2022年《大氣污染控制工程》教案-第一章

1、第一章 概 論第一節(jié) 大氣與大氣污染一、大氣的組成1.大氣與空氣大氣 atmosphere：指圍繞地球的全部空氣的總和 surrounds the Earth The entire mass of air which 環(huán)境空氣 ambient air ：指人類、植物、動物和建筑物暴露于其中的室外空氣（Outdoor air to which people,plants,animals and structures are exposed ）；從自然科學(xué)角度來看,兩者并沒有實質(zhì)性的差別；但在環(huán)境科學(xué)中,為了便于說明問題, 有時兩個名詞分別使用,一般對于室內(nèi)和特指某個地方（車間, 廠區(qū)等）,供應(yīng)植

2、物生存的氣體,習(xí)慣上稱為空氣,對這類場所的空氣污染用空氣污染一詞,并規(guī)定相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評判方法；而對大區(qū)域或全球性的氣流,常用大氣以詞,同時對區(qū)域性的空氣污染稱為大氣污染,并有相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評判方法；大氣污 染掌握工程的討論內(nèi)容和范疇,基本上都是環(huán)境空氣的污染與防治,而且更側(cè)重于 和人類關(guān)系最親密的近地層空氣；據(jù)討論,成年人平均每天需1 公斤糧食和2 公斤水,而對空氣的需求就大的多,每天約 13.6 公斤（合 10m3）,不僅如此,假如三者同時斷絕供應(yīng),就引起死亡的首 先是空氣；2.大氣的組成大氣是由多種氣混合組成、按其成分可以概括為三部分：干燥清潔的空氣,水蒸 汽和各種雜質(zhì)；干潔空氣的主

3、要成分是氮、氧、氬和二氧化碳?xì)怏w,其含量占全部干潔空氣的99.996體積 ；氖、氦、氪、甲烷等次要成分只占0.004左右 ,如表11 所示（ 2）；由于空氣的垂直運(yùn)動、水平運(yùn)動以及分子擴(kuò)散,使不同高度、不同地區(qū)的大氣得以交換和混合；因而大氣的組成比例直到90 一 100km 的高度仍基本保持不變；也就是說,在人類常?；顒拥姆懂爟?nèi),任何地方干潔空氣的物理性質(zhì)是基本相同的；大氣中的水蒸氣含量平均不到0.5,而且隨著時間、地點、氣象條件等不同而有較大變化；其變化范疇可達(dá) 0.01 4；大氣中的水汽含量雖然很少但卻導(dǎo)致 了各種復(fù)雜的天氣現(xiàn)象：云、霧、雨、雪、霜、露等；這些現(xiàn)象不僅引起大氣中濕 度的變化

4、,而且仍引起熱量的轉(zhuǎn)化；同時,水氣又具有很強(qiáng)的吸取長波輻射的才能,對地面的保溫起著重要的作用；二、大氣污染 含有上述恒定組分和可變組分的空氣,我們認(rèn)為是干凈的空氣,而大氣中不定組分來源有二：一是自然界的火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、海嘯、地震等自然災(zāi)難；二是 人類的生產(chǎn)生活活動；因此而形成的污染物有塵埃、硫、硫化氫,硫氧化物,氮氧 化物, 鹽類及惡臭氣體等,這些不定組分的最主要來源也就是大氣污染得主要根源；大氣污染的定義可概括如下：由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中,出現(xiàn)出足夠的濃度,達(dá)到 了足夠的時間,并因此而危害了人體的舒服、健康和人們的福利,甚至危害了生態(tài) 環(huán)境,這種現(xiàn)象就是大氣污染；三

5、、全球性大氣污染問題 1.溫室效應(yīng)大氣中的二氧化碳和其他微量氣體如甲烷、水蒸氣等, 可以使太陽短波輻射幾乎無衰減的通過,一氧化二氮、 臭氧、氟氯碳（CFCs）、但卻可以吸取地表的長波輻射,由此引起全球氣溫上升的現(xiàn)象,稱為溫室效應(yīng)；上述那些氣體,稱為溫室氣體；二氧化碳是最重要的溫室氣體；2.臭氧層破壞大氣中臭氧含量僅占一億分之一,主要集中在平流層中,稱為臭氧層；導(dǎo)致臭氧層破壞的主要緣由：氟氯碳、氮氧化物等物質(zhì)向大氣排放逐年增多；3.酸雨pH 小于 5.6 的雨、雪或其他形式的大氣降水（如霧、露、霜）稱為酸雨；形成緣由：化石燃料和汽車尾氣排放的硫氧化物和氮氧化物,在大氣中形成硫酸和硝酸,又以雨、雪

