第三講大氣污染與控制工程

大氣污染與控制工程環(huán)境科學與工程學院胡輝楊家寬李勝利

Tel87542224；E-mail:gyhj08@;yjiakuan@環(huán)境工程導論內(nèi)容一、大氣與大氣污染二、空氣質(zhì)量標準、大氣污染物及危害三、大氣污染氣象學及大氣污染模型四、顆粒污染物及除塵工藝五、VOCs及凈化工藝六、SOx及脫硫工藝七、NOx及脫氮工藝一、大氣與大氣污染按照國際標準化組織（ISO）對大氣和空氣的定義：大氣（atmosphere）：是指環(huán)繞地球的全部空氣的總和（theentiremassofairwhichsurroundstheEarth）。環(huán)境空氣（ambientair）：是指人類、植物、動物和建筑物暴露于其中的室外空氣（outdoorairtowhichpeople，plants，animalsandstructuresareexposed）大氣與空氣環(huán)境空氣的重要性和特性環(huán)境空氣的重要性一個成年人每天呼吸大約兩萬次，吸入的空氣量大約10～15m3（13.6kg），約食物重量的10倍（食物1.5kg、水2kg）。環(huán)境空氣是一種資源，而且是一種可更新的資源。環(huán)境空氣的性質(zhì)：環(huán)境空氣是一種混合氣體，平均分子量為28.966，標準狀態(tài)下的密度為1.293kg/m3。大氣污染大氣污染通常是指由于人類活動和自然過程引起某種物質(zhì)進入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到了足夠的時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。大氣污染的一般過程Emission:SourcesMeasurementControlEffectson:HumanhealthMaterialsGlobalclimateAtmosphere:TransportDilutionModificationPollutantremovalbyNaturalmechanism源頭排放大氣擴散危害受體自然消除亟待解決的大氣污染問題臭氧層破壞溫室效應酸雨汽車尾氣污染大氣污染的特點(1)氣量大，濃度低。給監(jiān)測和治理帶來困難。(2)非穩(wěn)態(tài)。由于大氣的運動，如風的影響以及產(chǎn)生漩渦而擴散，隨著時間、空間、氣象條件的變化而變化的。(3)二次污染物。由于太陽光的照射，使進入大氣中的某些污染物質(zhì)產(chǎn)生光化學反應，生成生物毒性更大的物質(zhì)?？傊?，大氣中污染物及污染物存在的狀態(tài)是多變的，因此對掌握大氣污染的防治規(guī)律帶來許多困難。大氣污染的發(fā)展國外：18世紀末→20世紀中；“煤煙型污染”

20世紀50年代以后：“石油型污染”國內(nèi)：“煤煙型污染”幾類典型的大氣污染①煤煙型（或還原型）污染主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、NOx、CO和微粒物質(zhì)，它們遇上低溫、高濕的陰天，且風速很小并伴有逆溫存在的情況時，一次污染物擴散受阻，易在低空聚積，生成還原型煙霧。幾類典型的大氣污染②石油型（或交通型或氧化型）污染污染源主要是機動車（汽油車和柴油車）和機動船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相對濕度較低的夏季睛天，交通污染嚴重的地區(qū)可能會出現(xiàn)典型的二次污染——光化學煙霧。它對人體、動植物、材料均會產(chǎn)生破壞作用，并且嚴重影響大氣能見度。光化學煙霧實例幾類典型的大氣污染③VOCs污染可揮發(fā)性有機物（volatileoganiccompounds),簡稱VOCs，是指室溫下飽和蒸汽壓大于133.132kPa、常壓下沸點50-260℃以內(nèi)的有機化合物，包括烴類、鹵代烴、芳香烴、多環(huán)芳香烴等。來源：固定源和移動源幾類典型的大氣污染④臭味污染根據(jù)發(fā)臭基團的不同可以將惡臭污染物分為以下幾個類別：第一類，含硫化合物，即硫化氫、硫醇、硫醚和二硫化碳等；第二類，含氮化合物，即氨、三甲胺和尿素等；第三類，不飽和脂肪酸及烴類。

一)氣溶膠狀態(tài)污染物1.粉塵

是指懸浮于氣體介質(zhì)中的小固體顆粒，受重力作用可發(fā)生沉降，但在一定的時間內(nèi)能保持懸浮狀態(tài)。2.煙塵是燃料和其它物質(zhì)燃燒的產(chǎn)物。3.霧

是氣體中液滴懸浮體的總稱。大氣污染物種類大氣污染物種類二)氣體狀態(tài)污染物

1.一次污染物：

從污染源直接排入空氣中的原始污染物；

2.二次污染物：

一次污染物進入空氣后，經(jīng)過一系列化學或光化學反應生成的與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物質(zhì)。

表

氣體狀態(tài)大氣污染物種類SO3、H2SO4及硫酸鹽NO2、HNO3及硝酸鹽無醛、酮、過氧乙酰硝酸酯、O3無SO2、H2SNO、NH3CO、CO2C1~C10化合物HF、HCI含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氫化合物鹵素化合物二次污染物一次污染物污染物大氣污染源類型1．按人們的社會活動功能分類

①生活污染源②工業(yè)污染源③交通污染源2．按污染源的幾何形態(tài)分類

①點污染源②面污染源③線污染源大氣污染危害1.顆粒物對人體健康的影響飄塵對人體的危害作用(PM10,PM2.5)

2.氣體狀態(tài)污染物對人體健康的影響①具有很強的刺激性的SO2氣體②NOX的毒性③O3的刺激性作用④揮發(fā)性有機化合物(VOCs)中的有毒有害3.對城市環(huán)境中的植物、器物和材料的損失4.能見度降低幾類典型的大氣污染

