環(huán)保——大氣污染及其防治

1、2022-5-251第四章第四章 大氣污染及其防治大氣污染及其防治4-1 4-1 概述概述一、大氣的組成 1空氣與大氣 空氣：對(duì)于室內(nèi)或特指某個(gè)場(chǎng)所供呼吸用的 大氣：大區(qū)域全球性氣流為研究對(duì)象 2大氣圈的結(jié)構(gòu)（圖4-1） 3大氣組成 恒定組分: N2、O2、Ar 可變組分: CO2、H2O 不定組分: H2S、SOx、NOx 2022-5-2522022-5-253二、大氣的重要性 1人類(lèi)生存的要素 2助燃 3保護(hù)生物 阻止紅外線(xiàn)輻射,地球溫度變化幅度小; 阻止紫外線(xiàn)輻射,地面輻射少,減少皮膚癌的發(fā)生. 4反射電磁波-傳播消息2022-5-254三、空氣污染的概念 GB6919-86：由于人類(lèi)

2、活動(dòng)和自然過(guò)程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達(dá)到足夠的時(shí)間,并因此而危害了人體的舒適健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象，稱(chēng)為空氣污染。 原因：人類(lèi)活動(dòng)-自然過(guò)程 必要條件：足夠的濃度和時(shí)間 污染源：污染物排放三個(gè)要素和過(guò)程 大氣狀態(tài)：大氣運(yùn)動(dòng)作用 受體：對(duì)受體的影響2022-5-2554-2 4-2 大氣污染源及主要污染物發(fā)生機(jī)制大氣污染源及主要污染物發(fā)生機(jī)制一、大氣污染源 生活污染源 工業(yè)污染源 交通污染源 農(nóng)業(yè)污染源2022-5-256二、大氣主要污染物 1.顆粒污染物(Total Suspended Particle,簡(jiǎn)稱(chēng)TSP) 粉塵 霧塵 塵粒 煤塵 煙塵 2.氣態(tài)污染物 SO

3、x(H2S)：以SO2數(shù)量最多,危害最大. NOx(NH3)：種類(lèi)較多. COx：主要燃燒和呼吸釋放. CH：主要指有機(jī)廢氣,如烴、醇、酮、酯、胺等. 鹵素化合物：主要是含氯化合物及含氟化合物. 2022-5-2573二次污染物(secondary pollutants) 一次污染物：SO2+煤塵.濕度大,氣溫低，濃度可達(dá)4.5mg/m3倫敦型煙霧 二次污染物：硫酸霧和硫酸鹽氣溶膠 洛杉磯型煙霧(photochemical smog)：NOx+ CH + h 特征：白色或淡棕色煙霧，大氣能見(jiàn)度降低，具有特殊氣味， 刺激眼睛和喉粘膜，使呼吸困難。一般發(fā)生在溫度較高 的夏季晴天，峰值出現(xiàn)在中午或

4、剛過(guò)中午，夜間消失。 機(jī)理：排放大量烴類(lèi)和氮氧化物； 光照條件下，形成過(guò)氧化物； 形成光化學(xué)煙霧； 污染質(zhì)消失，污染終止。 工業(yè)型煙霧：NOx+CH+h+重金屬顆粒+酸霧. 四日市和蘭州市2022-5-258倫敦?zé)熿F事件倫敦?zé)熿F事件2022-5-259洛杉嘰光化學(xué)煙霧洛杉嘰光化學(xué)煙霧2022-5-25102022-5-2511三、大氣污染物的轉(zhuǎn)歸 1自?xún)?轉(zhuǎn)移3污染物轉(zhuǎn)化成二次污染物 2022-5-25124-3 4-3 大氣污染的危害大氣污染的危害一、大氣污染侵入人體的主要渠道 呼吸道(為主) 消化道(食物) 體表接觸侵入(皮膚接觸)二、主要危害 1 對(duì)人體健康的危害 誘發(fā)癌癥急慢性中毒20

5、22-5-2513 2對(duì)動(dòng)植物的危害 3對(duì)材料的損害4對(duì)氣候的影響補(bǔ)充：CO2年增長(zhǎng)率：2.39ppm/y 正常值：316ppm 目前：330 減產(chǎn)影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，造成破壞綠化，使植物枯死臭氧層破壞）酸雨（6 . 5pH粉塵的陽(yáng)傘效應(yīng)的溫室效應(yīng)2CO2022-5-2514大氣污染對(duì)植物和材料的危害大氣污染對(duì)植物和材料的危害2022-5-2515三、全球大氣環(huán)境問(wèn)題 溫室效應(yīng)：據(jù)估計(jì)，如果氣溫上升1，海平面要升高10厘 米，而全球3/4的大城市和占40%的人口都集中在 離海岸不過(guò)60千米以?xún)?nèi)的地區(qū)。 摘自光明日?qǐng)?bào)2004-11-12（1）劉東生院士文章 臭氧層破壞 酸雨蔓延2022-5-2516

