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2018年，我国城市生活垃圾焚烧处理量已达1.02×108 t。垃圾焚烧会带来污染物形态的转移。其中，NOx是垃圾焚烧过程中产生的最主要气体污染物之一，会引起酸雨、光化学烟雾等环境问题[1-2]。目前，垃圾焚烧烟气的脱硝手段包括选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)和选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，SNCR)2种。SCR催化剂在垃圾焚烧烟气中变性失活严重且工艺运行成本过高，故其应用相对较少；SNCR技术具有设备投资低、适应性强及经济性较好等优势，故在垃圾焚烧处理中得到广泛应用[3-4]。然而，受化学反应动力学限制，SNCR脱硝技术存在温度窗口。在理想情况下，将反应温度控制在窗口(875~1 050 ℃)内可达到60%~80%的脱硝效率[5]，而当反应温度偏离此脱硝温度窗口时，脱硝效率将大幅降低[6]。由于垃圾焚烧烟气温度较低，且烟气中含有的O2、H2O及飞灰等成分均会影响SNCR脱硝效率，因此，在实际工程中，常规SNCR脱硝技术仅有约30%~50%的脱硝效率，无法满足我国日趋严苛的NOx排放标准[7-8]。因此，拓宽垃圾焚烧烟气SNCR的温度窗口、强化SNCR脱硝是垃圾焚烧行业亟待解决的问题。
近年来，研究者主要通过加入各种添加剂来改善SNCR脱硝特性，以提升其脱硝效率。所采用的添加剂包括小分子气体、碱金属化合物、有机含氧化合物及其他新型添加剂。在气体添加剂方面，张彦文等[9-10]通过对添加甲烷的SNCR脱硝实验研究及CHEMKIN模拟研究，证明了添加CH4能提高低温时的脱硝效率，并可拓宽温度窗口。这是由于CH4的氧化反应使得反应氛围中的OH和HO2等基元含量增加，促进了NH3反应形成NH2，从而促进脱硝过程。HAO等[5]发现，Na/K添加剂在850~1 150 ℃都能起到明显提升SNCR脱硝效率的作用，促进效果Na2CO3 > KCl > NaCl。ROTA等[11]通过实验研究证明了添加醇、酯、酚、羧酸、醛及醚等6类典型含氧化合物后，SNCR脱硝温度窗口均不同程度地拓宽至原来的1.5~2倍，且促进作用的强弱与含氧化合物的种类没有必然联系。在150 kW中试实验台上，JAVED等[12]研究了添加H2O2、C2H5OH、C2H4(OH)2和C3H5(OH)3对SNCR脱硝的影响，发现4种添加剂都能使最佳脱硝温度大幅度向低温区移动。其中，[C3H5(OH)3]/[NO]为2.0时，最佳脱硝温度降低了330 ℃。
不同添加剂均可不同程度地影响SNCR温度窗口和脱硝特性，但碱金属化合物的引入则可能带来烟气颗粒物浓度提升及换热器结焦问题[13-14]。气体添加剂因其在工艺实际中的存储问题等限制了其应用，而有机含氧化合物可被直接喷入炉膛SNCR反应区域，在高温烟气中会被分解氧化成无害气体排出，故可行性较好。截至目前，已有大量研究者认为，添加单一组分有机含氧化合物能拓宽SNCR温度窗口[11-12, 15]。生物油作为一种生物质热利用过程中的副产品，其成本低廉且含有丰富有机含氧化合物，但将其作为SNCR添加剂的研究相对较少。张波[16]将生物油作为循环流化床燃煤锅炉SNCR脱硝添加剂，结果表明，添加1%质量比例谷壳油会使SNCR脱硝窗口向低温方向移动约50 ℃，并拓宽了窗口宽度。
本研究针对垃圾焚烧烟气的SNCR脱硝，利用高温管式炉研究了生物油添加比例(β)、氨氮比(NSR)与氧浓度对生物油强化垃圾焚烧烟气SNCR脱硝特性及CO排放的影响，并分析了其作用机理，旨在为以生物油作为添加剂的SNCR技术的工业化应用提供参考。
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本研究中所使用的生物油取自湖北某热解多联产示范基地，由农林废弃物白杨木屑和竹屑经烘焙1 h，在600 ℃移动床热解后经空冷和水冷后得到[17]。考虑到木焦油富含酚类有机物，可能带来二次污染，故本研究仅添加生物质热解油的上清液(后简称“生物油”，bio-oil，BO)来进行研究。生物油的pH为2~3，其成分由气相色谱-质谱联用(GC-MS,Aligent,7890A/5975C)分析。分析结果表明，该生物油由有机酸(乙酸38.56%、丙酸3%)、糠醛3.1%、酚类(苯酚4.45%、2-甲氧基苯酚3.74%)及少量醇、酮类等组成。