1、酸雨與酸沉降

指pH<5.6的酸性降雨?，F(xiàn)在泛指酸性物質(zhì)以濕沉降或干沉降的形式從大氣轉移到地面上。酸沉降的研究始于酸雨研究。酸雨已成為當今世界上最嚴重的區(qū)域性環(huán)境問題之一。直接引起酸沉降的主要物質(zhì)是人為和天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2），其天然源一般是全球分布的，而人為排放的SOX和NOX則具有地區(qū)性分布的特點。干燥的潔凈大氣中CO2的體積分數(shù)為3.30×10-4，其溶于純水并達到平衡狀態(tài)時,水(溶液)的pH值約為5.6,因此就應將潔凈大氣中CO2溶解且達到平衡狀態(tài)時降水的pH值視為酸雨的本底pH值。pH=5.6上限的由來酸雨形成機制酸雨對植物的危害損害植物酶的功能組織；影響植物新陳代謝的功能；破壞原生質(zhì)的完整性和細胞膜。此外，還會損害根系生長及其功能；減弱輸送作用與導致生物產(chǎn)量減少?！冻俏鞯哪强美先蹣洹?/p>

攝影福建省三明市梅列區(qū)檢察院刑保興1997年4月2001年4月酸雨的經(jīng)濟損失評估酸雨的越界遷移與全球化問題酸沉降的遷移導致全球化環(huán)境問題

90年代，我國酸性降雨中硫酸根與硝酸根摩爾比大約為6.4:1，硫酸根的原生物主要是SO2；硫酸根、銨和鈣離子濃度遠高于歐美，硝酸根濃度低于歐美；因此，我國的酸雨是硫酸型。目前，我國酸性降雨中硫酸根與硝酸根摩爾比大約為4:1酸雨成分2001年度二氧化硫濃度區(qū)域分布中國SO2排放量網(wǎng)絡分布（1995）2001年度全國降

水pH值分布全國降水pH年均值等值線分布圖我國酸性降雨中硫酸根與硝酸根摩爾比大約為6.4:1，硫酸根的原生物主要是SO2；硫酸根、銨和鈣離子濃度遠高于歐美，硝酸根濃度低于歐美；因此，我國的酸雨是硫酸型。

我國酸雨嚴重的原因1）能源結構水電70-90%其它30-10%其它23.8燃煤76.2%燃煤50.4%其它49.6%燃煤26%其它74%燃煤32.9%其它67.1%我國的能源結構（90年統(tǒng)計）美國1950年能源結構美國1970年能源結構摩洛哥、挪威能源結構日本1955年能源結構燃煤16.7%其它83.3%日本1975年能源結構

一些國家能源結構比較我國酸雨嚴重的原因2）煤炭特點：中國煤炭中灰分、含硫量較高。大部分煤炭灰分在25-28%左右含硫量變化范圍較大：0.1%-10%;1995年全國商品煤含硫量平均值為1.13%1983-1991年二氧化硫排放量與煤炭消耗量的相關系數(shù)達0.96幾類典型的大氣污染2、沙塵暴沙塵暴是一種風與沙相互作用的災害性天氣現(xiàn)象，它的形成與地球溫室效應、厄爾尼諾現(xiàn)象、森林銳減、植被破壞、物種滅絕、氣候異常等因素有著不可分割的關系。沙塵暴作為一種高強度風沙災害，并不是在所有有風的地方都能發(fā)生，只有那些氣候干旱、植被稀疏的地區(qū)，才有可能發(fā)生沙塵暴。風沙風沙北京的風沙沙塵暴沙塵暴2007年2月28日凌晨1時55分左右，新疆一列火車在吐魯番境內(nèi)遭遇特大沙塵暴，列車被狂風吹翻，目前至少有4人死亡。沙塵暴甘肅乍得

3、全球變暖/溫室效應大氣層中某些氣體對短波和可見光吸收很弱，而對長波輻射吸收強烈，因此地球表面從太陽輻射獲得的熱量相對多，而散失到大氣層以外的熱量相對少，地球表面的溫度得以維持，這就是大氣的“溫室效應”。1880－2000年全球氣溫變化溫室效應的產(chǎn)生白天太陽可見光白天紅外輻射夜間紅外輻射

太陽可見光:0.3~0.7μm(短波輻射)

向外層空間的紅外輻射:>1μm(長波輻射)

溫室氣體對可見光是透明的，然而對紅外長波輻射具有強烈吸收氣體對入射太陽光與對外輻射的不同吸收二、空氣質(zhì)量標準、大氣污染物及危害四大類主要大氣污染物

顆粒污染物（Particulates）

易揮發(fā)有機廢氣（VOCs)

硫氧化物（SOx）

氮氧化物（NOx）環(huán)境空氣質(zhì)量控制標準的種類和作用

環(huán)境空氣質(zhì)量控制標準按用途分：大氣環(huán)境質(zhì)量標準大氣污染物排放標準大氣污染控制技術標準大氣污染預警預報標準按其適用范圍分國家標準地方標準行業(yè)標準環(huán)境空氣質(zhì)量標準

環(huán)境空氣（Ambientair）質(zhì)量標準是以保障人體健康和一定的生態(tài)環(huán)境為目標，而對大氣環(huán)境中各種污染物的允許含量所作的限制規(guī)定。是最基本的大氣環(huán)境標準，是進行大氣環(huán)境科學管理，制定大氣污染防治規(guī)劃和大氣污染物排放標準的依據(jù)，是環(huán)境管理部門的執(zhí)法依據(jù)。大氣環(huán)境污染物排放標準

大氣污染物排放標準是為實現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量標準，對污染源排入大氣的污染物允許含量的限制規(guī)定。是控制大氣污染源的污染物排放量和選擇設計凈化裝置的重要依據(jù)，也是環(huán)境管理部門的執(zhí)法依據(jù)。大氣污染物排放標準可分為國家標準、地方標準和行業(yè)標準。

