大气污染与控制工程

大气污染与控制工程环境工程导论内容一、大气污染概述二、环境空气质量标准三、大气污染气象学及大气污染模型四、颗粒污染物及除尘工艺五、VOCs及净化工艺六、SOx及脱硫工艺七、NOx及脱氮工艺八、CO2减排措施一.大气污染概述一.为什么要进行大气污染控制人体健康与大气的关系人一刻也离不开空气人的需要量每天需要的食物约1.5kg每天需要的空气约15kg人的极限耐力断食,断水5天可以生存断绝空气5分钟死亡获取较洁净的空气比获取较洁净的水就要难得多二、基本概念1.大气（atmosphere）是指环绕地球的全部空气的总和.2.环境空气（ambientair）是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气.3.大气污染（airpollution）指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。一.大气污染概述表1.1干燥洁净空气的组成0.00120.00050.00050.0000080.0000020.000001甲烷(CH4)氪(Kr)氢(H2)氙(Xe)二氧化氮(NO2)臭氧(O3)78.08420.9460.9340.0330.00050.0018氮(N2)氧(O2)氩(Ar)二氧化碳(CO2)氦(He)氖(Ne)体积比(%)气体体积比(%)气体一.大气污染概述三.大气污染类型①煤烟型污染指由于煤燃烧过程中排放的各种污染物而造成的污染。②氧化型污染指由于机动车尾气排放和燃油锅炉的排气中含有的氮氧化物和碳氢化合物，造成的二次污染。③混合型/复合型污染指由于燃煤和燃油过程中产生的污染物互相结合在一起，经过化学反应产生的一种的污染。一.大气污染概述四.大气污染物种类一)气溶胶状态污染物1.粉尘是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定的时间内能保持悬浮状态。2.烟尘是燃料和其它物质燃烧的产物。3.雾是气体中液滴悬浮体的总称。目前，关注的是PM10和PM2.5总悬浮颗粒物(TotalSupendedParticulates，简称TSP)是指悬浮于空气中，空气动力学当量直径≤100μm的所有固体颗粒物，包括可吸入颗粒物和可入肺颗粒；可吸入颗粒物(ParticleswithDiametersof10μmorLess，简称PM10)是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm，通过呼吸系统可以吸入人体的颗粒；可入肺颗粒(PM2.5)是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤2.5μm，能够进入人体肺泡的颗粒。一.大气污染概况四.大气污染物种类二)气体状态污染物1.一次污染物：从污染源直接排入空气中的原始污染物；2.二次污染物：一次污染物进入空气后，经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。表气体状态大气污染物种类SO3、H2SO4及硫酸盐NO2、HNO3及硝酸盐无醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3无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氢化合物卤素化合物二次污染物一次污染物污染物一.大气污染概述五.大气污染源类型1．按人们的社会活动功能分类①生活污染源②工业污染源③交通污染源2．按污染源的几何形态分类①点污染源②面污染源③线污染源一.大气污染概述六.大气污染危害1.颗粒物对人体健康的影响飘尘对人体的危害作用(PM10,PM2.5)2.气体状态污染物对人体健康的影响①具有很强的刺激性的SO2气体②NOX的毒性③O3的刺激性作用④挥发性有机化合物(VOCs)中的有毒有害3.对城市环境中的植物、器物和材料的损失4.能见度降低一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象一、酸雨是指pH5.6的酸性降雨。现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上。★酸雨的危害1.酸雨使植物淋失2.酸雨使土壤淋失3.酸雨对生物的影响4.酸雨对建筑材料和金属结构的腐蚀5.影响人体健康一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象二、温室效应地球大气层上的一种物理特性（图）240W/m2240W/m2部分的太阳辐射被地球表面和大气层折射返回地球图地球大气层的长期辐射平衡情况示意图地球表面释放的红外线辐射地球表面吸收太阳辐射而使地球表面温度升高太阳103W/m2太阳辐射经过大气层大气层部分红外线辐射被温室气体吸收和再次释放出来，效应是地球表面和大气低层变暖返回太空时的总红外线辐射量太阳总辐射量第一章环境污染防治三温室气体种类及危害1、种类：CO2、CH4、N2O、SF6、氟利昂、NF3等2.温室气体危害①地球上的病虫害增加；②海平面上升；③气候反常，海洋风暴增多；④土地干旱，沙漠化面积增大。3.温室气体减排基本方法1）国际间的合作；2）对CO2：基本对策是能源对策，主要有：①自然能源；②低碳能源；③核能；④节能；⑤CO2固定。3）对N2O及CH4:在进行工业排放时进行抑制；4）对HFC、PFC：基本对策是防止泄漏，回收再利用代替。CO263%CH420%N2O5%氟利昂12%图温室效应气体使气温上升所占比例第二篇实施可持续发展战略的途径一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象三、臭氧层破坏★臭氧层（图）★臭氧空洞指的是因空气污染物质，特别是氟化氮和卤化代烃类等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。★臭氧层破坏物质是破坏平流层臭氧层物质的总称，这些物质有氟利昂、灭火剂、洗涤剂、CCl4以及甲基溴等。臭氧密度(cm-3)0204060801001201602002402803201091010101110121013绝对温度(k)高度(km)对流层平流层中间层热层理论值实测值图10.3大气构成与臭氧层的高度分布一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象三、臭氧层破坏★臭氧层破坏的后果1．