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第8章 减轻环境污染的对策

面对日趋恶化的环境卫生,世界各国都在千方百计采取措施加以改善。他们通过加强规划,制定政策,完善管理,开发新技术等多种途径加以实现。

世界环境保护协会、联合国环境规划署和世界野生动物基金会等三个主要环境保护组织,公布了一项挽救地球的全面计划,呼吁人们大幅度改变生活方式,要求工业化国家把巨大的资源改用于保护环境。

这些组织在计划中说:“持续发展有赖于对地球的关怀。除非地球丰富的资源和生产力得到保障,否则人类的未来将受到危害。”呼吁减少使用化石燃料,制定严厉的全球反污染标准。

这些组织还敦促各国政府采取限制资源消耗和限制人口的明确政策,并把这些写入他们的国家发展规划。

这些组织认为:高收入和高消费的国家应当抑制浪费和污染。高消费国家政府应征收能源和其他资源消费税,以限制使用。世界野生动物基金会英国分会会长乔治·梅德里说:“富裕国家占世界人口的25%,但消耗的资源却占地球资源的80%,我们必须认真对待我们的消费和我们的浪费。”

关于人口过多问题,这些组织说:“1990年低收入国家约有3.81亿对夫妇(占51%)采用了计划生育方法。”他们说:“为了使生育率达到联合国规定的到2000年61亿的适中人口目标,到20世纪末已有1.86亿对夫妇采用避孕方法。”

为尽可能地减小对大气的污染,世界各工业化国家都采取了一些管理和技术措施。

主要是在涉及燃用化石燃料设备(例如工业锅炉或电站)的情况下,可采取的管理措施为:

①规定燃料含硫量的极限。这一措施可能导致片面利用低硫燃料,以致不适当的利用资源、劳力和运输方法。

②避免主要污染源集中。这一措施能够改善某些区域的大气污染,但对整个地区或全国并无效果。

③采用经济手段减少燃料消耗。除许多工业部门不可能减少其能耗外,也难于进行公正管理。

技术措施主要采用烟道气净化技术作为执行一般排放标准的基础,以保证在排放源减少排放。大多数高度工业化国家均采用这种严格而更经济的空气污染控制方法。

采用气体净化技术作为减少微粒排放物和气态散发物,尤其是粉尘、二氧化硫和氮氧化物的主要手段,事实证明是可行的。由于污染物主要来自少数而较大型固定污染物,因此,欧洲、北美洲、前苏联和日本等高度工业化地区,正采用庞大的区域供暖系统。在供能方面,这种结构上的发展将为有效地应用气体净化技术提供新的基础。

采取有效措施减轻温室效应

我们知道,地球上的绿色植物通过光合作用不断地从大气中吸收二氧化碳,当植物和动物呼吸以及有机物腐烂或燃烧时,二氧化碳又渐渐地释放到大气中去。在产业革命以前的自然环境中,从大气中吸收和释放到大气中的二氧化碳数量是基本平衡的。

所谓温室效应,主要指人类在利用燃料、种植水稻、饲养家畜和处置生活垃圾等活动中产生的大量二氧化碳、甲烷等气体排入大气环境,形成温室,太阳辐射热可以进入温室,而地球热量不能从温室中散失,因而,使地球逐步变暖的现象。导致温室效应的这一类气体称为温室气体。据科学家估算,近百年来,二氧化碳的浓度增加了25%,今后50年还要增加30%。世界卫生组织预测,照这个速度增加下去,到2030年,地球上的平均气温可增加4.5℃,而过去一万年里,地球的平均气温才增加了2℃。

温室效应带来的直接效果是使地面温度升高,气候变暖和两极冰川融化,海平面上升,沿海地区将被淹没。温室效应还会使旱灾、尘暴、飓风频繁发生,引起森林火灾,野生动物灭绝,并可能给人类的生存和发展带来更大的灾难性后果。

控制地球变暖的措施包括节约矿物能源,加强绿化,改善城市基础设施等,以减少二氧化碳等温室气体的排放。随着我国经济实力的增强,产生温室气体的来源也逐步增多,我国在控制温室气体排放方面任务还很艰巨。

开发二氧化碳回收技术

日本东京农工大学工学部以松永教授为首的研究组开发成功用光纤传输阳光培养的藻类可固化CO2的技术。已利用球形藻固化CO2为石灰石小粒,下一步还拟研究利用它做识别小鼠抗体之用。同时该教授已利用该研究组厂家制造的70升大型生物反应器进行连续处理的实用化研究。

松永教授认为,这一技术将为回收利用CO2和控制地球温室效应做出重大贡献。

日本北陆电力公司开发成功CO2水化物的连续生产技术,为将CO2在深海底埋存处理提供了条件。据有关资料计算,深海中藏于甲烷水化物中的甲烷贮量将为目前地球上已知天然气贮量的10倍,但过去一直无法开采。应用这一技术后即可将CO2形成水化物埋存于深海,又可将深海甲烷水化物中的甲烷置换出来,实为一举两得。北陆电力公司正和富山大学等共同研究有关实用化的基础技术。