大氣污染控制技術標準

是根據(jù)污染物排放標準引申出來的輔助標準，如燃料、原料使用標準，凈化裝置選用標準，排氣囪高度標準及衛(wèi)生防護距離標準等。是為保證達到污染物排放標準而從某一方面做出的具體技術規(guī)定，目的是使生產(chǎn)、設計和管理人員容易掌握和執(zhí)行。

警報標準

大氣污染警報標準是為保護大氣環(huán)境不致惡化，或根據(jù)大氣污染發(fā)展趨勢預防發(fā)生污染事故而規(guī)定的空氣中污染物含量的極限值。超過這一限值就應警報，以便采取必要的預防措施，盡量減少對人們的危害。

中華人民共和國國家標準 環(huán)境空氣質(zhì)量標準

Ambientairqualitystandard

GB3095－1996

(代替GB3095－82)

國家環(huán)境保護局1996-01-18批準 1996-10-01實施主題內(nèi)容與適用范圍 本標準規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分、標準分級、污染物項目、取值時間及濃度限值，采樣與分析方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計的有效性規(guī)定。 本標準適用于全國范圍的環(huán)境空氣質(zhì)量評價。環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的分類和標準分級環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分類一類區(qū)為自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其它需要特殊保護的地區(qū)。二類區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。三類區(qū)為特定工業(yè)區(qū)。環(huán)境空氣質(zhì)量標準分級（環(huán)境空氣質(zhì)量標準分為三級）一類區(qū)執(zhí)行一級標準二類區(qū)執(zhí)行二級標準三類區(qū)執(zhí)行三級標準各項污染物的濃度限值注：①適用于城市地區(qū)；②適用于牧業(yè)區(qū)和以牧業(yè)為主的半農(nóng)半牧區(qū)，蠶桑區(qū)；③適用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)區(qū)。空氣污染指數(shù)分級濃度限值空氣污染指數(shù)污染物濃度/mg·Nm-3APIPM10(日均值)SO2

(日均值)NO2(日均值)CO(日均值)O3

(日均值)500.0500.0500.08050.1201000.1500.1500.120100.2002000.3500.8000.280600.4003000.4201.6000.565900.8004000.5002.1000.7501201.0005000.6002.6200.9401501.200空氣污染指數(shù)范圍及相應的空氣質(zhì)量類別空氣污染指數(shù)API空氣質(zhì)量狀況對健康的影響建議采取的措施0～50優(yōu)

可正?；顒?/p>

51～100良101～150輕微污染

易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀

心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者應減少體力消耗和戶外活動151~200輕度污染201～250中度污染

心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動耐受力降低，健康人群中普遍出現(xiàn)癥狀

老年人和心臟病、肺病患者應在停留在室內(nèi)，并減少體力活動251~300中度重污染>300重污染

健康人運動耐受力降低，有明顯強烈癥狀，提前出現(xiàn)某些疾病

老年人和病人應當留在室內(nèi)，避免體力消耗，一般人群應避免戶外活動如何計算API？PM10=0.215mg/m3ConcentrationofPM10(mg/m3)API0.10.20.3502001000.4API=maxI(NO2),I(SO2),I(PM10)CLILCSIS1、人體健康（HumanHealth）2、物品財產(chǎn)（Properties）3、能見度（Visibility）4、全球氣候（GlobalClimate:GlobalWarming

StratosphericOzoneDepletion)大氣污染的危害劑量－反應曲線，閾值/門檻值

Dosage

Dosage=C--------concentrationofpollutantst---------exposuretime

Dose-responsecurveDose(Concentration)Response(Harmfuleffects)No-thresholdthreshold1、人體健康（HumanHealth）AnimalexperimentLaboratoryexperimentswithhumansEpidemiologicalstudiesofhumanpopulations

BiologicalMechanism2、物品財產(chǎn)（Properties）植物動物雕像等建筑物水的低pH值使得魚的骨骼畸形生長，最終導致死亡引起樹木的大量不正常死亡嚴重腐蝕建筑物建筑物的毀壞3、能見度（Visibility）

Distantscene

Thelongerdistance,themoreparticlesbetweenusandthescene,thelessclearly.

Particlesbetweenusandthescenescattersunlight(ormoonlightorstreetlight)towardus,whichpreventusfromseeingdistantscenesclearly.ThebookaboutVisibilityThebookaboutVisibility4、全球氣候（GlobalClimateI:

GlobalWarming）全球變暖/溫室效應大氣層中某些氣體對短波和可見光吸收很弱，而對長波輻射吸收強烈，因此地球表面從太陽輻射獲得的熱量相對多，而散失到大氣層以外的熱量相對少，地球表面的溫度得以維持，這就是大氣的“溫室效應”。1880－2000年全球氣溫變化溫室效應的產(chǎn)生白天太陽可見光白天紅外輻射夜間紅外輻射

太陽可見光:0.3~0.7μm(短波輻射)

向外層空間的紅外輻射:>1μm(長波輻射)

溫室氣體對可見光是透明的，然而對紅外長波輻射具有強烈吸收氣體對入射太陽光與對外輻射的不同吸收溫室氣體主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烴、一氧化二氮等。當它們在大氣中的濃度增加時，大氣的溫室效應就會加劇，引起地球表面和大氣層下部的溫度升高。人類活動排放溫室氣體的貢獻

