第三讲 大气污染与控制工程

大气污染与控制工程环境科学与工程学院胡辉杨家宽Tel:027-87792207,027-87542224；E-mail:[e-mail];[e-mail]环境工程导论内容一、大气污染与环境空气质量标准二、大气污染气象学及大气污染模型三、颗粒污染物及除尘工艺四、VOCs及净化工艺五、SOx及脱硫工艺六、NOx及脱氮工艺一.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造成的污染。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。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1.2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.影响人体健康低pH使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物一.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一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象二、温室效应温室气体的种类（表1）表10.1代表性的温室效应气体浓度增加状况050318~2042753110.750.257001714130.82803551.50.4产业革命以前1992年最近的增加率(浓度/年)(％/年)氟利昂12(pptv)N2O(ppbv)CH4(ppbv)CO2(ppmv)浓度单位(注)ppm=10-6，ppb=10-9，ppt=10-12，v表示体积浓度CO263%CH420%N2O5%氟利昂12%图温室效应气体使气温上升所占比例一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象二、温室效应★温室效应的危害1．气候转变：全球变暖；2．海平面升高3．对人类生活的潜在影响①经济的影响；②农业的影响③海洋生态的影响；④水循环的影响★总的影响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。一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象二、温室效应★温暖化对策和措施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。七.几个典型的大气污染现象三、厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲→亚洲，给印尼周围带来热带降雨。但该模式每2-7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。四、拉尼娜现象是厄尔尼诺现象的反相，指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象，表现为东太平洋明显变冷，同时也伴随着全球性气候混乱，总是出现在厄尔尼诺现象之后。一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象最近一次拉尼娜现象出现在1998年，持续到2000年春季趋于结束。厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现，对气候的影响大致相反，通过海洋与大气之间的能量交换，改变大气环流而影响气候的变化。从近50年的监测资料看，厄尔尼诺出现频率多于拉尼娜，强度也大于拉尼娜。中国海洋学家认为，中国在1998年遭受的特大洪涝灾害，是由“厄尔尼诺—拉尼娜现象”和长江流域生态恶化两大成因共同引起的。一.大气污染概述一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象五、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臭氧层破坏形成原因一.大气污染概述七.几个典型的大气污染现象五、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。3.三类区:特定工业区。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3.三类区执行三级标准污染物时间CEPB(mg·m-3)WHO(μg·m-3)污染物时间CEPB(mg·m-3)WHO(μg·m-3)IIIIIIIIIIIISO2NO2COO3年日年日日小时0.020.050.040.084.000.160.060.150.080.124.000.200.100.250.080.126.000.2020-40--100(8h)TSPPM10PM2.5年日年日年日0.080.120.040.05--0.200.300.100.15--0.300.500.150.25--20501025注：CEPB：中国空气质量标准（2000-1-6修订，2000-1-6实施[3]）；年平均浓度是指年日均浓度的平均值(mg·m-3)。PM10以CEPBII为标准，PM2.5以WHO为标准，。WHO：世界卫生组织；表3空气质量相关标准表4空气污染指数分级浓度限值空气污染指数污染物浓度/mg·mN-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表5空气污染指数范围及相应的空气质量类别空气污染指数API空气质量状况对健康的影响建议采取的措施0～50优可正常活动51～100良101～150轻微污染易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动151~200轻度污染201～250中度污染心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状老年人和心脏病、肺病患者应在停留在室内，并减少体力活动251~300中度重污染300重污染健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动如何计算API？空气污染指数污染物浓度（mg/mN3）APIPM10（日均值）SO2（日均值）NO2（日均值）CO（小时均值）O3（小时均值）500.0500.0500.08050.1201000.1500.1500.120100.2002000.3500.8000.280600.4003000.4201.6000.565900.8004000.5002.1000.7501201.0005000.6002.6200.9401501.200PM10=0.215mg/m3ConcentrationofPM10(mg/m3)API0.10.20.3502001000.4)(SSCCKII)(SSLSLSCCCCIIIIAPI=maxI(NO2),I(SO2),I(PM10)CLILCSIS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