第七章 有害煙霧的防治

第七章有害煙霧的防治第一節(jié)概述——煙霧的概念（1）煙冶金過程中形成的固體粒子的氣溶膠。它是熔融物質揮發(fā)后生成的氣態(tài)物質的冷凝物，生成過程中總伴有諸如氧化之類的化學反應。（2）霧屬于氣體中小液滴的懸浮體的總稱。煙霧常常是冶煉、燃燒、金屬焊接過程中由于升華及冷凝形成的，或者由液體蒸汽的凝結、液體的霧化和化學反應等過程形成。煙霧粒子粒徑非常小，一般<1微米。本文指小于5微米的固體或者液體粒子的凈化。第二節(jié)典型有害煙霧的性質及其危害1光化學煙霧概念及其特性（1）光化學煙霧：大氣中的烴和NOx等為一次污染物，在太陽光中紫外線照射下能發(fā)生化學反應，衍生種種二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物（氣體和顆粒物）所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱為光化學煙霧。（2）光化學煙霧的成因光化學煙霧是由于汽車尾氣和工業(yè)廢氣排放造成汽車尾氣中的烯烴類碳氫化合物和二氧化氮（NO2）被排放到大氣中后，在強烈的陽光紫外線照射下，會吸收太陽光所具有的能量。這些物質的分子在吸收了太陽光的能量后，會變得不穩(wěn)定起來，原有的化學鏈遭到破壞，形成新的物質。這種化學反應被稱為光化學反應，其產(chǎn)物為含劇毒的光化學煙霧。煙霧主要發(fā)生在陽光強烈的夏、秋季節(jié)。（3）光化學煙霧的分類光化學煙霧主要有2種類型：一種是燒煤產(chǎn)生的,即倫敦型;一種是汽車廢氣產(chǎn)生的,即洛杉磯型。（4）光化學煙霧形成機理a汽車廢氣——空氣污染中的一種特殊情形汽車廢氣污染物由3個主要渠道進入大氣:一是排出尾氣;二是曲軸箱漏氣(氣體從活塞環(huán)周圍逸出);三是油箱和汽化器的蒸發(fā)。（5）影響光化學煙霧形成的因素a污染物質及濃度。b太陽輻射強度。c地理位置。d氣象條件（6）影響光化學污染的主要因素

