废气排放控制与治理技术综述

废气排放控制与治理技术综述

朴香花

爱尔集新能源科技（南京）有限公司，江苏南京，211500

摘要：本文对工业废气排放控制与处理技术进行了系统综述，并对工业化过程中产生的环境问题进行了深入研究。通过分析废气的组成、来源及其对环境和健康的影响，详细探讨了废气监测、废气控制和废气处理技术。通过分析废气治理技术所面临的挑战，提出了应对策略。本文的研究旨在为废气排放治理提供理论与技术支持，促进环境保护与可持续发展。

关键词：废气排放；环境保护；监测技术；控制技术；治理技术

0 引言

随着经济的快速发展和工业化进程的加速推进，工业生产、交通运输、能源利用等活动不可避免地产生大量废气排放。这些废气排放不仅对大气环境造成污染，而且对人体健康和生态系统造成威胁。因此，有效控制和治理废气排放成为当今社会亟待解决的重要问题。

1 废气排放特点与挑战

1.1 主要废气成分及来源

废气主要成分包括二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、挥发性有机物和颗粒物等。来源涉及工业生产、交通运输、能源利用和生活排放等多个领域。工业生产中的废气通常包含大量的二氧化硫和氮氧化物，主要由燃烧和化学反应产生；交通运输排放主要是一氧化碳和颗粒物，主要源自车辆燃烧排放和路面扬尘；能源利用过程中的废气则以二氧化碳为主，主要来源于燃煤、燃油等燃料的燃烧。

1.2 排放特点分析

废气排放是复杂多样，主要包含以下特点：（1）废气排放来源广泛，包括工业、交通、能源等多个领域，造成了排放物种类繁多、浓度不一的情况；（2）排放量大且持续不断，尤其是在工业生产和交通运输领域，废气排放量大、频率高，对环境污染的影响较为显著；（3）废气成分复杂，包含多种有害气体和颗粒物，如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等，废气组成因排放源头的不同而有所差异；（4）废气排放受气象条件和地形地貌等影响较大，易受天气变化和地形阻挡，导致排放浓度和分布不均匀[1]。

1.3 废气排放对环境和健康的影响

废气中含有大量的有害气体和颗粒物，如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、挥发性有机化合物等，这些物质在大气中与其他污染物相互作用，形成臭氧、颗粒物等二次污染物，加剧了大气污染的程度。废气排放中的有害物质可以直接进入人体呼吸道，对人体健康造成危害，包括呼吸系统疾病、心血管疾病、癌症等。废气排放还会导致酸雨、光化学烟雾等环境问题，对土壤、水体、植被等生态系统造成损害，影响生态平衡和生物多样性。

1.4 废气排放治理的紧迫性

随着工业化和城市化进程的加速，废气排放量不断增加，导致大气污染日益严重，空气质量恶化。高浓度的有害气体和颗粒物进入大气，形成雾霾和酸雨，加速了自然环境的恶化，威胁着生态系统的稳定。废气中的有害物质对人体健康造成直接威胁，引发呼吸系统疾病、心血管疾病等健康问题，甚至导致癌症等严重后果。因此，加强废气排放治理已成为当务之急，需要采取有效措施降低排放浓度、净化废气，以保护环境和人类健康。

2 废气监测技术

2.1 在线监测技术

在线监测技术作为废气排放治理的重要手段，主要是通过在生产设备或排放口设置传感器，实时采集废气成分和浓度数据，并将数据传输至监测系统进行处理和分析。在线监测技术主要包括传感器技术、光谱技术、电化学技术等。传感器技术通过灵敏的传感器元件对废气中的各种成分进行检测，具有实时性强、响应速度快的优点，适用于对废气中特定成分的监测。光谱技术利用光学原理对废气中的吸收光谱进行分析，能够同时监测多种成分，具有高灵敏度和高分辨率的特点，适用于多成分复杂废气的监测[2]。电化学技术则基于电化学传感原理，通过检测废气中的电化学反应实现成分浓度的监测，具有响应速度快、灵敏度高的特点，适用于对特定气体的监测。

