蓝天碧水CHN
环境污染及其治理方法
关于雾霾，最大的误解是“导致雾霾的污染物和能耗成正比，要消灭雾霾只能减少能耗”。导致雾霾的污染物，全是燃烧过程的次要物种（minor species, 比如一次PM2.5,SO2, NOx, CO，VOC）和工业过程的逃逸物（VOC）。次要物种和工业过程的逃逸物是可以避免的。所有化石燃料, 主要成分都是C 和H，还有少量的其他元素（S, N，O等）。煤炭含有较多的S和N，所以烧煤污染比较严重. 天然气基本上就是C和H，其他元素只有很少量，所以烧天然气污染比较轻，但也产生NOx, 除非采用低氮燃烧器或超低氮燃烧器。科学网人才济济，但不是每个人都精通化学，火焰化学就更别提了。限于篇幅，我对火焰化学极度简化。
-
主要物种（Major Species）
主要物种（CO2, H2O, O2, N2, SO2）是完全燃烧不可避免的产物，可以按照物料平衡的原则计算出产量，通常产量也比较大，常用体积百分比（%）来表达。
1.1 碳和氢的氧化
化石燃料的燃烧，C和H的氧化可以概括为以下几个反应：
C + O2 = CO2
H2 + ½ O2 = H2O
CH4 + 2O2 = CO2 + 2 H2O （天然气）
。。。
但是空气里有21%氧气，78%氮气，1%左右别的气体（Ar，He，CO2等）。为了简化，就说21%氧气，79%氮气吧. 就是说，每一体积的氧气，要带着3.762个体积的氮气。
C + O2 +3.762 N2 =CO2 + 3.762 N2
H2 + ½ （O2+3.762 N2） = H2O+ 1.881 N2
CH4 + 2（O2+3.762 N2） = CO2+ 2 H2O + 7.524N2（甲烷完全燃烧）。
二氧化碳（CO2）和雾霾的产生没有直接关系。
1.2 硫的氧化
S+ O2 +3.762 N2 = SO2 +3.762 N2
要避免二氧化硫，只能对燃料脱硫，或者对燃烧产生的尾气脱硫。
2. 次要物种（Minor Species）
次要物种是燃烧过程中不一定要产生的物种，包括黑炭（soot）PM2.5，NOx, SO3，VOC. 次要物种不能按照物料平衡的原则计算出产量，通常产生量也比较小，常用百万分之一（ppm）来表达。
燃烧机理极其复杂，简单的甲烷燃烧，可以涉及53个物种和325个反应，请看附录。
2.1黑炭soot颗粒
黑炭soot颗粒通常在局部缺氧的情况下由乙炔交联成苯环，苯环再交联成稠环芳香烃，稠环芳香烃再交联脱氢形成。在火焰中容易被氧化烧掉。可以说，黑炭soot颗粒要从火焰中逃出，变成一次PM2.5进入大气，不是必然的，而是九死一生的机会。控制得当，可以把一次PM2.5降到很低。
2.2 三氧化硫
SO2 + ½ O2 = SO3
要避免三氧化硫的排放，可以通过燃料脱硫，或者对燃烧产生的尾气脱硫。
2.3 一氧化碳
C + ½ O2 = CO (碳不完全燃烧，燃烧中间产物)。
燃烧控制得当，可以把CO降到<0.1ppm。
2.4 挥发性有机化合物VOC
VOC （volatile organic compounds）也可以是燃烧中间产物，由不完全燃烧产生。但是，VOC还有别的来源，如加油站，产品上漆过程，工厂烟囱尾气，高架火炬不完全燃烧等。VOC排放是可以避免或通过技术减到很低的（<1 ppm）。
2.5 氮氧化物NOx
N2+ O2 = 2 NO
NO + ½ O2 = NO2
空气中氮气很稳定，要氧化成氮氧化物一定要高温。通过低氮和超低氮燃烧技术，可以把NOx降到很低。
燃料（煤，油）中固有的氮比较麻烦，在燃烧过程中通常都转化为NOx. 但采用分级燃烧或者SCR/SNCR也可以变为无害的氮气。氮氧化物控制技术，是当今燃烧技术的皇冠上的明珠。西方燃烧技术的研发投入，绝大部分用在氮氧化物控制上。
一般而言，导致雾霾的次要物种，在控制不当的情况下可以高于10,000 ppm（上不封顶），控制得当也可以< 5 ppm，甚至有些污染物可以<0.01ppm （可以说等于零）. 关键在于燃烧技术和燃烧过程控制。采用先进技术，对一些次要物种污染物可以减排超过90%，甚至超过99%。相比之下，在相同的燃烧技术条件下减少能耗50%，只能减烧污染物排放50%。
所以说，关于雾霾，最大的误解是“导致雾霾的污染物和能耗成正比，消灭雾霾只能减少能耗”。
以中国现在的经济发展阶段，总能耗恐怕还要增长15年。到2030年总能耗能下降就算乐观的了。所以，治理雾霾，要从控制导致雾霾的次要物种污染物开始。导致雾霾的次要物种 本来就没有出生证，乃是不必要出生的怪物，为何不扼杀于污染源呢？
本文引用地址：
