浅谈氮氧化物对环境的危害及污染控制技术
摘 要：氮氧化物气体是危害最大、最难处理的大气污染物之一。随着经济的迅猛发展，有效控制氮氧化物造成的大气污染已刻不容缓。本文对氮氧化物的来源、危害及控制技术进行了概述，这对于“十二五”期间氮氧化物的减排有了更进一步的认识。
关键词：氮氧化物 来源 危害 低氮燃烧技术 烟气脱硝技术
我国是以燃煤为主的发展中国家，其能源构成以煤炭为主，消耗量占一次能源消费量的76 %左右。随着经济的快速发展，煤耗的增加，燃煤造成的大气污染日趋严重，而氮氧化物(NOx) 是其中的主要污染物之一。近年来，由于机动车拥有量的迅速增长，尾气排放氮氧化物(NOX)也是一个不容忽视的问题。因此，国家“十二五”期间把氮氧化物(NOX)做为减排指标考核，控制氮氧化物(NOX)排放量已势在必行，。
氮氧化物的来源及危害
大气中氮氧化物有N2O.NO.NO2.N2O3.N2O4和N2O5，总起来用NOx表示。其中污染大气的主要是NO和NO2。NO毒性不太大，但进入大气后可被缓慢地氧化成NO2，当大气中有O3等强氧化剂存在时，或在催化剂作用下，其氧化速度会加快。
大气中的NOx来源主要有两方面：一方面是由自然界中的固氮菌.雷电等自然过程所产生，每年全球约产生5亿吨，另一方面是由人类活动所产生，每年全球产生量超过5000万吨。在人类活动产生的NOx中，由各种炉窑.机动车和柴油机等燃料高温燃烧产生的约占90%以上，其次是硝酸生产.硝化过程.炸药生产及金属表面的硝酸处理等过程。从燃烧系统中排出的NOx95%以上是NO，其余主要为NO2。由于在环境中NO最终将转化为NO2，因此，估算的NOx排放量都按NO2计。
NO2的毒性约为NO的5倍。当NO2参与大气中的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。大气中的NOx对人和动植物都有一定的危害。NO还会导致中枢神经受损，引起痉挛和麻痹。高浓度NO中毒时，迅速导致肺部充血和水肿，甚至窒息死亡。
NOx与碳氢化合物混合时，在阳光照射下发生光化学反应生成光化学烟雾。光化学烟雾的成分是光化学氧化剂，它最明显的危害作用是刺激人的眼睛，发生红烟病。此外，对人的鼻.咽.喉.气管和肺部等呼吸器官也有明显的刺激作用，从而增大呼吸阻力。光化学烟雾对植物的损害十分严重，严重时使作物减产.树木枯死。
氮氧化物的控制技术
控制氮氧化物废气排放的技术措施主要分两大类：一类是源头控制，低NOx燃烧技术，其特征是通过各种技术手段，控制燃烧过程中产生NOx的生成反应;另一类是尾部控制，即烟气脱硝，其特征是把已生成的NOx通过某种手段还原为N2，从而降低排放量。
人类活动排入大气中的NOx，90%以上来自燃料燃烧过程。燃烧过程产生的NOx主要是NO和NO2，其中NO约占90%，NO2约占5～10%。燃烧过程中NOx有3种不同的生成途径，称作不同的NOx，即热力型NOx，燃烧型NOx和快速型NOx。
在NOX生成机理中，快速型NOX不到5%，当燃烧区温度低于1350℃时几乎没有热力型NOX，只有当燃烧温度超过1600℃时，热力型NOX才可能占到25～30%。对于常规燃烧设备，NOX的燃烧控制主要是通过降低燃料型NOX而实现的。
机动车排放的NOX也是不可忽视的排放源，机动车排放的NOX主要是热力型NOX和燃料型NOX。
1.低NOx燃烧技术
凡通过改变燃烧条件来抑制NOx生成或破坏已生成的NOx达到减少NOx排放的技术称为低NOX燃烧技术。它包括低过量空气燃烧.二段燃烧和烟气再循环。在各种NOx污染控制技术中，低NOX燃烧技术是应用最广.相对简单.经济有效的方法。
(1)低过量空气系数运行技术
NOx排放量随着炉内空气量的增加而增加，锅炉采用低空气过量系数运行，不仅可以降低NOx排放，而且能够减少锅炉热损失，提高锅炉热效率。但有可能导致CO.碳氢化合物和炭黑等污染物以及飞灰中可燃物质量的增加，从而使燃烧效率下降。因此，在确定空气过剩系数时必须同时满足锅炉热效率.燃烧效率及降低NOX等要求。
(2)二段燃烧技术
