城市大气污染整治：城市生态与环境规划

2023-11-19 理论教育版权反馈

【摘要】：大气污染综合整治是综合运用各种防治方法控制区域大气污染的措施。在制定大气污染综合整治措施时，应首先考虑这一措施的可行性。我国城市中的大气污染主要是煤烟型污染，而大气污染物主要是粉尘和SO2。因而大气污染综合整治措施，应以集中控制为主，并与分散治理相结合。

大气污染综合整治是综合运用各种防治方法控制区域大气污染的措施。地区性污染和广域污染是由多种污染源造成的，并受该地区的地形、气象、绿化面积、能源结构、工业结构、工业布局、建筑布局、交通管理、人口密度等多种自然因素和社会因素的综合影响。大气污染物不可能集中起来进行统一处理，因此只靠单项措施解决不了区域性的大气污染问题。

实践证明，在一个特定区域内，把大气环境看作一个整体，统一规划能源结构、工业发展、城市建设布局等，综合运用各种防治污染的技术措施，合理利用环境的自净能力，才有可能有效地控制大气污染。主要措施概括起来有：①减少或防治污染物的排放。改革能源结构，采用无污染和低污染能源，对燃料进行预处理以减少燃烧时产生的污染物，改进燃烧装置和燃烧技术，以提高燃烧效率和降低有害气体排放量，节约能源和开展资源综合利用，加强企业管理，减少事故性排放，及时清理、处置废渣，减少地面粉尘。②治理排放的主要污染物。主要用各种除尘器去除烟尘和工业粉尘，用气体吸收塔处理有害气体，回收废气中的物质或使有害气体无害化。③发展植物净化。④利用大气环境的自净能力。例如，以不同地区、不同高度的大气层的空气动力学和热力学的变化规律为依据，合理确定烟囱高度，使排放的大气污染物能在大气中迅速稀释扩散。

大气污染综合整治措施的内容非常丰富。由于各城市大气污染的特征以及大气污染综合整治的方向和重点不尽相同，因此，措施的确定具有很强的区域性，很难找到适用于一切情况的通用措施。本书这里仅简要介绍我国城市大气污染综合防治的一般措施。

1.合理利用大气环境容量

我国有些城市大气环境容量的利用很不合理，一方面局部地区“超载”严重，另一方面相当一部分地区大气容量没有合理利用，这种现象是造成城市大气污染的原因之一。合理利用大气环境容量要做到如下两点。

1）科学利用大气自净规律

根据大气自净规律（如稀释扩散、降水洗涤、氧化、还原等），定量（总量）、定点（地点）、定时（时间）地向大气中排放污染物，在保证大气中污染物浓度不超过要求值的前提下，合理地利用大气环境资源。在制定大气污染综合整治措施时，应首先考虑这一措施的可行性。

2）调整工业布局，合理开发大气环境容量

工业布局不合理是造成大气环境容量使用不合理的直接因素。例如大气污染源在城市上风向，使得市区上空有限的环境容量过度使用，而城郊及广大农村上空的大气环境容量未被利用；再如污染源在某一小的区域内密集，必然造成局部污染严重，并可能导致污染事故的发生，因此，在合理开发大气环境容量时，应该从调整工业布局入手。

2.以集中控制为主，降低污染物排放量

多年的实验证明，集中控制是防治污染、改善区域环境质量的有效措施之一。我国城市中的大气污染主要是煤烟型污染，而大气污染物主要是粉尘和SO2。因而大气污染综合整治措施，应以集中控制为主，并与分散治理相结合。所谓集中控制，就是从城市的整体着眼，采取宏观调控和综合防治措施。如调整工业结构、改变能源结构；集中供热；发展无污染、少污染的新能源（太阳能、风能、地热能等）；集中加工和处理燃料，采取优质煤（或燃料）供民用的能源政策等。对局部污染物，如工业生产过程排放的污染物，工业粉尘，制酸及氮肥生产排放的SO2、NOx、HF，以及汽车尾气等，则要因地制宜采取分散防治措施。

1）集中供热

城市集中供热系统由热源、热力网和热用户组成。根据热源不同，一般可分为热电厂集中供热系统（即选用热电合产的供热系统）和锅炉房集中供热系统。热电厂集中供热系统按供热机组型式的不同可分为四种类型：①装有背压式气轮机的供热系统，常用于工业企业的自备热电站；②装有低压或高压可调节单抽汽汽轮机的供热系统，前者常用于民用供热，后者常用于工业供气；③装有高低可调节双抽汽汽轮机的供热系统，这种系统同时可满足工业供气和民用供热需要；④利用凝汽机组经技术改造，进行低真空运行供热，就是平常说的循环水供热。锅炉房集中供热系统根据安装改造的锅炉型式不同，可分为蒸汽锅炉房的集中供热系统和热水锅炉的集中供热系统。前者多用于工业生产供热，后者常用于城市的民用供热。