a碳氫化合物的活性。以烯烴反應最快,其次是有側鏈的芳香烴。

b吸收光能的引發(fā)劑。以NO2最為重要,其次是醛類(特別是甲醛和乙醛)。（6）光化學煙霧的危害光化學煙霧主要是呈藍色的煙霧,具有強氧化性A對人體健康的影響光化學煙霧明顯的危害是對人眼睛的刺激作用。光化學煙霧對鼻、咽喉、氣管和肺等呼吸器官也有明顯的刺激作用,并伴有頭痛,使呼吸疾病惡化。對老人、兒童及體弱多病者尤為嚴重。在1952年洛杉磯的光化學煙霧事件中,2天內(nèi)便使65歲以上的老人死亡400余人。b對植物的危害植物受害是判斷光化學煙霧污染程度的最敏感的指標之一。植物受害現(xiàn)象是人體健康受到影響的先兆。c降低大氣的能見度光化學煙霧的重要特征之一是使大氣的能見度降低,視程縮短。d其他危害光化學煙霧會加速橡膠制品的老化和龜裂、腐蝕建筑物和衣物,縮短其使用壽命。2硫酸煙霧硫酸煙霧由煙塵、SO2與空氣中的水蒸氣混合并發(fā)生化學反應所形成（組成：SO2、H2SO4、MSO4，M代表金屬元素）光化學煙霧由汽車、工廠等排入大氣中的氮氧化物或碳氫化合物，經(jīng)光化學作用所形成的（組成：NO2、HNO3、MNO3、O3、醛、酮、過氧乙酰硝酸酯等）等。硫酸煙霧是還原型煙霧，它的產(chǎn)生是由于自然原因或人為原因向大氣中排放了大量的二氧化硫，一般在低溫，光照弱的條件下容易發(fā)生。硫酸煙霧（1）硫氧化合物的生成機理化石燃料的可燃硫主要以無機硫化物、有機硫化物以及硫化氫的形式存在，在燃燒過程中很容易與氧化物進行反應。a.有機硫化物和硫化氫的氧化b無機硫化物的氧化c.燃燒中SO3的生成d．SO2在大氣中的轉化3煙塵1)煙塵的生成機理燃料燃燒所產(chǎn)生的煙塵，按其生成機理可分為氣態(tài)析出型、液態(tài)剩余型和固態(tài)剩余型三種。（1）氣態(tài)析出型。由氣態(tài)烴類可燃物質，包括固體燃料的揮發(fā)分氣體、已蒸發(fā)的液體燃料氣和氣體燃料，在高溫缺氧條件下進行熱分解所生成的固體顆粒物，通常稱為碳黑或積炭。這種粒子尺寸很小，粒徑范圍為0.01～0.2μm，在燃燒中的生成數(shù)量非常多，尤其是在混合較差的擴散燃燒中。炭黑可以增強火焰的輻射能力，但容易附著于物體而難于清除。(2)液態(tài)剩余型。液體燃料不完全燃燒時形成的固體剩余顆粒物。液態(tài)剩余型煙塵的生成有兩條途徑：①霧化的重質油滴，在高溫下蒸發(fā)產(chǎn)生油蒸氣燃燒的同時，一邊膨脹發(fā)泡，一邊聚縮固化，最終生成粒徑一般為10～300μm、表面光滑致密、內(nèi)部是絮狀且難以燃燒的微小的空心焦粒，稱之為煤胞或油灰；②油霧滴與熾熱固體壁面接觸時，若油霧滴尚未被充分氧化，就會發(fā)生高溫裂化分解，最終形成顆粒較大，形狀不定的結焦，稱為石油焦。(3)固態(tài)剩余型。固體燃料燃燒時形成的固體剩余顆粒物，包括未燃盡固定碳和灰分。固體燃料燃燒的剩余物，一部分以大尺寸的爐渣形式排出，一部分成為飛灰排入大氣中，固態(tài)剩余型煙塵特指后者。飛灰的粒徑為3～100μm，其排放濃度和粒度與燃料性質、燃燒方式、煙氣流速、鍋爐型式、運行參數(shù)等因素有關。2)煙塵的危害對人體的危害最大

其危害程度取決于固體顆粒物的粒徑、種類、溶解度以及吸附的有害氣體的性質等。

燃燒和金屬冶煉過程，以及汽車排氣產(chǎn)生的煙塵具有很復雜的的化學組成

其中如:鎳、鎘、鉻、鈹、釩、鉛、砷等有毒化合物,特別是致癌物質苯并芘、苯芘蒽等，通過呼吸道或皮膚進入人體，引起肺癌或皮膚癌。降塵破壞人類生活的衛(wèi)生條件，污染衣物、家具、食品，但由于顆粒較大，不易進入人體肺部。粒徑小于5微米的飄塵

可不受鼻腔、氣管、支氣管的阻留進入肺部，人吸入后會引起各種呼吸道疾病和肺癌。一些飄塵能導致鼻咽炎，甚至會和空氣中的有毒氣體二氧化硫協(xié)同作用，加劇對人體的危害。煙塵大量吸收太陽光中的紫外線

降低地面陽光中紫外線的強度，間接使兩歲以內(nèi)兒童佝僂病的發(fā)病率升高，不利于兒童的生長發(fā)育。4碳氫化物1）產(chǎn)生(1)碳氫燃料

不完全燃燒和石油類物質的蒸發(fā)是大氣中碳氫化物的主要來源。

(2)汽車發(fā)動機內(nèi)的不完全燃燒排氣、化油器和油箱蒸發(fā)都會排出碳氫化物。

(3)工廠企業(yè)如石化工業(yè)、油漆、干洗等都會把碳氫化物排入大氣。2）危害（1）碳氫化物與NO2一樣，形成光化學煙霧外（2）對人體健康也產(chǎn)生危害，是一種主要的致癌物質。