二段燃烧技术是在两段燃烧装置中，燃料在接近理论空气量下燃烧。燃烧所用的空气分两次通入，亦即燃烧分两段进行。第一段通入的空气约占总空气量的80%～95%，燃烧在富燃烧贫氧条件下进行，形成低氧燃烧区，火焰温度低，因而抑制了NOx的生成。第二段将其余的空气从温度较低的区域送入，使第一段剩余的不完全燃烧产物CO.碳氢化合物得到完全燃烧。在二次空气供入后，虽然氧过剩，但由于烟气温度较低而限制了NOx的生成量。采用两段燃烧，避免了在高温.高氧条件下的燃烧状况，因而NOx的生成量可大降低。
(3)烟气再循环技术
对烟气进行再循环是减少NOx形成的很有效的方法。其原理为：部分冷却了的烟气再循环被送回到燃烧区，起到降低氧浓度和燃烧区温度的作用，达到减少NO生成的目的。烟气的循环率在25%～40%的范围内最为适宜，NOx的抑制效果最佳。
2.烟气脱硝技术
(1)非选择性催化还原法(NSCR)
含NOx的气体在一定温度和催化剂的作用下和还原剂发生反应，将其中的NO2和CO等还原为N2，同时还原剂与气体中的O2反应生成水和CO2。作为还原剂的气体，可用H2.CH4.CO和低碳氢化合物。通常的还原剂为含以上组分的混合气体，如合成氨释放气.焦炉气.天然气.炼油厂尾气和气化石脑油等。催化剂为铂和钯，反应温度控制在550～800℃，净化效果最好。温度低时NOx的转化率低，温度超过815℃会烧坏催化剂载体，使催化剂活性降低，从而降低净化效率。
(2)选择性催化还原法(SCR)
用NH3作还原剂对含NOx的气体进行催化还原处理，使NH3能有选择地和气体中的NOx进行反应，而不和氧发生反应。催化剂可以用铂.钯的贵金属催化剂，也可以用含铜.铁.钒.锰等非金属催化剂。反应温度控制在400℃以下，可使以下反应占绝对优势。
(3)液体吸收法
水吸收法：用水吸收NOx时，水和NO2反应生成硝酸和亚硝酸，亚硝酸不稳定，很快发生分解生成硝酸.NO和水。NO不与水发生反应，在水中的溶解度很小，并且在水吸收NO2时，还放出部分NO，因而水吸收法的净化效率不高，不能用于主要含NO的燃烧废气的净化。但由于水价格低.方便，可用于净化小气量的以含NO2为主的NOx废气。
酸吸收法：用浓硫酸吸收法的原理是浓硫酸和NOx可生成亚硝基硫酸。亚硝基硫酸可以用于硫酸生产和浓缩硝酸。在同时生产硫酸和浓硝酸的企业中，可以
用该法净化含NOx废气。稀硝酸吸收法的原理是利用NOx在稀硝酸中的溶解度比在水中的溶解度高得多这一性质，对NOx进行物理吸收。该法可用于硝酸尾气的处理。
碱液吸收法：碱性溶液和NO2反应生成硝酸盐和亚硝酸盐。碱液吸收法也不适合于主要含NO的燃烧废气净化，而比较适合于氧化度较大的含NOx废气净化(氧化度是NO2在NOx中所占的百分比)。该吸收法中采用较多的吸收剂为NaOH和Na2CO3溶液，吸收效率不高，对NO2/NO也有一定限制。
吸收还原法：用亚硫酸盐.亚硝酸盐.硫化物或尿素的水溶液作吸收剂，将NOx吸收并将其在液相中还原为N2的方法，这种方法可以达到很高的净化效率。
氧化吸收法：先将NOx中的NO部分地氧化为NO2以提高NOx的氧化度，再用碱性溶液进行吸收。国内硝酸氧化-碱液吸收流程已用于工业生产。
(4)吸附法
吸附法是利用吸附剂对NOx的吸附量随温度或压力变化而变化，通过周期性地改变操作温度或压力控制NOx的吸附和解吸，使NOx从气源中分离出来。常用的吸附剂为分子筛.硅胶.活性炭.含氨泥煤等。该法的优点：能比较彻底地消除NOx的污染，又能将NOx回收利用，设备简单且操作方便。缺点是：由于吸附剂的吸附容量小，需要的吸附剂量大，设备庞大，需要再生处理，而且过程为间歇操作。因此仅用于净化处理低浓度的NOx废气。
3.机动车尾气氮氧化物控制技术
近几年，我国随着机动车拥有量的迅猛增长，由此引发的NOx污染日趋严重，控制机动车尾气排放已迫在眉睫，具体控制措施是：大力推广小排量汽车，国家并给予一定的政策支持;对于严重超标的汽车必须安装催化器;鼓励使用无铅汽油;积极发展绿色环保型汽车(如旅游区用的电瓶车)等;严格控制用车质量，对于不符合排放标准的机动车，应禁止上路，对已超过使用寿命的，应加速淘汰。
参考文献
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刘天齐 “三废”处理工程技术手册 废气卷 北京：化学工业出版社，1999
全国勘察设计注册工程师环保专业委员会，中国环境保护协会，注册环保工程师专业考试复习教材，北京：中国环境科学出版社，2007
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