6、4-4 4-4 影響大氣污染物擴(kuò)散的因素影響大氣污染物擴(kuò)散的因素一、 氣象因素 風(fēng)：氣壓不同的空氣流動(dòng). 1動(dòng)力因子 氣態(tài)污染物濃度=(污物排量/平均風(fēng)速) 湍流： 2熱力因子 1)大氣溫度層結(jié)：地球表面上方大氣T隨h而變的情況. 氣溫垂直遞減率 定義：垂直于地球表面方向上每升高100m氣溫的變化值. 取值：在對(duì)流層 =0.65oC/100m 風(fēng)的擺性風(fēng)的陣性2022-5-2517 0 正常層(對(duì)流層) h T 原因：大氣直接吸收太陽(yáng)輻射能造成的增溫沒(méi)有 地面輻射造成的增溫顯著,即地面是大氣的主要 增溫?zé)嵩? 由于地層大氣中含有吸收地面輻射能較強(qiáng) 的水蒸氣和固體顆粒物,在大氣中分布是愈往上 愈

7、少. = 0 等溫層 0 逆溫層2022-5-2518 氣溫干絕熱遞減率(dry adiabatic lapse rate) 意義：干空氣團(tuán)或未飽和的濕空氣團(tuán)絕熱上升(膨 脹,T )或者下降(壓縮,T ),單位高度(100m) 溫度的變化. 取值：mCmCd100/1010098. 002022-5-2519 2)大氣穩(wěn)定度 大氣穩(wěn)定度與氣溫干絕熱遞減率有密切關(guān)系,大氣垂直運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)或者減弱取決于(/d)： d :處于不穩(wěn)定狀態(tài),上下運(yùn)動(dòng),仍有升降,易于擴(kuò) 散稀釋. =d :中性狀態(tài),上下運(yùn)動(dòng),推那停那.例如：某一個(gè)氣團(tuán)處于例如：某一個(gè)氣團(tuán)處于200m200m高空高空, ,溫度為溫度為12 1

8、2 C C， =0.5 =0.5 C/100mC/100m， d d=1 =1 C/100mC/100m 若氣團(tuán)上升至300m,溫度為11C,則要下降至200m處. 若氣團(tuán)下降至100m,溫度為13C,則要上升至200m處.2022-5-2520大氣穩(wěn)定度判斷圖大氣穩(wěn)定度判斷圖10 11 12 13 14T/300地 面100200H /mm1005 . 01d /100m1212.511.5300地 面100200H /mm1005 . 11d /100m1213.510.510 11 12 13 14T/300地 面100200H /mm10011d /100m12131110 11 12

9、 13 14T/300地 面100200H /mm10011d /100m1210 11 12 13 14T/2022-5-2521二、地理因素 1動(dòng)力效應(yīng)：主要是地形、地物的機(jī)械作用改變了 氣流的運(yùn)動(dòng). 地形：主要是谷地、盆地,由于四周群山屏障,減小風(fēng) 速,阻止空氣流動(dòng),易造成逆溫. 地物：主要指城市各類(lèi)建筑物(尤指高層)阻礙局部地 區(qū)氣流運(yùn)行,降低風(fēng)速,在建筑物背風(fēng)區(qū)形成小 范圍的渦流,不利于污染物擴(kuò)散. 日落后先冷 冷空氣熱空氣2022-5-2522 2熱力效應(yīng) 由于下墊面性質(zhì)不同,使得受熱、散熱不均勻,引起溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的變化. 例如由于下墊面性質(zhì)的差異,使地表熱力狀況不均勻受熱,形成局

10、部氣流,對(duì)大氣污染物的擴(kuò)散有著明顯的影響.三、其他因素 1污染物排放的幾何形狀和排放方式不同 面狀排放 連續(xù)排放(危害最大) 地面排放 2污染源的 污染物濃度污染物濃度 源強(qiáng)源強(qiáng)/ /源高源高 源高：煙囪高度源強(qiáng)：排放速率2022-5-25234-5 4-5 大氣污染物的綜合防治與技術(shù)大氣污染物的綜合防治與技術(shù)一、綜合防治原則 1控制大氣污染源 2防止或減少污染物的排放 改革能源結(jié)構(gòu)；提高煤炭品質(zhì)；對(duì)燃料進(jìn)行處理；改進(jìn)燃燒裝置和燃燒技術(shù)；采用無(wú)害工藝；開(kāi)源節(jié)流綜合利用；加強(qiáng)管理；改進(jìn)汽車(chē)排氣裝置 3治理排放的主要污染物 4污染的法制宣傳與管理 2022-5-2524二、消煙除塵技術(shù) 1除塵裝置