（1980－1990）溫室氣體的主要貢獻者－CO2甲烷的溫室效應比CO2高25倍溫室效應的危害1、地球上的病蟲害和傳染疾病增加

史前病毒，蟲害加劇2、海平面上升

專家預測2050年全球溫升2－4攝氏度，海平面上升，紐約，上海，東京和悉尼淹沒

3、氣候反常，海洋風暴增多；

98年洪水；2004年7.9級強地震，引發(fā)海嘯，印尼23萬人死亡或失蹤，50萬人無家可歸

4、土地干旱，沙漠化面積增大

西部干旱，缺水，黃河斷流，沙漠化厄爾尼諾厄爾尼諾現(xiàn)象又稱厄爾尼諾海流，是太平洋赤道帶大范圍內(nèi)海洋和大氣相互作用后失去平衡而產(chǎn)生的一種氣候現(xiàn)象。正常情況下，熱帶太平洋區(qū)域的季風洋流是從美洲走向亞洲，使太平洋表面保持溫暖，給印尼周圍帶來熱帶降雨。但這種模式每2—7年被打亂一次，使風向和洋流發(fā)生逆轉，太平洋表層的熱流就轉而向東走向美洲，隨之便帶走了熱帶降雨，出現(xiàn)所謂的“厄爾尼諾現(xiàn)象”。

厄爾尼諾厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的海面水溫異常升高，海水水位上漲，并形成一股暖流向南流動。它使原屬冷水域的太平洋東部水域變成暖水域，結果引起海嘯和暴風驟雨，造成一些地區(qū)干旱，另一些地區(qū)又降雨過多的異常氣候現(xiàn)象。在科學上此詞語用于表示在秘魯和厄瓜多爾附近幾千公里的東太平洋海面溫度的異常增暖現(xiàn)象。當這種現(xiàn)象發(fā)生時，大范圍的海水溫度可比常年高出3－6攝氏度。太平洋廣大水域的水溫升高，改變了傳統(tǒng)的赤道洋流和東南信風，導致全球性的氣候反常。厄爾尼諾“厄爾尼諾”一詞來源于西班牙語，原意為“圣嬰”。19世紀初，在南美洲的厄瓜多爾、秘魯?shù)任靼嘌勒Z系的國家，漁民們發(fā)現(xiàn)，每隔幾年，從10月至第二年的3月便會出現(xiàn)一股沿海岸南移的暖流，使表層海水溫度明顯升高。南美洲的太平洋東岸本來盛行的是秘魯寒流，隨著寒流移動的魚群使秘魯漁場成為世界三大漁場之一，但這股暖流一出現(xiàn)，性喜冷水的魚類就會大量死亡，使?jié)O民們遭受滅頂之災。由于這種現(xiàn)象最嚴重時往往在圣誕節(jié)前后，于是遭受天災而又無可奈何的漁民將其稱為上帝之子－－圣嬰。拉尼娜拉尼娜是西班牙語“LaNina”-“小女孩,圣女”的意思,是厄爾尼諾現(xiàn)象的反相，指赤道附近東太平洋水溫反常下降的一種現(xiàn)象，表現(xiàn)為東太平洋明顯變冷，同時也伴隨著全球性氣候混亂，總是出現(xiàn)在厄爾尼諾現(xiàn)象之后。氣象和海洋學家用來專門指發(fā)生在赤道太平洋東部和中部海水大范圍持續(xù)異常變冷的現(xiàn)象（海水表層溫度低出氣候平均值0.5℃以上，且持續(xù)時間超過6個月以上）。拉尼娜也稱反厄爾尼諾現(xiàn)象。

拉尼娜最近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在1998年，持續(xù)到2000年春季趨于結束。厄爾尼諾與拉尼娜現(xiàn)象通常交替出現(xiàn)，對氣候的影響大致相反，通過海洋與大氣之間的能量交換，改變大氣環(huán)流而影響氣候的變化。從近50年的監(jiān)測資料看，厄爾尼諾出現(xiàn)頻率多于拉尼娜，強度也大于拉尼娜。中國海洋學家認為，中國在1998年遭受的特大洪澇災害，是由“厄爾尼諾—拉尼娜現(xiàn)象”和長江流域生態(tài)惡化兩大成因共同引起的。

4、全球氣候（GlobalClimateII:Stratosphericozonedepletion)臭氧層性質(zhì)：O3是一種淡藍色氣體，具有特殊刺激性臭味．大氣中的臭氧非常稀少，整個大氣中臭氧含量僅為10-6。假如將大氣中所有的臭氧壓縮到地面，在地表的大氣壓下厚度將近為2.5～3.5mm．臭氧在大氣中主要分布在兩個區(qū)域．90％存在于距地面20一40km的平流層中(隨緯度不同，該距離也不同)，平流層中臭氧含量占這一高度空氣總量的10-5

OzonelayerO2+hv

->O+O(1)O+O2

->O3

(2)臭氧能吸收99％以上來自太陽的紫外線輻射

20世紀70年代中期，美國科學家發(fā)現(xiàn)了南極上空的臭氧層有變薄現(xiàn)象。1984年英國南極科學家根據(jù)英國哈利灣南極站30年觀測資料，首次提出在南極上空出現(xiàn)了一個巨大的“臭氧空洞”，該“空洞”大小相當于整個美國大陸．

