环保__大气污染及其防治

2019/9/141第四章大气污染及其防治4-1概述一、大气的组成1．空气与大气空气：对于室内或特指某个场所供呼吸用的大气：大区域全球性气流为研究对象2．大气圈的结构（图4-1）3．大气组成恒定组分:N2、O2、Ar可变组分:CO2、H2O不定组分:H2S、SOx、NOx2019/9/1422019/9/143二、大气的重要性1．人类生存的要素2．助燃3．保护生物阻止红外线辐射,地球温度变化幅度小;阻止紫外线辐射,地面辐射少,减少皮肤癌的发生.4．反射电磁波---传播消息2019/9/144三、空气污染的概念GB6919-86：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，称为空气污染。原因：人类活动-----自然过程必要条件：足够的浓度和时间污染源：污染物排放三个要素和过程大气状态：大气运动作用受体：对受体的影响2019/9/1454-2大气污染源及主要污染物发生机制一、大气污染源生活污染源工业污染源交通污染源农业污染源2019/9/146二、大气主要污染物1.颗粒污染物(TotalSuspendedParticle,简称TSP)粉尘雾尘尘粒煤尘烟尘2.气态污染物SOx(H2S)：以SO2数量最多,危害最大.NOx(NH3)：种类较多.COx：主要燃烧和呼吸释放.CH：主要指有机废气,如烃、醇、酮、酯、胺等.卤素化合物：主要是含氯化合物及含氟化合物.2019/9/1473．二次污染物(secondarypollutants)一次污染物：SO2+煤尘.湿度大,气温低，浓度可达4.5mg/m3伦敦型烟雾二次污染物：硫酸雾和硫酸盐气溶胶洛杉矶型烟雾(photochemicalsmog)：NOx+CH+h特征：白色或淡棕色烟雾，大气能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜，使呼吸困难。一般发生在温度较高的夏季晴天，峰值出现在中午或刚过中午，夜间消失。机理：①排放大量烃类和氮氧化物；②光照条件下，形成过氧化物；③形成光化学烟雾；④污染质消失，污染终止。工业型烟雾：NOx+CH+h+重金属颗粒+酸雾.四日市和兰州市2019/9/148伦敦烟雾事件2019/9/149洛杉叽光化学烟雾2019/9/14102019/9/1411三、大气污染物的转归1．自净2．转移3．污染物转化成二次污染物2019/9/14124-3大气污染的危害一、大气污染侵入人体的主要渠道呼吸道(为主)消化道(食物)体表接触侵入(皮肤接触)二、主要危害1．对人体健康的危害诱发癌症急慢性中毒2019/9/14132．对动植物的危害3．对材料的损害4．对气候的影响补充：CO2年增长率：2.39ppm/y正常值：316ppm目前：330减产影响农作物生长，造成破坏绿化，使植物枯死臭氧层破坏）酸雨（6.5pH粉尘的阳伞效应的温室效应2CO2019/9/1414大气污染对植物和材料的危害2019/9/1415三、全球大气环境问题温室效应：据估计，如果气温上升1℃，海平面要升高10厘米，而全球3/4的大城市和占40%的人口都集中在离海岸不过60千米以内的地区。摘自《光明日报》2004-11-12（1）刘东生院士文章臭氧层破坏酸雨蔓延2019/9/14164-4影响大气污染物扩散的因素一、气象因素风：气压不同的空气流动.1．动力因子气态污染物浓度=(污物排量/平均风速)湍流：2．热力因子1)大气温度层结：地球表面上方大气T随h而变的情况.气温垂直递减率定义：垂直于地球表面方向上每升高100m气温的变化值.取值：在对流层=0.65oC/100m风的摆性风的阵性2019/9/14170正常层(对流层)hT原因：大气直接吸收太阳辐射能造成的增温没有地面辐射造成的增温显著,即地面是大气的主要增温热源.由于地层大气中含有吸收地面辐射能较强的水蒸气和固体颗粒物,在大气中分布是愈往上愈少.=0等温层0逆温层2019/9/1418气温干绝热递减率(dryadiabaticlapserate)意义：干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升(膨胀,T)或者下降(压缩,T),单位高度(100m)温度的变化.取值：mCmCd100/1010098.002019/9/14192)大气稳定度大气稳定度与气温干绝热递减率有密切关系,大气垂直运动的增强或者减弱取决于(/d)：d：处于稳定状态,上下运动,外力消失,即回原处。属于逆温区,污物不宜扩散稀释.d:处于不稳定状态,上下运动,仍有升降,易于扩散稀释.=d:中性状态,上下运动,推那停那.例如：某一个气团处于200m高空,温度为12C，=0.5C/100m，d=1C/100m若气团上升至300m,温度为11C,则要下降至200m处.若气团下降至100m,温度为13C,则要上升至200m处.2019/9/1420大气稳定度判断图1011121314T/℃300地面100200H/mm1005.0℃1d℃/100m12℃12.5℃11.5℃300地面100200H/mm1005.1℃1d℃/100m12℃13.5℃10.5℃1011121314T/℃300地面100200H/mm1001℃1d℃/100m12℃13℃11℃1011121314T/℃300地面100200H/mm1001℃1d℃/100m12℃1011121314T/℃2019/9/1421二、地理因素1．