造纸工业大气污染控制.ppt

第五章造纸工业大气污染控制,大气组成,自然状态下的大气由干洁空气、水蒸气和悬浮微粒组成。,干洁空气：除去水蒸气和微粒的空气，主要成分是氮、氧、氩，它们占空气总容积的百分数分别为78.08%、20.95%、0.93%；次要成分有二氧化碳、氖、氦、氪、氙、氢、臭氧等。,第一节大气污染与防治,干洁空气的组成,当空气中某种物质的含量远大于表中物质的含量时，就可认为空气被污染了，如果某物质在该表中完全不存在，那么一经存在就构成污染。（注意：一般不把水看作污染物。）,大气圈的概念,大气圈的分层,在地球引力作用下随地球而旋转的大气层叫做大气圈，其厚度约为地球表面1000-1400千米的范围。,1、对流层2、平流层3、中间层4、暖层（电离层、热成层）5、散逸层（外层）,对人类影响最大,含有臭氧,大气结构,大气污染的定义,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。,影响大气污染的因素,人类活动和自然过程的影响气象条件的影响逆温层地理和地面条件的影响,1）局部地区大气污染2）区域性大气污染3）广域性大气污染4）全球性大气污染：指温室效应、酸雨、臭氧层空洞,大气污染的分类,酸雨(AcidRain),定义,酸雨又称酸沉降，它是指pH值小于5.6的天然降水（湿沉降）和酸性气体及颗粒物的沉降（干沉降）。,成分,主要是无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸。,形成机理,人为排放的SO2和NOx等气体在大气中经过复杂的物理化学过程生成硫酸和硝酸，形成了酸雨，大体经过以下几个过程。,1、SO2的氧化过程：SO2通过催化氧化和光化学氧化两种途径转化为SO3，进而生产硫酸。,2、NOx的氧化过程：NOx的氧化过程主要是催化氧化。在空气湿度大并存在金属杂质和NH3的条件下，生成硝酸和硝酸盐，最终形成气溶胶。,3、酸雨的形成：硫酸、硝酸及其他酸性成分等酸性污染物可以被吸收到云内（云内捕集），在云下的酸性污染物在降雨初期被雨水吸收（雨水捕集），进而成为酸性降水。,全球性大气环境问题,温室效应(GreenhouseEffect),温室气体与温室效应,能使地球大气增温的微量组分称为温室气体，主要有CO2、CH4、N2O、CFC3（氟里昂）等。这些微量气体主要吸收7500-13000nm间的长波辐射，使地球的温度上升，即产生温室效应。,研究表明，各种温室气体对全球的温室效应所起作用的比例不同，其中CO2的作用占55%、CFC占24%、CH4占15%、N2O占6%。,进入20世纪以来，这些温室气体在大气中的浓度都有增加，其中CO2的增加是最快的，是造成全球变暖的主要原因。CO2浓度增加的人为原因：化石燃料的燃烧所排放的CO2占排放总量70%；森林的毁坏。,全球性大气环境问题,臭氧层空洞(DepletionoftheOzoneLayer),在大气圈约25km高空的平流层有一个臭氧层。臭氧具有非常强烈的吸收紫外线的功能，特别是吸收了99%来自太阳紫外线中对生物有害的部分(UV-B)。,臭氧层损坏原因,人类活动排入大气的某些化学物质与臭氧发生作用，导致了臭氧的损耗。这些物质主要有CH4、N2O、CCl4、哈龙（溴氟焕烃）以及氟里昂等，破坏作用最大的为哈龙类物质与氟里昂。,科学家研究发现，在对流层相对稳定的氟里昂在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈的紫外线作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。,全球性大气环境问题,大气污染物的种类,气溶胶态污染物,根据物理性质的不同分,粉尘(dust)烟(fume)飞灰(flyash)黑烟(smoke)雾(fog)化学烟雾(smog),飘尘降尘,气态污染物,含硫化合物、含氮化合物、碳化物、碳氢化合物、卤化物,一次污染物二次污染物：如硫酸烟雾、光化学烟雾,按形成过程分,SulfurousSmog,PhotochemicalSmog,主要大气污染物,A.一次污染物：是从污染源直接排出原始物质，进入大气其形态没有发生变化的污染物；B.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，则形成了新污染物称为二次污染物,气态污染物,三、大气污染源的来源及其危害,大气污染对气候的影响很大，大气污染排放的污染物对局部地区和全球气候都会产生一定影响，尤其对全球气候的影响，从长远的观点看，这种影响将是很严重的。1）二氧化硫SO2主要危害：形成工业烟雾，高浓度时使人呼吸困难，是著名的伦敦烟雾事件的元凶；进入大气层后，氧化为硫酸（SO4）在云中形成酸雨，对建筑、森林、湖泊、土壤危害大；形成悬浮颗粒物，又称气溶胶，随着人的呼吸进入肺部，对肺有直接损伤作用。,2）悬浮颗粒物TSP（如：粉尘、烟雾、PM10）主要危害：随呼吸进入肺，可沉积于肺，引起呼吸系统的疾病。