如美、英等國的大城市里肺癌的死亡率約是農(nóng)村的10倍。在一批白鼠皮膚上涂以苯并[a]芘做的致癌試驗表明，5個月就有白鼠出現(xiàn)皮膚腫瘤，9個月出現(xiàn)皮膚腫瘤的白鼠數(shù)量達到40％，12個月高達80％。5碳煙

1）碳煙的產(chǎn)生（1）汽車尾氣排放中的一種污染物，主要是柴油機的排氣，其碳煙濃度約為汽油機碳煙濃度的30～80倍。（2）也是不完全燃燒的產(chǎn)物，這與柴油機的燃燒特性和和燃燒條件有關。碳煙的形成條件與CO和碳氫化物的產(chǎn)生很相似。2）分類碳煙通常分為白煙、藍煙和黑煙三種類型。白煙：出現(xiàn)在寒冷氣候下起動或怠速運轉時，由于燃燒室溫度過低、燃料的霧粒，潤滑油的微粒以及水蒸氣等未經(jīng)燃燒就被排出的直徑在1μm以上的白色液珠。藍煙：柴油機在低負荷工作或低溫下運轉時，燃油或潤滑油在未經(jīng)燃燒，或是部分燃燒，或是處于熱分解狀態(tài)下就被排出的直徑在0.4μm以下的淡藍色液珠。黑煙：通常稱作碳煙，它是柴油機在高負荷運行時，局部混合氣在高溫缺氧條件下，發(fā)生裂解脫氫反應，而形成的以碳為主要成分的直徑約在0.05μm的固態(tài)微小顆粒。白煙和藍煙都是液態(tài)微粒，由于它們的直徑不同，引起光線的不同折射結果，因此呈現(xiàn)出不同的顏色。附：有害煙霧的典型事件國外：11952年倫敦煙霧事件1952年12月5日~9日發(fā)生在倫敦的一次嚴重大氣污染事件。這次事件造成多達12000人因為空氣污染而喪生，并推動了英國環(huán)境保護立法的進程。如下圖。21943年洛杉磯光化學煙霧事件夏季，美國西海岸的洛杉磯市。該市250萬輛汽車每天燃燒掉1100噸汽油。汽油燃燒后產(chǎn)生的碳氫化合物等在太陽紫外光線照射下引起化學反應，形成淺藍色煙霧，使該市大多市民患了眼紅、頭疼病。后來人們稱這種污染為光化學煙霧。1955年和1970年洛杉磯又兩度發(fā)生光化學煙霧事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病洛杉磯光化學煙霧事件3日本——四日市哮喘事件1961年，由于石油化工和工業(yè)燃燒重油排放的廢氣嚴重污染大氣，引起居民呼吸道病癥劇增，尤其是使哮喘病的發(fā)病率大大提高，50歲以上的老人發(fā)病率約為8%，死亡10多人