6、、霧等形式返回地面,形成“ 酸沉降”；其次節(jié) 大氣污染物及其來源大氣污染物指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對人和環(huán)境產(chǎn)生有害影響的那些物質(zhì)；大氣污染物的種類許多,按其存在狀態(tài)可概括為：氣溶膠狀態(tài)污染物,氣體狀態(tài)污染物；1氣溶膠狀態(tài)污染物在大氣污染中, 氣溶膠系指固體粒子、液體粒子或它們在氣體介質(zhì)中的懸浮體；從大氣污染掌握的角度,依據(jù)氣溶膠的來源和物理性質(zhì)可將其分為如下幾種：1粉塵 dust：粉塵系指懸浮于氣體介質(zhì)中的小固體粒子,能因重力作用發(fā)生沉降,但在某一毆時間內(nèi)能保持懸浮狀態(tài)；它通常是由于固體物質(zhì)的破裂、研磨、分 級、輸送等機(jī)械過程或土壤、巖石的風(fēng)化等自然過程形成的；粒子的外形往往是

7、不規(guī)章的；粒子的尺寸范疇,一般為 1200 m 左右；2 煙（ fume）:一般指由冶金過程形成的固體顆粒的氣溶膠；它是由熔融物質(zhì)揮發(fā)后生成的氣態(tài)物質(zhì)的冷凝物；在生成過程中總是伴有諸如氧化之類的化學(xué)反應(yīng)；煙的粒子尺寸很小,一般為 0.011 m 左右；3飛灰 fly ash：指燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣排出的分散得較細(xì)的灰分；4黑煙 smoke：指由燃料燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠；5霧 fog ：指氣體中液滴懸浮體的總稱；總懸浮顆粒物 TSP:指能懸浮在空氣中, 空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑100 m 的顆粒 物；可吸入顆粒物PM 10:指懸浮在空氣中,空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑10 m 的顆粒物；2.氣體狀態(tài)污染物以分子狀

8、態(tài)存在,簡稱氣態(tài)污染物；總體上可分為五大類：以SO2為主的硫氧化物,以 NO 、NO 2 為主的氮氧化物,碳氧化物,有機(jī)化合物及鹵素化合物；對于氣態(tài)污染物、又可分為一次污染物和二次污染物；一次污染物是指直接從 污染源排到大氣中的原始污染物質(zhì)；二次污染物是指由一次污染物與大氣中已有組 分或幾種一次污染物之間經(jīng)過一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而生成的與一次污染物性質(zhì) 不同的新污染物質(zhì)； 在大氣污染中日前受到普遍重祝的 一次污染物主要有硫氧化物、二次污染物主要是硫酸煙霧 氮氧化物、碳氧化物以及碳?xì)浠锏龋皇艿狡毡橹匾暤腟ulfurous smog 和光化學(xué)煙霧 Photochemical smog ；3.氣

9、態(tài)污染物的來源和特點1硫氧化物 ：主要為 SO2,它是目前大氣污染物中數(shù)量較大、氣態(tài)污染物；影響范疇廣的一種來源：化石燃料的燃燒過程,以及硫化物礦石的焙燒、冶煉等熱過程；2氮氧化物 ：氮和氧的化臺物有N 2O、NO 、NO 2、N 2O3、N2O4、N2O5,總起來用氮氧化物 NO X表示；其中污染大氣的主要是 NO、 NO 2；NO 毒性不太大,但進(jìn)人大氣后可被緩慢地氧化成 NO 2,當(dāng)大氣中有 O3 等強(qiáng)氧化劑存在時,或在催化劑作用下,其氧化速度會加快；NO 2 的毒性約為 NO 的 5 倍；當(dāng) NO 2 參加大氣中的光化學(xué)反應(yīng),形成光化學(xué)煙霧后,其毒性更強(qiáng)；來源：人類活動產(chǎn)生的 NO X

10、,主要來自各種護(hù)窯、機(jī)動車和柴油機(jī)的排氣,其次是化工生產(chǎn)中的硝酸生產(chǎn)、硝化過程、炸藥生產(chǎn)及金屬表面處理等過程；3碳氧化物 :CO 和 CO2 是各種大氣污染物中發(fā)生量最大的一類污染物；來源：它主要來自燃料燃燒和機(jī)動車排氣；4有機(jī)化合物 ：揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC ）,是光化學(xué)氧化劑O3和過氧乙酰硝酸酯 PAN的主要奉獻(xiàn)者,也是溫室效應(yīng)的奉獻(xiàn)者之一；來源：主要來自燃料燃燒和機(jī)動車排氣,以及石油煉制和有機(jī)化工生產(chǎn)；5硫酸煙霧：是大氣中的 SO2 等硫化物,在有水霧、含有重金屬的懸浮顆粒物或氮氧化物存在時,發(fā)生一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而生成的硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠；6光化學(xué)煙霧：光化學(xué)煙霧是在陽光照耀下