对人体健康的影响；2．对陆生植物的影响3．对水生生态系统的影响；4．对生物地球化学循环的影响5．对城市空气质量和建筑材料的影响★臭氧层保护对策1.国际间的合作；2.对臭氧层破坏物质①用替代品取代臭氧层破坏物质；②设备取代方法；③抑制排放方法二.环境空气质量标准一.基本概念1.环境空气质量标准以保障人体健康和一定的生态环境为目标，对大气环境中各种污染物的含量所作的限制规定。是进行大气环境科学管理，制定大气污染防治规划和大气污染物排放标准的依据，是环境管理部门的执法依据。2.大气污染物排放标准是为实现大气环境质量标准，对污染源排入大气的污染物允许含量的限制规定。分为国家标准、地方标准和行业标准。二.环境空气质量标准一.基本概念3.大气污染控制技术标准根据污染物排放标准引申出来的辅助标准，如燃料、原料使用标准，净化装置选用标准，排气囱高度标准及卫生防护距离标准等。目的是使生产、设计和管理人员容易掌握和执行。4.大气污染警报标准根据大气污染发展趋势预防发生污染事故而规定的空气中污染物含量的极限值。超过这一限值就应警报，以便采取必要的预防措施，尽量减少对人们的危害。二.环境空气质量标准二.环境空气质量功能区分类1.一类区:自然保护区、风景名胜区和其它需特殊保护的地区。2.二类区:城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三.环境空气质量标准分级1、一类区执行一级标2、二类区执行二级标准3、新的《环境空气质量标准》（GB30952012）(GB3095-2012)环境空气质量指数：看表情知天气三.大气污染气象学及大气污染模型一.大气圈层与气象要素1.大气圈层（图）按大气温度的垂直结构，大气圈分为：a.对流层（表）;b.平流层c.中间层;d.热层；e.逃逸层2.主要气象要素☆气象要素:表示大气状态的物理量和物理现象.☆种类:气温、气压、气湿、风向、风速、云况和能见度对流层的主要特征：1.集中整个大气质量的3/4和几乎全部水蒸气；2.大气温度随高度的增加而降低；3.空气具有强烈的对流运动；4.温度和湿度的水平分布不均匀。二.气象的动力因子风和湍流1.风:空气的水平运动1）风向a.风向频率和主导风向b.风玫瑰图；c.污染系数；d.最多风向。(☺)2)风速:平均风速、最大风速，各级风速出现的频率2.湍流:无规则阵性搅动的气流(►)三.大气污染气象学及大气污染模型图3.1风向的十六方位图ab图烟团湍流扩散示意图(a.无湍流；b.有湍流)风向和风速－风玫瑰图(◄)风速,m/s某地区1998年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11％，其中风速大于10.82m/s的频率约为1％，风速在3.35～5.41m/s的频率为3.5左右。2002年气象统计结果风速玫瑰图一月,平均2.91m/sNNEESESSWWNW二月,平均3.20m/sNNEESESSWWNW三月,平均3.45m/sNNEESESSWWNW四月,平均3.53m/sNNEESESSWWNW五月,平均3.40m/sNNEESESSWWNW六月,平均3.68m/sNNEESESSWWNW七月,平均3.03m/sNNEESESSWWNW八月,平均3.21m/sNNEESESSWWNW九月,平均3.30m/sNNEESESSWWNW十月,平均3.40m/sNNEESESSWWNW十一月,平均2.99m/sNNEESESSWWNW十二月,平均3.83m/sNNEESESSWWNW全部,平均3.33m/sNNEESESSWWNW图例(m/s)NESW2.04.06.08.0三.气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温1．干绝热直减率γd和气温垂直递减率γA.干绝热直减率γd干空气快（包括未饱和的湿空气）绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值。B.气温垂直递减率γ气温随高度的变化三.大气污染气象学及大气污染模型三.气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温2．温度层结气温垂直分布一般有四种情况①气温随高度的增加而降低。此时γ＞0，γ＞γd②气温基本上不随高度变化。此时，γ=0（等温层结）③气温随高度增加而上升。此时γ＜0④气温垂直递减率接近于1K/100m，即γ=γd（中性层结）三.大气污染气象学及大气污染模型图气温垂直递减率γ标准大气压γ＞0干绝热等温层γ=0逆温层γ＜0大气层高度气温γd＞0三.气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温2．逆温近地层空气温度随高度的增加而上升的一种现象.逆温类型辐射逆温（如图)平流逆温下沉逆温（如图)锋面逆温(如图)三.大气污染气象学及大气污染模型图辐射逆温的生消过程(a)逆温形成前的气温垂直分布;(b)逆温开始生成;(C)逆温逐渐向上扩展；(d)逐渐消失；(e)完全消失三.大气污染气象学及大气污染模型图海风入侵时的锋面与扩散下沉逆温：由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温（图3-11）。锋面逆温：在对流层中：锋面上，冷暖空气团相遇时，如果冷暖空气的温差很大时，就可以出现锋面逆温。图下沉逆温的形成三.大气污染气象学及大气污染模型三.气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆大气稳定度大气稳定度是表示空气块在铅直方向的稳定程度1.大气稳定度的判别①不稳定类（γ＞γd）;②中性类（γ=γd）;③稳定类（γ＜γd）2.大气稳定度的分类(表3.2)稳定类：E和F中性类：D不稳定类：A、B、C季节风速白昼夜间0~2晴3~7多云8~10(阴)0~2(晴)3~7多云8~10阴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-DDDD6CDDDDDDD三.大气污染气象学及大气污染模型四.大气污染湍流扩散模型☆作用及建模条件1.预测大气污染物排放后，在不同时间与空间的浓度分布2.所有的模型都采用必要的假设条件3.模型基于质量守恒定律☆高斯烟羽模型zyzyzyHzyuQc22222exp2exp2四.颗粒污染物及除尘工艺