烟尘特性繁多，增加了大气污染治理的难度。

1.2 排放量大

工业生产活动通常涉及众多大型的生产设备，如发电厂的燃煤锅炉、炼钢厂的烧结机等，这些设备在运行过程中会产生大量的烟气，单套设备的排气量每小时可达几十万甚至上百万立方，而企业往往都具有数套这种大型设备，这些设备的运行会向大气排放数量庞大的烟尘。巨量的烟尘排放不仅会导致大气中的颗粒物浓度增加，影响空气质量，而且会严重影响人体健康。

1.3 特性复杂

工业生产烟尘的特性非常复杂。烟尘主要由颗粒物组成，但是不同的生产领域产生的颗粒物，其物理、化学和生物特性差异巨大。物理特性主要为颗粒物的大小、比重和表面粗糙度等；化学特性主要为颗粒物的成分差异，包括有机物、无机物和重金属等，其中有机物和重金属是工业烟尘中比较常见的成分；生物特性主要体现在油烟类物质的可生物降解性难易程度等。这些复杂的特性使得工业烟尘对大气环境造成的影响也较为复杂，不同的烟尘对环境和人体健康的影响程度也各不相同[1]。

1.4 传输距离远

目前，大部分工业生产活动集中在城市周边或政府规划的工业园区等特定区域，工业烟尘排放的源头通常与人口密集区域距离较远。然而，烟尘排放不仅局限于产生源附近，它们还会随着空气流动扩散到较远的地区。这使得工业生产烟尘对大气污染的影响不仅局限于产生源所在的地区，而是可以扩散到更广阔的人口密集区域。这也增加了大气污染治理的复杂性，相关人员需要综合考虑不同地区的排放情况和空气流动情况进行治理。

2 大气治理和烟气除尘的必要性

2.1 大气污染严重危害人体健康

大气污染日趋严重，给人类的健康和生存环境造成了巨大危害。长期存在于空气中的污染物会对人体的呼吸系统、心血管系统等造成严重伤害。例如在雾霾天气下，细小的颗粒物进入人体呼吸道沉积会导致呼吸困难、咳嗽、哮喘等疾病，并对孕妇和婴幼儿的生长发育产生负面影响。据统计，全球每年约有700万人死于空气污染导致的疾病。

2.2 大气污染对环境的破坏不容忽视

大气污染不仅使空气变得浑浊，导致能见度骤降，给交通、航运等行业带来极大的安全隐患，还会威胁生态系统的平衡和可持续发展。大气污染因子中的有害气体如二氧化硫和氮氧化物等，会通过空气传播进入土壤、湖泊和河流，损害水生生物的生存环境和农作物的生长，破坏生态链的正常运转。

2.3 大气治理和烟气除尘有助于改善社会经济发展

大气污染严重影响城市的形象和吸引力，加剧地域之间的经济差异，妨碍城市的吸引力和投资机会。相反，通过加强大气治理，改善城市空气质量，可以提升人民生活品质，吸引更多的投资和人才流入。同时，大气治理也可降低医疗费用，提高生产效率，并创造出更多的就业机会。

2.4 大气治理和烟气除尘可推动清洁能源的发展

燃煤是造成大气污染的主要原因之一，大力推广清洁能源可以减少煤炭的燃烧，从而降低大气污染的程度。清洁能源如风能、太阳能和水能等对环境比较友好，不会产生有毒废气和固体废物及造成二次污染等，可以有效减少对环境的危害。此外，大规模开发和利用清洁能源还将促进新兴产业的发展，为经济增长提供源源不断的动力[2]。

3 大气治理过程中烟气除尘的技术及原理

大气污染是一个全球性的环境问题，给生态系统、人类健康和气候变化都带来了严峻考验。其中，烟尘作为大气污染的主要来源之一，不仅对空气质量造成直接威胁，还会对人体呼吸系统以及环境产生长期危害。烟气除尘指通过一定的技术措施将烟气中的颗粒物捕集并去除，从而净化烟气并使其达到排放标准。

3.1 干式除尘技术

干式除尘是指在不改变烟气特性的条件下进行除尘的一类技术，有效率高、不易导致二次污染等优点，最常见、最高效的干式除尘包括电除尘和过滤除尘。

3.1.1 电除尘

电除尘器也称作电集尘器，电除尘器重点利用静电和电场的相互作用来实现颗粒物的捕集和去除。其工作原理如下：首先，进入电除尘器的烟气经过预处理，去除其中的大颗粒物和水分；然后烟气进入电场区域，在高压电极的作用下，烟气带电；烟气中的带电颗粒物在电场力的作用下沉积到集尘电极上，形成除尘层，从而达到去除烟气中颗粒物的目的；净化后的烟气通过出口排放至大气中。

