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环境保护概论上官铁梁山西大学环境与资源学院2014.4第八章大气污染及其防治空气概念在环境保护中，对特定场所或区域，供人和动植物生存的气体称为“空气”；而以大区域或全球性的气流为研究对象时，则采用“大气”一词。自然地理学把受地心引力而随地球旋转的大气称为大气圈，厚度大约有10000km。由于大气圈层与宇宙空间很难确切划分，在大气物理学和污染气象学研究中，常把大气圈层上界定为1200-1400km。1400km以外，气体已非常稀薄，就是宇宙空间了。大气圈中的空气分布是不均匀的。海平面上的空气密度最大，近地面的空气密度随高度上升而减小。在地球表面上空400-1400km的大气层，空气是逐渐变稀薄的。地球表面的大气温度不仅随纬度、季节变化，而且随高度变化。大气质量的90%集中在30km以下的范围内，高度100km以上大气的质量仅占大气图质量的1%。世界气象组织（WMO）根据大气温度的垂直分布特点，并考虑大气垂直运动等情况，将大气分为5层：对流层平流层中间层暖层散逸层大气组成大气(atmosphere)是多种气体的混合物，其组成包括：恒定组分：氮、氧、氩可变组分：二氧化碳、水蒸气不定的组分：埃、硫、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、盐类及恶臭气体大气污染的来源及分类大气污染(airpollution)是指由于人类活动或自然过程，使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，并持续足够的时间，因此而危害了人体的舒适、健康和福利，甚至危害了生态环境。大气污染的来源：人为源和自然源人为源交通运输电站工业生产工业和生活燃料燃烧固体废弃物燃烧自然源地质原因:间歇泉,火山,海洋气象原因:闪电动物:尸体腐化分解植物一、大气污染的来源及分类按照污染范围，大气污染大致可分为：局部地区污染：局限于小范围的大气污染，如烟囱排气；地区性污染：涉及到一个地区的大气污染，如工业区及其附近地区受到污染或整个城市受到污染；广域污染：涉及到比一个地区或大城市更广泛地区的大气污染；全球性污染：涉及到全球范围的大气污染，目前主要表现在温室效应、酸雨和臭氧层破坏三个方面。2、大气污染的分类按照存在形态分为：颗粒污染物和气态污染物根据粒径大小，颗粒污染物分为：飘尘和降尘按照成因，气态污染物分为：一次大气污染物和二次大气污染物一次大气污染物：直接从污染源排放进入大气中并达到足够的排放量原始污染物。二次大气污染物：由于一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物。受到普遍重视的一次污染物主要有硫氧化物(SO。)、氮氧化物NOx、碳氧化物(CO、C02)及有机染物(Cl～Clo化合物)等；二次污染物主要有硫酸烟雾(sulfuroussmog)和光化学烟(photochemicalsmog)。3、大气污染物的分类大气污染的危害及环境空气质量标准大气污染的危害对人体的危害对植物的危害对器物和材料的危害对大气能见度的影响对气候的影响环境空气质量标准空气质量功能区分为三类：一类区：自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区；二类区：城镇规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区；三类区：特定工业区。空气环境质量分为三级：一类区执行一级标准，二类区执行二级标准，三类区执行三级标准。GB3095-2012中限定了以下污染物的浓度值：TSP、PM10、NOx、NO2、CO、Pb、O3、B[a]P、SO2、F的浓度限值。主要污染物(1)硫氧化物SOx(sulfuroxide)是硫的氧化物的总称，包括二氧化硫、三氧化硫；三氧化二硫、一氧化硫等。其中S02是目前大气污染物中数量较大、影响范围也较广的一类气态污染物。硫氧化物和氮氧化物是形成酸雨或酸沉降的主要前体物。(2)氮氧化物NOx(nitrogenoxide)是氮的氧化物的总称，包括氧化亚氮、一氧化氮、二氧化氮、三氧化二氮等，其中污染大气的主要是NO和N02。