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实验台架装置主要由模拟烟气发生系统、高温管式炉、尿素及生物油喷射系统与烟气在线分析系统组成(见图1)。模拟烟气采用NO、O2、CO2和N2标准钢瓶气配制，通过质量流量计精确控制各气体流量。所有气体经过混气瓶混合均匀后，送入反应器内进行脱硝反应。在高温电加热管式炉内，配置内径50 mm、长900 mm的圆柱形刚玉反应器。实验时，通过程序控温保证炉内温度在700~1 200 ℃，实验前采用标准K型热电偶对反应区域温度进行标定。尿素及生物油的混合液采用微量注射泵匀速注入毛细石英管初步预热分解后，进入反应器恒温段并发生SNCR脱硝反应。模拟烟气与尿素混合液对冲设计，目的是强化烟气与还原剂之间的混合，促进脱硝反应的发生。出口烟气中NO及CO气体浓度由Testo350烟气分析仪在线测量，取反应稳定后5 min内目标气体浓度的平均值作为最终稳定的浓度值。
实验模拟烟气总流量为2 L·min−1，成分参考实际垃圾焚烧炉烟气，O2体积分数为4%~12%、CO2体积分数为15%、NO初始体积浓度为CNO, in= 600 μL·L−1，N2为平衡气。尿素与生物油混合液以0.4 mL·min−1速率匀速喷射，保证反应区域水蒸气体积分数约为15%。通过改变尿素溶液的浓度控制NSR，生物油按照指定比例，在尿素溶液定容前添加至尿素溶液中。反应器中恒温段长度约为450 mm。在设计烟气流量下，反应气体在恒温段停留时间为2.0 s以上。
在生物油热分解特性实验中，由微量注射泵精确控制，使生物油以0.2 mL·min−1速率匀速注入反应器，并在反应器中恒温区进行热分解，同时通入流量为1.5 L·min−1的N2作为吹扫气体。分解过程中，采用Testo350烟气分析仪在线监测CO等气体体积浓度，待反应稳定后由气袋收集尾气并通过气相色谱(Panna A91 GC)进行成分分析。
反应过程中SNCR脱硝效率通过式(1)进行计算。
式中：CNO, in和CNO, out分别为反应前NO体积浓度和反应稳定后的出口NO体积浓度，μL·L−1；ηNO为SNCR的脱硝效率。
定义温度窗口宽度(Tw)为脱硝效率达到本工况下最佳脱硝效率80%以上的温度区间长度[11]。为比较低温条件下生物油对SNCR脱硝效率的提升效果，定义低温范围脱硝效率提升平均值(ηpro)为700~900 ℃时脱硝效率相比空白实验提升的平均值。
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在氧气体积分数为6%，NSR为1.5的条件下，分别进行了空白及不同生物油添加比例下的SNCR脱硝实验。脱硝效率随温度变化情况如图2所示。图2表明，所有脱硝效率曲线均呈倒“V”型。其中，不添加生物油时最佳脱硝效率为67.7%，700 ℃时脱硝效率基本为0，与文献[12, 18]实验结果一致。添加生物油后，最佳脱硝温度明显向低温移动，生物油按质量分数5%、10%和15%添加时，Topt从1 061 ℃分别降低为1 027、963和969 ℃。900 ℃以下时，脱硝效率明显提高，而在1 000 ℃以上时，脱硝效率却有所降低。这是由于：在SNCR过程中，还原NOx的核心反应(式(3)、式(4))的发生严重依赖于·OH的质量浓度。在无任何添加剂的情况下，·OH主要通过系统中H2O分解产生(式(2))。在温度较低(< 900 ℃)时，O2分解产生O原子的反应受限，反应氛围中·OH质量浓度极低[19]。因此，NH2来源(式(3))受限，系统中NO无法得到充分还原(式(4)、(5))[20-21]，故脱硝效率较低。而添加的生物油会在较低温度下迅速分解，产生较多的O·、·OH及CHi·等自由基，·OH促进了NH2的生成来将大量NO还原，CHi同时也能还原部分NO(式(6)～(8))[15]，从而使得低温段脱硝效率明显提升。
在较高温度(>1 000 ℃)下，生物油和H2O分解生成·OH，使其浓度迅速增加。系统生成的NH2(式(3))会与NH3竞争部分·OH生成NH·(式(9))。NH·在高温下会被氧化成NO(式(10)～(12))[12]。然而，随着温度升高，氧化反应逐渐增强。因此，在温度较高时，脱硝效率反而下降。整体来看，添加生物油强化了温度在900 ℃以下的脱硝反应，而温度在1 000 ℃以上又会促进NH3的氧化，因此，脱硝效率曲线与Topt往低温移动。
