大气污染及其防治.ppt

环境保护概论模块三大气污染及其防治恒定组分：N2、O2、Ar可变组分：CO2、H2O不定组分：H2S、SOx、NOx3.1了解大气与大气污染一、大气结构与组成水汽干洁空气（主要成分为氮、氧和氩）悬浮微粒大气组成大气污染通常是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。外层暖层中间层平流层对流层大气垂直方向上分层均质层非均质层大气的结构（1）对流层对流层是大气圈的最下层，是指从地表至离地10－12km以内的这一层大气。人类活动排放的污染物主要在对流层中聚集，大气污染也主要发生在这一层。温度特点：在对流层中，正常条件下的空气温度是随高度增加而降低的。气流特点：具有强烈的对流运动，一些常见的天气现象，例如云、雾、雨、雪都出现在这一层。（2）平流层对流层以上直至离地表50km的大气层为平流层。在平流层中没有什么尘埃和水汽，空气比对流层稀薄得多。平流层下部为等温层，上部气温随高度增加有所增加。因平流层大气处于平流状态，气流稳定且透明度好，适宜飞机飞行。然而一旦污染物进入平流层，则会长期滞留。在平流层的中上部，由于受阳光紫外线辐射，使O2发生化学反应生成了O3而形成了臭氧层，臭氧层吸收了阳光中对生物杀伤力极强的短波（300nm）紫外线和宇宙射线，从而保护了地球上的生物免受其害。目前由于人类活动，使一些有机污染物进入平流层，使臭氧层受到破坏，给地球上的生物造成危害，必须引起我们的高度重视。（3）中间层平流层顶至离地表80km这一层,空气温度是随高度增加而降低的,有对流运动。（4）电离层在离地80－500km左右的这一空间称为电离层。电离层中的分子处以电离状态，能将电磁波反射回地面，从而使全球无线电通信得以实现。（5）散逸层电离层以上的大气层称为逸散层，是大气层向星际空间过渡的区域，没有什么明显的界限。1kg粮食2.5kg水13.6kg空气33吨粮食54吨水324吨空气人一生中消耗的能源大气与生命的关系大气污染的形成过程一场雨可以使大气污染情况得到改善，但只是暂时的，因为没有从源头改善。三个环节排放源污染物大气接受者混合迁移扩散转化二、大气污染局部地区污染区域大气污染广域大气污染全球大气污染按污染的范围分类（1）按污染源存在的形式分：固定污染源和移动污染物；（2）按污染物排放的方式分：点源（高架源）、面源、线源和体源；（3）按污染物排放的时间分：连续源、间断源和瞬间源；（4）按污染物产生的类型分：工业污染源、生活污染源、交通运输源和农业污染源（5）按主要污染物分类统计分：燃料燃烧、工业生产和交通运输1、污染物的来源与分类工业生产过程燃料燃烧农业生产过程交通运输过程固定污染源和移动污染物：大气污染物分类（按与污染源的关系）二次污染物(如酸雨)一次污染物（如SO2）一次污染物：从污染源直接排出的原始物质，进入大气后其形态及化学性质均未发生变化，如颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等。二次污染物：由污染源排出的一次污染物与大气中原有成分，或几种一次污染物之间，发生了一系列的化学变化或光化学反应，形成与原污染物性质不同的新污染物。如伦敦型姻雾中硫酸、光化学烟雾中过氧乙酰硝酸酯、酸雨中硫酸和硝酸等。这类污染物颗粒小，一般在0.01～1.0μm，其毒性一般较一次污染物强。雾尘细颗粒物烟尘黑烟粉尘颗粒污染物颗粒污染物:大气中粒径不同的固体、液体和气溶胶体。按污染物形态分：粉尘是大气中污染最大、最严重的污染物。降尘：直径大于10微米，它多属于燃烧不完全的小碳粒。飘尘：直径小于10微米，其中相当大一部分比细菌（0.8微米）还小，是人的肉眼看不到的，它在空气中可以飘浮数天、数月、甚至数年之久。降尘可被鼻腔和咽喉所阻隔，不能进入肺泡。但飘尘危害很大，它可经呼吸道沉积于肺泡上，引起血液中毒和尘肺。