(3)碳氧化物COx(carbonoxide)主要是一氧化碳和二氧化碳。大气中的碳氧化物主要来自煤炭和石油的燃烧，在空气不充足的情况下燃烧，就会产生一氧化碳。CO是一种窒息性气体，It锅炉工业用煤燃烧约产生1.4kg一氧化碳；It居民取暖用煤燃烧约产生20kg以上的一氧化碳；一辆行驶中的汽车，每小时约产生1～1.5kg的一氧化碳。二氧化碳虽然不是有毒物质，但大气中含量过高就会导致温室效应，有可能造成全球性灾难。(4)碳氢化合物HC(hydrocarbon)属于有机化合物中最简单的一类，仅由碳氢两种元素组成，又称为烃。碳氢化合物中包含多种烃类化合物，进入人体后会使人体产生慢性中毒。碳氢化合物和氮氧化物在阳光照射下会产生光化学反应，生成光化学烟雾，其主要来源为汽车尾气、工业。(5)硫酸烟雾(sulfuroussmog)指大气中的SO2等硫氧化物，在相对湿度比较高，气温比较低并有颗粒气溶胶存在时而发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害要比S02气体大得多。；(6)光化学烟雾(photochemicalsmog)在阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾（有时带些紫色或黄褐色），其主要成分有臭氧、PAN（过氧乙酰硝酸酯）、酮类和醛类等，其危害比一次污染物大得多。典型大气污染1．煤烟型污染：烟尘和二氧化硫2．石油型污染：一次污染物是烯圣、二氧化氮以及烷、醇、羰基化合物等，二次污染物主要是臭氧、氢氧基、过氧氢基等自b基以及醛、酮和PAN（过氧乙酰硝酸酯）。3．复合型污染4．特殊型污染大气圈三、气象条件与大气污染的关系污染物从排放到对人体和生态系统产生实质的影响过程中，要经历复杂的大气过程：迁移、扩散、沉降、化学反应。由于气象条件的不同，大气扩散稀释能力相差很大，因此，即使是同一污染源排出的污染物，对人体和生态系统造成的危害程度也不同。历史上有名的重大环境公害事件，往往是在不利的气象条件下发生的。气象条件与大气污染的关系1、风水平方向的空气运动称为风。风的来向叫风向。单位时间内空气在水平方向上的运动距离是风速。风对污染物起着输送的作用，污染区总是出现在污染源的下风向；污染物在大气中的浓度与污染物的排放总量成正比，而与平均风速成反比，若风速增加一倍，则在下风向污染物的浓度将减少一半。湍流风速有大有小，具有阵发性，并在主导风向上还出现上下左右无规则的阵发性搅动，这种无规则阵发性搅动的气流称为大气湍流。大气污染物的扩散，主要靠大气湍流的作用。如果设想大气是做很有规则的运动，只有分子扩散，那么，从污染源排出的烟云就近乎是一条粗细变化不大的带子。然而，实际情况并非如此，因为烟云向下风向漂移时，除本身的分子扩散外，还受大气湍流作用，从而使得烟团周界逐渐扩张。大气稳定度波浪型（不稳）锥型（中性或弱稳）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）颗粒污染物控制方法从含尘气流中除去颗粒污染物的技术叫除尘技术，所用的装置叫除尘器。1、评价净化装置性能的指标技术指标处理气体流量净化效率压力损失经济指标设备费运行费占地面积主要气态污染物治理技术（一）常见气态污染物治理方法用于气态污染物处理的技术有吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法、直接燃烧法、膜分离法以及生物法等。其中，吸收法和吸附法是应用最多的两种气态污染物的去除方法。吸收是利用气体在液体中溶解度不同的这一现象，以分离和净化气体混合物的一种技术，例如从工业废气中去除二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOr)、硫化氢(H2S)以及氟化氢(HF)等有害气体。吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。常用的固体吸附剂有骨炭、硅胶、矾土、沸石、焦炭和活性炭等，其中应用最为广泛的是活性炭。活性炭对广谱污染物具有吸附功能，除CO.SO2.NOr、H2S外，还对苯、甲苯、：甲苯、乙醇、乙醚、煤油、汽油、苯乙烯、氯乙烯等物质都有吸附功能。