在不同生物油添加比例下，ηopt、Tw及ηpro的变化如图3所示。由图3可知，添加5%和10%生物油时，ηopt都略微降低。这是由于最佳脱硝温度往低温移动后，NH2还原NO的反应速率有所降低[12]。而添加比例为15%时，ηopt降低约12%。这可能是由于生物油添加比例过高，导致·OH过量，促进了NH2氧化生成NO。在3种添加比例下，Tw分别从210 ℃拓宽到262、254和256 ℃。这表明添加生物油对SNCR脱硝效率在低温下的提升效果大于高温下的降低效果，对整体脱硝特性是优化提升的。另外，在700~900 ℃时，ηpro分别为16.78%、21.30%和19.14%。因此，对于相对较低的垃圾焚烧烟气温度而言，通过在900 ℃及以下区域适当添加生物油来提升SNCR脱硝效率是可行的。
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SNCR反应过程中NCO还原NO及其氧化过程(式(13)和式(14))会生成二次污染物CO[21]。图4显示了当
ϕO2 为6%时，添加不同比例生物油的SNCR脱硝过程中CO的排放情况。由图4可知，在700 ℃时，添加生物油会明显增加CO的排放，而且排放的体积分数随着添加比例的增加而增加。当β为 15%时，CO排放量达到了510 μL·L−1。这是由于：在700 ℃下，生物油中的有机化合物通过脱羰基及脱甲基等反应生成CO和低碳烃类(式(15))[15, 22]；在温度为700 ℃、ϕO2 为 6%的条件下，CHi的不完全氧化也会产生CO[23]。添加生物油比例越高，产生的CO越多。而当温度高于800 ℃时，CO及CHi能够被完全氧化成CO2，CO排放量则迅速减少为0。因此，在实际添加生物油强化SNCR脱硝时，应注意加入区域的温度要保持在800 ℃以上。 -
图5为添加10%生物油时，脱硝效率随NSR的变化情况。图5表明，在700~1 200 ℃时，脱硝效率均随NSR的增加而明显增加。在温度T为900 ℃，NSR为2.5的条件下，ηopt为92.84%，最佳脱硝温度及温度窗口均不同程度地往低温移动。对比NSR为0.75和空白样可知，NSR为0.75时，添加10%生物油，在900 ℃以下可将脱硝效率提升到与NSR为1.5时的空白相当，在700 ℃时甚至还要高些。这表明，当温度低于900 ℃时，可通过添加少量生物油来代替提高NSR实现的脱硝效率提升效果。同时，添加生物油不会出现高NSR时的氨逃逸问题[24-25]。另外，从高温段脱硝效率曲线来看，当NSR为0.75、1.5和2.5时，脱硝效率曲线下降均变得相对平缓。这是由于，加入的生物油在高温下所产生的大量CHi会与NH2竞争·OH，而CHi还原能力强于NH2[10]，因此弱化了NH2向NH的转化(式(9))，减少了NH3的氧化，在高温下缓冲了脱硝效率的下降，故导致温度窗口向高温拓展。
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图6反映了氧浓度对生物油强化SNCR脱硝效率的影响。由图6可知，
ϕO2 为0%时，添加生物油的SNCR脱硝效率随着温度升高明显升高。一般情况下，氧气是SNCR脱硝过程中的必须成分[26]，在没有任何添加剂的情况下，SNCR脱硝过程中·OH主要来自O与H2O的反应(式(2))，在没有氧气或温度较低的情况下，该反应基本不会发生[27]。图6还表明，在β 为 15%、
ϕO2 为 0的情况下，温度为900℃和1 100 ℃时的脱硝效率分别为29.71%和65.78%。这说明添加生物油能分解产生·OH来维持SNCR脱硝反应的进行，而在温度为700 ℃时，受限于生物油的分解及脱硝反应速率，脱硝效率无法明显提升。温度为700 ℃和900 ℃时，脱硝效率随着氧气的体积分数增加先迅速增加后降低，而温度为1 100 ℃时的SNCR脱硝效率一直降低。其原因在于：添加生物油较常规烟气会产生更多的·OH，在较低温度下受温度限制，无氧或低氧下产生的·OH仍无法满足需求；当氧气的体积分数升高时，·OH增加，SNCR效率提升；但过高时，·OH过量，效率下降。1 100 ℃时，添加了生物油的烟气氛围中·OH充足，随氧气的体积分数升高，·OH逐渐过量，脱硝效率下降。 -