3.1.2 过滤除尘

过滤除尘是利用过滤材料捕集颗粒物的方法，广泛应用于工业烟气治理中。常见的过滤除尘器包括袋式除尘器、滤筒除尘器等。其工作原理如下：烟气进入滤袋除尘器，在均布板的作用下，含尘烟气被分布到各个仓室与滤袋表面发生碰撞；大颗粒物被惯性捕集，小颗粒物被滤袋表面的纤维网过滤捕集，滤袋上积累的颗粒物形成灰层；定期清理灰层以保证除尘效果，并将净化后的烟气排放。

3.2 湿式除尘技术

湿式除尘技术主要是指利用水喷淋将颗粒物去除，从而实现烟气净化的一类技术。常见的湿式除尘设备包括吸湿塔、湿式电除尘器等。其中，湿式电除尘器结合了湿式除尘和电除尘技术，能够有效去除烟气中的细小颗粒物。其工作原理如下：首先，烟气进入湿式电除尘器，经过预处理后含有一定的水分；然后烟气通过喷嘴喷出微细的水雾，使烟气与水滴充分接触；烟气中的颗粒物与水滴发生碰撞并吸附到水滴表面；最后含水的颗粒物与水滴沉积到除尘层上形成污泥；净化后的烟气通过出口排放。

3.3 烟气脱硫技术及其原理

烟气脱硫是指通过一系列的技术手段，将燃煤、燃油等燃烧烟气中含有的二氧化硫（SO2）转化为无害的硫酸盐，达到净化废气的目的。烟气脱硫技术在燃煤电厂、工业锅炉等大气污染源的治理中发挥着重要作用。烟气脱硫的原理是通过与二氧化硫发生化学反应来实现的，常用的烟气脱硫方法包括湿法脱硫和干法脱硫。

3.3.1 湿法脱硫

湿法脱硫是利用液态吸收剂与烟气接触，从而实现二氧化硫的吸收。常见的吸收剂包括石灰石、石灰乳、苏打灰等。脱硫过程中，二氧化硫溶解在吸收剂中，生成亚硫酸或硫代硫酸根离子，反应公式如式（1）、式（2）：

湿法脱硫技术具有脱硫效率高、废弃物易于处理等优点，但同时也存在着能耗高、脱硫剂消耗大等不足。因此，近年来干法脱硫技术逐渐兴起。

3.3.2 干法脱硫

干法脱硫是直接将脱硫剂喷入烟气中，与二氧化硫发生反应。常见的脱硫剂包括活性炭、液态氨等。脱硫过程中，活性碳吸附二氧化硫生成活性炭硫酸盐，反应公式如式（3）：

液态氨法主要是使氨气和烟气进行反应来脱硫，反应过程中形成的硫酰胺经进一步反应得到硫酸铵，反应公式如式（4）：

干法脱硫技术相对于湿法脱硫来说，具有能耗低、废弃物产生量少等优势，但需要注意的是，干法脱硫技术对粉尘的处理较为困难。

3.4 烟气脱硝技术及其原理

烟气脱硝技术是一种用于控制大气氮氧化物污染的重要环保措施，其主要目的是降低燃煤电厂等燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）的排放量。烟气脱硝技术广泛应用于国内外的能源、化工、钢铁、纺织、食品等各个行业。烟气脱硝技术的原理是通过催化剂促进氨和NOx之间的化学反应，将NOx转化为氮气和水。常用的烟气脱硝技术包括选择性催化还原（SCR）和非选择性催化还原（SNCR）。在SCR脱硝技术中，烟气经过预处理后加入适量的氨，并通过催化剂床层进行反应。主要反应方程式如式（5）：

其中，NO（氮氧化物中的一种）与NH3（氨）反应生成氮气（N2）和水（H2O），氧气（O2）作为氧化剂参与反应。而在SNCR脱硝技术中，氨溶液通过喷雾装置以适当的温度喷入燃烧区域，与NOx进行非选择性催化还原反应。主要反应方程式如式（6）：

