第一章　緒論

第一節　燃煤機組污染物排放及對環境的影響

中國能源結構呈現“富煤、貧油、少氣”的特征，截至2018年年底，我國煤炭探明儲量占世界第三位。我國每年約生產40億噸原煤，其中50%左右用于燃燒發電，煤炭在未來數十年內仍會在我國能源結構中占據主導地位。

截至2018年年底，全國全口徑發電裝機容量18.9967億千瓦。其中，水電發電裝機容量3.5226億千瓦；火電發電裝機容量11.4367億千瓦；核電發電裝機容量0.4466億千瓦；風電發電裝機容量1.8426億千瓦；太陽能發電裝機容量1.7463億千瓦。圖1-1為2012～2018年動力煤消費量，占全球煤炭消耗的50%左右。

在未來相當一段長的時間里，我國以燃煤發電為主的電力供應格局不會發生根本改變。但是，燃煤鍋爐是我國大氣中各種污染物的重要排放源之一。

燃煤污染物不僅包括傳統認知上的總懸浮顆粒物（TSP）、SO₂、NO_x，還包括以細顆粒物（PM₁、PM_2.5、PM₁₀）、污染氣體（O₃、SO₃、NH₃、Cl₂、VOCs）、Hg等痕量有毒重金屬以及可凝結顆粒物等，其形成的復合型大氣污染，特別自2013年以來，全國范圍內多次大范圍霧霾事件引起了國內外廣泛關注，如何實現燃煤機組超潔凈排放成為當前我國能源與環境領域面對的重要課題。一般燃煤機組排放的污染物主要包括顆粒物、NO_x、SO_x、汞及其他重金屬、CO₂、脫硫廢水。

一、顆粒物

大氣中的顆粒物通常是指動力學直徑為0.01～100μm的顆粒態粒子，不同粒徑顆粒物的來源與理化特征存在明顯差異。按粒徑大小可以將大氣顆粒物分為以下幾類。

①總懸浮顆粒物（total suspended particulate，TSP）：粒徑在100μm以下，可以長時間懸浮在空氣中。

②可吸入顆粒物（inhalable particles，PM₁₀）：粒徑小于等于10μm，也稱為可入胸顆粒物。

③細顆粒物（ fine particles，PM_2.5）：粒徑小于2.5μm，也稱為可入肺顆粒物。PM_2.5也是目前衡量我國空氣質量的重要指標之一。

④細顆粒物（fine particles，PM₁）：粒徑小于1.0μm，也稱為可進入血液顆粒物。

⑤可凝結顆粒物（condensable particulate matter，CPM）：在煙道條件下為氣態，但是從煙囪排放后降溫并稀釋到大氣中時發生凝結和/或反應而立即變為固態或液態顆粒物的物質。此類物質通常以冷凝核的形式存在，空氣動力學直徑小于1μm，以氣溶膠的形式存在于環境空氣中。

粒徑較小的細顆粒物主要包括燃燒過程中排放的固體顆粒、氣態物質凝集形成的粒子及氣-粒轉化形成的物質，而粒徑較大的粗顆粒通常由機械過程形成，如破碎、土壤塵、道路和建筑揚塵等。

1.大氣顆粒物的來源及污染現狀

大氣中顆粒物的來源按其形成方式可以分為自然源和人為源：自然源主要有自然災害如火山噴發、沙塵暴、森林大火等爆發式產生的大量顆粒物，還有土壤揚塵、海鹽、植物花粉、孢子、細菌等，自然源由自然界緩慢持續產生，無法徹底根除；人為源主要是人類生產、生活如燃煤發電、建筑、城市道路和露天堆場揚塵、各類交通工具排放尾氣等。

上述污染源直接排放顆粒態的污染物，同時大氣中存在著一系列復雜的化學反應，可實現由氣體到粒子的相態轉換。大氣高層中的雨滴、冰晶蒸發后的凝結核由下沉氣流帶到大氣的低層，使細顆粒物懸浮在大氣中。對于一些國家和地區而言，顆粒物還可能從其他鄰近國家和地區經大氣長距離輸送而來。