生物油中的有机成分在高温下分解成小分子气体后，会被烟气中的O2氧化，故氧气体积分数对于烟气中的CO排放起到关键影响作用。图7为不同氧气体积分数下，添加15%生物油的SNCR脱硝反应过程中CO的排放情况。由图7可知，氧气体积分数的升高会降低CO排放。温度为700 ℃时，受化学反应动力学限制，在氧气体积分数为12%时，CO仍无法完全被氧化；而在温度为900 ℃和1 100 ℃时，氧气体积分数为4%即可将CO基本氧化完全。因此，在垃圾焚烧烟气中，氧气体积分数为6%~12%时[28]，将生物油作为添加剂时，不应从温度700 ℃及低于700 ℃的区域加入。
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在温度为700~1 100 ℃时，进行了生物油热分解实验。图8为生物油在各温度下分解产生的气体产物图。由图8可知，生物油分解产生的气体产物主要是CO、H2及CH4、C2H4等低碳烃类。这与张谋等[29]的研究相吻合，即富钙生物油温度高于320 ℃时会分解产生大量有机气体CHi，且随着温度的升高，总气体产量增加。这是由于高温促进了生物油中有机大分子化合物化学键的断裂，造成小分子气体产量增加。生物油易受热分解，生成小分子气体的同时使反应氛围中H·、O·、·OH及CHi·等自由基的浓度上升。另外，添加H2、CO及CH4等对于SNCR脱硝影响的研究亦表明，CO、H2和CH4的添加会不同程度拓宽SNCR脱硝温度窗口，降低最佳脱硝温度，并在较低温度时提升脱硝特性[30-32]。因此，添加生物油强化低温段脱硝作用主要是通过促进O·、·OH等自由基的生成和产生小分子气体来实现的，其机理如图9所示。
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1)对于垃圾焚烧烟气而言，将生物油作为添加剂，能拓宽SNCR脱硝反应的温度窗口，可促使最佳脱硝温度往低温移动30~100 ℃。生物油添加比例在10%以下时，最大脱硝效率基本保持不变；添加比例为10%时，在温度低于900 ℃时，SNCR脱硝效率平均提升21%。
2)低温段可通过添加适量生物油来代替提升NSR带来的脱硝效率的提升。在较高NSR下，生物油分解产生的CHi会与NH2竞争·OH，约束了NH3的氧化路径，缓冲了高温段脱硝效率的下降。
3)生物油会分解产生高浓度CO，但当温度在800 ℃以上、氧气体积分数在4%以上时，CO能被完全氧化，不会带来CO二次污染。生物油在温度高于700 ℃时会分解生成H2、CO及CH4等气体，同时使反应氛围中H·、O·、·OH等自由基浓度增加，从而促进低温下的SNCR脱硝反应。
添加生物油对垃圾焚烧烟气选择性非催化还原脱硝的强化作用及其机理
Characteristics and mechanism of bio-oil enhanced waste incineration SNCR denitrification
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摘要: 为揭示添加生物油对垃圾焚烧选择性非催化还原(SNCR)脱硝特性的影响规律及作用机理，利用高温管式炉开展了实验，以研究生物油添加比例(β)、氨氮比(NSR)及氧浓度对SNCR脱硝特性与CO排放的影响；结合SNCR基元反应与生物油热分解产物的成分，分析了添加生物油对烟气选择性非催化还原脱销的强化作用机理。结果表明，添加生物油能拓宽SNCR的温度窗口，在700~900 ℃时可明显提升脱硝效率，当β=10%时，脱硝效率平均提升约21%。在SNCR过程中，CO排放随生物油添加比例的增加而增加，但温度在800 ℃、氧浓度在4%以上时，基本无CO排放。生物油在高温下的分解产物主要为H2、CO及CH4等。添加生物油主要通过热分解生成小分子气体，同时产生大量H·、O·、HO2·及·OH等自由基来强化低温下SNCR脱硝反应。本研究结果表明，在垃圾焚烧电站中，可通过在900 ℃下适当添加生物油来提升SNCR效率。