环境管理_大气环境保护

第一部分大气环境概述 第三部分大气污染控制技术 第六章大气环境保护 第二部分大气污染物的扩散 第一部分大气环境概述 一 大气的组成和结构二 大气污染类型和大气污染物 大气组成 混合物 干燥清洁的空气 水汽 悬浮微粒 一 大气的组成和结构 干洁空气中各种组分及含量 大气层的结构 根据国际标准化 ISO 的定义 大气污染是指人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中 呈现出足够的的浓度 达到了足够的时间 并因此而危害人体的舒适 健康和福利或环境 所谓的舒适和健康 包括了从对人体正常的生活环境和生理机能的影响到引起慢性疾病 急性病以致死亡这样一个范围 所谓的福利 是指与人类协调共存的生物 自然资源 财产以及器物等 1 大气污染的概念 二 大气污染类型和大气污染物 2 大气污染的分类 1 按污染物的化学性质划分 还原型污染 氧化型污染 2 按燃料性质和污染物的组成划分 煤炭型 石油型 混合型 特殊型 还原型污染 英国伦敦 1952年12月5 8日发生 主要是燃煤排放的粉尘和二氧化硫 烟雾逼迫所有飞机停飞 汽车白天开灯行驶 行人走路都困难 据事后统计 在烟雾期间4天中死亡人数较常年同期约多4000人 45岁以上的死亡最多 约为平时的3倍 1岁以下的儿童死亡数 约为平时的2倍 事件发生的一周中因支气管炎 冠心病 肺结核和心脏衰弱者死亡 分别为事件发生前一周同类死亡人数的9 3倍 2 4倍 5 5倍和2 8倍 肺炎 肺癌 流感及其它呼吸道病患者死亡率均有成倍增加 氧化型污染 美国洛山矶 1943年发生 主要是由于汽车尾气和工业废气排放造成的 汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和氮氧化物被排放到大气中后 在强烈的阳光紫外线照射下 会吸收太阳光所具有的能量 一般发生在湿度低 气温在24 32 度的夏季晴天的中午或午后 光化学烟雾主要是刺激眼 喉 鼻 引起眼病 喉头炎及不同程度的头痛 使家畜患病 防碍农作物及植物的生长 使橡胶制品老化 材料与建筑物受腐蚀而损坏 使大气浑浊 降低大气可见度 影响汽车 飞机安全运行 1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学烟雾事件 前者有400多人因五官中毒 呼吸衰竭而死 后者使全市四分之三的人患病 过氧乙酰硝酸酯 PAN 混合型大气污染 日本四日市大气污染 在工业中心城市 由企业 汽车尾气等排放的二氧化硫 粉尘 氮氧化物及各种重金属微粒在静风的天气下 在近底层聚集 吸入肺部 刺激人体呼吸道 引起肺气肿 气管炎 哮喘等 煤炭型污染 石油型污染 3 大气污染源 1 按污染源存在的形式划分 固定污染源 移动污染源 2 按污染物排放的方式划分 点源 面源 线源 3 按污染物排放时间划分 连续源 间断源 瞬间源 4 按污染物产生的类型 工业污染源 生活污染源 交通污染源 钢铁厂造成的污染 火力发电厂造成的污染 石油燃烧造成的大气污染 大山深处的工厂带来的污染 生活污染源 指居民日常烧饭 取暖 沐浴等活动 燃烧化石燃料而向大气排放烟尘 SO2 NOX等污染物 这类污染源属固定源 具有分布广 排量大 污染高度低等特点 是一些城市大气污染不可忽视的污染源 但是 随着城市电气化的推进 城市生活污染源将从根本上得到遏制 交通污染源由汽车 飞机 火车和轮船等交通运输工具运行时向大气中排放的尾气 这类污染源属流动污染源 主要污染物是烟尘 碳氢化合物 NOX 金属尘埃等 是城市大气环境恶化的主要原因之一 农业污染源主要是不当施用农药 化肥 有机粪肥等过程产生的有害物质挥 以及施用后期NOX CH4 挥发性农药成分从土壤中逸散进入大气等形成的污染源 燃烧秸秆是一种特殊的大气污染源 水稻田和反刍动物排放甲烷气是一种不容易被人认识的污染源 4 大气污染物据不完全统计 目前被人们注意到或已经对环境和人类产生危害的大气污染物大约有100多种 其中影响范围广 对人类环境威胁较大 具有普遍性的污染物有颗粒物 二氧化硫 氮氧化物 一氧化碳 碳氢化含物及光化学氧化剂等 1 按污染物与污染源的关系 一次污染物 二次污染物 2 按污染物的存在形态划分 气溶胶状态污染物 气体状态污染物 一次污染物与二次污染物一次污染物是从污染源直接排出的大气污染物 