節(jié)能減排背景下大氣污染物排放控制研究

張宜濤

（鄭州市生態(tài)環(huán)境局鞏義分局，河南 鄭州 451200）

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)突出，尤其是大氣污染問(wèn)題格外嚴(yán)重[1]。大氣污染不僅會(huì)影響生態(tài)環(huán)境，也會(huì)對(duì)人類健康造成威脅。在大氣污染中，污染物的類型眾多，主要包括化學(xué)物質(zhì)、生物物質(zhì)等，這些物質(zhì)都會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不可逆的傷害。經(jīng)研究表明，大氣本身存在凈化能力，即可以凈化一定范圍內(nèi)的空氣，但一旦超過(guò)了這個(gè)范圍，就會(huì)出現(xiàn)大氣污染的現(xiàn)象。近些年，人類活動(dòng)破壞了大氣自身的平衡，對(duì)其造成了非常嚴(yán)重的影響。

早在20世紀(jì)初期，相關(guān)人員就研究了有毒物質(zhì)在空氣中的擴(kuò)散現(xiàn)象，隨著研究的深入，還構(gòu)建了各種大氣污染擴(kuò)散模型。近幾年，隨著大氣污染的加劇，研究人員還設(shè)計(jì)了許多空氣質(zhì)量檢測(cè)裝置，希望通過(guò)這些裝置來(lái)控制大氣的污染情況[2-3]。事實(shí)上，最有效地控制方法就是減少污染物排放。因此，我國(guó)在“十一五”規(guī)劃中提出了節(jié)能減排策略，以此控制由于大氣污染問(wèn)題導(dǎo)致的霧霾、酸雨等現(xiàn)象，避免環(huán)境污染加劇。當(dāng)前，傳統(tǒng)的大氣污染物排放的控制方法效果較差，因其控制范圍有限，已不符合現(xiàn)有污染物的排放控制要求，所以，本文設(shè)計(jì)了新的大氣污染物排放方法。

1 節(jié)能減排背景

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，一直推進(jìn)節(jié)能減排策略的實(shí)施。在該策略實(shí)施的初期，確實(shí)獲得了較好的大氣環(huán)境保護(hù)效果，但隨著工業(yè)化步伐的邁進(jìn)，節(jié)能減排策略受到了極大沖擊，所以，節(jié)能減排策略也需要進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)滿足當(dāng)前污染物的排放控制要求。在節(jié)能減排政策實(shí)施的過(guò)程中，要以可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ)，并在全社會(huì)范圍內(nèi)開展節(jié)能減排，還可以通過(guò)建立相關(guān)的節(jié)能減排控制體系，向人們積極傳遞節(jié)能減排思想，促使人們養(yǎng)成節(jié)能減排的意識(shí)[4]。同時(shí)，在工業(yè)化發(fā)展的現(xiàn)狀下，能源消耗給大氣帶來(lái)了嚴(yán)重的污染，氣候變暖問(wèn)題也越來(lái)越突出，因此，節(jié)能減排政策也要積極進(jìn)行創(chuàng)新，推進(jìn)建立一種新的發(fā)展模式已是必然選擇。當(dāng)前，人們對(duì)氣候變化問(wèn)題的重視已推動(dòng)了節(jié)能減排理論的提出，國(guó)家也簽署了相關(guān)條約，制定了節(jié)能減排目標(biāo)，以此控制污染物的排放，希望以上工作能為環(huán)境保護(hù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 節(jié)能減排背景下大氣污染物排放控制方法設(shè)計(jì)

2.1 控制常規(guī)大氣污染物

（1）在大氣污染物排放控制中，首先要控制常規(guī)大氣污染物，如粉塵類污染?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)的方法選取了過(guò)濾式除塵器控制粉塵污染。在實(shí)際應(yīng)用中，由于過(guò)濾式粉塵處理器的種類很多，可結(jié)合各個(gè)除塵器的優(yōu)點(diǎn)，如可選取除塵效果較好的袋式除塵器進(jìn)行除塵，需要注意的是，要為袋式除塵器配置符合除塵功率的機(jī)組，以提高除塵效率。

其次，研究二氧化硫的控制。常規(guī)的二氧化硫控制方法脫硫效果較差，已不符合目前的二氧化硫控制需求，因此，本文對(duì)常規(guī)方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行脫硫，既提高了脫硫的效率，又避免形成二次污染，同時(shí)，還可以將其與海水脫硫技術(shù)結(jié)合，提升脫硫處理的效果。