國內學者對大氣顆粒物的來源進行了解析。受能源結構影響，煤煙塵對我國城市PM₁₀濃度有重要貢獻，研究結果顯示我國絕大多數城市煤煙塵對PM₁₀的年均貢獻在15%～30%之間，中小城市的貢獻尤為突出；煤煙塵污染呈現明顯的冬高夏低的季節變化，采暖期和非采暖期煤煙塵占PM₁₀的比例分別為5%～30%和20%～45%［1］，如表1-1所列。

隨著我國火力發電機組爆炸式的增長，粉煤灰產生量也急劇增加。從2001年的1.54億噸增加到2013年的5.8億噸，增長了約2.8倍。煤炭直接燃燒產生的飛灰粒子、重金屬化合物、黑炭等是顆粒物的直接來源，現有燃煤機組的靜電除塵、濕式除塵等的除塵效率普遍高達99%以上，但是對細顆粒物的捕獲率較低，約有1%的細顆粒物進入大氣成為構成大氣氣溶膠的主要部分。這部分細顆粒物以粒徑小于2.5μm甚至亞微米級超細顆粒為主，其數量可達細顆粒物總數的90%以上。同時燃煤產生的NO_x、SO₂等在空氣中發生化學轉化形成硝酸鹽、硫酸鹽等構成大氣中微細顆粒物的重要來源。

2.顆粒物的理化組成與污染特征

大氣顆粒物主要化學組成包括含碳物質（有機碳、黑炭）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽以及懸浮在空氣中有機和無機的固體和液體復雜混合物，細顆粒物可以在大氣中滯留幾天到幾周甚至更長時間。顆粒物直接影響人類身體健康，相較于粗顆粒，細顆粒物的比表面積更大，表面富集了更多的重金屬元素（如Pb、Cr等）、PAHs（多環芳烴）、細菌以及病毒等。細顆粒物能通過呼吸系統直接進入氣管、支氣管、肺泡，極易引發呼吸道疾病和心腦血管疾病，粒徑更小的顆粒還可以通過支氣管和肺泡進入血液，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對人體健康的傷害更大。同時，PM_2.5還可成為病毒和細菌的載體，促進呼吸道傳染病的傳播。

細顆粒物通過散射和吸收太陽光輻射直接影響氣候變化，可以作為云凝結核影響氣候變化和水循環。同時大氣中的顆粒物也會導致城市大氣能見度下降，形成灰霾天氣，研究表明，灰霾天氣時，PM_2.5的濃度明顯高于平時，PM_2.5的濃度越高，能見度越低［2］。

二、氮氧化物

氮元素有多種氧化物，包括氧化亞氮（N₂O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO₂）、四氧化二氮（N₂O₄）、三氧化氮（NO₃）和五氧化二氮（N₂O₅）等［3］，在環境科學與環保工程領域，氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮與氧化亞氮，總稱為NO_x，目前全球性的環境問題如溫室效應（CO₂、CH₄、N₂O）、酸雨（SO₂、SO₃、NO_x）、臭氧層破壞（CCIF、NO_x）、霧霾（燃煤粉塵、SO₂、NO_x）等，其中都能看到NO_x的身影，足見其危害性。

1.氮氧化物來源及污染現狀

大氣中NO_x按來源可分為自然源和人為源。

自然源的NO_x數量較穩定，主要來自微生物活動、生物體氧化分解、火山噴發、林火、雷電、平流層光化學過程、土壤和海洋中的光解釋放等。其中火電和雷電過程可產生大量NO和NO₂，而土壤細菌分解的產物則多為N₂O，據估計，全球自然源NO_x的排放量巨大，約為150億噸（以氮計），但自然界有一定的自凈化能力，其氮元素的源和匯基本是平衡的。