锅炉集中供热根据供热规模的大小，还可以分为区域锅炉房和小区域大院集中锅炉房。在我国燃料构成以煤为主的条件下，为了满足工业生产和人民生活的需要，根据节约能源和减轻大气污染的原则，有条件的城市在进行规划和建设中，都应积极发展集中供热和联片供热。特别是新建的工业区、住宅居民区和卫星城镇，未来应摒弃一个单位一个锅炉房的分散落后的供热方式。

2）普及型煤

英国在伦敦烟雾事件后，开始研制无烟型煤的制造工艺，以减少燃煤污染。近年来，我国一些地方也在研究型煤。就北京来说，目前的民用蜂窝煤已有相当的防污染效果。中国科学院环境化学研究所经测定煤燃烧时二氧化硫的排放量推测其含硫量小于0.1%，这表明大部分硫都被固定在煤灰中。

机车由烧原煤改烧型煤也是国内外节能的途径之一。国外有关资料表明，层燃炉、窑烧型煤，除减少二氧化硫污染外，还可减少烟尘排放量60%～70%，减少氮氧化物20%以上，并使总烃类明显减少。因此，发展型煤是控制燃煤污染的一个重要途径。

3）煤气化

煤气是一种清洁、使用方便的能源。普及城市煤气供应是建设现代化城市的重要组成部分。它在发展生产、方便人民生活、改善环境质量等方面有着重要作用。燃料气化是当前和今后解决煤炭燃烧污染大气最有效的措施，气态燃料净化方便，燃烧最完全，是减轻大气污染较好的燃料形式。煤气化技术上比较成熟，经济上也合理。如建设一可供应25万户居民的煤气厂，每年可节煤18万吨，并可减少烟尘和二氧化硫的排放量。因此应大力发展和普及城市煤气。

发展城市煤气最主要的是要解决气源问题。什么样的气体原料适宜用作城市煤气呢？只要中等热值（低热值为1.47×107J/m3以上）和毒性小的气体燃料都可以用作城市煤气，如天然气、矿井气、液化气、油制气、煤制气（包括炼焦煤气）和中等热值以上的工业余气等。

加快城市煤气事业的发展，更主要的是合理利用现有气源。例如，把工业烧锅炉和可利用低值煤气的窑炉用气替代。充分利用液化石油气作为城市煤气的气源也是合理的，1 kg液化石油气供应城市居民使用可以替代7 kg左右的煤，但作为工业燃料只能替代2.5 kg左右的煤。

近年来，不少省市和有关部门积极推广简易煤制气发生炉，加快煤气化建设，创造了各种各样的新型煤气发生炉，既利用了煤矸石，又可减少污染。

3.强化污染源治理、降低污染物排放

1）废气治理技术原理

在我国目前的能源结构（以煤为主）、燃烧技术等条件下，很多燃烧装置不可能完全做到无污染物排放，加上一些较落后的工艺技术，不进行污染源治理，就不可能彻底控制污染，因此，在注意集中控制的同时，还应强化污染源治理。废气治理技术原理主要有以下几种。(www.chuimin.cn)

（1）溶剂吸收法。该原理一般是溶剂能与废气发生某种化学反应而生成新的物质，从而消除废气。例如，二氧化硫废气极易被氨水所吸收，生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。这实际上是酸碱中和反应的运用。利用溶剂或溶液吸收法时，关键是两者易于发生化学反应，并且要使反应的生成物无毒害，或便于继续处置。否则，虽然废气消除了，却生成了新的污染物。

（2）固体吸收法。这里说的固体物质，主要是指活性炭、分子筛、沸石等具有许多微孔和活性表面的固态吸附剂。当将其与废气接触时，污染物极易进入吸附剂的微孔中，被吸附在活性炭表面。其中，活性炭的应用较为广泛，效果显著。它是以木材、硬果壳、兽骨等为原料，经干馏并用过热蒸汽在800～900℃高温下处理而得的，孔多且具有很大的表面积，因而吸附力极强。

（3）熔融盐法。以熔融状态的碱金属或碱土金属盐类吸收烟气中的一氧化氮，为此法实例。此法的好处之一是，它往往在吸收一氧化氮的同时，还可去除废气中的二氧化硫。此法在某些生产中被采用，在处理废气中虽采用者少见，但为废气的治理提供了一种技术类型。

（4）催化还原法。此法是以铂作催化剂，以甲烷或氢气等还原性气体为还原剂，使废气中的一氧化氮转化为无毒无害的氮气。由于采用促进还原反应的催化剂，并在较高温度下进行，效果较好。但宜与余热利用设施配套使用，以节省能源。对于无须在较高温度下进行的还原反应，采用催化还原法较为适宜。