颗粒物上容易附着多种有害物质，有些有致癌性，有些会诱发花粉过敏症；沉积在绿色植物叶面，干扰植物吸收阳光和二氧化碳和放出氧气和水分的过程，从而影响植物的健康和生长；厚重的颗粒物浓度会影响动物的呼吸系统；杀伤微生物，引起食物链改变，进而影响整个生态系统；遮挡阳光而可能改变气候，这也会影响生态系统。3）氮氧化物Nox（如：NO、NO2、NO3）主要危害：刺激人的眼，鼻，喉和肺，增加病毒感染的发病率，例如引起导致支气管炎和肺炎的流行性感冒，诱发肺细胞癌变；形成城市的烟雾，影响可见度；破坏树叶的组织，抑制植物生长；在空中形成硝酸小滴，产生酸雨。,4）一氧化碳CO主要危害：极易与血液中运载氧的血红蛋白结合，结合速度比氧气快250倍，因此，在极低浓度时就能使人或动物遭到缺氧性伤害。轻者眩晕，头疼，重者脑细胞受到永久性损伤，甚至窒息死亡；对心脏病、贫血和呼吸道疾病的患者伤害性大；引起胎儿生长受损和智力低下。5）挥发性有机化合物VOCs（如：苯、碳氢化合物）主要危害：容易在太阳光作用下产生光化学烟雾；在一定的浓度下对植物和动物有直接毒性；对人体有致癌、引发白血病的危险。,6）光化学氧化物（如：臭氧O3）主要危害：低空臭氧是一种最强的氧化剂，能够与几乎所有的生物物质产生反应，浓度很低时就能损坏橡胶、油漆、织物等材料；臭氧对植物的影响很大。浓度很低时就能减缓植物生长，高浓度时杀死叶片组织，致使整个叶片枯死，最终引起植物死亡，比如高速公路沿线的树木死亡就被分析与臭氧有关；臭氧对于动物和人类有多种伤害作用，特别是伤害眼睛和呼吸系统，加重哮喘类过敏症。7）有毒微量有机污染物（如：多环芳烃、多氯联苯、二恶英、甲醛）主要危害：有致癌作用；有环境激素（也叫环境荷尔蒙）的作用。,8）重金属（如：铅、镉）主要危害：重金属微粒随呼吸进入人体，铅能伤害人的神经系统，降低孩子的学习能力，镉会影响骨骼发育，对孩子极为不利；重金属微粒可被植物叶面直接吸收，也可在降落到土壤之后，被植物吸收，通过食物链进入人体；降落到河流中的重金属微粒随水流移动，或沉积于池塘、湖泊，或流入海洋，被水中生物吸收，并在体内聚积，最终随着水产品进入人体。9）有毒化学品（如：氯气、氨气、氟化物）主要危害：对动物、植物、微生物和人体有直接危害。10）难闻气味主要危害：直接引起人体不适或伤害；对植物和动物有毒性；破坏微生物生存环境，进而改变整个生态状况。,11）放射性物质主要危害：致癌，可诱发白血病。12）温室气体（如：二氧化碳、甲烷、氯氟烃）主要危害：阻断地面的热量向外层空间发散，致使地球表面温度升高，引起气候变暖，发生大规模的洪水、风暴或干旱；增加夏季的炎热，提高心血管病在夏季的发病和死亡率；气候变暖会促使南北两极的冰川融化，致使海平面上升，其结果是地势较低的岛屿国家和沿海城市被淹；气候变暖会使地球上沙漠化面积继续扩大，使全球的水和食品供应趋于紧张。,四、影响大气污染的因素1人类活动和自然过程的影响2气象条件的影响3地理和地面条件的影响五、大气污染综合治理1综合防治的基本概念2大气污染中防治措施六、大气质量控制标准,第二节粉尘控制技术基础,来源：废液回收系统和动力锅炉；草类植物纤维资源干法备料系统；亚硫酸盐制浆的制酸系统。机理：将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘装置，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集到表面上。,除尘器的分类与性能,机械力除尘器：,过滤式除尘器：,重力沉降室,旋风除尘器,静电除尘器：,干式静电除尘器,湿式静电除尘器,袋式过滤器,颗粒层过滤器,湿式除尘器,通过质量力的作用达到除尘目的。,用多孔过滤介质来分离捕集气体中的尘粒。,利用高压电场产生的静电力（库仑力）的作用分离含尘气体中的固体粒子或液体粒子。,除尘装置的主要性能,除尘装置的处理量：除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体的体积流量（m3/s或m3/h）。除尘装置的阻力（压力损失）：含尘气体经过除尘装置时的流体阻力。用装置的进口与出口气流全压力之差表示。除尘效率：除尘装置捕集的粉尘量与进入的粉尘量的百分比。除尘装置的分级效率（x）：某一粒径（或粒径范围内）的粉尘的除尘效率。