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室内氮氧化物监测污染与治理解析

1 概述

  据统计,人们全天有超过80%的时间是在室内度过的,相比于室外空气,室内空气对人体身体健康的影响更为显著,因此室内环境中的空气污染及其危害越来越受到人们的重视。

  厨房燃气燃烧后生成的污染气体主要有一氧化碳和氮氧化物,CO作为一种有毒气体对环境的污染以及人体的危害众所周知,人们对燃气用具燃烧时产生的CO已有足够的警惕,在我国现行标准中对燃气用具CO的排放量一直以来就有严格的控制要求。但另一种污染源氮氧化物(NOX)却一直被忽视。氮氧化物(NOX)是指NO、N2O、N2O3、N2O4和N2O5等氮与氧的化合物总称。室内氮氧化物通过呼吸进入人体内,刺激呼吸道和肺部,对心、肝、肾等造成腐蚀损害,还会引起急性或慢性中毒,并有致癌作用,严重影响到人体健康。

  2 室内氮氧化物的主要来源及其危害

  2.1 NOX的污染来源

  室内空气中氮氧化物的污染主要来源于以下几种途径,分别是采暖和烹调时燃料的燃烧、室内吸烟释放的烟气、以及室外大气中的NOX进入等。

  据统计,煤炭是我国城市家用的主要燃料,约占燃料总量的50%~80%,其次是煤气和液化气,约占20%~50%[1],燃料完全燃烧时将产生大量的NOX将弥散于室内难以排出;吸烟产生的烟雾中有CO、醛类、烃类、亚硝胺、NOX和颗粒物等污染物[2],约有90%直接弥散在周围空气中,监测表明,室内空气中NOX浓度随着吸烟人数、吸烟量的增加而升高;当室内NOX浓度低于室外时,室外的污染物会经门、窗自然渗入或经机械通风系统进入,但浓度一般不会超过室外。

  2.2 氮氧化物的危害

  氮氧化物(NOX)的破坏力很强,是一种毒性很强的腐蚀剂,当空气中的NOX被吸入到肺内,就会在肺泡内形成亚硝酸 (HNO2)和硝酸(HNO3),由于这两种酸有较强的刺激作用,就会增加肺毛细血管的通透性,导致胸闷、咳嗽、气喘甚至肺气肿等症状。光化学烟雾产生的是NO2和HC。当空气中有这两种物质存在,再遇到合适的气候条件时,如强烈阳光、无风、逆温等,就会产生光化学烟雾。光化学烟雾对人的影响主要是对眼睛和呼吸道产生刺激,使红眼病患者增加,促进哮喘病人发作,并引发其它疾病。

  3 室内氮氧化物的监测方法

  3.1 气相色谱法[3]

  由于氮氧化物在氢火焰离子化检测器上没有响应,不能用常规的气相色谱法,因此需要采取转化气相色谱法检测大气中的氮氧化物。该方法中氮氧化物与气相的乙醇反应,生成乙醇的亚硝酸酯,用氢火焰离子化检测器(FID)检测。如果样品气体中有高浓度的碳氢化合物共存时,则选用电子捕获检测器 (ECD),因为该检测器对亚硝酸酯的响应灵敏度很高,而对高浓度的碳氢化合物响应较低。因此,应用该方法快速、定量分析氮氧化物含量的关键是选择合适的色谱柱和检测器。

  3.2 盐酸萘乙二胺比色法[4]

  盐酸萘乙二胺比色法通过测量一氧化氮和二氧化氮的混合物,来表示一定时间内NOX的平均值,不能反映样品气中NOX实时的浓度变化。该方法是一种标准的化学分析方法,也是一种国家标准分析方法。

  3.3 化学发光法[3]

  化学发光法是利用测量化学发光强度对物质进行分析测定,可在液相、气相或固相中进行,应用该方法测量氮氧化物快速、简洁,可以同时测量NO、 NO2、NOX,既可以进行离线分析,又可以进行在线测量。是目前国家环保局和美国环保署推荐的氮氧化物定量分析方法。