Abstract: To reveal the effect and the mechanism of adding bio-oil on the denitration characteristics of waste incineration selective non-catalytic reduction (SNCR), we studied the effects of bio-oil addition ratio (β), ammonia-nitrogen ratio (NSR) and oxygen concentration on SNCR characteristics and CO emissions in a high-temperature tube furnace. Combining SNCR primitive reaction with the analysis of bio-oil thermal decomposition products, the mechanism was analyzed. The results show that the addition of bio-oil can broaden the SNCR temperature window and significantly improve the denitration efficiency in the temperature range 700~900 °C, when β=10%, the denitration efficiency increases averagely by about 21%. During the SNCR process, CO emissions improve evidently with the increase of bio-oil addition ratio, but when the temperature is above 800 °C and the oxygen concentration is above 4%, there is almost no CO emission. The decomposition products of bio-oil at high temperature are mainly H2, CO and CH4, etc, the bio-oil under high temperature will break into small molecular gases and simultaneously generates a large amount of free radicals such as H, O, HO2 and OH to strengthen the SNCR denitration reaction at low temperature. Therefore, in the waste incineration power plant, the SNCR efficiency can be improved by adding appropriate bio-oil in the area below 900 °C.
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孟加拉位于亚洲三大经济体中国、印度、东盟交汇处，是中印孟缅经济走廊的重要参与方。随着2013年中缅油气管道开通，孟加拉湾交通线安全对我国能源安全具有重要战略意义，因此，建立与孟加拉新型伙伴关系是我国周边外交的重要内容之一[1]。2016年，习近平总书记访问孟加拉期间，两国签署了《关于建立战略合作伙伴关系的联合声明》，提出“在南南合作框架内加强双、多边合作，为各自推动落实2030年可持续发展议程做出努力”。在“一带一路”倡议下，解决孟加拉重大民生关切、推动绿色“一带一路”建设，对于加强与孟加拉战略合作伙伴关系建设具有重要意义。
1. 孟加拉饮用水砷污染概况
饮用水安全是重要民生问题。长期以来，孟加拉主要以地表水为饮用水源。由于社会经济发展和人口城镇化聚集，地表水逐渐被污染。相对于地表水，地下水可以提供可靠的水量、稳定的水质。孟加拉政府自20世纪70年代起，在国际组织援助下打了数百万口单户地下水井，使大部分人口饮用水源改为地下水，大幅降低了水致疾病的发生。然而，孟加拉的地下水中存在大范围、高浓度的砷污染，这无疑打开了“潘多拉的魔盒”。20世纪90年代末，使用这些管井的居民逐渐表现出砷中毒症状。自1993年首次在饮用水中检出砷以来，全国64个县中的62个县发现砷污染案例，481个乡中的271个乡存在严重砷污染。2000年，世界卫生组织(World Health Organization，WHO)发布的报告指出，孟加拉约有4×107人饮用水砷超标，约2×106人表现出砷中毒症状，近3×105人可能因此患癌症而死亡。