而研究氮氧化物的脫除技術(shù)，要先研究氮氧化物的生成途徑，包括熱力型、燃料型、快速型，這幾種生成途徑都能產(chǎn)生大量的氮氧化物，因此，降低氮氧化物排放的重要方法就是降低過(guò)量的空氣系數(shù)和氧氣濃度，以降低燃燒溫度，控制局部高溫現(xiàn)象，還要降低煙氣在高溫地區(qū)的停留時(shí)間，而且，使用空氣分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)法可有效降低氮氧化物的生成[5]。

（2）在控制煙塵的過(guò)程中可以設(shè)計(jì)VOC控制技術(shù)，首先，要對(duì)研究地區(qū)大氣污染物排放量進(jìn)行核算統(tǒng)計(jì)，根據(jù)獲得的大氣污染物排放空間分布特征來(lái)設(shè)計(jì)大氣污染物減排控制區(qū)域，再調(diào)查該區(qū)域的煙塵數(shù)據(jù)，并進(jìn)行精細(xì)化處理。其次，要根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)核算平均排放系數(shù)，并利用方程法篩選核算指標(biāo)，且在統(tǒng)計(jì)大氣污染物排放量時(shí)必須要保證測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)需求相符。但在實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程中，由于總參數(shù)數(shù)量較多，獲取較為復(fù)雜，所以，可以利用VOCS設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的篩選算法，并根據(jù)不同的污染排放源進(jìn)行篩選，再利用排放系數(shù)法核算污染物數(shù)量損失并進(jìn)行比較分析，以此來(lái)完成污染物貢獻(xiàn)率的計(jì)算[6-7]。

由于常規(guī)大氣污染物排放量的數(shù)據(jù)估算會(huì)存在核算過(guò)程，此時(shí)就需要設(shè)計(jì)排放因子進(jìn)行綜合計(jì)算，要根據(jù)不同區(qū)域的污染物排放貢獻(xiàn)率來(lái)初步估算削減排放量，以此劃分不同的處理單元，并根據(jù)收集的排放信息數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)排放量估計(jì)清單，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集問(wèn)題，可以利用蒙特卡羅模擬法進(jìn)行模擬，進(jìn)行預(yù)測(cè)，以此構(gòu)建綜合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而避免由于污染物排放量不確定帶來(lái)的相關(guān)問(wèn)題。

（3）LDAR的全稱為L(zhǎng)eak Detection And Repair，在實(shí)踐中，可以利用LDAR設(shè)計(jì)主要的治理方案，并構(gòu)建相應(yīng)的VOC信息管理平臺(tái)。而且，利用該管理平臺(tái)可以修復(fù)并檢測(cè)密封點(diǎn)，降低污染物的排放量，并針對(duì)可二次利用的因子利用VOC進(jìn)行回收。如使用活性炭吸附分離技術(shù)可將濃度較小的有機(jī)廢氣收集并回收，在回收過(guò)程中為了提高回收效果，研究了新的RTO技術(shù)，就是利用蓄熱原理實(shí)現(xiàn)廢氣的回收[8]。

（4）Source control是本文設(shè)計(jì)的大氣污染物排放控制技術(shù)的最新控制理念。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)Source control理念設(shè)計(jì)控制設(shè)備，是將常規(guī)的大氣污染物排放裝置利用焊接法進(jìn)行連接，這樣既可以降低法蘭連接的頻率，還可以增加密封墊和屏蔽泵的緊密性，同時(shí)也避免處理盲點(diǎn)的存在。在應(yīng)用Source control理念時(shí)，還可以設(shè)計(jì)流體動(dòng)力學(xué)模型，但要對(duì)該模型進(jìn)行測(cè)試，如安裝渦流單元即可降低VOC的總揮發(fā)量。

（5）在常規(guī)大氣污染物的處理過(guò)程中，可能會(huì)存在處理效率低下的問(wèn)題，此時(shí)就需要尋找常規(guī)大氣污染物處理的核心點(diǎn)，如可利用FID和PID控制器來(lái)進(jìn)行綜合檢測(cè)，判斷是否存在VOC的故障點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)了VOC故障點(diǎn)需立即使用LDAR技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)修復(fù)，這樣一方面降低了處理難度，另一方面又提升了常規(guī)大氣污染物的處理效率。如果在常規(guī)污染物處理的過(guò)程中，存在利用處理設(shè)備難以處理的物質(zhì)，這時(shí)就可以利用吸附技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)符合吸附要求的吸附材料，來(lái)保證常規(guī)大氣污染物的處理效果。