11、,大氣中的氮氧化物、碳?xì)浠衔锖脱趸瘎┲g發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)而生成的藍(lán)色煙霧有時帶些紫色或黃褐色；其主要成分有臭氧、過氧乙?；跛狨?、酮類和醛類等；光化學(xué)煙霧的刺激性和危害要比一次活染物劇烈得多；二、大氣污染物的來源和發(fā)生量依據(jù)對主要大氣污染物的分類統(tǒng)計分析,其主要來源可溉括為三大方面：1燃料燃燒； 2 工業(yè)生產(chǎn)過程；3交通運(yùn)輸；前兩類污染源統(tǒng)稱為固定源,交通運(yùn)輸工具 機(jī)動車火車、飛機(jī)等 就稱為流淌源；中國的大氣污染仍以煤煙型為主,主要污染物是 SO2 和煙塵；三、大氣污染概況1國外大氣污染概況各發(fā)達(dá)的工業(yè)國家的大氣污染,大致可分為三個階段：第一階段：從 18 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)中,大氣污

12、染狀況隨著工業(yè)的進(jìn)展而進(jìn)展,主要污染物是煙塵,SO2 等；是燃煤引起的所謂煤煙型” 污染；其次階段：在 20 世紀(jì) 50 至 60 歲月,由于工業(yè)高速進(jìn)展,汽車數(shù)量倍增,使能源消耗特殊是石油消耗劇增,進(jìn)展成為所謂“ 石油型” 污染；飄塵特殊是重金屬、SO2、NO X 、CO 和 HC 等大氣污染物普遍存在,造成了廠域的復(fù)合污染；著名世界的英國倫敦?zé)熿F、日本四日市氣喘病、美國洛衫磯煙霧等一系列大氣污染典型大事,皆發(fā)生在這一歲月中；第三階段：自 70 歲月以來,各國花費(fèi)了大量人力、物力和財力經(jīng)過嚴(yán)格掌握,綜合治理 取得了顯著成效, 環(huán)境質(zhì)量明顯改善；但是,由于汽車數(shù)量不斷增加,NO X,HC 和光

13、化學(xué)煙霧等的污染仍是較嚴(yán)峻的；2 我國大氣污染概況我國的大氣污染狀況是世界上較嚴(yán)峻的國家之一；我國的主要大氣污染物是煙塵和 SO2,說明煤煙型污染是我國城市大氣污染的一般問題；我國北方城市大氣污染程度比南方城市嚴(yán)峻,冬季比夏季嚴(yán)峻；我國大氣中NO X 和含重金屬的煙塵也普遍存在,蘭州和金山等地曾顯現(xiàn)國光化學(xué)煙霧；此外,我國的酸雨污染也比較嚴(yán)峻（與世界上酸雨污染最嚴(yán)峻的歐美國家相差無幾）,其中最嚴(yán)峻的是重慶和貴陽地 區(qū)；此外,仍有北京市區(qū)的 CO、包頭的氟、沈陽的鉛等皆嚴(yán)峻超標(biāo)；我國大氣中的 SO2 污染也是嚴(yán)峻的；第三節(jié) 大氣污染的影響主要大氣污染物的危害如下：1.粉塵 0.01100m：人們

14、的呼吸系統(tǒng)能有效地清晰直徑大于3 m 的顆粒,直徑小于3 m 的顆?？芍边_(dá)肺部,對人類健康威逼最大；直徑小于0.01 m 的顆粒,和氣體分子接近,不簡單在肺中停留；大氣中粉塵的危害作用可簡略歸納如下：1遮擋陽光,使氣溫降低,或形成冷凝核心,使云霧和雨水增多,以致影響氣 候； 陽傘效應(yīng) ；2使能見度降低,交通不便,航空與汽車事故增多；3某些飄塵如石棉、多環(huán)芳烴為致癌物,某些重金屬微粒對人體也有很強(qiáng)的毒害作用如：汽油中的防爆劑四乙基鉛,排入大氣后分布很廣,毒害作用很大,鉛中 毒的癥狀是腦神經(jīng)麻木和慢性腎病,嚴(yán)峻時死亡；2.硫氧化物 SO2、SO3,主要是 SO2 主要危害有：（1）SO2 能刺激人