。1964年連續(xù)3天濃霧不散，嚴重的哮喘病患者開始死亡。1967年，一些哮喘病患者不堪忍受痛苦而自殺。到1970年，四日哮喘病患者達到500多人，其中有10多人在哮喘病的折磨中死去，實際患者超過2000人。1972年全市共確認哮喘病患者達817人。后來，由于日本各大城市普遍燒用高硫重油，致使四日市哮喘病蔓延全國。如千葉、川崎、橫濱、名古屋、水島、巖國、大分等幾十個城市都有哮喘病在蔓延。據(jù)日本環(huán)境廳統(tǒng)計，到1972年為止，日本全國患四日市哮喘病的患者多達6376人。4比利時1930年馬斯河谷煙霧事件比利時馬斯河谷工業(yè)區(qū)。在這個狹窄的河谷里有煉油廠、金屬廠、玻璃廠等許多工廠。12月1日到5日的幾天里，河谷上空出現(xiàn)了很強的逆溫層，致使13個大煙囪排出的煙塵無法擴散，大量有害氣體積累在近地大氣層，對人體造成嚴重傷害。一周內(nèi)有60多人喪生，其中心臟病、肺病患者死亡率最高，許多牲畜死亡。這是20世紀最早記錄的公害事件。馬斯河谷煙霧事件國內(nèi)：蘭州1977年，蘭州市大氣污染十分嚴重，當時整個城市淹沒在煙霧之中。據(jù)監(jiān)測，市區(qū)最大一次濃度比1952年英國倫敦“煙霧事件”的濃度還要高。1958年，蘭州化學工業(yè)公司化肥廠投產(chǎn)，開始向黃河排放含有煤粉、炭墨的廢水，每小時排放量達1800噸。1971年，由省衛(wèi)生廳領導，省防疫站會同蘭州市防疫站等7個單位，第一次開始對黃河蘭州段的水體進行監(jiān)測。結果表明，黃河蘭州段的水質污染較為嚴重。1973年，國務院把蘭州市列為全國18個環(huán)境保護重點城市之一。第三節(jié)有害煙霧凈化裝置一綜合防治措施（1）全面規(guī)劃、合理布局或調(diào)整工業(yè)結構。（2）嚴格的環(huán)境管理體制。（3）綜合利用，提高資源利用率。（4）合理利用能源。能源利用是造成大氣污染的來源，合理利用能源是從根本上減小大氣污染物排放的方向。通常采取的措施包括：1）改變常規(guī)能源結構和用能方式。2)采用先進的清潔煤技術。3）節(jié)約能源。4）開發(fā)清潔能源。5）控制污染源頭和廢氣排放。6）構建綠色生態(tài)系統(tǒng)。二光化學煙霧的防治光化學煙霧的防治已受到人們的日益關注。主要對策有:（1）控制污染源（2）利用化學抑制劑（3）采用無污染運輸（4）植樹造林（5）城市的布局三硫酸煙霧的防治1消煙除塵（1）消煙除塵，包括消煙與除塵兩項：

消煙——改善燃燒方法，使充分

除塵

除塵的原理

a重力沉降：b慣性力除塵：

c離心力沉降：d靜電吸引：

e音波集塵：2除塵裝置

（1a）機械除塵：（I）重力除塵器（沉降室）

（II）慣性除塵器

（III）離心力除塵器

（2a）洗滌除塵：（I）文丘里式洗滌器

（II）噴射式洗滌器

（III）水膜除塵器

（3a）過濾除塵器：

（4a）靜電除塵器：3二氧化硫的處理（1）燃料脫硫

由于工藝過程的差異，又分為間接脫硫法與直接脫硫法。

間接脫硫法，將常壓殘油在加氫脫硫過程中，用減壓蒸餾，催化劑用氧化鋁作載體，其上附有金屬成分，金屬多采用元性周期表中第六族附元性如鉻、鉬、鎢與第八族的鐵、鈷、鎳、鉑。也有將這些元素組合起來使用。這樣生成的H2S與NH2，最后結合為硫氫化銨。直接脫硫法，由改進催化劑入手，直接對殘油加氫脫硫。與間接脫硫不同之處在于反應生成物進行冷卻前用高溫高壓分離器與高溫沖洗進行氣液分離，將瀝青等高沸點部分送到直接蒸餾部門。這樣可避色瀝青黏附管壁，造成傳熱不良影響，并色洗滌水形成乳狀液，難以分離。直接脫硫法效果較好，可使脫硫油含硫四降到1%。

4煙氣脫硫一般將脫硫方法分為干法與濕法兩大類。

（1）濕法

煙氣脫硫，是將煙氣中SO2與SO2轉化為液體或固體化合物，由排出的煙氣中分離出來。在此過程中，采用與二氧化硫容易進行反應的化合物，溶解于水或形成懸濁液，作為吸收劑以洗滌排出的煙氣，此為濕式脫硫法。濕法，均為化學吸收法。

1a石灰乳法：本法用含5到10%石灰石粉末或消石灰的乳濁液作為吸收劑，使煙氣中的SO2吸收，成為亞硫酸鈣。2a氨法：此法利用氨水溶液作SO2的吸劑，但由于氨分壓高，容易揮發(fā)，損失較大。3a亞硫酸鈉法：用亞硫酸鈉作為SO2的吸收劑。4a亞硫酸鉀法：吸收液采用濃的亞硫酸鉀與亞硫酸氫鉀的水溶液，在80℃左右，由煙氣中吸收SO2，經(jīng)冷卻后，形成焦亞硫酸鉀（K2S2O5），結晶析出。（2）干法