2.2 控制大氣污染物中的重金屬離子

（1）在控制了常規(guī)大氣污染物后，還需要控制大氣污染物中的重金屬離子[9]。重金屬離子是大氣污染物中對(duì)人體、環(huán)境危害較嚴(yán)重的污染物，其主要是指密度高于5的金屬離子，包括銅、金、銀等重金屬離子，但對(duì)環(huán)境污染較大的主要是鋅、銅等離子。在現(xiàn)實(shí)中，一旦這些危險(xiǎn)的重金屬離子排放到大氣中，就會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害，因此，控制污染物中的重金屬離子也十分重要。而控制重金屬離子排放最有效的方法就是及時(shí)監(jiān)測(cè)排放污染物的含量，其檢測(cè)方法可采用取樣分析法和在線分析法等，如對(duì)于汞離子的監(jiān)測(cè)，可使汞離子吸附在取樣板上，實(shí)現(xiàn)對(duì)汞離子的控制，除此之外，還可以使用擴(kuò)散管收集汞離子，避免汞離子在檢測(cè)是帶來(lái)的污染問(wèn)題[10]。

（2）在控制重金屬離子過(guò)程中，最重要的就是設(shè)計(jì)等標(biāo)污染負(fù)荷模型。首先，要根據(jù)重金屬離子的濃度控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)排放的重金屬離子進(jìn)行分配，剔除外界對(duì)污染物控制測(cè)試模型的影響，再利用污染源評(píng)價(jià)分級(jí)及指數(shù)計(jì)算，以此構(gòu)建重金屬離子排放控制污染負(fù)荷模型Pijk，如公式（1）所示。

在公式（1）中，Cijk代表重金屬污染物的平均濃度，Coji代表區(qū)域金屬污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，Q代表金屬污染物的排放總量。在實(shí)際使用等標(biāo)負(fù)荷模型時(shí)，需要先將不同污染源排放的污染物總量與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，來(lái)確定此時(shí)污染的金屬離子總含量，再根據(jù)污染物的總含量設(shè)置相應(yīng)的污染物排放控制流程，從而有效控制大氣污染中的重金屬離子。

（3）在工業(yè)污染物的排放過(guò)程中，往往面臨著工業(yè)總生產(chǎn)值與工業(yè)增加值之間的變化問(wèn)題。一般情況下，大氣在一定時(shí)期內(nèi)的金屬離子增量與工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和工業(yè)生產(chǎn)水平有直接的聯(lián)系，這樣就可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值總量，計(jì)算此時(shí)的重金屬離子排放強(qiáng)度。由此，工業(yè)污染貢獻(xiàn)率越高，金屬離子的排放濃度也就越高，同時(shí)，還可以根據(jù)污染源及工業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行等標(biāo)負(fù)荷比計(jì)算，以此實(shí)現(xiàn)污染物控制的效果。

3 實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排背景下大氣污染物的排放控制

（1）在節(jié)能減排背景下，實(shí)現(xiàn)大氣污染物控制還需要構(gòu)建污染物排放控制模型，而建立模型需考慮因素較多，因此，需要進(jìn)行評(píng)價(jià)比較才能建立符合控制需求的控制模型。本文利用了主層次分析法，將控制問(wèn)題分解成多個(gè)元素，并進(jìn)行排序，以此確定重要的控制權(quán)值，從而構(gòu)建準(zhǔn)確的排放控制模型。

（2）在構(gòu)建模型初期，首先，要選取模型評(píng)價(jià)指標(biāo)，而選取指標(biāo)應(yīng)遵循一定原則，即指標(biāo)必須在模型中有較大的作用；其次，指標(biāo)必須具有代表性，如可以觀察或度量；最后，各個(gè)指標(biāo)應(yīng)是相互獨(dú)立的，無(wú)其他明顯關(guān)系。基于此，可確定污染物排放控制模型中的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)判。

（3）基尼系數(shù)是確定污染排放綜合指標(biāo)的關(guān)鍵性系數(shù)，其可以判斷污染物排放與分配的狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中，可利用基尼系數(shù)繪制出初期的污染物排放曲線。首先，要擬定基尼系數(shù)的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)基尼系數(shù)對(duì)大氣污染物的計(jì)算公式；其次，可將污染物影響區(qū)域劃分為不同的幾組，并根據(jù)污染物的污染狀態(tài)進(jìn)行總量等比分配；最后，再按照各個(gè)污染物的貢獻(xiàn)率，從常規(guī)的大氣污染物出發(fā)，依次計(jì)算非金屬污染物和金屬污染物對(duì)大氣污染的整體影響。通過(guò)以上工作，來(lái)判斷大氣污染物的總量，同時(shí)，為后續(xù)的模糊性分析奠定基礎(chǔ)。

