氮氧化物对环境的危害及污染控制技术

李国亮

(山西汾西矿业集团环保处，山西 晋中 032000)

控制NOx排放及研究大气主要污染物控制技术和了解其对环境、人体的危害，是为了促进改善环境质量、减缓酸雨和灰霾天气的影响，可以控制和改善空气质量，为生活和生产创造清洁适宜的环境，有效防止生态环境破坏，保护人民健康，并可提高人类保护环境的意识[1-2]。

NOx对环境的污染已成为一个世界性的环境问题。近年来，随着科技的进步及生态环保要求的提高，世界各国已研制开发了许多控制治理NOx的途径及技术方法。当前，国内外控制烟气NOx排放的方法很多，归纳起来大致分为三类：一是无氮燃烧技术，即，通过调控燃烧过程从源头上控制NOx生成的洁净燃烧技术；二是低NOx燃烧技术，包括低过量空气燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧以及烟气再循环技术等；三是烟气净化技术，即，通过各种技术手段来脱除烟气中的NOx[3-6]。

NOx是大气污染物监测中的一种主要成分。NOx的来源主要有两方面，一方面是由雷电等自然过程所产生。当雷电发生时空气的温度急剧攀升，大气中的氮气和氧气被激化到活化态，反应生成NO；另一方面是由人类活动所产生，主要来自石油、化工行业排放及机动车辆尾气排放等；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。在我国，约56%的NOx来自燃煤排放。

2.2.1 产生光化学烟雾

光化学烟雾的主要污染源是NOx，由高温燃烧产生的NO，在空气中一部分转化为NO2，来自太阳的光子(波长310 nm左右)激发NOx，产生光化学反应，分解为NO和氧原子，光化学的烟雾的循环反应如式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

原子氧和氧分子生成的O3是一种氧化剂，具有强烈的刺激性，它是植物受害的主要原因。O3与烃类进一步发生一系列复杂的化学反应，在这个过程中，会产生醛类、铜类等刺激性物质的同时，NO2还和酰基过氧化基形成另一类刺激性物质硝酸过氧乙酞(PAN)。

2.2.2 导致酸雨产生

酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的降水，使土壤、湖泊、河流酸化。形成酸雨的主要物质是NOx和SO2。我国的酸雨主要是因燃煤及机动车尾气等而形成的，一些地区已经成为酸雨多发区，酸雨污染的范围和程度已经引起人们的高度关注[7-9]。

2.2.3 破坏臭氧层

臭氧层会将紫外线挡在地球外面，从而保护地球上的生物不受到伤害。N2O能转化为NO，会和O3、O反应，最终使O3、O合成O2，上述反应不断循环，使O3分解，臭氧层遭到严重的破坏。

2.2.4 导致温室效应加剧

NOx和CO2等都是形成温室效应的主要气体。NOx的温室能力是CO2的100倍，它能够大量地吸收地面放出的长波辐射，会导致温室效应的加剧，对全球气候及人类健康等方面带来影响。

在燃烧过程中NOx有3种不同的生成途径，控制NOx废气排放的技术措施主要分两大类，一类是燃烧前处理，燃烧前脱氮主要是燃烧前通过各种技术手段将燃料转换为低氮燃料；另一类是燃烧后处理，燃烧后脱硝主要指烟气净化技术，即把已生成的NOx通过某种技术还原为N2从而降低其排放量。

低氮氧化物燃烧技术是改进燃烧设备或控制燃烧条件，以降低燃烧排放中NOx浓度的各项技术。工业行业多采用减少过剩空气和分段燃烧、烟气再循环燃烧和低温空气预热等方法。在各种NOx污染控制技术中，低NOx燃烧技术是目前应用最广，相对简单、经济有效的方法,其缺点是降低NOx排放效率较低(一般在50%以下)。

对烟气进行处理，以降低NOx的排放量，通常称为烟气脱硝。目前已开发了多项商业化的烟气脱硝技术，有选择性催化还原法(SCR)脱硝、选择性非催化还原法(SNCR)脱硝、吸收法净化烟气中的NOx、吸附法净化烟气中的NOx等。

3.2.1 选择性催化还原法(SCR)脱硝

选择性催化还原法是在一定的温度和催化剂作用下，利用氨或烃作还原剂可选择性地将NOx还原为氮气和水的方法。SCR技术是还原剂(NH3)在催化剂的作用下，将烟气中的NOx还原为N2和H2O。此法利用NH3来增加反应速率，使该工艺在温度280 ℃～400 ℃时就能使用。“选择性”是指NH3有选择地将NOx进行还原的反应。该技术无副产品，脱硝效率能达到80%～90%以上，是目前应用较为广泛的脱硝技术。

3.2.2 选择性非催化还原法(SNCR)

SNCR工艺是在900 ℃～1 100 ℃范围内，无催化剂作用下，通过注入氨、尿素等化学还原剂可选择性地把烟气中的NOx还原为N2和H2O，达到去除的目的。SNCR工艺有效脱氮的温度范围较窄，当温度下降时，气体反应速率会迅速下降，脱氮能力亦随之下降；当温度高于最佳温度时，形成NO的同时会加快NH3的氧化，即降低脱氮效率。由于没有催化剂加速反应，为避免NH3被氧化，温度又不易过高。由于温度随锅炉负荷、运行周期的变化及NOx浓度在锅炉中的不规律性，该工艺应用时变得较复杂，所以脱氮效率低，一般可使NOx降低50%～60%。

3.2.3 吸收法净化烟气中的NOx

氮氧化物能够被水、氢氧化物和氨酸盐溶液、硫酸、有机溶液等吸收。

其中，在水吸收法中，由于NO2在与水反应生成硝酸的同时，也会生成NO，而NO因其溶解度低不易被吸收，所以此法脱硝效果并不理想，但该法可回收硝酸，也能起到一定的净化作用。

根据NOx排放的地区、途径及燃料等分布特征，严格控制火电厂、工业燃煤锅炉和城市机动车NOx排放,对抑制NOx排放总量和减缓大气酸沉降、臭氧、灰霾等一系列环境问题至关重要。随着我国对大气氮氧化物污染防治工作力度的加大，将会制定出比较严格的氮氧化物排放标准，因此，单纯在燃烧过程中控制NOx排放已不能满足要求，全面实施烟气脱硝及发展研究先进的烟气脱硝技术已势在必行。

目前，在燃用气体燃料或重油的锅炉上，运用技术手段减少NOx的浓度获得了一定的成果，但如何运用技术措施减少固体燃料燃烧尾气中NOx浓度，尚处在探索性研究中。

总之，要做好氮氧化物污染防治工作，逐渐完善氮氧化物污染防治相关标准，更要出台相关政策来鼓励、促进氮氧化物控制技术产业的发展，并加大对各种氮氧化物排放控制技术的研究力度，为氮氧化物污染防治工作提供保障。