用濕法，會使煙氣溫度降低，影響煙氣上升高度，因而影響其它污染物質地面濃度增大。再由于煙氣中水氣增多，出現(xiàn)白煙。為避免以上缺陷，可采用固體或非水的液體為為吸收劑、吸附劑或催化劑，進行煙氣脫硫，此稱為干法脫硫。

吸附法：此法一般用活性碳作為吸附劑。將含SO2與O2的氣體，在約100℃時通過活性碳層。SO2與O2吸附在活性碳表面上，發(fā)生反應而生成SO2。在形成SO2過程中，活性碳也起著觸媒作用?；瘜W吸收法：金屬氧化物對SO2均有吸收能力，只是吸收能力有高低不同而已。用堿金屬氧化物作為吸收劑的稱為酸鈉法或堿化泛士法，用氧化錳作吸收劑的稱為氧化錳法。（I）鋁酸鈉法

（II）氧化錳法

（III）催化氧法課程總結與復習串講1工業(yè)毒物及其危害1.1毒物的概念及其分類1.1.1概念毒物生產(chǎn)性毒物（工業(yè)毒物）中毒急性中毒急性職業(yè)中毒

1.1.2毒物分類1）按用途分類原料中間產(chǎn)品最終產(chǎn)品輔助原料（如橡膠行業(yè)用作溶劑的苯、汽油等。）2）按生物作用性質分類（1）剌激性氣體（2）窒息性氣體單純窒息性氣體：氮、氫、乙炔、甲烷化學窒息性氣體：乙醚、氯仿、氧化亞氮、二硫化碳

1.1毒物的概念及其分類（3）麻醉性氣體苯、汽油、丙酮、氯仿（4）溶血性氣體砷化氫、苯肼、苯胺、硝基苯（5）致敏性毒物金屬化合物，如鉑鹽、鎳鹽等；異氰酸酯，如甲苯二異氰酸酯；有機磷殺蟲劑，如對硫磷、敵百蟲等1.2毒物侵入人體的途徑（與毒性）1毒物侵入人體途徑2毒物在人體內(nèi)的過程3造成職業(yè)中毒的因素2典型職業(yè)中毒現(xiàn)象及其防治2.1金屬與類金屬中毒鉛、汞、錳、砷2.2窒息性氣體中毒

一氧化碳、硫化氫、氰化氫

2.3刺激性氣體中毒

氯氣、氨氣中毒

2.4有機溶劑中毒苯、汽油

2.5有機磷農(nóng)藥中毒

對硫磷、內(nèi)吸磷、樂果、敵百蟲，敵敵畏

3有害氣體的燃燒凈化法3.1概述

1燃燒凈化燃燒凈化概念、優(yōu)點、缺點、適用條件2分類直接燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法例如:直接燃燒的溫度1100度以上熱力燃燒的溫度760－820度催化燃燒的溫度200－400度即可注意：無論采用何種燃燒方法凈化廢氣，最后都應能對燃燒過程中產(chǎn)生的熱量進行回收和利用，否則就是不經(jīng)濟的。3.2燃燒理論1熱力燃燒的基本理論1）火焰?zhèn)鞑ダ碚摗獰醾鞑ダ碚摾碚搩?nèi)容實質火焰?zhèn)鞑ト?）混合氣體的爆炸極限3）熱力燃燒機理熱力燃燒的概念、三個步驟、圖3.2熱力燃燒理論4）熱力燃燒的“三T”條件含義：反應溫度——ReactionTemperature駐留時間——ResidentialTime湍流混合——TurbulenceMix三個條件的作用3.2熱力燃燒理論熱力燃燒裝置的結構1）主體結構結構組成燃燒器：燃燒輔助燃料以產(chǎn)生高溫燃氣燃燒室：保證廢氣和高溫燃氣充分混合并反應的空間熱量回收與排煙裝置：…2）典型熱力燃燒系統(tǒng)（1）配焰式燃燒系統(tǒng)（2）離焰式燃燒系統(tǒng)3.2熱力燃燒理論3.3催化燃燒1催化燃燒的基本原理2催化燃燒的特點及經(jīng)濟性（1）起燃溫度低，節(jié)省能源（2）適用范圍廣（3）處理效率高，無二次污染（4）催化燃燒的經(jīng)濟性