15、的呼吸系統(tǒng),引起和加重呼吸系統(tǒng)和心血管疾病,如氣管炎,肺癌等,嚴(yán)峻時死亡；（2）SO2 可使植物中毒,損耗植物的葉子,降低作物產(chǎn)量；（3）能形成酸雨,硫酸煙霧,與粉塵反應(yīng)生成硫酸鹽粉塵,對人類和各種結(jié) 構(gòu)的材料造成很大危害；3.氮氧化物 代表氮的各種氧化物,以 NO 和 NO 2 為主； NO 可與血紅蛋白結(jié)合,降低血液 NO 的濃度達(dá)到 2500ppm 時,可使人死亡；NO 在空氣中仍可緩慢 的輸氧才能,當(dāng) 的轉(zhuǎn)化為 NO 2； NO 的危害如下：（1）毀壞棉花、尼龍等織物,破壞染料,使其退色,并腐蝕青銅材料；（2）損壞植物；（3）引起急性呼吸疾??；（4）能發(fā)生光化學(xué)煙霧,對人類和動植物產(chǎn)生

16、更大的危害；4.一氧化碳 一般空氣中的一氧化碳水平對植物及有關(guān)的微生物無害,但對人體有害,由于 它能與血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白,降低血液的輸氧才能,引起缺氧中毒；5.光化學(xué)氧化劑及光化學(xué)煙霧 氧化劑、臭氧、過氧乙酰硝酸酯、過氧苯酰硝酸酯和其他能使碘化鉀的碘離子 氧化的痕量物質(zhì),都稱為光化學(xué)氧化劑；光化學(xué)煙霧的危害如下：（1）刺激眼睛；（2）臭氧引起的胸部壓縮,刺激粘膜,頭痛、咳嗽,疲憊等癥狀；（3）引起哮喘,毀壞植物；（4）臭氧能損壞有機(jī)物質(zhì)如：橡膠、棉布、尼龍和聚酰等；第四節(jié) 大氣污染綜合防治大氣污染掌握是一項綜合性很強(qiáng)的技術(shù)影響大氣環(huán)境質(zhì)量的因素許多,所以 在建設(shè)前必需進(jìn)行全面環(huán)境規(guī)劃

17、,實行區(qū)域性綜合防治措施；大氣污染的綜合防治,實質(zhì)上就是對多種大氣污染掌握技術(shù)方案的技術(shù)可行 性、經(jīng)濟(jì)合理性、實施可能性和區(qū)域適應(yīng)性等作最優(yōu)化挑選和評判,從而得出最優(yōu) 的掌握技術(shù)方案和工程措施,達(dá)到整個區(qū)域的大氣環(huán)境質(zhì)量掌握標(biāo)準(zhǔn)；在借鑒國內(nèi)外體會教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國實際,對掌握大氣污染的綜合防治 措施作一綜述；1全面規(guī)劃、合理布局區(qū)域環(huán)境規(guī)劃是區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和社會進(jìn)呈現(xiàn)劃的重要組成部 分；它一是解決區(qū)域的經(jīng)濟(jì)進(jìn)展和環(huán)境愛護(hù)之間的沖突；二是對已造成的環(huán)境污染 和環(huán)境問題,提出改善和掌握污染的最優(yōu)化方案；因此做好城市和大工業(yè)區(qū)的環(huán)境規(guī)劃設(shè)計工作, 實行區(qū)域性綜合防治措施,是掌握環(huán)境污染包括大氣污染 的一個重要途徑；現(xiàn)在我國及各工業(yè)國家都規(guī)定,在興建大中型工業(yè)企業(yè)時,要先作環(huán)境影響評價提出環(huán)境質(zhì)量評判報告書論證該地區(qū)是否能建廠應(yīng)實行的環(huán)境愛護(hù)措施以及建廠后對將來環(huán)境可能造成的影響；2嚴(yán)格環(huán)境治理完整的環(huán)境治理體制是由環(huán)境立法、環(huán)境監(jiān)測機(jī)構(gòu)和環(huán)境愛護(hù)治理機(jī)構(gòu)二部分 組成的；我國的環(huán)境治理體制正在逐步建立和完善；1979 年公布了中華人民兵和國環(huán)境愛護(hù)法 試行 ,以及各種環(huán)境愛護(hù)方面的條例、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)；與此同時,從中心到地方以至各工業(yè)企業(yè)也逐步建立了相應(yīng)的環(huán)境愛護(hù)治理機(jī)構(gòu) 及環(huán)境監(jiān)測中心、站、點為