人為源的NO_x來自人類生活和生產活動，主要可以將人為源分為以下幾個方面：a.化石燃料燃燒，利用化石燃料產生能量與動力的過程——燃煤發電、各類交通工具等，其中現代火力發電廠燃煤發電及交通運輸是最大的固定NO_x排放源，此外工業爐窯、民用爐灶等也是NO_x的固定排放源；b.工業產品制取，如硝酸生產、冶煉、加工等，其中硝酸生產是最主要的非燃燒性發生源，硝酸生產中由于吸收不完全和設備泄漏產生NO_x的排放；c.廢棄物處理，如垃圾焚燒、微生物降解等。

2.氮氧化物對人體健康及生態環境危害

氮在自然界主要以雙原子分子的形式存在于大氣中（79%），人為排放的NO_x會對人類身體健康與生態環境產生危害，其中NO與CO一樣是血液性毒物，與血紅蛋白有強的結合力，可以將血紅蛋白轉變為變性血紅蛋白。無氧條件下NO對血紅蛋白的親和力是CO的1400倍，相當于氧的30萬倍，所以NO可使機體迅速處于缺氧窒息狀態，引起大腦受損。NO在大氣中可氧化為NO₂，NO₂比較穩定，其毒性為NO的4～5倍。NO₂可溶于水生成硝酸和亞硝酸，遇堿性物質生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，人體攝入和積聚此類物質就有可能引發肝臟和食道癌癥。另外NO₂的毒性主要表現在對眼睛的刺激和對呼吸系統的影響，刺激和灼傷肺組織；NO₂對人體的危害隨人體暴露在NO₂環境中的程度而不同。

NO₂參與光化學煙霧的形成，NO₂在光照下產生O₃，O₃是氧化劑的主要成分，難溶于水，強烈刺激眼睛和呼吸道黏膜，同時在大氣光化學過程中，烴類化合物的反應產物大多為醛類物質，被吸收到人體內產生一系列呼吸系統疾病。光化學煙霧形成的亞微粒氣溶膠不但可以進入人體肺部，而且嚴重影響能見度，危害公眾健康和生態環境。

同時氮氧化物對生態環境也會產生危害，首要的是酸雨問題，NO_x對酸雨的貢獻也呈上升趨勢，我國酸雨已由硫酸型向硫酸、硝酸復合型轉變［4］。一般認為酸雨對森林和作物生長的影響是破壞作物和樹根系統的營養循環，雖然硝酸型酸雨也給土壤增添了有益的氮元素，但這種利遠小于弊，因其可能加速地表水體富營養化，破壞水生和陸地生態系統，同時酸霧與臭氧結合會損害植物的細胞膜，破壞光合作用，引起農作物和森林樹木枯黃，農作物產量降低、品質變差，樹木在生長季節結束后，由于酸霧使樹木從大氣中接受的氮更多，從而降低其抗嚴寒和抗干旱的能力。

N₂O和CO₂一樣也會引起溫室效應，從而使地球氣溫上升，造成全球氣候異常；N₂O還會導致臭氧層的破壞，N₂O在大氣中的存留時間長，并可輸送到平流層，導致臭氧層破壞，使較多的紫外線輻射到地球表面。研究表明，皮膚癌、免疫系統的抑制，暴雨、水中和陸上生物系統的損害以及聚合物的破壞均可能與臭氧層的破壞相關。

三、硫氧化物

硫是地球上廣布而豐富的元素之一，硫以化合物形式存在于各種礦物和化石燃料中，亦有少量單質形式的硫黃，地球上富硫礦物的硫含量在25%以上，化石燃料含硫0.1%～6%。