從20世紀70年代中期至90年代中期，南極O3氣柱總量下降了180DU(將0℃，標準海平面壓力下，1Q-5m厚的臭氧定義為1個Dobson單位，即1DU)．臭氧層破壞現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)北極1987年德國科學家發(fā)現(xiàn)北極上空出現(xiàn)臭氧層空洞，其中心位于離北極約1127km的斯匹次卑爾根島上空，大小約為南極臭氧層空洞的1／3。在2000年北極上空18km處的臭氧損耗已達到最高水平，累積耗損達60％．臭氧層破壞現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)其它地區(qū)1、中國的北京和昆明兩個監(jiān)測站經(jīng)觀測發(fā)現(xiàn)，北京和昆明上空的臭氧總量也呈下降趨勢，在最近l0年分別減少了5％和3%。2、青藏高原上空每年6月到10月上旬，出現(xiàn)一個明顯的臭氧濃度異常低值的中心，該中心臭氧濃度的總量逐年降低，年均遞減率達0.35％．3、在過去10年日本北海道上空的臭氧量減少了3．3％。東京在1980年到20世紀80年代后期，UV-B段輻射增加了30％。4、莫斯科天文學家指出，俄羅斯上空的臭氧驟減使整個西伯利亞受到了威脅．5、最近20年，北美、北非、歐洲臭氧層中的臭氧減少了3%。經(jīng)統(tǒng)計，與20世紀70年代相比，南極和北極地區(qū)春季的臭氧總量分別減少了50％和15％；南半球中緯度地區(qū)全年平均減少了5%。北半球中緯度地區(qū)冬／春季減少了6％，夏/秋季減少3%臭氧層破壞現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)破壞臭氧層的物質(zhì)1）、氮氧化物，包括NO、NO2、N20,飛行器2）氯氟烴，CFCs（氟里昂）、三氯氟甲烷(CFC—11)和二氯二氟甲烷(CFC—12)3)溴氟烴(Halons)，哈龍1301(CF3Br)、哈龍1211(CF2BrCl)和溴代甲烷(CH3Br或標記為MeBr)4)一些自然活動產(chǎn)生的自由基HOx(H、OH、HO2)氟里昂CFCs:幾十年至百年以上三氯氟甲烷(CFC—11)：平均壽命為50年，二氯二氟甲烷(CFC—12)：平均壽命為110年，CFC—113：為90年。哈龍1301(CF3Br)：65年哈龍1211(CF2BrCl)：20年溴代甲烷(CH3Br或標記為MeBr)：0.8~1.7年臭氧層破壞機理臭氧的消失

臭氧的生成臭氧層破壞的鏈式反應總反應Y為使臭氧分解的活性物質(zhì)HOX(H、HO、HO2)NOX(NO、NO2)XOX(Cl、ClO、Br、BrO)活性物質(zhì)不消耗HOX的生成主要是H2與O或H2O與CH4反應生成破壞反應總反應CFCs破壞機理Cl的生成總反應O3的破壞一個氯原于進入鏈反應能破壞10萬個臭氧分子，直至與一些含氫類化合物或甲烷反應全部生成HCl為止。并且氯化氫應及時在平流層被清除，否則會重新生成氯原于．其反應機理為溴化物也能破壞臭氧層，如果在大氣中氯和N20濃度保持恒定，Br的濃度由0.02g/kg增至0.1g/kg

，臭氧濃度將減少4％。其破壞作用機制為:N2O氧化生成的NOX和超音速飛機排放的NO，也破壞臭氧層：NO的生成O3破壞總反應臭氧層破壞形成原因臭氧層破壞原因臭氧層破壞原因CFCs破壞臭氧層機理(I)ClO+ClO+M->Cl2O2+MCl2O2+hv->Cl+ClO2ClO2+M->Cl+O2+Mthen:2x(Cl+O3)->2x(ClO+O2)net:2O3->3O2and(II)ClO+BrO->Br+Cl+O2Cl+O3->ClO+O2Br+O3->BrO+O2net:2O3->3O2TheHalleyResearchStationTheOzoneHoleMonthlyOzoneAveragesforOctoberMPEGmovieofTOMSozonemeasurementsfromNov1978toJan1992

CFCsSimcat3DModel臭氧層空洞的危害皮膚癌與白內(nèi)障三、大氣污染氣象學及大氣污染模型大氣圈垂直結構中間層平流層對流層均質(zhì)層：至80-85km，主要成分氮和氧的組成比例幾乎不變非均質(zhì)層散逸層（逃逸層，外層）暖層（熱層，電離層）15-35km同溫臭氧層高度(km)大氣圈垂直結構N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強烈照射，N2和O2產(chǎn)生不同程度的離解對流層至10km－16km穩(wěn)定的氣體組成強流的對流與湍流穩(wěn)定降低分布6.5℃/km50－100m，人類活動區(qū)域及污染物l－2km以下，邊界層或摩擦層lkm－2km以上，自由大氣層，如雨、雪、雹形成區(qū)域平流層/同溫層對流層頂向上到50km左右空氣以平流為主，無對流同溫層約－55℃，然后逐漸升高至－3℃由于逆溫分布，污染物停留時間很長中間層對流層頂?shù)?5km溫度隨高度的增加迅速降低，至－83℃大氣稀薄對流運動強烈熱層/暖層/電離層從中間層頂向上到800km在強烈的紫外線和宇宙射線的作用下，大氣中的N2、O2分子電離成了O2+、O+及NO+等離子，該層溫度隨高度的增加而急劇上升，最高可達1700℃。逃逸層/逸散層熱層以上的大氣層空氣極其稀薄大部分分子電離粒子收引力小，能進入太空主要氣象要素氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學中統(tǒng)稱為～。與大氣污染關系密切的氣象要素主要有：氣溫氣壓空氣濕度（氣濕）、

風（風向、風速）

云量云狀

能見度

降水蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。風向和風速主要氣象要素

水平(horizontal)方向的空氣運動稱為風。

（垂直方向－升降氣流）風的來向叫風向（16個方位圓周等分）風速：單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動距離（2或10min平均）

(km/h)

F－風力級（0～12級）

風向和風速－風玫瑰圖風速,m/s某地區(qū)1988年的風玫瑰圖。同心圓表示風的頻率，例如，吹南風的頻率約為11％，其中風速大于10.82m/s的頻率約為1％，風速在3.35～5.41m/s的頻率為3.5%左右。幾個重要概念1）溫度遞（直）減率γ，高度每增加單位高度的溫度降低℃/單位高度（100m，1km)2)干絕熱遞減率:干空氣塊或未飽和的濕空氣塊在絕熱條件下每升高單位高度(通常取用單位高度為100m)所造成的溫度降低數(shù)值