（5）废气除尘法。许多生产废气中，往往含有颗粒不大的粉尘，它们或具毒性，或以飘尘形式存在，其危害不可掉以轻心。如染料厂废气中的色尘、氯乙烯生产过程中的电石粉尘等。

粉尘颗粒较大时，由于重力作用，通常可采用挡板、沉降等简单方法予以去除。问题是当粉尘颗粒非常小时，仅仅采用沉降法便无济于事了。目前在废气治理中被广泛采用的技术，有旋风除尘器法、布袋除尘法、静电除尘法、水膜除尘法等。旋风除尘器法，是利用废气在旋转状态下的离心作用，使粉尘被“甩”至除尘器内壁边缘，最终沿周边下落，被净化的气体可从上部逸出。布袋除尘法，则是采用加大气体压力或使布袋外部处于真空条件下，使粉尘被阻隔于布袋内壁，而气体则从布隙中排出的一种技术。在染料、炭黑等粉尘生产中，布袋除尘法采用最多。静电除尘法，是在电场作用下使粉尘被“捕捉”的一种技术，效率较高，但耗能较大。水膜除尘法，或称水幕除尘法，其原理如同普降细雨时能将大气中的尘埃洗淋下来一样；方法是使废气从装置底部向上流动，在装置顶部向下喷淋水雾，借以将粉尘淋下，气体从上部排出。

2）废气治理的行业技术

（1）二氧化硫治理技术。

初步统计，目前排烟脱硫方法已有80余种，其中有些方法目前处于实验或半工业性试验阶段，而多数方法就其工艺原理来说是可以用于工业生产装置上脱硫，但对低浓度的二氧化硫（SO2含量低于3.5%）烟气，由于处理烟气量大、浓度低，除需要较大的脱硫装置外，在工程和设备方面还存在着种种技术上的困难，而且在吸附剂或吸收剂的选用和副产品的处理或利用等方面，也存在着可行性和经济性等问题。所以对低浓度SO2烟气的治理，进展较为缓慢。近20多年来，日本、美国等国对低浓度SO2烟气脱硫的研究以湿法为主，这是因为湿法脱硫效率高，并可回收硫的副产品。

排烟脱硫的主要方法如下。

①湿法。氨法：回收硫铵法、回收石膏法、回收硫磺法等。钠法：中和法、直接利用法、回收亚硫酸钠法、回收石膏法、回收硫法等。钙法：回收石膏法等。镁法：基里洛法、凯米克法等。

②干法。活性炭法：回收稀硫酸。

③接触氧化法。制无水和78%的硫酸。

（2）氮氧化物治理技术。

从燃烧装置排出的氮氧化物主要以NO形式存在。NO比较稳定，在一般条件下，它的氧化还原速度比较慢。排烟脱氮与排烟脱硫相似，也需要用液态或固态的吸附剂或吸收剂来吸附或吸收NOx，以达到脱氮的目的。NO2不与水反应，几乎不会被水或氨所吸收。如NO和NO2是以等摩尔存在时（相当于无水亚硝酸），则容易被碱液吸收，也可被硫酸所吸收生成亚硝基硫酸。

由于排烟中的NOx主要是NO，因此在用吸收法脱氮之前需要将NO进行氧化。关于NO的氧化方法各国做了许多工作，如用臭氧将NO氧化成NO2，虽然研究工作早就在进行，但是直到现在还没有很好地投入使用。此外，近年来许多国家正在开展应用活性炭作为催化剂使NO氧化成NO2的研究。

排烟脱氮的主要方法如下。

①非选择性催化还原法：将NOx还原成N2，回收余热，要克服SO2使催化剂中毒。

②选择性催化还原：氨选择性催化还原法、硫化氢选择性催化还原法、氯-氨选择性催化还原法、一氧化碳选择性催化还原法。

③吸收法：碱液吸收法、熔融盐法、硫酸吸收法、氢氧化镁吸收法。

（3）其他有害气体治理技术。

其他有害气体主要指碳氢化物、汽车尾气、硫化氢、酸雾、含氯废气以及恶臭气体等。这些有害气体的处理和SO2、NO治理的基本原理相似，大多采用吸收或吸附法，此外还采用催化燃烧、催化氧化等无害化处理技术。

4.发展植物净化

植物具有美化环境、调节气候、截留粉尘、吸收大气中有害气体等功能，可以在大面积的范围内，长时间地、连续地净化大气，尤其是在大气中污染物影响范围广、浓度比较低的情况下，植物净化是行之有效的方法。因此，在大气污染综合整治中，结合城市绿化选择抗污物种、发展植物净化是进一步改善大气环境质量的主要措施。