大氣硫污染物包括SO_x、H₂S、亞硫酸鹽、硫酸鹽、硫酸煙霧、含硫的有機化合物等。其中最重要的當屬SO_x，其次為H₂S和硫酸鹽類，SO_x中主要是SO₂。硫進入大氣的主要形式是SO₂和H₂S，也有部分以硫酸及硫酸鹽微粒的形式進入，SO₂是具有強烈刺激性的無色氣體，容易與水結合形成亞硫酸，具有一定的腐蝕性，亞硫酸還可以與空氣中的氧緩慢結合形成腐蝕性和刺激性更強的硫酸，若有鐵等催化劑存在，這一反應速率更快。燃料在富氧條件下燃燒，還可能生成一定量的SO₃，而SO₃在大氣中存在壽命較短，并且遇到水蒸氣即迅速轉化為硫酸，遇塵粒則轉化為硫酸鹽。

大氣硫污染物中H₂S占有一定的比例，H₂S是無色、有臭雞蛋氣味的氣體，易溶于水，在空氣中特別是在光照下極易被氧化為SO₂。H₂S的毒性較大，可使催化劑中毒，設備損壞。而有機硫化物大多為惡臭氣體，在大氣中進行一系列的氧化反應。

1.硫氧化物來源

大氣硫污染物與其他污染物一樣來源于自然界和人類活動兩個方面（表1-2）。其中SO₂主要來自人類生活、生產活動和火山噴發；H₂S主要來自火山噴發、生物體微生物分解、天然油氣田和地熱釋放、礦泉水釋放；硫酸鹽和硫酸主要來自大氣中SO₂等的轉化。

在大氣硫污染物中污染最嚴重的當屬SO_x，在SO_x中主要是SO₂、SO₃。人為排放的SO₂、SO₃經擴散后濃度與氧化速率降低，但SO₃只要遇到水蒸氣即迅速轉化為硫酸，遇塵粒則迅速轉化為硫酸鹽。另外，空氣中飄浮的微粒物（重金屬鹽類和烴類化合物的光氧化中間產物）對SO₂具有催化作用，SO₂氧化速率也很快。大氣中的SO₂通過兩種途徑轉化為硫酸鹽，一種途徑是SO₂被氧化為SO₃后與水蒸氣結合形成硫酸，再與堿性物質作用生成硫酸鹽：

　　 （1-1）

另一種途徑是SO₂先與堿性物質生成亞硫酸鹽，然后被氧化為硫酸鹽：

　　 （1-2）

上述反應為復雜的光化學過程，無論H₂S還是SO₂，單純的化學反應速率緩慢，而在有云霧和微塵的存在下反應較快。

在大氣硫污染中，自然源的貢獻率難以準確估算，而人為源可以通過計算和統計獲得準確數字，據統計SO₂主要來自燃料的燃燒，燃料燃燒提供熱電過程中，90%的硫分轉化成SO₂排入大氣，我國以燃煤發電為主，因此人為排放的SO₂有1/2以上來自燃煤機組。隨著燃煤機組脫硫裝置的投入和超低排放的實現，燃煤排放到煙氣中的SO₂有99%以上得到脫除，沒有進入大氣。

2.硫氧化物的組成與污染特征

作為大氣硫污染的主要成分，SO₂的污染具有低濃度、大范圍、長期作用的特點，大氣中的SO₂對身體健康、生態環境、建筑材料等多方面造成危害。

空氣中的SO₂被吸入人體后，可直接作用于呼吸道黏膜，引發或加重呼吸系統疾病，當空氣中SO₂濃度達到1144mg/m3時，人呼吸困難，可窒息死亡。目前認為SO₂中毒主要是由于SO₂在黏膜上生成亞硫酸和硫酸，強烈刺激黏膜引起支氣管和肺血管的反射性收縮，也可以引起局部炎癥反應，甚至腐蝕組織而致壞死。