氣象的熱力因子溫度層結與逆溫、大氣穩(wěn)定度☆溫度層結與逆溫溫度層結

氣溫垂直分布一般有四種情況①氣溫隨高度的增加而降低。此時γ＞0，γ＞

γd②氣溫基本上不隨高度變化。此時，γ=0（等溫層結）③氣溫隨高度增加而上升。此時γ＜0

④氣溫垂直遞減率接近于1K/100m，即γ=γd

（中性層結）圖

氣溫垂直遞減率γ標準大氣壓γ＞0干絕熱等溫層γ=0逆溫層γ＜0大氣層高度氣溫γd＞0三.氣象的熱力因子溫度層結與逆溫、大氣穩(wěn)定度☆溫度層結與逆溫2．逆溫

近地層空氣溫度隨高度的增加而上升的一種現(xiàn)象.

逆溫類型輻射逆溫（如圖)平流逆溫下沉逆溫（如圖)鋒面逆溫(如圖)圖

輻射逆溫的生消過程(a)逆溫形成前的氣溫垂直分布;(b)逆溫開始生成;(C)逆溫逐漸向上擴展；(d)逐漸消失；(e)完全消失三.大氣污染氣象學及大氣污染模型圖

海風入侵時的鋒面與擴散平流逆溫下沉逆溫：由于空氣下沉受到壓縮增溫而形成的逆溫。鋒面逆溫：在對流層中：鋒面上，冷暖空氣團相遇時，如果冷暖空氣的溫差很大時，就可以出現(xiàn)鋒面逆溫。圖

下沉逆溫的形成暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成暖空氣團高溫低溫三.大氣污染氣象學及大氣污染模型三.氣象的熱力因子溫度層結與逆溫、大氣穩(wěn)定度☆大氣穩(wěn)定度

大氣穩(wěn)定度是表示空氣塊在垂直方向的穩(wěn)定程度

1.大氣穩(wěn)定度的判別①不穩(wěn)定類（γ＞γd

）;②中性類（γ=γd

）;③穩(wěn)定類（γ＜

γd

）

2.大氣穩(wěn)定度的分類(表3.2)穩(wěn)定類：E和F中性類：D不穩(wěn)定類：A、B、C季節(jié)風速白晝夜間0~2晴3~7多云8~10(陰)0~2(晴)3~7多云8~10陰夏春秋冬夏春秋冬各季各季<2m/sAA-BBA-BBB-CDEED2~2.9A-BBB-CBB-CCDED-ED3~4.9BB-CCB-CCC-DDD-EDDD5~6B-CCC-DCC-DDDD>6CDDDDDDD

p.T.ρ____周圍環(huán)境空氣

熱力學第一定律+理想氣體狀態(tài)方程+準靜力

p.T.ρ定壓比熱：干空氣=996.5J/kg.K對于標準大氣來說，在對流層下層的γ值為0．3—0．4℃／100m；中層為γ值為0.5—0．6℃／100m上層為0．65—0．75。C／100m。整個對流層的氣溫垂直遞減串平均值為0．65℃／100m。ΔZ大氣穩(wěn)定度及氣團垂直運動模型大氣穩(wěn)定度假如有一空氣塊(團)受到對流沖擊力的作用，產(chǎn)生了向上或向下的運動，那么就可能出現(xiàn)三種情況：1）如果空氣團受力移動后，逐漸減速，并有返回原來高度的趨勢，這時的氣層，對于該氣團而言是穩(wěn)定的；2）如空氣團一離開原位就逐漸加速運動，并有遠離原來高度的趨勢，這時的氣層，對于該氣團而言是不穩(wěn)定的；3）如空氣團被推到某一高度后，既不加速也不減速，保持不動，這時的氣層，對于該氣團而言是中性氣層。大氣穩(wěn)定度及氣團垂直運動模型

p.T.ρ____周圍環(huán)境空氣

污染物氣團浮力重力密度ρ與大氣穩(wěn)定度

temperaturedensity相同海拔高度，近似相等（準靜力）溫度T與大氣穩(wěn)定度氣體狀態(tài)方程大氣垂直運動的穩(wěn)定度決定于溫度差，溫度的分布（T,T’）隨高度如何變化呢？討論問題？干絕熱直減率(Dryadiabaticlapserate)絕熱條件下，干污染物氣團每上升100m，氣溫下降1℃－1℃/100m=同樣高度的周圍空氣溫度T＝T0一γ·ΔZ。假設起始溫度相同，即T0＝，則有:

從上式可見：當γ—γd＞0時，α＞0，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定；當γ—γd＜0時，α＜0，氣塊減速運動，大氣穩(wěn)定；當γ=γd時，α＝0，大氣是中性的。假設：γd=0

γ＞0時，α＞0，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定；當γ＜0時，α＜0，氣塊減速運動，大氣穩(wěn)定；（逆溫）當γ=γd時，α＝0，大氣是中性的干絕熱直減率（）可逆絕熱假設重力氣壓體積能量消耗溫度標準絕熱直減率（）為什么正常環(huán)境大氣溫度隨高度增加，會下降？標準絕熱直減率（）地球的所有的能量來自于太陽地球相當于黑體，吸收輻射和輻射能力都很強大氣層是選擇性吸收和輻射體實際絕熱直減率會受地域和時間影響而變化實際的環(huán)境溫度直減率－？℃/km=大氣穩(wěn)定度與溫度分布關系T(℃)Z(m)周圍環(huán)境溫度污染氣團溫度0實際環(huán)境大氣溫度直減率T(℃)Z(m)0干絕熱直減率保持恒定10℃/km然而，實際環(huán)境大氣溫度直減率隨時間的變化，隨地理條件的變化不同(a)不穩(wěn)Z0ZTT0T1’Z1T1氣團上升T1’>T1