11、的技術(shù)性能指標(biāo) 煙塵濃度的表示方法 煙塵的個(gè)數(shù)濃度：顆粒物的個(gè)數(shù)/單位氣體體積 煙塵的質(zhì)量濃度：g/m3 除塵裝置的處理量 含義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所能處理煙氣量的大小. 單位：m3/h m3/s 除塵裝置的效率 除塵效率：除下的煙塵量/含塵煙氣總量 除塵效果：未除煙塵量/含塵煙氣總量 除塵裝置的壓力損失(壓力降) 煙氣經(jīng)除塵裝置所消耗的能量,(Pa;mmH2O)2022-5-2525 G：煙塵流量, g/s 清凈氣體 C：含塵濃度, g/m3 G2、C2、Q2 Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間的煙塵量, m3/s 含塵氣體 G1、C1、Q1除塵效率：除塵效果：多級(jí)除塵效率： 捕集塵粒 G3、C3、Q3 %10013GG

12、1%100%10013112GGGGG）（總211112022-5-2526 2除塵設(shè)備簡(jiǎn)介（表4-4、表4-5） 機(jī)械式除塵器 按機(jī)制分類(lèi) 過(guò)濾式除塵器 濕式除塵器 靜電除塵器 濕式除塵器 是否用液體分類(lèi) 干式除塵器 高效除塵器 除塵效率高低分類(lèi) 中效除塵器 低效除塵器附：各種除塵裝置實(shí)用性能比較 2022-5-25272022-5-25282022-5-2529三、排煙脫硫 氣態(tài)酸性氧化物(同堿、鹽反應(yīng)) 1原理 SO2 中間價(jià)態(tài) 溶于水 2方法 1）干法 優(yōu)點(diǎn)：排煙溫度高,易擴(kuò)散. 缺點(diǎn)：效率低,設(shè)備龐大. 活性炭吸附法 催化氧化法42322122SOHSOOSOOH2424423224

13、252MnOSOKKMnOSOHSOSOSOSOKOV或硅載體2022-5-2530 2）濕法 優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單,流程短,建設(shè)費(fèi)用省 缺點(diǎn)：溫度低,濕度大,煙氣上升高度低,難擴(kuò)散. 氨法：2NH3.H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O(工藝成熟,簡(jiǎn)單操作方便,重點(diǎn)掌握) 回收(NH4)2SO4： (NH4)2SO3+(1/2)O2 (NH4)2SO4 回收石膏： (NH4)2SO4+Ca(OH)2 CaSO4.2H2O+2NH3 回收硫磺： (NH4)2SO3 2NH3+SO2 + H2O SO2 + H2S 3S + 2H2O2022-5-2531 鈣法 Ca(OH)2 + SO2 CaS

14、O3 + H2O CaSO3 + SO2 + H2O Ca(HSO3)2回收石膏：CaSO3 + (1/2)O2 + 2H2O CaSO4.2H2O Ca(HSO3)2 + NO + H2O CaSO4.2H2O +(1/2)N2 2Ca(HSO3)2 + NO2 + 2H2O 2CaSO4.2H2O +(1/2)N2 + 2SO2 (此法同時(shí)除去NOx) 堿法(鈉法) NaOH 鎂法 MgxMnOy 和MgO Grillo法 MgxMnOy 副產(chǎn)物H2SO4濃度可達(dá)98%. Chemical法(MgO)2022-5-2532四、排煙脫硝（氮） NOx為氣態(tài)酸性氧化物 1原理 中間價(jià)態(tài),有氧化

15、還原性,氧化性為主 NO難溶于水,常需變成NO2 2方法 堿液吸收 NaOH、Na2CO3、NH3水 NO + NO2+2MOH2MNO3+H2O吸收法 2MOH + 2NO2 MNO2 + MNO3 + H2O 熔融鹽吸收 濃硫酸吸收 活性炭吸附法 絲光沸石分子篩2022-5-2533非選擇性催化還原法 定義：在催化劑的作用下,還原劑不加選擇地與廢氣 中的NOx與O2同時(shí)發(fā)生反應(yīng). 溫度：400500C 催化劑：Pt、Cu、Co、Ni、Cr、Mn等的氧化物 主要反應(yīng)：CH4 + 4NO CO2 + 2H2O + 2N2 CH4 + 4NO2 4NO + CO2 + 2H2O 選擇性催化還原法 定義：在催化劑作用下,還原劑只選擇性