大氣中的SO₂轉化成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，不但散射陽光，影響能見度，而且會給人體帶來嚴重危害，降低人體免疫功能和抗病能力。SO₂與飄塵的協同作用比其單獨危害更大，飄塵、氣溶膠微粒能把SO₂帶到肺葉深處，使毒性增加3～4倍；一部分隨血液運行至全身器官，并與血液中的維生素B₁結合，破壞維生素B₁與維生素C的正常結合，使體內維生素C平衡失調，影響新陳代謝；抑制、破壞或激活某些酶的活性，使糖和蛋白質的代謝紊亂，對青少年的生長發育有不良影響；另一部分沉積在肺泡內或黏附在肺泡壁上，導致肺水腫。

SO₂對生態環境也會產生危害，SO₂通過葉面氣孔進入植物體，若SO₂濃度持續超過本身的閾值濃度，就會破壞植物正常的生理功能，降低植物光合作用，影響植物體內酶的活性和物質代謝，進而出現枯黃、枯死等現象，植物長期生長在含SO₂的大氣中，會生長緩慢或停滯，尤其在夏季白天陽光強度大，溫度高時受害嚴重。

大氣中的SO₂（NO_x）可以轉化為酸性降水，pH值低于5.6，主要有硫酸型酸雨和硝酸型酸雨，其中SO₂是硫酸型酸雨的根源。酸雨對人體健康的危害是間接性和潛在性的，酸雨進入土壤和水體后，被動植物吸收，然后使動植物體內的Al、Cu等金屬元素活化，當人食用這種作物、魚類后也會損壞健康。SO₂酸霧和酸雨對各種建筑材料具有腐蝕作用。特別給文物保護工作增加了難度，在空氣潮濕的南方地區，SO₂對建筑材料的破壞高于北方干燥地區。

四、汞及其他重金屬

1.汞及其化合物

大氣中汞依據物理化學形態主要分為氣態單質汞（Hg0）、活性氣態汞［Hg（OH）₂、HgCl₂、HgBr₂、有機汞等］和顆粒態汞。

汞在自然界以金屬汞、無機汞和有機汞的形式存在，其中無機汞有一價和二價化合物，而有機汞主要包括甲基汞、二甲基汞、苯基汞和甲氧基乙基汞等。不同化學形態的汞具有不同的物理化學特性和環境遷徙能力。

其中單質汞Hg0易揮發且難溶于水，在大氣中的平均停留時間長達0.5～2年，可以在大氣中被長距離運輸而形成大范圍汞污染。在Hg+和Hg2+兩種離子態中，二價汞比較穩定，并且許多二價態的汞可以溶于水。汞的有機化合物（如一甲基汞、二甲基汞）不易降解，在生物體內外環境中易積蓄，是汞最具毒性的形態，通過食物鏈直接危害人體健康。

大氣中汞污染主要來源于汞冶煉、有色金屬冶煉和化石燃料燃燒等。有統計顯示全球每年向大氣中排放約5000t汞，其中4000t為人為源，汞排放的人為源主要有汞礦和其他金屬的冶煉、氯堿工業和電器工業中應用以及礦物燃料燃燒等幾個方面。燃料燃燒是大氣中汞污染的重要來源之一。據報道，煤和石油中汞含量平均不低于1000ng/g，高于汞的克拉克值12.5倍。世界各國對燃煤汞的排放都進行了研究，有學者對全球各國燃煤汞排放量進行研究結果表明，全球燃煤汞排放量占總排放量的65.0%，中國、美國、歐盟燃煤汞排放量居前列。中國煤中平均汞含量為0.15～0.25mg/kg，高于世界范圍內平均汞含量0.13mg/kg，由電站燃煤產生的汞約占汞總量的33%且逐年增加，中國燃煤汞排放趨勢見圖 1-2［5］。

