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脱硝喷嘴厂家:脱硫脱硝的技术悖论与雾霾的有效治理
编辑:  来源: /bhhj/n897.html   发布时间:2017-12-14

 治理雾霾,党和国家高度重视,如2017426日国务院常务会议“集中攻克雾霾成因,坚决打赢蓝天保卫战”。

2016年冬天,环保部采取了严格措施,河北省通过调度令对重点行业实施调控停产,减排了非常多的污染物。但冬天的雾霾次数、面积、持续时间、严重程度都超过上年度。最近7月初“桑拿天”的PM2.5数据同比高于往年,更有统计数据显示6月份有半数城市的PM2.5同比转差。

几十年来国内外专家对雾霾的研究很多,为什么今年总理还说:“如果有科团队能够把雾霾的形成机理和危害性真正研究透,提出更有效的应对良策,大家愿意拿出总理预备费给予重奖!这是民生的当务之急啊。大家会不惜财力,一定要把这件事研究透!”。

本质原因就是传统脱硫脱硝技术的悖论,治理到某种程度后实际效果会迅速递减,甚至会出现负面效应。

一、西方雾霾治理技术的宏观悖论:

研究西方发达国家治理雾霾的历史,可以发现其成功的最关键因素是产业转移,而不是技术。

如果通过技术、法律、行政管理、道德等综合手段能彻底解决雾霾,西方发达国家就不会大量的向发展中国家(包括中国)转移污染产业,其空气质量也不会直到1990年代才真正好转。

还有两个例子值得注意:德黑兰基本上是天然气,但雾霾也很严重;南非去工业化的环境治理模式,使国家经济和产业陷入倒退。

对此,我国科技界早有论断,如原环保部陈吉宁部长在2011年曾用“单位土地第二产业增加值”来表征经济增长带来的环境压力,对国内外的分析比对发现,如果没有“十倍”的技术进步的话,那今天所有复制欧洲和美国的治理模式都将很难成功。

我国人口众多,能源结构以煤为主,排放强度是西方最高峰值的2-3倍,经济稳中求进的要求,决定了不能重蹈南非去工业化道路的覆辙,也不能复制西方产业转移的模式

二、传统脱硫脱硝技术的微观悖论:

传统脱硫脱硝技术片面注重了二氧化硫、氮氧化物的减少,没有重视所有物料的转化与物料平衡,特别是向空气中排放的物质。主要技术悖论如下:

1、湿法脱硫包括石灰石膏法、钙法、双碱法、镁法、氨法等,向空气中增加了大量的液态水和超细颗粒物排放。

1)、实际案例:石灰石膏法的烟囱附近的石膏雨现象普遍,没有落地的石膏雨就会成为空气中的超细颗粒物。

2)、物料平衡的理论计算与实际的差距,过于专业,不展开论述了。

3)、空气的PM2.5检测出大量硫酸盐。如果对空气中的超细颗粒物PM1甚至0.5进行检测,硫酸盐将会更多。

4)、石灰石膏法从国外引进初期均有GGH烟气再热装置,后因大量堵塞而全部取消,试想一下,过去堵塞的物质去哪里了?当然是空气中,并且水蒸发后的可溶物全部变成超细颗粒物,有硫酸盐、硝酸盐、重金属等其他盐类。

2、脱硝包括SCRSNCR脱硝,向空气增加了大量的氨(铵盐)和三氧化硫等排放。

1)、脱硝(SCR工艺)增加三氧化硫是公认的,程度不同而已,一般会使烟气中三氧化硫增加50%以上。

2)、作为脱硝原料的氨很容易与二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮等酸性气体形成铵盐,并且是气溶胶形态的铵盐为主,在后续的湿法脱硫阶段很难去除。

3)、理论上,氨与氮氧化物的反应需要严格的温度控制,并且同时在催化剂表面才能产生,化学反应条件很苛刻,而几百PPM浓度下的反应更难,产物、副反应产物、原料(氨和氮氧化物)等均会大量存在于体系中。

现有常用仪器检测的结果不一定能反映出脱硝化学反应的各物质真实情况,需要更可靠的分析手段。

4)、宏观的实际效果方面,对空气中酸碱性的权威研究表明,美国的空气偏酸性,而我国空气偏中性。以环保部公布的我国每年排放二氧化硫和氮氧化物各2000万吨为基准,这么多酸性气体还使空气呈现明显的偏中性特征,需要多少氨基本上是可以理论推算出来的。

这么多的氨从哪里来?农业、养殖业、生活废水处理、垃圾填埋等都会产生,但更多的是来自于脱硝的氨(铵盐)逃逸,冬天后者比例更高。

上述因脱硫脱硝而新增加排放到空气中的物质,准确评价其对雾霾的贡献,就可以发现技术悖论的最直接证据。

三、脱硫脱硝新增加的物质对雾霾的贡献:

正常气象是空气离地面越高温度越低,每升高100米温度下降约0.6℃(雾霾高度约350米),地面热空气不断向上升腾,将污染物扩散到高空。反之就是逆温层,这时垂直方向的空气对流运动减弱甚至停滞,容易形成雾霾。

1、液态水和超细颗粒物既增加了逆温层形成的风险,又增加了气溶胶形成的可能性,对雾霾的贡献较大:

