以废治废 新技术为乌海及周边地区非常规污染物治理提供有效解决方案
时间：2021-07-30 09:01
来源：内蒙古科学技术厅社会发展科技处、内蒙古工业大学
项目背景
习近平总书记在党的十九大报告中指出：“坚持全民共治、源头防治，持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战”。自治区党委政府高度重视乌海及周边地区的大气污染防治问题，自2015年开始实施乌海及周边大气污染的联防联控，大气环境质量得到明显改善，但由于该区域煤炭资源开发利用与能源重化工产业密集分布，经济社会发展和环境保护之间的矛盾依然存在，大气污染控制仍是一项长期而艰巨的任务。
针对乌海及周边地区大气污染深度精准治理的难题，2018年内蒙古自治区启动实施了“乌海及周边地区大气污染防治重大关键技术研究与示范”科技重大专项，其中固废制备多孔环保材料的物相与结构调控及其对多种污染物的协同脱除机制和固废制备环保材料的表面疏水改性、复配、造粒技术是该项目重点突破的技术瓶颈之一。
项目进展
由内蒙古工业大学研发的一项利用煤基固废制备环保材料协同控制高温工业烟气非常规污染物技术，通过在乌海广纳煤焦化有限公司进行示范，效果良好。该技术充分利用硅基多孔材料的强吸附特性，结合生物滤池、袋式除尘等工艺，通过固废自身非晶相的结构转化来抑制高温工业烟气非常规污染物，开发出了适合我国国情的低成本污染物协同控制技术。
据了解，目前在高温工业大气污染物控制领域，尽管国内外对SO2（二氧化硫）、NOx（氮氧化物）、颗粒物的脱除技术比较成熟，但是对VOCs（挥发性有机物）和重金属等危害程度较大的非常规气体尚缺乏经济有效的治理技术。
焦化企业湿法熄焦水蒸气及无组织排放气体
目前，乌海及周边地区普遍采用湿法熄焦技术，熄焦过程及其他工段均产生大量无组织排放的低浓度VOCs和其它污染物的烟气，由于VOCs污染物工艺来源复杂、物质品种特性多样、排放特征多变，导致VOCs尾气排放具有成分种类多、浓度低、通量大、危害大的特点。现有活性炭吸附、冷凝、富集燃烧等VOCs治理技术，不适用于这些烟气中非常规污染物的协同脱除，而这些非常规大气污染物又是PM2.5形成的重要前驱体。
项目负责人进行现场调研
自治区科技重大专项“乌海及周边地区大气污染防治重大关键技术研究与示范”项目负责人孙俊民教授说：“根据前期对乌海周边主要大气污染源的研究，项目从煤矸石山自燃控制、非常规大气污染物控制、生态修复三个方面精准发力，靶向治理，为自治区能源重化工地区大气污染控制提供技术路径”。其中非常规大气污染物的控制，由内蒙古工业大学张永锋教授带领的课题组完成。课题组前期对焦化企业生产过程中各工段进行污染物排放源解析，明确焦化企业非常规污染物排放特征及各环节臭氧生成潜势，为高温工业烟气的低成本高效协同脱除技术提供理论基础，为PM2.5和O3协同控制提供数据支持。”
各排放点VOCs（挥发性有机物）排放占比
张永锋介绍：“将煤基固废相在一定条件下转化形成的硅基多孔材料对VOCs、挥发性重金属等多种有害气体具有较强的吸附能力，再进一步通过结构调控和表面改性增强其疏水和吸附性能，通过复配在烟气中喷粉和生物滤池、袋式除尘工艺相结合，可以实现烟气中多种污染物的低成本协同脱除。利用细胞固定化技术再生硅基多孔材料，使再生后的硅基多孔材料能够安全的用于生物肥料。该创新方法可以构建煤基固废-环境材料-污染控制-生物肥料-生态修复的循环产业链，可解决乌海及周边地区无组织排放非常规污染物协同治理难题，并为自治区煤基固废的高值化利用提供一条新途径。”
目前内蒙古工业大学科研团队已经在乌海广纳煤焦化有限公司建设了两套高温工业烟气治理示范工程，分别为“年产100万吨焦化企业净化高温工业烟气非常规污染物配套10000Nm³/h反应式袋式除尘器协同净化焦炉烟气示范工程”和“10000Nm³/h生物多孔硅滤池净化湿熄焦烟气示范工程”，目前两个示范工程均已完成中试试验，运行效果良好。
10000Nm³/h反应式袋式除尘器协同净化焦炉烟气示范工程
10000Nm³/h生物多孔硅滤池净化湿熄焦烟气示范工程
张永锋介绍：“10000Nm³/h反应式袋式除尘器协同净化焦炉烟气装置对高温焦炉烟气中VOCs的脱除率大于83%，对苯、甲苯、萘和丙酮等典型VOCs的脱除率大于92%。后续将把优化工业化运行数据以及制定低成本协同控制非常规工业烟气技术标准作为重点研究目标。”“10000Nm³/h生物多孔硅滤池净化湿熄焦烟气装置选用湿式洗涤和生物多孔硅滤池两种工艺单元组合进行处理，该示范装置对湿熄焦烟气中VOCs的脱除率大于90%，对氨气和硫化氢的脱除率大于85%。”
煤基固废制备环保材料协同控制高温工业烟气非常规污染物技术，固废制备环保材料的使用量低于2g/Nm³，反应式袋式除尘技术和生物多孔硅滤池处理技术比传统脱除VOCs技术投资费用降低了30%以上，运行费用比传统技术降低40%以上。
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自治区科技重大专项“乌海及周边地区大气污染防治重大关键技术研究与示范”项目，采取产学研用协同创新的科研组织模式，由内蒙古工业大学牵头，联合内蒙古科技大学、内蒙古广纳煤业（集团）有限责任公司、内蒙古蒙草种业科技研究院有限公司4家单位共同实施。项目针对乌海及周边地区大气污染深度精准治理的难题，在前期研究煤基固废高效循环利用的基础上，重点突破煤基固废制备封堵材料抑制矸石自燃技术、煤基固废制备环保材料协同控制高温工业烟气非常规污染物和煤基固废协同利用生态修复技术，分别建立20000立方米左右自燃矸石山灭火、每小时10000标准立方米烟气量高温工业烟气非常规污染物协同控制和550亩荒漠化区域生态修复示范，形成以固废资源循环利用控制乌海及周边地区重点污染源大气污染的成套技术，为自治区生态环境治理提供固废循环利用-污染控制-生态修复的新模式。