3催化劑種類（1）貴金屬催化劑鉑、鈀、釕等貴金屬（2）過渡金屬氧化物催化劑（3）復氧化物催化劑7.3催化燃燒4催化劑失活與防治1）催化劑失活及其防治催化劑失活的概念、防治要點2）中毒、老化的概念3.3催化燃燒5催化燃燒工藝流程根據(jù)廢氣預熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為3種。1）預熱式2）自身熱平衡式3）吸附-催化燃燒（了解）7.3催化燃燒1——熱交換器

2——燃燒室

3——催化反應器圖1預熱式催化燃燒流程1——熱交換器

2——催化燃燒室圖2自身熱平衡催化燃燒流程4有害氣體冷凝凈化法4.1冷凝及冷凝原理冷凝:冷凝回收飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓公式蒸氣壓與蒸氣濃度的關系冷凝回收的適用范圍及其優(yōu)缺點適用-蒸氣狀態(tài)的物質優(yōu)點：設備操作條件簡單、回收物較為純凈缺點：凈化程度受溫度影響大常用作其他方法的輔助方法或者預處理4.2冷凝裝置及其操作流程直接冷凝間接冷凝**畫圖說明流程冷凝裝置管式冷凝器、板式冷凝器、板殼式冷凝器冷凝過程分析膜狀冷凝、滴狀冷凝的概念和具體過程。5有害氣體吸收凈化法5.1基本概念吸收吸收分類——物理吸收、化學吸收吸收凈化法特點5.2吸收原理5.2.1吸收過程的氣液平衡平衡分壓吸收過程：氣相中溶質的實際分壓為P，則：當P>P*吸收

P<P*解吸

P=P*平衡溶解度5.2.2亨利定律亨利定律內(nèi)容:在一定的溫度和壓強下，一種氣體在液體里的溶解度與該氣體的平衡壓強成正比.該定律適用的條件是其氣體的平衡分壓不大，氣體在溶液中不與溶劑起作用，（或起一些反應，但極少電離）亨利定律的具體內(nèi)容如下表所示：要求：掌握亨利常數(shù)和溶解度系數(shù)等的推導過程定律形式常數(shù)含義備注P*=ExE,亨利系數(shù)P*,稀溶液中溶質（被吸收組分）平衡分壓，x為被吸收組分在液相中的摩爾分數(shù)對于一定體系，E是溫度的函數(shù)，一般，溫度上升，E增大，不利于氣體吸收。同一溶劑中難溶氣體E值大P*=C/HH,溶解度系數(shù)C為被吸收溶質的物質的量濃度（Kmol/m3

）H為溶解度系數(shù)，（kmol/(m3Pa)）,實驗測定。H為溫度的函數(shù)，隨溫度升高減小，其數(shù)值等于平衡分壓1大氣壓時的溶解度同一溶劑中難溶氣體H值小E＝(1/H)*(den/M)den為溶液的密度，M是溶劑A的相對分子質量y*=mxm,相平衡常數(shù)，無量綱m＝E/P,P為氣相的總壓m為由試驗結果算出來的數(shù)值。一定物系，它是溫度和壓強的函數(shù)。同一溶劑中難溶氣體m值大Y*=mXm同上5.2.3吸收劑的選擇要求溶解度選擇性揮發(fā)性腐蝕性黏性其他（無毒，不易燃，價廉等）5.2.4吸收過程的機理

雙膜理論（機理描述、圖）5.2.4吸收過程的機理（1）相互接觸的氣液兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側各有一個很薄的有效滯流膜層，吸收質以分子擴散的形式通過兩膜層。