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臭氧脱硝是否会加重臭氧污染?

2017-10-9 16:21:00

今年上半年以来,全国各地有关“臭氧污染”的新闻不断爆出,“臭氧”这个之前大家比较陌生的污染物开始得到广泛关注。根据中国环境监测总站发布的信息,2017年,全国臭氧超标率明显增加,峰值浓度出现明显抬升。
 
更惊人的是,环保部上月发布的2017年上半年城市空气质量数据显示,竟在5月内,338个城市臭氧浓度上升。6种主要污染物中,臭氧日最大8小时平均浓度指标上升幅度最大。
 
与雾霾不同的是,臭氧我们看不见,但臭氧污染绝不应该被轻视,严重起来,它的危害性堪比PM2.5。
 
臭氧不是保护地球的“小天使”吗?
 
在我们印象中,臭氧层是保护地球的,臭氧还可以杀菌消毒,怎么就变成了“小恶魔”呢?
 
事实上,臭氧素有“在天是佛,在地是魔”的风评。当臭氧位于15至25千米的平流层中时,它是地球的保护伞,阻挡地球上的生物免受紫外线侵扰;而在近地面,氮氧化物(主要来自机动车、发电厂、燃煤锅炉和水泥炉窑等)和挥发性有机物(主要来自于机动车、石化工业排放和有机溶剂会发)等化合物受高温、太阳辐射催化形成臭氧,就成了污染物,臭氧浓度一般会在下午3点左右到达峰值。
 
臭氧污染对人体伤害严重吗?
 
按照空气质量标准,当臭氧1小时平均浓度超过0.2mg/m³、或8小时滑动平均值超过0.16mg/m³时,意味着开始造成污染,也被称为光化学烟雾。而一般监测值超过0.16mg/m³时,人体就能明显感觉到不适。
 
臭氧几乎能与任何生物组织反应,对呼吸道的破坏性很强。根据加拿大职业健康与安全中心(CCOHS)的介绍,“臭氧轻则引发胸闷咳嗽、咽喉肿痛,重则引发哮喘,导致上呼吸道疾病恶化,还可能导致肺功能减弱、肺气肿和肺组织损伤,而且这些损伤往往是不可修复的。”
 
臭氧也会刺激眼睛,使视觉敏感度和视力降低。当臭氧浓度在0.2mg/m³以上时,会损害中枢神经系统,让人头痛、胸痛、思维能力下降。此外,臭氧会阻碍血液输氧功能,造成组织缺氧;使甲状腺功能受损、骨骼钙化。
 
“臭氧脱硝”技术的由来
 
大气中的臭氧就是光化学烟雾的主要成分,它不是直接被排放的,而是转化而成的,比如来自机动车、发电厂、燃煤锅炉和水泥炉窑等排放的氮氧化物,只要在阳光辐射及适合的气象条件下就可以生成臭氧。对于氮氧化物的排放控制,各行业有相应的排放标准,如火电行业要求氮氧化物浓度不超过50mg/Nm3。
 
火电厂主流的烟气脱硝技术是SCR和SNCR(占80%以上脱硝市场),其原理是向烟气中喷氨或尿素等含有NH-3自由基的还原剂,在高温下直接(或催化剂的协同下)与烟气中的NOx发生氧化还原反应,把NOx还原成氮气和水。但这两项技术对温度均有严格要求,常规SCR要求温度在300-430℃之间,SNCR要求温度在700-1000℃之间。温度窗口成为了该技术的局限。
 
对于中小型锅炉以及工业锅炉来说,排烟温度远不能达到SCR反应所需要的高温,因此低温烟气脱硝技术就成为市场的必须。臭氧脱硝作为一种低温烟气脱硝技术近年来在工业锅炉、各种炉窑上得到了应用。原理大致是由臭氧发生器制备的臭氧,通过喷射装置引入烟道将烟气中的NO转化为高价态,NO(占95%)难溶于水,而高价态的NO2、N2O5等可溶于水生成HNO2和HNO3,溶解能力大大提高,很容易通过碱液喷淋等手段将其从烟气中脱出。
 
臭氧脱硝工艺适用温度90-250℃之间的烟气,弥补了SCR脱硝解决不了的温度区域。在同等脱硝效率的基础上,投资低于SCR技术,也没有催化剂更换成本,阻力增加较小,对于改造项目不会影响引风机出力。总体来说,对于温度区间不满足、改造空间受限、引风机余量不足的项目,提供了另一种技术选择。
 
“臭氧脱硝”会不会加重臭氧污染?
 
上文提到,臭氧属于有害气体,对人体有严重伤害作用,那么臭氧脱硝岂不是治理一种污染物的同时也带来了另一种污染吗?事实并非如此。
 
臭氧的化学性质很不稳定,在常温下会慢慢分解 ,含量为 1 %以下的臭氧,在常温常态常压的空气中分解半衰期为20~30分钟左右。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过 100℃ 时,分解非常剧烈,达到 270℃高温时,可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速恢复到形成它的氧气。由于臭氧脱硝工艺在湿法脱硫之前,反应温度通常在100℃以上,且在脱硫塔还会被浆液再次洗涤,未与NO充分反应的臭氧会在后续的工艺流程中分解为氧气,因此从烟囱排入大气的臭氧几乎可以忽略。
 
然而,由于烟道氧含量的增加对污染物浓度折算产生小幅影响,值得注意。建议臭氧脱硝工艺采用先进的喷射混合技术,尽可能提高臭氧利用率,提升混合强度,从而控制臭氧逃逸。