NOx(NH3)种类较多SOx(H2S)以SO2数量最大,危害最大COx主要燃烧和呼吸释放卤素化合物主要是含氯化合物及含氟化合物CH主要指有机废气,如烃、醇、酮、酯、胺等气态污染物大气中五大污染物BECDA粉尘二氧化硫一氧化碳氮氧化物光化学烟雾硫的氧化物（SO2或SO3）防治措施•降水清除或雨除•氧化成硫酸盐微粒后再干沉降•土壤的微生物降解•化学反应•植被和水体的表面吸收SO2与大气中的尘粒、水分形成气溶胶颗粒，这种污染称为伦敦型烟雾或叫硫酸烟雾。具有强烈的刺激性气味SO2的腐蚀性很大SO2在大气中含量过高会造成酸雨污染在与植物接触时会杀死叶组织，引起叶子脱色变黄特点氮氧化合物（NO、NO2）对人类对森林和作物生长酸雨对全球气候当空气中的NO2含量达150mL/m3时，对人的呼吸器官有强烈的刺激3～8小时会发生肺水肿，可能引起致命危险干扰了酶的作用，阻碍了各种代谢机能有毒物质在植物内还会进一步分解或参与合成过程，产生新的有害物质，侵害机体内细胞和组织，使其坏死酸雨可以破坏作物的根系统的营养循环与臭氧结合损害树的细胞膜，破坏光合作用酸雾还会降低树木的抗严寒和干燥的能力氮氧化物和二氧化碳引起“温室效应”，使地球气温上升1.5～4.5℃，造成全球性气候反常影响生产硝酸工厂排放的尾气矿物燃料的燃烧过程来源碳氧化物一氧化碳——无色、无臭、无味的气体，当人们吸入CO时，它与血红蛋白结合。——是城市大气中数量最多的污染物，碳氢化合物燃烧不完全是CO的主要来源，如汽车排放尾气。其主要危害在于能参与光化学烟雾的形成，以及造成全球的环境问题。二氧化碳——含碳物质完全燃烧的产物，也是动物呼吸排出的废气。它本身无毒，对人体无害，但其含量＞8%时会令人窒息。——大气中的CO2的浓度不断上升导致“温室效应”。联合国环境决策署决议将CO2列为危害全球的6种化学品之一。防治措施：目前对CO的局部排放源的控制措施主要集中在汽车方面。如使用排气的催化反应器，加入过量空气使CO氧化成CO2。碳氢化合物54321提炼废物（7.1%）石油蒸发和运输消耗（8.8%）溶剂蒸发（11.3%）焚烧（28.3%）汽油燃烧（38.5%）•人为排放源•危害对大气对人一般碳氢化合物对人的毒性不大，主要是醛类物质具有刺激性碳氢化合物在空气中反应形成危害较大的二次污染物，如光化学烟雾•防治措施土壤微生物活动植被的化学反应吸收和消化对流层和平流层化学反应向颗粒物转化碳氢化合物从大气中去除的途径粒状污染物（如烟、尘、雾等）由燃料燃烧、开矿、选矿或固体物质的粉碎加工（磨面粉、制水泥等）、火药爆炸、农药喷洒等人工排放约占颗粒物总量的11%。人为排放集中在人类活动的场所如厂矿、城市等，它增加了人类周围环境的大气负担。天然过程排放颗粒物主要有火山爆发的烟气、岩石风化的灰尘、宇宙降尘、海浪飞逸的盐粒、各种微生物、细菌、植物的花粉等，约占大气颗粒物总量的89%任务二掌握大气污染的防治方法大气污染控制的基本方法大气污染控制的含义：从两方面来理解，一方面是从立法的角度，指用法律来限制或禁止污染物的扩散。另一方面，“控制”一词具有防止的意思。废气排放控制系统（一）污染物的捕集（二）颗粒污染物控制（三）气态污染物控制（四）污染物的稀释法控制一、常用的气态污染物的治理方法常用方法吸收法催化法冷凝法吸附法燃烧法定义：采用适当的液体作为吸收剂，使含有有害物质的废气与吸收剂接触，废气中的有害物质被吸收于吸收剂中，使气体得到净化的方法。指在吸收过程中，用来吸收气体中的有害物质的液体.指被吸收的组分指吸收了吸收质后的液体吸收剂吸收质吸收液优点设备简单、捕集效率高、应用范围广、一次性投资低等特点，已被广泛用于有害气体的治理缺点必须对吸收液进行处理，否则容易引起二次污染。此外，低温操作下吸收效果好，在处理高温烟气时，必须对排气进行降温处理吸收法优缺点典型废气的治理技术SO2废气的治理技术亚硫酸钾（钠）吸收法海水吸收法碱液吸收法尿素吸收法液相催化氧化吸收法氨液吸收法金属氧化物吸收法以亚硫酸钾或亚硫酸钠为吸收剂，SO2的脱除率达90%以上。吸收母液经冷却、结晶、分离出亚硫酸钾（钠），再用蒸汽将其加热分解生成亚硫酸钾（钠）和SO2。亚硫酸钾（钠）可以循环使用，SO2回收去制硫酸。