（4）模糊性分析要綜合考慮排放污染物的各項(xiàng)指標(biāo)，并根據(jù)各個(gè)污染物的特性進(jìn)行逐一量化分析，從而分配評(píng)價(jià)權(quán)重。因此，在模型建立時(shí)，第一步需要選取模糊對(duì)象集，第二步需要確定評(píng)價(jià)對(duì)象，第三步需要根據(jù)元素集合進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最后得到構(gòu)建的污染物排放控制模型，實(shí)現(xiàn)大氣污染物的排放控制。

4 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的大氣污染物排放控制方法的有效性，將其與傳統(tǒng)的大氣污染物排放控制方法進(jìn)行對(duì)比。特選取C城市進(jìn)行實(shí)例分析。

4.1 概況及準(zhǔn)備

以C城市為例，該城市在去年的城市污染物評(píng)價(jià)中未達(dá)到空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì)量偏差。在對(duì)該城市調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該城市無(wú)明顯污染區(qū)域，城區(qū)各部分的污染濃度相差較小，但城區(qū)中心的空氣質(zhì)量明顯較城市邊界差，而北部部分區(qū)域污染程度較高。首先，研究C城市連續(xù)幾年的二氧化硫排放情況，詳細(xì)情況如圖1所示。

圖1 二氧化硫排放情況

從圖1可以看出，從2005年～2020年，C城市的二氧化硫排放量逐年增加，這主要是由工業(yè)源產(chǎn)生。因此，需要調(diào)查C城市近幾年氮氧化物的排放情況，詳細(xì)情況如圖2所示。

圖2 氮氧化物排放情況

從圖2可以看出，從2005年～2020年，C城市氮氧化物的排放量也在逐漸增加，其主要來(lái)源為工業(yè)源和機(jī)動(dòng)車，但因集中式污染處理設(shè)施處理量較小，價(jià)值較低。最后再研究C城市粉塵的排放情況，詳細(xì)情況如圖3所示。

圖3 粉塵污染排放

從圖3可以看出，從2005年～2020年，C城市粉塵污染的主要來(lái)源也為工業(yè)源，此時(shí)污染治理措施的貢獻(xiàn)率仍然較低，且呈逐年降低趨勢(shì)發(fā)展。根據(jù)圖1～圖3 C城市的污染物排放狀態(tài)，可以在C城市劃分A、B兩個(gè)區(qū)域，且A區(qū)使用傳統(tǒng)的大氣污染物排放控制方法進(jìn)行控制，而B城區(qū)則選用本文設(shè)計(jì)的大氣污染物排放控制方法控制，實(shí)驗(yàn)總共進(jìn)行12個(gè)月，作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)污染物排放量指標(biāo)計(jì)算公式如下（2）所示。

在公式（2）中，e代表初始污染物排放量，en代表控制后污染物排放量，t代表控制時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中，可使用該公式計(jì)算后續(xù)的污染物排放量指標(biāo)，其指標(biāo)越高，證明污染物排放量越大，控制效果越差。

4.2 應(yīng)用效果與討論

根據(jù)上述概況，劃分了A、B兩個(gè)城區(qū)，使用上述公式（2）計(jì)算A、B兩個(gè)城區(qū)12個(gè)月的粉塵污染物排放指標(biāo)，設(shè)未控制時(shí)的指標(biāo)數(shù)值為1，控制效果越好則城區(qū)的污染物排放指標(biāo)就越低，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由表1可知，連續(xù)12個(gè)月，B區(qū)域的污染物排放量指標(biāo)都較低，而A城區(qū)的污染物排放量雖有減小但仍偏高。由此證明，本設(shè)計(jì)的污染物排放控制方法的控制效果好，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

表1 應(yīng)用效果

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在工業(yè)化進(jìn)程加快的背景下，需堅(jiān)持節(jié)能減排政策，重視環(huán)境保護(hù)，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排政策的可持續(xù)發(fā)展。在實(shí)際工作中，控制大氣污染物的排放量不僅對(duì)保護(hù)大氣環(huán)境有重要意義，也對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要價(jià)值。因此，本文設(shè)計(jì)了大氣污染物排放控制方法，并以實(shí)例進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的大氣污染物排放控制方法的排放指標(biāo)較低，證明控制效果較好，有一定的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)可作為后續(xù)大氣環(huán)境保護(hù)的參考數(shù)據(jù)。