  3.4 电化学方法[3]

  电化学法测量NOX是用气敏性离子选择电极作为指示电极(或称传感器),是一种电位测量方法。该方法中元件的气敏性的优良直接影响测量结果准确性,由于传感器的响应时间会随着使用逐渐变小,达到平衡的时间也会越来越长,因此,传感器一般只能使用 1年~2年,属消耗性元件。

  4 室内氮氧化物的处理方法

  当前治理NOX的方法主要有选择性催化还原法、选择性非催化还原法、催化分解法、液体吸收法、微生物法、吸附法等。由于溶液吸收法极难溶于水和碱溶液,因此净化效果差;吸附法虽然能回收氮氧化物,但由于其吸附容量小,吸附剂用量大,造成设备庞大、再生频繁,一些技术还存在障碍,所以应用不广泛。下面我们介绍一些常用的方法。

  4.1 催化还原法

  催化还原法分为选择性催化还原法(SCR)和非选择性催化还原法两类。

  4.1.1 选择性催化还原法(SCR)[5]

  该法用NH3做还原剂,帮助NOX在290℃~400 ℃的催化剂层中分解为N2和H2O。工业实践表明,NOX的转化率为60%~90%。但随着该系统的运行时间的增加,催化剂的活性逐渐丧失,烟气中残留的氨或氨泄漏也将增加,造成污染。

  4.1.2 选择性非催化还原法(SNCR)[6-7]

  选择性非催化还原(SNCR)是当前NOX治理中广泛采用且具有前途的技术之一。SNCR通过注入NH3或尿素等还原剂在没有催化剂的情况下发生还原反应,将NOX转化为N22222222,温度的控制在该方法中起着至关重要的作用。钟秦等通过实验研究发现,在 800℃~1200 ℃下喷射尿素还原剂或几种铵盐还原剂能脱除NOX,其中尿素还原剂脱NOX的能力最强,碳酸氢铵还原剂次之。使用尿素安全可靠,又无 NH3 泄漏污染作业环境的问题[8]。在工业实践中逐渐用尿素代替作还原剂。SNCR法的除硝效率较低,而费用仅为SCR的1/5 左右。

  4.2 微生物法

  目前国内外关于微生物法处理氮氧化物的研究,主要是针对NO废气的处理。可分为反硝化处理和硝化处理。反硝化是利用厌氧性微生物在厌氧条件下分解NO的一种处理方法;硝化则是利用硝化细菌在有氧条件下, 将氨氮氧化成硝酸盐氮,然后再通过反硝化过程将硝酸盐氮转化成N2的处理过程。他们的相同点是均通过对温度、湿度、pH 等环境因素的控制,使微生物处于最佳生长状态,以提高对NOX的净化率。该方法只是近10年来发展起来的,随着研究的不断深入,将会得到更全面的发展。

  5 结论

  氮氧化物直接影响着人体的身心健康和生活质量。因此,我们应该重视室内环境的污染问题,积极地了解有关室内环境污染方面的知识,由于氮氧化物的治理还不成熟,因此,从源头上减少氮氧化物的排放,并采取一切可行的防治措施,来保证人们的健康至关重要。

  PYT505系列氮氧化物尾气在线监测系统是我司开发的一款用于监测燃气锅炉尾气排放中NOx的实时浓度和累计排放量的环保监测产品。监测下限低至1mg/m3,可满足超低排放的性能指标要求。

  根据该场合的应用监测需求,我司开发的NOx分析系统采用完全抽取冷干法测量,该系统由主机、烟气采样系统、气体传输系统、预处理系统、烟气分析子系统等组成。烟气经过烟气采样器、气体传输管线、预处理系统,进入分析仪进行分析。预处理系统对烟气进行冷凝,去除烟气中的水分和腐蚀性气体。分析仪测量计算烟气污染物中NOx浓度的同时可计算NOx的排放速率和排放量,显示和记录各种数据和参数,形成相关图表,并通过数据、图文等方式传输至管理部门等功能。分析仪测量的NOx气体浓度通过无线链路传输到监控平台。