如颗粒物 二氧化硫 一氧化碳 氮氧化物 碳氢化合物等 二次污染物则是由污染源排出的一次污染物与大气正常组分 或几种一次污染物之间 发生了一系列的化学或光化学反应而形成了与原污染物性质不同的新污染物 其毒性一般较一次污染物强 如硫酸及硫酸盐气溶胶 硝酸及硝酸盐气溶胶 臭氧 光化学氧化剂等 气态污染物主要包括 硫氧化合物 SOx 二氧化硫 SO2 三氧化硫 SO3 氮氧化物 NOx NO NO2 N2O NO3 N2O4 N2O5 碳氧化物 一氧化碳 CO 碳氢化合物 主要气体状态的大气污染物 颗粒污染物 美国科学家最近进行的一项大规模调查表明 死于肺癌的城市居民中 有多达1 5的人是受空气中的微小污染颗粒所害 而这些微粒主要来源于汽车废气 空气中直径2 5微米以下的颗粒污染物对健康的危害较大 这些细小的微粒能够深入肺部并沉积下来 导致疾病 研究表明 每立方米空气中这种微粒的含量上升10微克 长期肺癌死亡率就上升8 效果与长期被动吸烟相似 5 大气污染的危害 1 对人体健康的危害大气污染物进入人体有三种途径 呼吸道吸入 这是最主要的一条渠道 在食入食物时 通过消化道进入人体 体表接触侵入 大气污染对人体的影响 首先是感觉上不舒服 随后生理上出现可逆性反应 再进一步就出现急性危害症状 大气污染对人的危害大致可分为急性中毒 慢性中毒 致癌三种 急性中毒大气中的污染物浓度较低时 通常不会造成人体急性中毒 但在某些特殊条件下 如工厂在生产过程中出现特殊事故 大量有害气体泄露外排 外界气象条件突变等 便会引起起人群的急性中毒 如印度帕博尔农药厂甲基异氰酸酯泄露 直接危害人体 发生了2500人丧生 十多万人受害的惨剧 慢性中毒大气污染对人体健康慢性毒害作用 主要表现为污染物质在低浓度 长时间连续作用于人体后 出现的患病率升高等现象 近年来 我国城市居民肺癌发病率很高 其中最高的是上海市 城市居民呼吸系统疾病明显高于郊区 致癌作用这是长期影响的结果 是由于污染物长时间作用于肌体 损害体内遗传物质 引起突变 如果生殖细胞发生突变 使后代机体出现各种异常 称致畸作用 如果引起生物体细胞遗传物质和遗传信息发生突然改变 又称致突变作用 如果诱发成肿瘤 称致癌作用 实例 矽肺病人 2 对动植物的危害大气污染严重时 动物往往由于食用积累了大气污染物的植物和水 会发生中毒或死亡 大气污染物会使土壤酸化 水体水质变酸 水生生物灭绝 植物产量下降 品质变坏 即当大气污染物浓度超过植物的忍耐限度 会使植物的细胞和组织器官受到伤害 生理功能和生长发育受阻 产量下降 产品品质变坏 群落组成发生变化 甚至造成植物个体死亡 种群消失 3 对材料的损害大气污染是造成城市地区经济损失的一个重要原因 如腐蚀金属 侵蚀建筑材料 使橡胶产品脆裂老化 损坏艺术品 使有色金属褪色等 颗粒物沉积在高压输电线绝缘器件上 可造成短路事故 大气污染物还能在电子器件接触器上生成绝缘膜层 使器件的使用功能受到损坏 4 对天气和气候的影响减少到达地面的太阳辐射增加大气降水量形成酸雨增高大气温度 5 对农业生产的危害大气污染对农作物有急性危害 慢性危害和不可见危害 一 影响大气污染物扩散的气象因素二 大气污染物的分布 第二部分大气污染物的扩散 一 影响大气污染物扩散的气象因素 风的影响 风向 风速 地方风场 大气湍流的影响 热力湍流 机械湍流 大气层结稳定度的影响 太阳辐射 大尺度天气形势 下垫面状况 风 风是一个矢量 用风向和风速表示 1 风向污染物总是由上风方被输送到下风方 在污染源下风向 污染要重一些 因此考察一个地区的大气污染时 一定要了解当地的风向 风向玫瑰图 2 风速地面风速指离地平面10米高处的风速 大气湍流 大气除了整体水平运动外 还存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动或称为旋涡运动 这种极不规则的大气运动就是大气湍流 大气湍流与大气的热力因子和近地面的形状有关 前者形成的湍流称为热力湍流 后者所形成的湍流称为机械湍流 大气湍流是这两种湍流综合作用的结果 小尺度湍流 烟云不断受到小尺度湍流漩涡的搅动 同空气逐渐混合 不断扩散 湍流尺寸对污染物扩散的影响 中尺度使扩散加剧 大尺度湍流对烟云主要是携带作用 一般情况 几种尺度的湍流同时存在 烟囱排放的烟云扩散很快 风和湍流是决定污染物在大气中扩散状态的最直接和最本质的因子 