繁殖浮游生物吸收空气中的二氧化碳

科学家们对海洋生物进行仔细研究发现,一种特大浮游生物的数量比人们预料的还要丰富,并且它可能正吸收着空气中大量的二氧化碳,从而将使地球变温的速度要比预测的慢。

研究表明,一种束毛藻属生物体会吸收空气中的氮,是海洋中的一个比预料的还要大的固氮源。科学家们原来认为海水中缺氮,以上新发现也许会改变这种情况。

浮游生物像有叶植物一样,吸收太阳能,并把二氧化碳和氮转化成体内组织。这一光合作用过程是地球上几乎所有食物的基本来源。

束毛藻的直径3毫米,它可吸收碳,一些甲壳动物和鱼都吃它,动物的粪粒和尸骨残骸则沉积在海底。

将二氧化碳转化为汽油

日本京都大学教授乾智行所领导的研究小组,开发成功由二氧化碳提炼合成汽油的新技术,它的回收率非常高。

具体办法是:将二氧化碳注入反应器中,第一次通过时,有26%转化为汽油,将未转化为汽油的气体反复通过转化装置,结果可使90%以上的二氧化碳成功地合成为汽油。

该研究小组推算,如果该系统装置在200万千瓦级的电厂内,每天可制造出14000吨汽油。

研究工作从5年前开始,最初是利用二氧化碳与氢气反应成甲醇,然后将甲醇直接转变成汽油。

二氧化碳与氢气的比是1∶3。由于二氧化碳较稳定,不易变为其他物质,研究组不断改善催化剂,才闯过了难关。

将二氧化碳转化为乙烯

日本熊本工大、熊本大学和科技厅理化技术研究所组成的研究小组,利用生物基因工程培养成一种特点蓝藻,并利用它把CO2制成乙烯,尽管目前效率还很低,但通过对蓝藻的改良还可以提高。另外CO2是造成温室效应的主要气体,日本已决定一直控制在1990年的排放水平,但难度很大;而作为工业重要原料的乙烯是用石油制成的,故此法实施后对防止温室效应和代替石油将做出重大贡献,从而发展前途很好。

开发推广洁净煤技术

洁净煤技术(CleanCoalTechnology)一词来源于美国,1980年列入能源词典。它是针对燃煤对环境造成污染提出的技术对策,所以洁净煤技术包括煤炭利用各环节的净化和减轻污染的技术。针对燃煤带来的废渣、废气和废水等方面问题,洁净煤技术的构成如下:

燃烧前技术→→选煤→常规选煤→高效物理选煤→化学选煤→微生物脱硫→型煤→工业型煤→民用型煤→特种型煤→水煤浆→普通水煤浆→精细水煤浆燃烧中的技术→→低污染燃烧→燃烧中国硫→流化床燃烧→涡旋燃烧燃烧后的技术→→烟气净化→灰渣处理转换技术→→→煤气联合循环发电→城市煤炭气化→煤炭地下气化→→煤炭液化→燃料电池→磁流体发电从燃烧前、中、后三阶段净化技术看,越往后难度越大投资及成本越高。因此,世界各国在分段抓好各环节净化技术的同时,都分阶段进行技术经济效益优化。现择其主要进行简单介绍。

美国大力推进洁净煤的商用化

美国是煤炭储量最大的国家,储量占世界总储量的29%。在一次能源消费中,煤炭占1/4。全美有一半以上的电站是燃煤电站,因此,美国对减少燃煤电站的污染,特别是脱硫技术十分重视。

20世纪美国洁净煤技术的发展分三个阶段:60年代为实验室研究阶段;70—80年代为中试阶段;90年代为工业示范阶段。

美国能源部已拟订了一系列洁净煤燃烧计划。实施这个计划的目的是在煤气化的基础上发展高效低污染发电技术,并使其商业化。以前的实践证实,这种技术能比普通的煤燃烧技术多生产25%的电力,而治污费用减少60%。美国联邦政府为此将投资5.68亿美元,其中75%用于第二阶段煤气化研究。其他投资用来发展高性能污染控制设备,政府要求尽可能利用老厂原有设备。据能源部介绍,整个计划的总预算为15亿美元。

近10年来,美国国内净化烧煤发展迅速。据美国爱迪生电力研究所估计,美国到20世纪末需新增1~2亿千瓦装机容量,其中大部分是烧煤电站。发展新的更有效的洁净煤技术,可使这些煤电站的投资费用减少30%~50%。据调查,20世纪70年代美国电力公司在采用涤气器和其他方法减少大气污染方面花了42亿美元,20世纪80年代这一数字达1000亿美元。到1990年,电力工业为实行规定的污染控制总共花费1850亿美元。美国能源部估计,现有电站锅炉改造成喷石灰多段燃烧器,可使二氧化硫和氮氧化物排放量减少50%~60%。