我國于2011年頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）中明確規定自2015年1月1日起電廠汞及其化合物濃度排放限值為0.03mg/m3。美國大規模的汞排放控制始于20世紀90年代，主要針對的是醫藥廢物焚化爐及城市垃圾焚燒爐。如今美國最大的汞排放源為燃煤發電廠，1999年克林頓政府計劃到2007年使汞排放控制率達到 90%，后來布什政府廢除了該計劃并于2005年3月發布了《清潔空氣汞排放控制法規》（Clean Air Mercury Rule，CAMR），該法規計劃從2010年到 2017年控制汞的排放量從48t/a降低到34t/a，減排率為29%，2018年最終達到70%的汞排放控制率。 2008年，美國聯邦上訴法庭判決取消《清潔空氣汞排放控制法規》，并責成環保署制定更嚴格的汞排放控制法規，要求針對燃煤電廠汞排放控制標準的制定必須采用最大可實現控制技術，即根據汞排放最少的12%的電廠的總平均值為基礎來制定。之后美國沒有出臺統一的汞排放控制法規，各州根據自身情況制定了更為嚴格的汞減排規定。在這之后，美國環保署對新源排放標準進行修訂，規定了自2004年1月30日以后新建的燃煤電站鍋爐汞排放限值為：煙煤為9kg/（TW·h），約為0.007mg/m3；降水量>635mm/a的次煙煤為30kg/（TW·h），約為0.020mg/m3；降水量≤635mm/a的次煙煤為44kg/（TW·h），約為0.035mg/m3；褐煤為80kg/（TW·h），約為0.060mg/m3；煤矸石為7.3kg/（TW·h），約為0.006mg/m3。

燃燒后煤中的汞以單質汞的形式揮發進入氣相，單質汞在煙氣中部分與其他組分反應生成其他形態的汞，而現有機組煙氣凈化裝置中的SCR、除塵器、濕法脫硫對煙氣中的汞有一定的脫除能力。SCR催化劑可以促使單質汞氧化形成二價汞化合物。而二價汞化合物可以被顆粒吸附，吸附汞的顆粒則可以被除塵裝置捕獲。而氣態的二價汞化合物易溶于水，能被濕法煙氣脫硫系統的循環漿液吸收，濕式除塵器也會捕獲溶于水的二價汞化合物及顆粒態汞。因此電廠現有環保設備具有協同脫除汞的能力。

在協同脫汞的技術基礎上不能滿足汞排放要求的情況下，需要采用專門的脫汞技術，其中活性炭粉末噴射脫汞是較為成熟的脫汞技術，一般在空預器和除塵器之間噴入粉狀活性炭，活性炭顆粒吸附汞后與飛灰一起被除塵器收集，但活性炭脫汞成本較高，因此對SCR催化劑進行改性或者采用新的物質作為催化劑以增加對汞單質的氧化作用也成為一種備受關注的方法。

2.其他重金屬

煤是一種十分復雜的由多種有機化合物和無機礦物質混合成的固體烴類燃料，其中包括多種重金屬元素。重金屬元素主要指生物毒性顯著的Hg、Cd、Pb、Cr和類金屬As、Se等，其本身密度大于5g/cm3，具有一定毒性的重金屬還包括Zn、Cu、Co、Ni、Sn等。重金屬元素及其化合物即使在較低濃度下也具有很大的毒性，且其化學性質穩定，不能被微生物降解，通常只發生遷徙或在生物體內沉淀，轉化成毒性更大的金屬化合物，對生態環境及人體健康造成嚴重危害。煤燃燒后許多重金屬元素富集在亞微米級顆粒物表面，一部分重金屬元素隨著煙氣排入大氣中；另一部分隨灰渣排入土壤及河流造成污染。燃煤機組作為主要的重金屬元素排放源，研究其排放現狀及控制技術具有重要意義。

（1）砷（As）

所有可溶性的砷化合物都是有毒的，砷和砷化合物隨存在形態不同而毒性不同，砷化合物的毒性依下列順序而遞減：砷化氫>氧化亞砷>亞砷酸（無機物）>砷酸>砷的化合物（四個有機基團帶正電荷的砷）>單質砷。砷中毒可以使人體內的酶失去活性，影響細胞正常代謝，導致細胞死亡，引起中毒性神經衰弱癥，多發性神經炎，皮膚癌、畸形。砷污染對生態環境的破壞是不可逆的，即使停止排放后，環境中的砷也不會自行消減，煤燃燒、垃圾焚燒和金屬冶煉等都會產生含砷廢氣污染環境，燃煤是大氣中砷的主要來源。