是决定污染物扩散的决定因素 凡有利于增大风速 增强湍流的气象条件 都有利于污染物的稀释扩散 温度层结与逆温温度层结 近地面附近的垂直温度分布情况 整个对流层内变化不同 近地变化小0 3 0 4 100米 对流层上层变化大0 65 0 75 100米 平均值在0 65 100米 垂直于地球表面方向上 每上升一百米高度 气温的变化情况 气温垂直递减率 0时 随高度增加气温降低 大气不稳定 0时 随高度增加气温不变化 大气等温 0时 随高度增加气温升高 大气稳定 d干绝热直减率0 98K 100m 温度层结 4 逆温 对流层中出现的气温随高度增加而升高的现象 称为逆温 只要逆温出现 对天气均有一定影响 逆温层能阻碍空气的垂直运动 大量烟尘 水汽等聚集在逆温层下面 使能见度变坏 也易造成大气污染 逆温下烟雾 0时 随高度增加气温降低 大气不稳定 0时 随高度增加气温不变化 大气等温 0时 随高度增加气温升高 大气稳定 d干绝热直减率0 98K 100m 温度层结 4 大气稳定度同高架源排放情况 烟云排放主要有5种类型 a波浪型b锥型c扇型d爬升型e熏烟型 二 大气污染物的分布 高斯扩散模式 高斯模式的有关假定坐标系右手坐标 x为主风向 y为横风向 z为垂直向四点假设a 污染物浓度在y z风向上分布为正态分布b 全部高度风速均匀稳定c 源强是连续均匀稳定的d 扩散中污染物是守恒的 不考虑转化 高斯扩散模式 高斯扩散模式的坐标系 高斯烟流的浓度分布 高斯烟流中心线上的浓度分布 高架连续点源扩散的高斯模式 q源强计算或实测 g s平均风速 m sH有效源高 m 扩散参数 污染物在y z方向分布的标准差 m 是指有一定的建筑高度的排放污染物的固定点源 源强是连续的 大气扩散参数 y z 的确定 P G曲线法帕斯奎尔在1961年推荐一种仅需要常规气象观测资料就能估算 y z的方法 吉福德 Gifford 进一步将它制成应用更方便的图表 应用观测到的风速 云量 云状和日照等天气资料 将大气扩散稀释能力分为6个等级 A 极不稳定 B 不稳定 C 弱不稳定 D 中性 E 弱稳定 F 稳定 若稳定级别为A B 则表示按A B级的数据内插 扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量 是影响污染物浓度的重要参数 扩散参数的确定 P G曲线法 P G曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别 扩散参数的确定 P G曲线法 P G曲线的应用利用扩散曲线确定和 污染物浓度的估算 污染物浓度的估算 将地面轴线浓度对求导 并令倒数为0 例 某冶炼厂烟囱高150m 烟气抬升高度75m SO2排放量1000g s 估算风速3m s 求大气稳定度C级时地面最大浓度是多少 其 y和 z值分别为多少 y z 1 8 150 75 1 414 159 1 8 286 2 1000 3 14 3 225 225 2 7 1 8 0 86mg m3 1 空气质量指数 AirQualityIndex 空气质量按照空气质量指数大小分为五级 相对应空气质量的六个类别 指数越大 级别越高说明污染的情况越严重 对人体的健康危害也就越大 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肝病 肺病患者应减少体力活动251 300 中度重污染301 500 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 一般人群应尽量减少户外活动 一 大气污染防治法二 大气污染防治的措施 第三部分大气污染控制技术 一 中华人民共和国大气污染防治法 中华人民共和国大气污染防治法 共七章六十六条 对大气污染防治的监督管理体制 主要的法律制度 防治燃烧产生的大气污染 防治机动车船排放污染以及防治废气 尘和恶臭污染的主要措施 法律责任等均做了较为明确 具体的规定 2000年4月29日修订通过 自2000年9月1日起施行 主要制度 一 大气污染物排放总量控制和许可证制度国家采取措施 有计划地控制或者逐步削减各地方主要大气污染物的排放总量 地方各级人民政府对本辖区的大气环境质量负责 制定规划 采取措施 使本辖区的大气环境质量达到规定的标准对尚未达到规定的大气环境质量标准的区域和国务院批准划定的酸雨控制区 