氣團將越升越高氣團下降T2’<T2

氣團將越降越低T2T2’(b)中性TZ

a=0(c)穩(wěn)定TZa氣團上升T1’<T1

氣團降低至穩(wěn)定點氣團下降T2’>T2

氣團上升至穩(wěn)定點T1’T1T2T2’(d)非常穩(wěn)定TZ

逆溫a逆溫(Temperatureinversion)1、輻射逆溫ZZTT300m10°C21°C(a)黎明(b)黎明+2h00

1、輻射逆溫ZZTT300m1800m27°C(c)黎明+4h(d)下午0030°C2、平流逆溫暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成暖空氣團高溫低溫3、鋒面逆溫冷、暖氣團相遇冷暖間逆溫

暖氣上爬，形成鋒面混合高度(Mixingheight)地面排放的大氣污染物，將上升到一個極限高度，并在這個極限高度范圍內(nèi)混合均勻。這個極限高度就稱為混合高度。TZ0大氣污染湍流擴散模型用來預測大氣污染物排放后，在不同時間與空間的濃度分布所有的模型都采用必要的假設條件模型基于質(zhì)量守恒定律theGaussianplumeidea（高斯煙羽模型）yZxHh

風向

x=y=z=0

在煙囪底部高斯二維煙羽擴散方程連續(xù)穩(wěn)態(tài)排放

水平擴散系數(shù)

垂直擴散系數(shù)垂直濃度分布四、顆粒污染物及除塵工藝顆粒物粒徑與沉降速度buoyancygravityDragforceaμ

----運動粘度系數(shù)牛頓粘性定律顆粒物的重力沉降速度斯托克斯公式Stokes’lawSoρaircanbeignored,buoyant0什么叫除塵器？將帶顆粒物氣體引入一個具有一種或多種力作用的空間，在此空間，在一種或多種力的作用下實現(xiàn)顆粒物與氣體的分離，此空間就叫做除塵器。力的種類：重力慣性力離心力水的粘附力阻力靜電力除塵裝置概述從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設備稱為除塵裝置

濕式除塵裝置

干式除塵裝置

按分離原理分類：重力除塵裝置（機械式除塵裝置）：重力

慣性力除塵裝置（機械式除塵裝置）：慣力離心力除塵裝置（機械式除塵裝置）：離心力洗滌式除塵裝置：水的粘附力過濾式除塵裝置：阻力電除塵裝置：靜電力聲波除塵裝置

袋式除塵電除塵重力除塵慣性除塵濕式除塵重力沉降室四.顆粒污染物及除塵工藝干式機械除塵器二)慣性除塵器

利用粉塵與氣體在運動中的慣性力不同，使粉塵從氣流中分離出來的方法。類型a.沖擊式結構；b.反轉式結構。慣性除塵器的特點

a.能分離10-30μm左右的塵粒，除塵效率為70％;b.適合安裝在煙道上使用;c.可設計成不同的結構形式，作為前一級除塵器與其他除塵方法組成多級除塵系統(tǒng)。圖慣性除塵器的分離機理示意圖四.顆粒污染物及除塵工藝干式機械除塵器三)旋風除塵器

利用離心力作用將塵粒從氣流中分離并捕集下來的裝置?！钚L除塵器的構造及工作原理(圖)☆旋風除塵器的分類

a.切線進入式旋風除塵器；b.軸向進入式旋風除塵器旋風除塵器的特點

a.結構簡單，造價低；b.無傳動機構及運動部件維護、修理方便；c.可用于高溫含塵煙氣的凈化;d.可承受內(nèi)、外壓力；e.可干法清灰，可用它回收有價值的粉塵；f.可用以凈化含高腐蝕性粉塵的煙氣。旋風水膜脫硫除塵器GasinGasoutLimeliquidinliquidout四.顆粒污染物及除塵工藝電除塵器

當含塵氣體通過強電場時被電離而荷電，荷電的塵粒在電場力作用下到達集塵極，從而使塵粒從含塵氣體中分離出來一種除塵裝置?！铍姵龎m器的機理

含塵氣體通過兩極間非均勻電場時，在放電極周圍強電場作用下，氣體被電離，使帶電塵粒在電場作用下推向集塵極，從而達到除塵目的。☆電除塵器的類型1.按集塵電極的型式①管式電除塵器；②板式電除塵器。2.按含塵氣流在電除塵器中流動方式①立式電除塵器；②臥式電除塵器

3.按收塵極上清灰方式的不同

①干式電除塵器；②濕式電除塵器圖

平板型集塵極的不均勻電場示意圖++++(+)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)離子化區(qū)(A)集塵極(+)荷電層荷電層荷電層(-)(-)放電極(-)(B)(A)集塵極(+)高壓直流電源含塵氣體電荷產(chǎn)生粉塵荷電極板收集帶點粉塵電場中移動靜電除塵器工作過程清灰電除塵器外觀圖臥式立式寬間距臥式電除塵器HHD型寬間距臥式電除塵器電除塵器Dust-collectionplateLHigh–voltagewireforcoronadischargeCleangashDirtygasCoronadischargealongthelengthofwireCollecteddustonplateDustremovedfromplatestohoppers2H集塵板煙氣清潔氣體電暈線長度收集在集塵板上的塵電除塵器電除塵器煙道氣煙道氣詳圖：嚴密的放電極收集的粉塵風板的距離清潔氣體四.顆粒污染物及除塵工藝濕式除塵器