动力效应：主要是地形、地物的机械作用改变了气流的运动.地形：主要是谷地、盆地,由于四周群山屏障,减小风速,阻止空气流动,易造成逆温.地物：主要指城市各类建筑物(尤指高层)阻碍局部地区气流运行,降低风速,在建筑物背风区形成小范围的涡流,不利于污染物扩散.日落后先冷冷空气热空气2019/9/14222．热力效应由于下垫面性质不同,使得受热、散热不均匀,引起温度场和风场的变化.例如由于下垫面性质的差异,使地表热力状况不均匀受热,形成局部气流,对大气污染物的扩散有着明显的影响.三、其他因素1．污染物排放的几何形状和排放方式不同面状排放连续排放(危害最大)地面排放2．污染源的污染物浓度[源强/源高]源高：烟囱高度源强：排放速率2019/9/14234-5大气污染物的综合防治与技术一、综合防治原则1．控制大气污染源2．防止或减少污染物的排放改革能源结构；提高煤炭品质；对燃料进行处理；改进燃烧装置和燃烧技术；采用无害工艺；开源节流综合利用；加强管理；改进汽车排气装置3．治理排放的主要污染物4．污染的法制宣传与管理2019/9/1424二、消烟除尘技术1．除尘装置的技术性能指标烟尘浓度的表示方法烟尘的个数浓度：颗粒物的个数/单位气体体积烟尘的质量浓度：g/m3除尘装置的处理量含义：单位时间内所能处理烟气量的大小.单位：m3/hm3/s除尘装置的效率除尘效率：除下的烟尘量/含尘烟气总量除尘效果：未除烟尘量/含尘烟气总量除尘装置的压力损失(压力降)烟气经除尘装置所消耗的能量,(Pa;mmH2O)2019/9/1425G：烟尘流量,g/s清净气体C：含尘浓度,g/m3G2、C2、Q2Q：单位时间的烟尘量,m3/s含尘气体G1、C1、Q1除尘效率：除尘效果：多级除尘效率：捕集尘粒G3、C3、Q3%10013GG1%100%10013112GGGGG））（（总211112019/9/14262．除尘设备简介（表4-4、表4-5）机械式除尘器按机制分类过滤式除尘器湿式除尘器静电除尘器湿式除尘器是否用液体分类干式除尘器高效除尘器除尘效率高低分类中效除尘器低效除尘器附：各种除尘装置实用性能比较2019/9/14272019/9/14282019/9/1429三、排烟脱硫气态酸性氧化物(同碱、盐反应)1．原理SO2中间价态溶于水2．方法1）干法优点：排烟温度高,易扩散.缺点：效率低,设备庞大.活性炭吸附法催化氧化法42322122SOHSOOSOOH2424423224252MnOSOKKMnOSOHSOSOSOSOKOV或硅载体2019/9/14302）湿法优点：方法简单,流程短,建设费用省缺点：温度低,湿度大,烟气上升高度低,难扩散.氨法：2NH3.H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O(工艺成熟,简单操作方便,重点掌握)回收(NH4)2SO4：(NH4)2SO3+(1/2)O2(NH4)2SO4回收石膏：(NH4)2SO4+Ca(OH)2CaSO4.2H2O+2NH3回收硫磺：(NH4)2SO32NH3+SO2+H2OSO2+H2S3S+2H2O2019/9/1431钙法Ca(OH)2+SO2CaSO3+H2OCaSO3+SO2+H2OCa(HSO3)2回收石膏：CaSO3+(1/2)O2+2H2OCaSO4.2H2OCa(HSO3)2+NO+H2OCaSO4.2H2O+(1/2)N22Ca(HSO3)2+NO2+2H2O2CaSO4.2H2O+(1/2)N2+2SO2(此法同时除去NOx)碱法(钠法)NaOH镁法MgxMnOy和MgOGrillo法MgxMnOy副产物H2SO4浓度可达98%.Chemical法(MgO)2019/9/1432四、排烟脱硝（氮）NOx为气态酸性氧化物1．原理中间价态,有氧化还原性,氧化性为主NO难溶于水,常需变成NO22．方法碱液吸收NaOH、Na2CO3、NH3水NO+NO2+2MOH2MNO3+H2O吸收法2MOH+2NO2MNO2+MNO3+H2O熔融盐吸收浓硫酸吸收活性炭吸附法丝光沸石分子筛2019/9/1433非选择性催化还原法定义：在催化剂的作用下,还原剂不加选择地与废气中的NOx与O2同时发生反应.温度：400~500C催化剂：Pt、Cu、Co、Ni、Cr、Mn等的氧化物主要反应：CH4+4NOCO2+2H2O+2N2CH4+4NO24NO+CO2+2H2O选择性催化还原法定义：在催化剂作用下,还原剂只选择性地与废气中的NOx发生反应.还原剂气体：NH3、H2S、Cl2-NH3等.主要反应：2NO+Cl22NOCl2NOCl+2NH3NH4Cl+H2O+N22019/9/1434氧化还原法高锰酸钾氧化法：亚硫酸铵吸收法：2019/9/1435五、典型废气的治理技术实例（图4-15活性炭吸附SO2工艺流程图）1-喷管；2-复档脱水器；3-澄清池；4-风机；5-吸附塔；6-中间酸箱；7-酸洗泵；8-放空管；9-半成品酸箱；10-酸槽