二氧化硫污染控制区 可以划定为主要大气污染物排放总量控制区核定企业事业单位的主要大气污染物排放总量 核发主要大气污染物排放许可证 二 污染物排放超标违法制度 明确了 达标排放 超标违法 的法律地位 规定 向大气排放污染物的浓度不得超过国家和地方规定的排放标准 超标排放的 应限期治理 并被处一万元以上十万元以下的罚款 三 排污收费制度 一 国家实行按照向大气排放污染物的种类和数量征收排污费根据加强大气污染防治的要求和国家的经济 技术条件合理制定排污费的征收标准征收排污费必须遵守国家规定的标准 具体办法和实施步骤由国务院规定征收的排污费一律上缴财政 按照国务院的规定用于大气污染防治 不得挪作他用 并由审计机关依法实施审计监督 四 防治特定污染源 污染物的措施 一 防治燃煤污染的措施主要内容包括 控制煤的硫份和灰份 改进城市能源结构 推广清洁能源的生产与使用 发展城市集中供热 要求电厂脱硫除尘 加强防治城市扬尘工作等 二 机动车船污染控制的措施 大气污染防治法 中专门对防治机动车船排放污染作出了明确规定 任何单位和个人不得制造 销售或者进口污染物排放超过规定标准的机动车船 在用机动车不符合制造当时的在用机动车污染物排放标准的 不得上路行驶 同时对机动车船的日常维修与保养 车船用燃料油 排气污染检测抽测等作出了原则规定 三 防治废气 尘和恶臭污染 在防治粉尘污染方面 要求采取除尘措施 严格限制排放含有毒物质的废气和粉尘 在防治废气污染方面 要求回收利用可燃性气体 配备脱硫装置或者采取其他脱硫措施 在防治恶臭污染方面 规定特定区域禁止焚烧产生有毒有害烟尘和恶臭的物质以及秸杆等产生烟尘污染的物质 在防治城市扬尘污染方面 要求人民政府采取措施提高人均绿地面积 减少裸露地面和地面尘土 消除或者减少本地的空气污染源 在餐饮业油烟污染方面 要求城市饮食服务业的经营者 必须采取措施 防治油烟对附近居民的居住环境造成污染 在消耗臭氧层物质替代产品方面 专门规定了国家鼓励 支持消耗臭氧层物质替代品的生产和使用 环境空气质量标准 2012 02 29发布2016 01 01实施环境空气功能区分为二类 一类区为自然保护区 风景名胜区和其他需要特殊保护的区域 二类区为居住区 商业交通居民混合区 文化区 工业区和农村地区 环境空气质量标准分级环境空气质量标准分为二级 一类区执行一级标准二类区执行二级标准 二 大气污染综合防治措施 采取各种措施 减少污染物的产生区域采暖和集中供热 进行技术更新 改善燃烧过程 提高能源效率和节能 改革生产工艺 综合利用 废气 洁净煤技术 开发新能源 清洁能源和可再生能源 1 洁净煤技术 煤炭开发利用中减少污染和提高效率的煤炭加工 转化 燃烧和污染控制等新技术 20世纪80年代中期 美国率先提出洁净煤技术 环境控制技术 NOx SO2排放控制系统 先进燃煤发电技术 IGCC CFBC和先进燃烧与热机系统 煤炭加工成洁净能源技术 工业应用技术 欧共体国家紧跟着推出未来能源计划 研究开发的洁净煤技术有 煤气化联合循环发电 IGCC 煤和生物质及废弃物联合气化 或燃烧 循环流化燃烧 CFBC 固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等 中国洁净煤技术领域1997年国家发展计划委员会发文以国务院批准的 中国洁净煤技术 九五 计划和2010年发展纲要 中指出 洁净煤技术主要是包括 煤炭洗选 加工 转化 先进燃烧技术 烟气净化等方面的十四项技术 二 采用各种技术 控制污染物排放颗粒污染物的控制 除尘技术 干式机械式除尘 重力沉降室除尘 旋风除尘 离心除尘 惯性除尘 过滤式除尘 湿式除尘 静电除尘 气态污染物的控制A 二氧化硫的治理技术 燃烧前脱硫技术 燃烧时脱硫技术 烟气脱硫技术B 氮氧化物的治理技术 吸收法 催化还原法 C 碳氢化合物的治理技术 吸收法 吸附法 燃烧法 冷凝法D 汽车废气净化技术 机外净化技术 机内净化技术 能源替代技术 2 除尘技术和除尘器 重力式除尘器和惯性力除尘器旋风除尘器湿式除尘器水膜除尘器文丘里水膜除尘器冲击式除尘器布袋除尘器电除尘器 旋风除尘器 布袋除尘器 静电除尘器 3 脱硫技术简介 燃烧前脱硫燃烧前脱硫就是在煤燃烧前把煤中的硫分脱除掉 燃烧前脱硫技术主要有 物理洗选煤法 化学洗选煤法 煤的气化和液化等炉内脱硫烟气脱硫 炉内脱硫 是在燃烧过程中向炉内加入固硫剂如C