（2）鉛（Pb）

鉛既是環境毒素又是危險的神經毒物，鉛通過人體的呼吸系統進入人的血液，嚴重危害人的身體健康。當鉛進入人體血液以后，主要危害心血管系統，通過影響血液的正常合成而造成貧血等疾病。鉛對兒童的危害更為嚴重，其會影響兒童的神經系統和發育等方面，使兒童發育遲緩并損害兒童的智力發展。此外，美國環保署通過相關實驗研究認為，鉛會使人類致癌。

（3）硒（Se）

1975年美國科學家Schucor首次證實了硒是動物體內必需的微量元素，硒是谷胱肽氧化酶的活性中心，具有抗脂質過氧化、保護生物膜的作用。研究表明適量的硒具有防癌抗癌，預防和治療心血管疾病、克山病和大節骨病，防衰老，抗輻射及增強機體免疫力等多種功能，但高硒又會造成硒中毒，引起脫發、脫指甲、偏癱等病癥，可見硒的攝入量必須控制在一個很窄的范圍內，含量過多或過少都能引起疾病和中毒。

有統計表明，煤炭燃燒是包括As、Se、Cd、Co、Cr、Hg、Mn、Pb等在內的有害重金屬元素的主要或部分排放源（表1-3）。

目前我國對燃煤機組重金屬的控制方法主要是利用常規大氣污染物控制技術協同控制。洗選煤技術對重金屬元素的脫除是基于煤粉中有機物與無機物密度不同的物理清選技術。重金屬多附著于亞微米顆粒物，因此高效除塵技術可以實現重金屬的有效脫除。目前較為有效的方法是吸附脫除，其原理與吸附脫汞原理相似。

五、二氧化碳

隨著全球能源消耗增多，CO₂大量排放形成的溫室效應日益嚴峻，自1870年以來全球碳排放量快速增加（圖1-3）。CO₂等氣體過量排放引起的氣候變化已成為全球性的環境問題，為社會和經濟發展帶來嚴重的負面影響。19世紀末以來，全球海平面升高了10～25cm，平均氣溫上升了0.3～0.6℃。若以此速度繼續增長，到21世紀末期，全球平均氣溫將升高約3℃，海平面將升高65cm［6］。現今大氣中CO₂的濃度已經由工業時代前的280mg/m3增加至397mg/m3（2014年）。從2015年國際能源機構（IEA）的報告可以看出，全球2/3的CO₂排放主要來自十個國家，中國與美國的CO₂排放量分別占到28%與16%，總和達到14.1億噸（圖1-4）。

溫室氣體引起的氣候變化并不是簡單地導致全球氣溫升高，而是在氣候變暖的基礎上引起后續一系列的經常性氣候異常，如氣候變暖引起海平面上升影響全球水循環，引起區域性的水蒸發和降水異常，導致極端天氣事件頻發。氣候變化相應也會對農業、水資源、生態環境、人類健康、工業、人居環境和社會造成重要影響。

1.對農業的影響

隨著大氣CO₂濃度升高，植物細胞內外CO₂濃度差增加，光合作用速率提高，作物產量也呈增加趨勢，但有研究結果顯示CO₂濃度升高也影響植物的呼吸速率，并且CO₂濃度升高對作物產量的影響還存在很多制約因素，尤其與溫度和降水量的變化有關。在全球氣候變化研究中溫度升高，土壤水分蒸發加劇，影響供給植物的水分變化，并影響植物的生長速率，進而也會對產量產生影響。氣候變暖所帶來的大氣CO₂濃度增加、溫度升高以及降水量的變化均會對農業產生影響，影響程度與區域、時期和作物品種有關。例如由于干旱等原因，2004～2006年澳大利亞小麥產量下降52%，美國糧食產量下降13%。大氣中CO₂含量直接影響各國的糧食產量。