饮用水质调查研究发现，孟加拉高砷暴露人口达4.5×107人，每18例成人死亡中的1例为饮用水砷暴露造成[2]。孟加拉农村地区饮用水和灌溉水源97%为地下水，英国地质调查局(British Geological Survey, BGS)和孟加拉公共健康工程局(Department of Public Health and Engineering，DPHE)调查显示，地下水中除砷污染以外，还含有较高浓度的铀、锰、硼、硫化物、氟化物、钼、钡及磷酸盐等污染物[3]。在使用了数十年含砷地下水之后，孟加拉成为世界上饮用水砷污染最严重的国家之一，而饮用水砷污染也被认为是该国“最大的自然灾难”。
2. 孟加拉地下水砷污染来源与形成机制
天然水环境中的砷主要来源于自然界的砷循环转化及人类活动造成的砷污染。其中，前者主要由于局部砷地球化学行为异常而导致固相中的砷通过风化(weathering)、还原溶解(reductive dissolution)[4]、脱附(desorption)[5-6]等作用机制释放至地下水。高砷含水层往往伴随着还原性环境、氧化-还原环境交替、硫化物矿化等水文地质特征[7]，固相中的砷释放至水相通常伴随着体系pH升高[8-9]或氧化还原电位的降低[7]。人类活动引起的砷污染，主要来源于工农业生产过程中直接或间接引入的砷污染源。孟加拉区域性地下水砷污染均为天然过程，而非人为污染造成的。
在孟加拉，砷黄铁矿是砷污染的最主要来源。2000年，BGS的研究显示，孟加拉砷来源于硫化物或金属氧化物的矿层，硫、砷、铁矿被氧化后，释放出溶解性砷和硫酸盐，硫酸盐排放入海，而砷(As(V))则被铁氧化物吸附。这些氧化物是胶体尺度，将在恒河三角洲下游沉积聚集[3]。因此，孟加拉的砷污染问题是含水层沉积物含砷、沉积物中砷释放至地下水、天然地下水循环中砷迁移等综合作用的结果，其中受污染影响最严重的是孟加拉国4个洪泛区漫滩下层的冲积扇。
3. 孟加拉人群砷暴露途径
当人们以受砷污染的水作为农业灌溉水或饮用水水源时，砷元素就有可能通过食物链直接或间接进入人体，进而对健康产生潜在的危害，最终发生急慢性砷中毒现象。毒理学及流行病学的研究表明，长期饮用含砷水会引发神经衰弱、腹泻、呕吐、肝痛等症状，并有可能导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌等癌症发病率升高[10-11]。
饮用水是孟加拉人群砷暴露的最主要途径。20世纪90年代初期，孟加拉人口为1.25×108人，大约有8×106个水井或供水点，其中约1×106个为政府的供水点；1996—1997年，第一次进行大规模调查，测试了4.5×104个供水点；以0.05 mg·L−1标准计，砷超标率约为28%。2001年，DPHE和BGS联合开展砷污染调查，测试水井中砷超标率为27%。孟加拉行政建制的农村基层政权机构乌帕齐拉(U Paci La)，辖地约300 km2，有300个左右自然村，人口约2.5×105人。在对272个乌帕齐拉大约4.5×106口水井进行调查后发现，这些水井中砷超标率约为29%；全国调查显示，水井的砷超标率约23%。据统计，孟加拉全国有2.5×109人存在砷中毒风险，且对17 896人的筛查表明，3 695人表现出砷中毒症状，比例高达20.6%。
食物(主食、蔬菜、水果等)等也是孟加拉人群砷污染的重要传播途径。孟加拉水资源总体相对丰富，但在旱季缺水期间，不少地区采用地下水进行农田灌溉。调查显示，岩石中砷含量一般为0.5~2.5 mg·kg−1，土壤中砷含量一般为10~2 470 mg·kg−1。采用含砷地下水灌溉的地区，土壤砷含量可高达83 mg·kg−1，而未被污染的农业表层土中砷浓度平均值为4.64 mg·kg−1[12]。孟加拉国民以大米等为主食，在以含砷地下水为农业灌溉用水时，稻田土壤也被砷污染，导致大米中砷含量升高，从而使得人群砷暴露。调查显示，孟加拉各种主食、蔬菜、水果、海产品等均可能存在不同程度的砷污染，这增大了人群砷暴露风险。如稻米谷粒和豆类中砷质量分数分别为110~200 μg·kg−1，菠菜和洋葱中砷质量分数分别为200~1 500 和50~200 μg·kg−1，土豆和苹果中砷质量分数分别为30~200 μg·kg−1和50~200 μg·kg−1[13]。
4. 孟加拉政府在饮用水砷污染控制方面的努力