美国能源部开发先进的外燃式煤基联合循环发电技术,目标是高效率(超过50%)、低污染(CO2排放比煤粉炉少25%)、经济性、环境效益和性能超过其他技术。

此外,美国能源部发展煤基车用燃料,它把煤转换成煤气再制成二甲基醚用作车用汽油的富氧添加剂,以减少污染物排放。

日本积极开发洁净煤技术

日本正在建设洁净煤技术中心,以促进亚太地区洁净煤技术的开发和技术转让。

日本的“绿色计划和煤流计划”建立在先进的污染物控制技术的基础上,日本20世纪70年代开始采用烟气脱硫装置,目前已有90%的烧煤电站安装烟气脱硫装置,是主要煤炭消费国中比例最高的;约70%的烧煤电站装有脱氮系统;所有烧煤电站都装有高效除尘装置。

中国重视研究开发洁净煤技术

中国是世界最大煤炭生产国和消费国之一,也是世界上少数几个能源以煤炭为主的国家之一。预见将来,中国也不可能减少煤炭消费。唯一可供选择的方案是发展洁净煤技术。因此,洁净煤技术是中国能源的未来,对我国来说有着深远的意义。首先可大幅度减少大气污染物排放,从而在环境允许的条件下可扩大煤炭的作用。其二是可大大提高煤炭利用效率和经济效益,降低煤炭需求的增长速度,减缓二氧化碳排放的增长。其三是可促进中国能源供应向多样化方向发展。21世纪,随着煤基合成燃料的大规模生产,它将可能成为国产液体燃料的主要来源。

我国经过多年努力,在洁净煤技术研究和应用方面已取得了不少成果,例如在开发研究先进的选煤技术,大力推广型煤,研制和生产水煤浆,研究开发煤的先进发电技术及研究磁流体发电技术等方面都取得了可喜的进展。

发展洁净型煤技术的意义及前景展望

洁净型煤是治理“面源”煤烟污染的主要技术。洁净型煤是目前唯一能全面控制煤烟中6种污染成分的技术,平均可减少煤烟污染的65%~70%;投资少、加工费低;有明显节能效益;适用性广,不用改炉,而且是很难得的能盈利的大气污染治理技术。因此,1993年被国务院列为控制面源SO2污染的首项技术,我国适用于本技术的层燃煤达7亿吨每年,可见推广前景广阔,对改善我国大气环境有重大意义。

中国矿业大学在国内外首先研究成功这一技术,被“七五”国家攻关鉴定验收委员会评为“国际领先”水平,获美国专利及“七五”国家科技攻关重大成果奖,并被列为全国环保获奖单位的第一名,和其他单位共获国家科技进步一等奖。

洁净型煤是显著提高煤炭经济效益的技术。洁净型煤有很高的技术附加值。例如,中国矿业大学北京研究生部的高级洁净烧烤型煤技术被美国第二大型煤公司总裁赞为“在美国各公司之上”,获英国“园艺闲暇协会”90年新产品大赛一等奖。洁净型煤在英国的售价比美国同类产品高80%,比原煤价格高20倍;又如合肥城市煤气型煤厂,建厂投资回报率达300%;效益最低的贵阳锅炉型煤试验厂,建厂投资回报率达65%,如果合理解决工业化过程中的技术问题,将会给煤炭带来良好效益。

洁净型煤是有效提高煤炭使用价值的技术。中山矿业大学研究生部设计的合肥气化型煤厂,用当地不能用于气化的淮南煤,改性破粘后生产成可用于气化的型煤,代替原计划采用的大同块煤,大大提高了吨煤利润。还有,如万寿铁厂用当地的弱粘煤代替外来焦煤,生产出了合格型焦。证明应用“第三代型煤改性技术”可以有效地提高煤炭的使用价值和经济价值。

洁净型煤可以促进其他行业的技术进步。例如中国矿业大学北京研究生部设计的洒河桥直接还原炼铁用“铁炭综合成型试验厂”,减少炼焦污染50%,免去污染最大的烧结工序,使高炉产量增加近一倍,高炉利用系数从2吨铁/米3·日提高到3.6~4.1吨铁/米3·日,而且生铁质量很好。这一成型工艺有力地促进了炼铁的技术进步。

洁净型煤技术出口前景良好,中国的洁净型煤已处在“国际先进”和部分“国际领先”水平,型煤又是解决当前具有世界战略意义的环保问题的好途径。因此有很强的国际竞争力和良好的出口前景。中国矿业大学北京研究生部生产的型煤产品已出口美国、英国、日本、新西兰、中国台湾省等8个国家和地区。型煤成套技术和设备已出口哥伦比亚,已和印尼签订出口协议,从而填补了我国两项出口空白。

综上所述,加强洁净型煤的科研和开发的投入,迅速解决工业化的关键技术,促进洁净型煤技术的发展和工业化,对提高煤炭的使用价值和经济效益,控制燃煤污染都有重大意义。