2.對生態系統的影響

物種的生存需要一定的溫度和降水，而氣候變化會影響溫度和降水量，進而影響物種的分布。隨著氣候變暖，符合物種生存氣候條件的地區向極地和高海拔方向發展，鄰近區域的物種可能會越過邊界并成為生物群的新成員，也可能導致不需要的外來物種入侵等。

3.對人類健康的影響

全球氣候變化會影響地球環境系統和生態系統，從各個方面影響人體健康，近些年主要表現為熱浪與高溫天氣、干旱洪災等極端天氣以及傳染病事件的增加。

特定地域的人的生活有其最優化溫度，在此溫度下死亡率最小，當溫度超過舒適范圍后，死亡率上升。而干旱、洪災等極端天氣直接增加了死亡率，尤其是在洪災之后，傳染病高發，過量的降水使更多的病菌和雜質進入人類生活用水和飲用水中。對身體健康危害極大。

六、燃煤機組耗水及廢水

水是寶貴的自然資源，是人類賴以生存的必要條件。隨著經濟快速增長，人類社會對水資源的需求量越來越大，水資源的供需矛盾也越來越突出，世界各國都十分重視節水及廢水處理技術研究和應用。我國自改革開放以來，國民經濟迅速發展，隨之而來的水環境污染問題亦十分嚴重。如何充分、合理地利用水資源，減少工業廢水和生活污水對水體環境的影響是當前面臨的主要問題之一。

2015年4月，國務院印發了《水污染防治行動計劃》，2016年11月，國家發改委、國家能源局召開新聞發布會，對外正式發布《電力發展“十三五”規劃》，明確提出火電廠廢水排放達標率實現100%。2016年11月，國務院辦公廳印發《控制污染物排放許可制實施方案》，對工業企業節水和控制污染物外排提出更嚴格的要求：2017年6月底，完成火電行業排污許可證發放工作，必須按期持證排污、按證排污，不得無證排污。山東、天津、北京地區增加了對外排水含鹽量的要求，內蒙古包頭地區要求實現廢水零排放，其余地區也紛紛開始廢水零排放試點。2017年1月，環境保護部（現生態環境部）發布《火電廠污染防治技術政策》公告，要求防治火電廠排放廢水造成的污染，明確火電廠水污染防治應遵循分類處理、一水多用原則，鼓勵火電廠實現廢水循環使用不外排。國家發改委、水利部、住建部聯合印發《節水型社會建設“十三五”規劃》，明確“十三五”期間全國用水總量控制在6700億立方米以內，萬元工業增加值用水量降低20%。推動火電、鋼鐵、造紙等高耗水行業沿江、沿海布局，促使已有高耗水項目轉移搬遷。

脫硫廢水處理是一個世界性難題，由于其高氯鹽含量，無法通過絮凝沉淀、膜處理等常規手段實現廢水零排放，目前只有通過蒸發工藝蒸發，只能在消耗大量熱源的前提下得到固體鹽，而這些蒸發得到的鹽也是固廢，很難處理。雖然最近也發展一些簡易的將脫硫廢水通入煙道進行高溫煙氣蒸發，蒸發后固體鹽大部分通過靜電除塵器收集的方法，但也存在廢水量過大引起煙道積灰、煙道腐蝕、靜電除塵器腐蝕、鍋爐效率下降、粉煤灰品質下降等問題。燃煤機組是我國工業耗水大戶，據統計，工業耗水中30%以上用于燃煤機組，燃煤機組每年排水約占全國工業企業排放量的10%。隨著環保要求不斷提高，燃煤機組實行廢水零排放勢在必行，尋求處理效果更好、工藝穩定性更強、運行費用更低的水處理工藝，實現廢水零排放，已成為產業發展的需求。