2.2 离线监测技术

离线监测技术在废气排放治理中具有重要作用，主要包括采样、样品处理、实验分析等环节。通过采样器采集废气样品，然后将样品转移到实验室进行处理，如去除干扰物质、提取目标成分等。利用各种实验分析手段对样品进行分析，包括气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）、高效液相色谱技术（HPLC）、原子吸收光谱技术等。这些分析手段能够高效地分离、鉴定和定量废气中的各种成分，如有机物、无机物、重金属等。离线监测技术具有高灵敏度、高准确性和多样化分析能力的优点，适用于对废气成分的深度研究和细致分析，为废气排放的源头识别和污染物来源分析提供了重要依据。同时，离线监测技术还可以结合其他分析手段，如质量平衡法、化学标记法等，实现废气排放的全面监测和分析，为废气治理方案的制定和实施提供科学依据。

3 废气排放控制技术

3.1 削减排放源头

削减排放源头是废气排放控制的重要策略之一，主要是通过改进生产工艺、优化设备设计、提高生产效率、推广清洁能源等措施，在源头处减少或遏制废气的排放。其中，改进生产工艺是关键的一环，通过对生产过程进行优化或改造，减少废气生成量或降低污染物排放浓度。例如，采用闭式生产工艺代替传统开放式生产方式，可以有效减少废气的散失和排放；引入先进的低污染物排放技术，如低氮燃烧技术、高效除尘技术等，可以降低废气中有害物质的排放浓度。优化设备设计也是削减排放源头的有效手段，通过提高设备的效率和性能，减少能源消耗和废气排放。例如，对锅炉、炉窑等高能耗设备进行技术改造，提高热能利用率和燃烧效率，可以有效削减废气排放。除此之外，推广清洁能源也是削减排放源头的重要途径，如利用天然气、生物质能源等替代传统的化石能源，减少燃烧过程中产生的废气和污染物排放。

3.2 降低排放浓度

降低排放浓度是废气排放控制的关键环节之一，需要采用各种先进的废气处理技术。其中，常用的包括物理方法、化学方法和生物方法等。物理方法主要包括吸附、吸收、净化等技术，通过吸附剂或吸收剂将废气中的有害物质吸附或溶解，从而降低排放浓度。化学方法则是通过化学反应将废气中的污染物转化成无害或较易处理的物质，如氧化、还原、中和等过程。生物方法则利用微生物对废气中的有机物进行降解、转化，从而达到降低排放浓度的目的。除了这些传统的处理方法外，还可以采用先进的氧化技术、膜分离技术等新型废气治理技术，如等离子体处理技术、光催化氧化技术、逆渗透膜技术等，这些技术具有高效、节能、环保等优点，能够更有效地降低排放浓度。在排放后的治理过程中，需要合理选择排放位置，采取有效的排放控制措施，避免废气对周围环境和人群造成二次污染。

4 废气治理新技术

4.1 先进氧化技术

先进氧化技术作为废气治理的一项重要手段，通过利用氧化剂产生的强氧化性，将废气中的有机污染物氧化成无害的物质，从而达到净化空气的目的。其中，常用的氧化剂包括臭氧（O3）、过氧化氢（H2O2）、过氧化物（如过氧化氧）等。这些氧化剂在接触有机污染物时，能够发生氧化还原反应，将有机物分解成水、二氧化碳等无害的产物。以臭氧为例，通过紫外光辐射或电解等方式产生，然后与废气中的污染物发生氧化反应，生成较为稳定的氧化物，如下所示：

式中，RH代表有机污染物。这种氧化反应可将有机物转化为相对无害的醇类或酮类化合物，并将臭氧本身转化为氧气，实现了废气的净化和排放浓度的降低。除了臭氧外，其他氧化剂也可类似作用。