其中，NO与NH3反应生成N2和H2O。这两种脱硝技术的核心是通过催化剂的作用加速该反应过程。常用的SCR催化剂材料有钒钛催化剂（V-Ti）和铜铁催化剂（Cu-Fe）等，而SNCR催化剂则通常采用尿素或氨水。烟气脱硝技术的优点是脱硝效率高、操作稳定可靠，能够有效降低NOx的排放量，达到环境保护要求。然而需要注意的是，在脱硝反应过程中可能会产生副产物二氧化氮（NO2），因此在工业应用中需要合理控制氨的投加量以避免二氧化氮超标。降低大气排放的NOx含量，有助于改善环境质量，并减少酸雨、光化学烟雾等污染的形成。

4 强化大气治理和烟气除尘的综合措施

4.1 加大环境监管力度

为了达成环境治理目标，加大监管力度起着非常关键的作用。首先，政府应加大对企业的执法力度，严格落实环保法律法规，加大处罚力度和频率，对那些故意违法排放、操作不当的企业进行惩罚，以起到震慑作用。同时，政府还可以加强监测体系建设，通过监测大气污染物浓度变化，及时发现和处理相关问题。此外，政府还可以与相关部门合作，制定更为严格的排污标准和措施，并密切追踪实施情况，确保监管措施的有效性。

4.2 推进绿色发展

首先，相关部门需要加强环境监测和数据收集，只有明确真实的环境问题和大气污染状况，才能制定出切实可行的解决方案。因此，政府应当提供更多的预算用于环境监测，确保数据的准确性和实时性，并根据监测结果及时调整措施。其次，需要制定和执行更严格的环境标准和法律法规。政府需要加大对企业和个人违法排放的打击力度，同时鼓励和支持那些采取环保措施的企业。只有制定并执行严格的环境标准，才能有效防止大气污染的发生和蔓延。此外，相关部门还需要投资和推广绿色能源。煤炭和油类等传统能源的燃烧是大气污染的主要原因之一，因此，发展清洁和可再生能源，如风能、太阳能和水能，对于减少污染物的排放，改善空气质量具有重要意义。最后，大力推广烟气除尘技术是解决大气污染问题的关键之一，对于那些大量产生烟尘的企业和行业，采取有效的烟气除尘技术可以显著减少污染物的排放，提高环境质量。政府应该鼓励这些企业安装除尘设备，并采取相应的奖励措施[3]。

4.3 加大研发投入力度

首先，政府层面要加大对环境保护事业的投入。政府应制定并完善相关法律法规，明确责任分工，加强监管力度，确保执行情况到位。同时，要加大对大气治理和烟气除尘技术研发的投入，鼓励企业和科研院所开展科学研究，推动环境保护技术的创新与应用。其次，企业层面要加强自身管理和技术改造，企业应始终把环境保护作为重要职责，建立环保管理部门，并配备专业人员，负责环境监测和治理工作。

4.4 加强国际合作

加强国际合作可以促进技术交流和共享。不同国家和地区在大气污染治理领域积累了丰富的经验和技术，通过开展技术交流，各国可以学习借鉴先进的环保技术和经验，并进行合作研发，推动技术的创新和进步。比如，我国可以从欧洲国家引进先进的烟气除尘技术，在自身的工业生产中推广应用，以提高大气质量。其次，国际合作有助于共同制定环境标准和政策。大气治理是一个全球性的问题，没有任何一个国家可以独善其身。通过国际合作，各国可以形成统一的环境标准和政策，以确保每个国家都能履行自身的环保责任。同时，国际合作还可以加强监测和评估机制，及时发现和解决大气污染问题。此外，国际合作可以促进资金和技术的投入。大气治理需要巨大的投入和技术支持，许多发展中国家在这方面存在困难。通过国际合作，可以吸引更多的资金和技术投入到这个领域，帮助发展中国家提高环境治理水平，共同构建良好的大气环境。最后，国际合作还可以推动法律法规的加强和完善。将环境保护纳入国际合作的框架，可以形成一系列法律法规，对环境污染者进行制裁，并为受害者提供救济。通过国际合作，各国可以共同制定更加严格的法律法规，以加强大气治理和烟气除尘的力度。

5 结语

大气治理和烟气除尘是保护人类健康、改善环境质量、推动社会经济发展的必要举措，政府、企业和个人都应该共同努力，加强对大气治理和烟气除尘技术的研究与应用，并采取加大监管力度、推进绿色发展、增加研发投入和加强国际合作等措施，以有效降低烟气排放量，改善环境质量。只有这样，我们才能创造出更美好的生活环境，让后代子孙能够享受纯净的空气和健康的生活。