用水或其他液體與含塵廢氣相互接觸，實現(xiàn)分離捕集粉塵粒子和吸收有害氣體的裝置.類型a.重力噴霧除塵器；b.旋風水膜除塵器；c.貯水式?jīng)_擊水浴除塵器；d.填料塔除塵器；f.文丘里除塵器；優(yōu)點①除塵效率比干式除塵器的高；②可處理高溫、高比阻、易燃易爆含塵氣體；③具有除塵、冷卻和凈化的作用。

缺點①有廢水處理問題；②洗滌水有一定的腐蝕性，金屬設備易被腐蝕；③在寒冷地區(qū)使用濕式除塵器容易凍結；④能耗比較大。圖

填料洗滌除塵器的類型a.錯流型；b.順流型；c.逆流型濕式除塵器文丘里濕法除塵器四.顆粒污染物及除塵工藝過濾式除塵器一)過濾式除塵器

利用多孔過濾介質(zhì)分離捕集氣體中固體或液體粒子的凈化裝置。類型1.按使用原料的性狀不同;

2.按除塵器的應用目的;3.按粉塵粒子在除塵器中被捕獲位置的不同(圖);

內(nèi)部過濾:粉塵粒子是在濾層內(nèi)部而被捕集.

外部過濾:粉塵粒子是被阻擋在濾料的表面上.圖

過濾除塵器的過濾方式Dirtygasstream△xCleanedgasflowFiltercakeFiltermedium布袋除塵器原理－粉塵過濾層四.顆粒污染物及除塵工藝過濾式除塵器二)袋式除塵器

含塵氣體通過濾袋濾去其中粉塵粒子的分離捕集裝置。優(yōu)點

①對凈化含微米或亞微米粉塵粒子的效率較高；②可捕集多種干性粉塵，特別是高比電阻粉塵；③含塵氣體濃度在相當大的范圍內(nèi)變化；④可設計制造出適應不同氣量的含塵氣體的要求；⑤穩(wěn)定可靠，無污泥處理和腐蝕等問題。缺點

①受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能所影響；②不適于凈化含粘結和吸濕性強的含塵氣體；③凈化大含塵煙氣量所需投資比電除塵器高。

4、阻力大布袋除塵器結構含塵氣流噴吹除塵清灰兩類清灰方式shake-deflatebaghousepulse-jetbaghouse(震動反吹清灰袋式除塵器)(脈沖噴吹清灰袋式除塵器）震動清灰式LDB型布袋除塵器LPP系列脈沖袋式除塵器LPJ系列高壓噴管脈沖袋除塵器Jet-Pulse大風量的煙氣PPC系列氣箱脈沖袋收塵器玻纖袋收塵器該收塵器適應性強、即能在高溫(氣溫達250℃)，高濕（露點在60℃時）。LCXS型玻纖袋收塵器LDB型布袋除塵器LPP系列脈沖袋式除塵器PPC系列氣箱脈沖袋收塵器電袋復合式靜電除塵器布袋除塵器含塵氣體凈化氣體五、VOCs及凈化工藝VOCs的來源和特性常溫下是液體或固體，平衡蒸汽較高，沸點較低，易于揮發(fā)到空氣中形成氣態(tài)污染物汽車制造業(yè)、自行車、摩托車、家用電器、電線電纜、漆包線、電機及電機絕緣處、電器、儀表、電子、石油化工、涂料、化工、印鐵、印刷、家具、皮革、鞋業(yè)、玻璃、建材等行業(yè)等甲醛、甲苯、苯、乙醚、丙酮等重點控制三苯物質(zhì)：苯、甲苯、二甲苯VOCs凈化工藝(1)Condensation(冷凝法)(2)Adsorption(固體吸附法)(3)Absorption(液體吸收法)(4)combustion(Incineration)(焚燒法)(5)BiologicalOxidation(Biofiltration)(生物氧化法)濃度法氧化法常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度

/kg?m-3200～600750～1000800800800800熱容/kJ(kg·K)-10.836～1.2540.836～1.0450.920.7940.794——操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/?15～2518～48224513再生溫度

/K373～413473～523393～423473～573473～573473～573比表面積

/㎡?g-1600～1600210～360600——————吸附劑再生(a)吸附(b)解吸氣體吸收吸收設備填料塔噴淋塔吸收設備填料塔一般催化燃燒流程廢氣入口熱交換器預熱室催化床排氣補充能量汽車尾氣催化燃燒器六、SOx及脫硫工藝按脫硫設備的使用位置燃燒前脫硫燃燒中脫硫尾氣脫硫按脫硫產(chǎn)物的處理情況拋棄法回收法按脫硫工藝濕法脫硫半濕法脫硫干法脫硫燃前脫硫煤炭的洗選

煤氣化技術

水煤漿技術

燃燒中脫硫技術1）流化床燃燒技術2）爐內(nèi)噴鈣法。1、石灰石（石灰）——石膏法（濕法）2、簡易石灰石（石灰）——石膏法（濕法）3、噴霧干燥法（石灰）4、海水脫硫工藝5、荷電干粉法（石灰）尾氣脫硫技術濕法脫硫基本工藝過程石灰制備系統(tǒng)吸收氧化除霧煙氣再加熱石膏脫水水處理Fluegasdesulfurization(FGD)CaCO3+SO2+0.5O2CaSO4+CO2

limestone強制氧化濕法脫硫工藝FGDFGD反應原理煙氣脫硫工藝比較七、NOx及脫氮工藝NOx的形成機理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx：高溫下N2與O2反應生成的NOx瞬時NOx：低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOxNOx的控制技術燃燒后煙氣凈化——催化燃燒還原1.選擇性催化還原法(SCR)脫硝（圖）在