4.2 生物处理技术

生物处理技术是一种环保领域常用的废气治理手段，通过利用微生物的代谢作用来降解废气中的有机污染物，将污染物转化为无害的物质。典型的生物处理技术包括生物滤池、生物膜反应器和生物滤床等。在生物处理过程中，微生物通过吸附、吸附-氧化、吸附-还原等方式与废气中的污染物发生作用，将其转化为水和二氧化碳等无害的物质，并释放出能量和新的细胞物质。例如，生物滤池是一种常见的生物处理设备，内部填充有生物滤料，微生物附着在滤料表面，通过生物膜的代谢作用将废气中的有机物氧化分解。

4.3 膜分离技术

膜分离技术是一种通过半透膜将气体分离的废气治理新技术，在废气处理过程中，通过合适的膜组件，将高浓度废气中的有机气体与其他气体分离出来，实现有机气体的回收和废气的净化，具体如图1所示。膜分离技术主要是利用不同气体在膜上的渗透速率不同，通过选择性地允许某些气体通过膜而阻止其他气体的透过，从而实现气体的分离。在废气治理中，膜分离技术可以根据废气的特性和处理需求选择不同类型和规格的膜组件，将废气中的有机气体从不凝气中分离出来。通过膜的透过侧得到富集的有机气体，可以进行进一步的回收和利用，而在膜的截留侧得到脱除或大部分脱除有机气体的低浓度废气，实现了废气的治理和净化。

图1 膜分离技术

5 废气治理技术的挑战与解决方案

5.1 复杂废气组分与多污染物协同控制

废气治理技术面临的挑战之一是废气组分复杂，含有多种污染物，导致治理难度增加。针对这一挑战，可以采取多污染物协同控制的解决方案，通过结合不同的治理技术和设备，实现对多种污染物的高效去除和处理。例如，采用组合式废气处理装置，结合吸附、吸收、氧化等多种方法，对不同组分的废气进行逐步处理和净化，以确保排放达标。同时，还可以优化工艺流程和操作参数，提高废气处理系统的适应性和稳定性，从而有效解决复杂废气组分和多污染物协同控制的挑战。

5.2 大规模应用中的技术可行性与经济性

废气治理技术在大规模应用中面临的挑战之一是技术可行性与经济性的平衡，可以通过技术创新和工艺优化来提高技术可行性，例如引入先进的废气处理设备和工艺，提高处理效率和降低能耗；还可以采用经济性较高的新型材料和催化剂，降低投资和运营成本[3]。同时，加强政策支持和市场监管，建立健全的废气治理市场机制，促进技术成果的转化和推广应用，进一步提升废气治理技术的可行性和经济性。

5.3 废气治理技术的持续改进与优化

废气治理技术的持续改进与优化是应对挑战的重要策略，需要不断进行技术研发和创新，推动废气治理技术向更高效、更环保的方向发展。一方面，可以通过不断优化现有技术和工艺，提高废气处理效率和净化效果，减少二次污染和资源浪费。另一方面，还应加强废气监测和数据分析，及时发现问题并进行调整和改进。同时，积极开展国际合作与技术交流，借鉴和吸收国际先进经验和技术成果，促进我国废气治理技术的不断提升。

6 结语

废气排放控制与治理技术在当前环境保护和健康安全的背景下显得尤为重要。面对废气治理技术的挑战，需要不断创新，加强技术研发，提高技术可行性和经济性，推动废气治理技术的不断改进和优化。如此，才能更有效地减少废气排放对环境和人体健康的危害，实现环境可持续发展的目标。

参考文献

[1]李国平,黄桂凤,许杭俊.化工企业有机废气治理技术研究[J].化纤与纺织技术,2022,51(03):77-79.

[2]潘晓新.工业废水废气治理技术[J].资源节约与环保,2020,(07):109.

[3]曹珊珊.VOCs废气治理的技术探究[J].皮革制作与环保科技,2021,2(05):120-121.

作者简介：朴香花（1986.09），女，朝鲜族，江苏苏州，本科，助理工程师，目前从事工业废水、废气、废弃物、噪声治理方面的研究。