亚硫酸钾（钠）吸收法（WL法）WL-K（钾）法的反应为K2SO3+SO2+H2O→2KHSO3（吸收过程产物）WL-Na（钠）法的反应为Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3（吸收过程产物）2NaHSO3→Na2SO3+SO2+H2O（分解过程产物）吸收剂可循环使用，吸收剂损失少；吸收剂对SO2的吸收能力高，液体循环量少，泵的容量少；副产品SO2的纯度高；操作负荷范围大，可以连续运转；基建投资和操作费用较低，可实现自动化操作WL法的优点WL法的缺点必须将吸收剂中可能含有的Na2SO4去除掉，否则会影响吸收速率；另外吸收过程中会有结晶析出而造成设备堵塞碱液吸收法2NaOH+SO2→Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O→2NaHSO32NaHSO3+2NaOH→Na2SO3+2H2O采用苛性钠溶液、纯碱溶液或石灰浆液作为吸收剂，吸收SO2后制得亚硫酸钠或亚硫酸钙。2Na2CO3+SO2+H2O→2NaHCO3+Na2SO32NaHCO3+SO2→Na2SO3+2CO2+H2ONa2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3用纯碱溶液作为吸收剂（双碱法）再生过程的反应为2NaHSO3+CaCO3→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+CO2↑+1/2H2O2NaHSO3+Ca(OH)2→Na2SO3+CaSO3·1/2H2O↓+3/2H2O2（CaSO3·1/2H2O）+O2+3H2O→2（CaSO4·2H2O）NH3+H2O+SO2→NH4HSO32NH3+H2O+SO2→（NH4）2SO3（NH4）2SO3+H2O+SO2→2NH4HSO3氨水或液态氨作吸收剂，吸收SO2后生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。NH3+NH4HSO3→（NH4）2SO3NH4HSO3比例增大，吸收能力降低，须补充氨将亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵，即进行吸收液的再生此法是以含Fe3+催化剂的浓度为2%～3%稀硫酸溶液作吸收剂，直接将SO2氧化成硫酸。吸收液一部分回吸收塔循环使用，另一部分与石灰石反应生成石膏。故此法也称稀硫酸-石膏法。液相催化氧化吸收法（千代田法）优点简单、操作容易不需特殊设备和控制仪表能适应操作条件的变化脱硫率可达98%投资和运转费用较低缺点稀硫酸腐蚀性较强，必须采用合适的防腐材料。同时，所得稀硫酸浓度过低，不便于运输和使用。金属氧化物吸收法现以MgO为例进行介绍，称作氧化镁法。吸收过程反应MgO＋H2O→Mg（OH）2Mg（OH）2＋SO2＋5H2O→MgSO3·6H2OMgSO3＋6H2O＋SO2→Mg（HSO3）2＋5H2OMg（HSO3）2＋Mg（OH）2＋10H2O→2MgSO3·6H2O此法是用MgO、ZnO、MnO2、CuO等金属氧化物的碱性水化物浆液作为吸水剂。吸收SO2后的溶液中含有亚硫酸盐、亚硫酸氢盐和氧化产物硫酸盐，它们在较高温度下分解并再生出浓度较高的SO2气体。若烟气中O2过量时Mg(HSO3)2＋O2＋6H2O→2MgSO4·7H2O＋SO2MgSO3＋O2＋7H2O→MgSO4·7H2O干燥过程反应MgSO3·6H2O→MgSO3＋6H2OMgSO4·7H2O→MgSO4＋7H2O分解过程反应MgSO3→MgO＋SO2↑MgSO4＋C→MgO＋SO2↑＋CO2↑该法是近年来发展起来的一项新技术，它利用海水中和烟气中的SO2，经反应生成可溶性的硫酸盐排回大海。所需设备少，运行简单。但此法只能在海洋地区使用，有一定的局限性。海水脱硫工艺依靠现场的自然碱度，产生的硫酸盐完全溶解后返回大海，无固体生成物.海水脱硫的主要反应是SO2＋H2O＋O2→SO42-＋H＋HCO3－＋H+→H2O+CO2SO2＋O2＋CO(NH2)2＋H2O→(NH4)2SO4+CO2NO＋NO2＋CO(NH2)2→H2O＋CO2＋N2尿素吸收SO2