1)空气中的液态水气化,不仅使近地气温下降,还大量增加了空气湿度,水中的可溶物更形成超细颗粒物。

2)超细颗粒物是气溶胶的凝结核,颗粒越小数量越大,纳米级更有紫外光催化活性作用,促进臭氧和二次污染物的生成;还能吸取空中红外线形成空中加温现象。

2、三氧化硫,强酸性气溶胶形态,很容易吸取水分和氨,在空气中形成PM2.5,对雾霾有贡献。

3、氨(铵盐)不仅对雾霾有直接贡献,更有化肥特性,容易导致微生物的爆发式繁殖,形成严重雾霾

美国马里兰大学的研究表明,过量的氨形成富营养化的气氛,让悬浮颗粒漂浮在空气中,是雾霾的主要贡献者。

同时,氨及铵盐是化肥,溶解于气溶胶会形成有水有肥的小氛围,促进空气中微生物繁殖导致雾霾。

脱硝过程中本来就有氨(铵盐)逃逸,冬天雾霾严重时启动应急预案,为了降低排放指标,普遍加大喷氨量,更多的氨(铵盐)反而加重空气营养化,形成恶性循环。这是2016年冬天雾霾比上年度更严重的最主要原因。

四、现阶段雾霾成因的微观分析:

从物质角度看有下列因素:粉尘烟尘类、二氧化硫、氮氧化物、VOC、臭氧、近地空气中液态水及气态水、硫酸盐、氨(铵盐)、硝酸盐、微生物等。

采用对比法和排除法,现阶段雾霾有其特殊性,重点在于找到主要矛盾和矛盾的主要方面。

1、空气中的微生物在有水有肥的情况下爆发式繁殖导致严重雾霾,这是现阶段雾霾的最主要成因。

有研究表明空气中微生物上千种,微生物是结构简单、繁殖快、分布广、个体最小(纳米、微米级)、适应性强的生物,有些在0℃以上就可以不同速度的繁殖。

冬季冰冷干燥的空气中微生物活力低,使空气中的氨、铵盐、硝酸盐不断积累,当气溶胶形成条件适合时,有水有肥的微环境导致微生物爆发式繁殖,大面积雾霾一夜之间突如其来;而一夜之间快速消散的原因是高空冷空气下沉使空气湿度降低,气溶胶减少且微生物不再繁殖,并不是污染物被风吹跑,而且风速也不可能一夜之间千里之远。

还有两个间接证据:雾霾严重时PM10数值迅速变大,现实中没有PM10排放突增的可能性,原因主要是微生物繁殖后尺寸变大,这也是严重雾霾时视觉效果差的关键因素之一;近年空气中铵盐和硝酸盐含量很高,但是严重雾霾时对颗粒物采用扫描电镜的观察,反而很少发现铵盐和硝酸盐(主要是因微生物繁殖而消耗)。

2、液态水、超细颗粒物容易导致气象异常,而气象异常加重污染从而引发雾霾,这是现阶段雾霾的主要成因。

冬天更容易形成逆温层(低处因液态水气化而降温,高处因超细颗粒物的阳光加温效应而升温),逆温层加重污染和雾霾,雾霾再加剧逆温层,恶性循环,必须有冷空气才能打破循环,俗话说“等风来”。

3、污染物排放总量过大,包括二氧化硫、氮氧化物、VOC、烟粉尘及其二次污染物等,既有技术原因的超标排放,更有弄虚作假原因。

传统脱硫脱硝技术一方面存在二氧化硫和氮氧化物超标的问题,另一方面不断增加空气中对雾霾贡献大的氨(铵盐)、液态水、超细颗粒物,这种技术悖论值得重视。

五、现阶段雾霾的治理对策:

重点控制脱硝环节的氨(铵盐)逃逸,从源头上消除微生物繁殖的条件;控制导致气象异常的人为影响因素(如脱硫石膏雨、低空液态水、VOC);也要控制超标排放现象以及散煤、小散乱企业、机动车、油品质量和农业氮肥使用量。

在上述工作基础上,还有治本方案:

1、微观管理上采取合同环境管理模式。

“谁污染谁治理”,有些企业逃避“社会责任”,片面追求经济效益,外部监管也是防不胜防。

建议调整为合同环境管理模式:污染企业“谁污染谁缴费”;治理企业“谁运行谁收益”;政府成立治污资金管理平台,“按治理效果支付报酬”,效果越好报酬越高。

此模式强调治理企业责任,建设环保设施就要包运行效果,污染企业监督,他们作为博弈的两方,在线监测企业作为仲裁协助方,环保局作为总裁判,谁造假谁出局,没有真本事就不要浪费资源还危害社会。新的新办法,老的老办法,对于不愿意采取此模式的污染企业则严防弄虚作假。

2、需要采用十倍进步的新技术。

十倍进步的技术须满足:二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物真正趋零排放;上述实现过程中不能产生次生污染特别是氨逃逸,不能增加空气中的水汽和超细颗粒物。

此类颠覆性技术开发难,后续推广更难,特别是因未来的利益博弈而难上加难。建议成立国家级环保专业集团,向社会征集筛选十倍进步的技术,共同建设示范工程,成功后推广并确保治理效果,真正造福人民。


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