多级除尘效率：总1（11）（12）（1n）,各种除尘装置的实用性能比较,1、机械除尘器：通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：重力沉降室旋风除尘器,重力沉降室,重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降,重力沉降室,重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小（一般为50100Pa）维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子,旋风除尘器,利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置旋风除尘器内气流与尘粒的运动,普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成气流沿外壁由上向下旋转运动：外旋流少量气体沿径向运动到中心区域旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内旋流气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度,旋风除尘器气流与尘粒的运动,旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）,切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上涡旋气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出,旋风除尘器,进气管、筒体、锥体、排气管,a.直入切向进入式b.蜗壳切向进入式c.轴向进入式,旋风除尘器,结构形式进气方式分切向进入式轴向进入式,旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。用来分离粒径大于510m以上的的颗粒物。工业上已有100多年的历史。优点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失较大，动力消耗也较大，可用于各种材料制造，能用于高温、高压及腐蚀性气体，并可回收干颗粒物。缺点：效率90%左右，捕集针叶木草类纤维2.蒸煮温度：温度升高，脱木素速率加快，臭气生成速率少量加快。例如，蒸煮温度由1600C提高到1900C，脱木素速率将增加10倍，臭气速率只增加2.3倍。因此，高温短时间蒸煮，对减少污染气体生成是有利的。3.硫化度：提高硫化度，将生成更多的甲硫醇及甲硫醚4.蒸煮液pH值：甲硫醇在PH值连续蒸煮,1.2.2.硫酸盐法蒸煮过程中大气污染防治,改进制浆工艺：改变制浆方法：不用或少用硫化物制浆改进制浆工艺条件：高温短时间蒸煮、降低硫化度、蒸煮终了时要有足够的残碱。蒸煮过程中产生的大气污染物的控制,蒸煮过程中产生的大气污染物的控制,1.3气态污染物（臭气)的收集与处理,来源：除节机、洗浆机、黑液贮槽、塔罗油回收系统、黑液氧化、污冷凝水汽提等排放的废气量大、污染物浓度低；蒸煮、蒸发和污冷凝水汽提排出的不凝性气体，虽然数量不大，但污染物浓度较高。处理方法：收集进行集中处理。可送石灰窑或碱回收炉内燃烧处理。石灰窑的废气应装设碱液或白液洗涤器洗涤。液体吸收法。,不凝气体燃烧系统,1.4纸浆洗涤过程中大气污染的产生与防治,来源：纸浆在洗涤过程中会散发出大量的气体，其中有水蒸气、空气、易挥发的硫化物和萜烯类气体等；洗浆机的黑液槽也排放少量臭气。影响因素：洗浆设备和工艺、蒸煮黑液中挥发性硫化物含量、洗涤液的pH值和温度、浆料与洗涤液的混合湍动情况等。处理方法：收集废气，送石灰窑或碱回收炉燃烧。,1.5碱回收系统大气污染的产生与防治,1.黑液氧化：可减少硫的损失，同时减少了大气污染。会汽提出少量挥发性硫化物。2.黑液蒸发排气及其污染控制多效间接蒸发，不凝性气体与末效二次蒸汽一起冷凝，进入热水井，冷凝液送去汽提，不凝性气体送洗涤塔，用白液洗涤吸收。直接蒸发过程中，因排气中含有还原性硫化物，造成对大气的污染而逐渐被取消。,蒸发器热水井尾气洗涤器,3.碱回收炉的大气污染及其控制碱尘：Na2SO4、Na2CO3等处理方法：静电除尘器气态污染物：含硫化合物和氮氧化物等预防：提高炉膛下部温度，H2S被熔融的Na2CO3所吸收，防止H2S释放。过量的氧气将还原性硫化物氧化成SO2。处理方法：碱性溶液洗涤吸收。,4.熔融物溶解槽排气及其污染控制产生：大量的水蒸气，带出少量的粉尘，绿液雾滴，少量的还原性硫化物气体污染控制：涤气设备采用文丘里旋风分离器，苛性的或氧化了的白液是最好的涤气液，水是无效的涤气介质。5.石灰窑大气污染的产生及其控制排气中含有粉尘和含硫的气态污染物。粉尘主要由含钙化合物组成。处理流程：旋风分离器分离白泥，文丘里洗涤器除去粉尘、SO2和还原硫化物，净化后的烟气由烟囱排放。,1.6污冷凝水汽提系统排气,来源：（1）蒸煮锅热回收系统（2）黑液蒸发系统（3）松节油回收系统。（4）臭气收集系统的污冷凝水。污染物质：包括含硫化合物、醇类、萜烯类、酮类、酚类及其它溶解气体。对环境的影响：（1）增加水体生化耗氧量（BOD）（2）对大气产生的污染物质恶臭硫化物（3）毒性作用,蒸发系统污冷凝水排放情况,a.多效蒸发最后一效b.表面冷凝器c.水喷射冷凝器d.水环真空泵e.热水井,污冷凝水的汽（气）提处理,汽（气）提法：用惰性气体或水蒸汽吹脱废水中挥发性污染物的方法。汽（气）提方法是污冷凝水处理最主要