去除烟气中二氧化硫的技术煤炭和石油燃烧排放的烟气通常含有较低浓度的SO2。由于燃料硫含量的不同，燃烧设备直接排放的烟气中SO2浓度范围大约为10-4～10-3数量级。例如，在15%过剩空气条件下，燃用含硫量1%～4%的煤，烟气中SO2占0.11%～0.35%；燃含硫量为2%～5%的燃抖油，烟气中SO2仅占0.12%～0.31%。由于SO2浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常是十分昂贵的。去除烟气中氮氧化物的技术对冷却后烟气进行处理，以降低NOx的排放量，通称为烟气脱硝。烟气脱硝比较难：原因之一是烟气量大，浓度低（体积分数为2.0×10-4～1.0×10-3）。在未处理的烟气中，与SO2相比，可能只有SO2浓度的1/5～1/3。原因之二是NOx的总量相对较大，如果用吸收或吸附过程脱硝，必须考虑废物最终处置的难度和费用。选择性催化还原法（p110）选择性非催化还原法（p111）机动车污染的控制机动车发动机排出的物质主要包括：完全燃烧的产物(CO2、H2O、N2)；不完全燃烧的产物CO、HC和炭黑颗粒等；燃料添加剂的燃烧生成物（铅化合物颗粒）；，燃料中硫的燃烧产物SO2以及高温燃烧时生成的NOx等；3、催化净化含尘气体通过催化床发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质应用：工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化催化剂加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质组成活性组分＋助催化剂＋载体催化剂的性能稳定性热稳定性、机械稳定性和化学稳定性表示方法：寿命老化活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等中毒：对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置湿式除尘装置干式除尘装置按分离原理分类：重力除尘装置（机械式除尘装置）惯性力除尘装置（机械式除尘装置）离心力除尘装置（机械式除尘装置）洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置声波除尘装置2、除尘器分类评价除尘器性能的技术指标除尘装置的技术指标主要有处理能力、除尘效率和压力损失。(1)处理能力指除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的流量，一般用体积流量表示。实际运行的除尘装置由于漏气等原因，进出口气体流量往往并不相等，因此用进口流量和出口流量的平均值表示处理能力。(2)除尘效率即被捕集的粉尘量与进入装置的粉尘量之比。除尘效率是衡量除尘器清除气流中粉尘的能力的指标，根据总捕集效率，除尘器可分为低效除尘器(so%～80%)、中效除尘器(80%～95%)、高效除尘器（95%以上）。习惯上一般把重力沉降室、惯性除尘器列为低效除尘器，中效除尘器通常指颗粒层除尘器、低能湿式除尘器等；电除尘器、袋式除尘器及文丘里除尘器则属于高效除尘器范畴。(3)除尘器阻力它表示气流通过除尘器时的压力损失。阻力大，用于风机的电能也大，因而阻力也是除尘设备的耗能和运转费用的一个指标。根据除尘器的阻力，可分为低阻除尘器(500Pa)，如重力沉降室、电除尘器等；中阻除尘器(500～2000Pa)，如旋风除尘器尘器、袋式除尘器、低能湿式除尘器等；高阻除尘器(2000～20000Pa)，如高能文丘里除尘器。主要气态污染物治理技术（一）常见气态污染物治理方法用于气态污染物处理的技术有吸收法、吸附法、冷凝法、催化转化法、直接燃烧法、膜分离法以及生物法等。其中，吸收法和吸附法是应用最多的两种气态污染物的去除方法。吸收是利用气体在液体中溶解度不同的这一现象，以分离和净化气体混合物的一种技术，例如从工业废气中去除二氧化硫(S02)、氮氧化物(NOr)、硫化氢(Hzs)以及氟化氢(HF)等有害气体。吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。常用的固体吸附剂有骨炭、硅胶、矾土、沸石、焦炭和活性炭等，其中应用最为广泛的是活性