1998年，孟加拉府颁布了国家安全饮用水和卫生政策。之后，还制定了多项相关计划和方案。2004年，孟加拉政府制定了《孟加拉砷污染控制政策和行动方案》(National Policy for Arsenic Mitigation & Implementation Plan for Arsenic Mitigation in Bangladesh)；2005年，批准了地方政府与城乡发展部(Ministry of Local Government and Rural Development，LGRD)的部门行动计划(Sector Development Plan, SDP 2005-2015)，并于2011年进一步颁布了修订后的行动计划SDP 2011-2025。
根据这些方案，孟加拉政府提出并实施了具体砷污染控制策略：提高公众对砷污染及其危害的认识；采用现场测试试剂盒测定管井水中砷浓度，开展含砷井水普查；采用红色、绿色对有砷或无砷的井水进行标识；对于高砷水井，倡导更换水源或改用其他低砷水井；提供替代的供水方案；砷中毒患者识别与管理等。
孟加拉政府还积极组织实施了砷污染控制的重大项目，如孟加拉供水项目(Bangladesh Water Supply Program Project, BWSPP)、孟加拉农村地区环境卫生与供水工程、国家农村供水项目、孟加拉环境技术认证-除砷技术(Bangladesh Environmental Technology Verification - Support to Arsenic Mitigation, BETV-SAM)等。过去20多年来，DPHE在全国共安装、提供或分派了大约44.2×104个供水井，其中15.5×104个安装于砷污染地区；实施了300个村级的集中式供水工程，孟加拉政府先后认证许可了6种除砷技术，且安装1.4×104个单户和290个社区除砷过滤器。DPHE后续将在政府相关规划和行动计划支持下，在2.5×105个供水点提供无砷水过滤器。孟加拉大约有3.5×107人受砷污染影响人口，过去25年政府覆盖解决了大约1.6×107人的饮用水安全问题。
此外，孟加拉政府还与国际组织合作开展多个饮用水砷污染控制项目，主要包括SHEWA-B项目和DART项目[13]。1)SHEWA-B项目由英国国际发展部(UK Department for International Development)推动实施，目的在于提高公众对卫生、安全饮用水认识，并有效控制砷污染。该项目目标是建设2.1×104个新型无砷安全饮用水的供水点，其中安全饮用水源包括深层管井、挖掘井、塘或河水过滤器、雨水池和除砷系统等。项目实施超过5年，覆盖31个区超过1 000个聚居点。2)DART项目由加拿大国际发展局(Canadian International Development Agency, CIDA)资助，在26个砷污染严重且缺乏替代水源的地区实施。截至2008年，该项目共安装近2×104个单户型和50个社区型除砷过滤器，受益人口超过1×105人。
20多年来，孟加拉政府及国际社会对孟加拉砷污染治理开展了大量工作，但从根本上控制砷污染仍任重而道远。2015年，孟加拉颁布“安全无砷饮用水规划”，提出在今后15年逐步解决全国饮用水砷污染问题，预计总投资达2.1×1010美元。然而，尽管全世界针对饮用水除砷技术做了大量的研究，但仍缺乏经济、操作方便、适用于发展中国家的可行技术[14]。因此，实现“安全无砷饮用水规划”目标对于孟加拉而言，无疑具有重大挑战。
5. 中国科研团队推进孟加拉饮用水除砷扶贫援外
中国科学院生态环境研究中心在饮用水除砷领域开展了近20年研究、技术开发与工程应用的系统性工作，开发了基于铁锰复合氧化物的非均相氧化-吸附一步法除砷原理、关键技术和核心装备[15-18]，形成了针对村镇、城市等不同规模的饮用水除砷工艺原理和系统化方案，完成数十个农村、城镇和城市饮用水除砷工程建设或水厂强化除砷改造工程，相关技术成果被纳入水利部《村镇供水工程设计规范》、住建部《城镇供水设施建设与改造技术指南》、科技部《水污染治理先进技术汇编》。围绕孟加拉饮用水砷污染重要需求和重大难题，中国科学院-发展中国家科学院水与环境卓越中心(简称水与环境卓越中心)依托中国科学院生态环境研究中心在饮用水除砷领域的成果积累，积极推进在孟加拉的饮用水除砷扶贫工作。水与环境卓越中心多次组织专家团队前往孟加拉与LGRD、DPHE、孟加拉科学和工业研究委员会(Bangladesh Council of Scientific and Industrial Research, BCSIR)、孟加拉工程技术大学(Bangladesh University of Engineering and Technology, BUET)等交流合作，并积极推进孟加拉饮用水除砷援外项目(第一期)。该项目拟采用中国政府援外资金，建设一座处理规模为2×104 t·d−1的除砷水厂。目前，该项目已完成前期采样实验、技术可行性评估和立项建议与批复等工作，并已报送中国驻孟加拉大使馆。
2018年，DPHE派团访问水与环境卓越中心，总结过去20多年孟加拉在控制砷污染方面的经验、成效与不足，提出在后续工作中希望中国科学院重点协助的几方面工作：1)技术转移，引进经济高效、操作方便、运行稳定的除砷技术和设备；2)系统提出涵盖地下水、地表水、雨水等水源的农村供水可行解决方案；3)提出针对农村、城市砷污染地区可持续性的综合解决方案；4)拓展资金来源，解决城市和农村除砷供水系统的投资缺口；5)提高公众认知，开展骨干人员培训；6)研究和评估地下水资源，在保证水质安全的前提下挖掘地下水潜力。
此外，水与环境卓越中心积极推进两国科技文化交流，在中国科学院白春礼院长见证下，与BUET签订双方合作框架协议，推进包括饮用水除砷合作、建设联合实验室等的全方位合作。BUET大学校长ISLAM Saiful教授受聘担任“一带一路”国际科学组织联盟(Alliance of International Science Organization, ANSO)理事会理事。水与环境卓越中心与BUET联合申请ANSO项目，在孟加拉开展村镇饮用水除砷技术示范。目前，双方的合作已逐渐形成了以解决重大民生问题为导向、以科技文化交流合作为基础、以具有自主知识产权核心技术和装备输出为着力点的“一带一路”科技合作模式。
6. 孟加拉砷污染控制策略与方向
近20年，孟加拉政治稳定，政府积极推进并加快市场化与自由化改革，经济得到高速发展。2005年至今，国内生产总值(GDP)增长率始终保持在6%以上。2018年，联合国发展政策委员会宣布，孟加拉国可从“最不发达国家”进入到发展中国家行列。经济的快速发展为孟加拉解决包括饮用水砷污染在内的重大民生问题提供了坚实的基础。
以饮用水砷污染及其健康风险控制为目标，制定科学、合理、有效的砷污染控制策略，对于孟加拉在全国范围内解决饮用水安全等民生问题具有重要意义。制定科学合理的砷中毒防治策略，应全面调查含砷水井和饮用水砷暴露人群，综合考虑饮用水、食物等暴露途径，科学评估砷暴露剂量和健康风险，并采用宣教、预防、控制、治疗等不同手段，有效降低人群砷暴露水平、控制砷中毒风险。在饮用水砷污染控制方面，孟加拉应全面加强含砷水井筛查、标识和高砷水井禁用，综合考虑砷以及共存有毒元素控制，适时提高饮用水砷污染物控制标准，积极引进和开发适合发展中国家的经济高效、可行稳定适用技术和成套装备，合理推进单户分散式向社区集中式、城乡一体式等饮用水除砷供水模式发展，因地制宜规划利用地下水、雨水和地表水等水资源，分区域统筹保障农村、城市饮用水安全和砷污染控制的实施，积极构建技术、装备、运营、监管、绩效评估等协同的饮用水砷污染控制技术体系与运营模式。
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图 3 添加生物油对SNCR特性参数的影响
Figure 3. Effect of adding bio-oil on SNCR characteristic parameters
图 5 NSR对生物油强化SNCR脱硝效率的影响
Figure 5. Effect of NSR on the Bio-oil Enhanced SNCR Efficiency
图 6 氧气体积分数对生物油强化SNCR脱硝效率的影响
Figure 6. Effect of oxygen concentration on bio-oil enhanced SNCR efficiency
图 7 氧浓度对生物油添加的SNCR过程CO排放的影响
Figure 7. Effect of oxygen concentration on CO emission of bio-oil enhanced SNCR
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