大气环境PPT课件.ppt

.,1,第三章大气污染与防治,2,.,第一节大气组成与结构,一、大气的组成,大气,干燥清洁的空气,水蒸气（0.01%4%）,杂质,主要成分,次要成分,氮78.09%,氧20.95%,氩0.93%,二氧化碳0.03%,3,.,二、大气的结构1、对流层对流层是大气圈中最接近地面的一层。对流层的厚度从赤道向两极减少，集中了大气总质量75%的空气和几乎全部水蒸气，是天气变化最复杂的层次。对流层具有如下两个特点：a.气温随高度增加而降低。对流层的大气不能直接从太阳辐射中得到热能，但能从地面反射得到热能而使大气增温，因而靠近地面的大气温度高，远离地面的空气温度低。,4,.,b.空气具有强烈的对流运动近地层的空气接受地面的热辐射后温度升高，与高空冷空气发生垂直方向的对流，构成了对流层空气的强烈对流运动，一旦大气中进入污染物，则能够得到扩散和稀释。人类活动排放的污染物主要是在对流层聚集，大气污染主要也是这一层发生。是我们研究的主要对象,5,.,2、平流层对流层顶至高度约5055km处为平流层。平流层内空气比较干燥，几乎没有水汽和尘埃，大气透明度好。平流层中存在着厚度为20km的臭氧层，且平流层的空气无垂直对流运动，主要是平流运动，一旦进入污染物则难于扩散。,3、中间层平流层顶至高度85km处为中间层。由于该层的臭氧稀少，其温度垂直分布的特点是气温随高度的增加迅速降低，这种温度分布下高上低的特点，使得中间层空气再次出现强烈的垂直对流运动。,6,.,4、热成层热成层又称暖层，位于85800km的高度之间。这一层空气更加稀薄，气体在宇宙射线作用下处于电离状态，因此又将其称为电离层。因此，气温是随高度的增加而增加。电离层能将地面发射的无线电波反射回地面，对全球的无线电通讯具有重要意义。5、散逸层热成层顶以上的大气统称为散逸层，也称为外层。该层大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快。,7,.,第二节大气污染及污染源,一、大气污染1、大气污染的概念按照国际标准化组织（ISO）做出的定义: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。,8,.,二、大气污染的分类1、根据污染范围的大小分类a.局部性大气污染：如某个工厂烟囱排气所造成的直接影响b.区域性大气污染：如工业区及其附近地区及整个城市受到大气污染c.广域性大气污染：涉及到比一个城市更广泛地区的广域污染：如西南地区的酸雨污染；d.全球性大气污染：指跨国届乃至涉及整个地球大气层的污染，如温室效应、臭氧层破坏、酸雨等。,9,.,2、根据污染物的化学性质及存在状况分类a.还原型大气污染（煤烟型）：发生在所使用煤碳为主，同时也使用石油的地区。污染物：SO2、CO和颗粒物。气象条件：低温、高湿度的阴天，且风速很小，并伴有逆温存在的情况，一次污染物受阻，易在低空聚集、生成还原性烟雾。实例：“伦敦烟雾”事件,10,.,b.氧化型（汽车尾气型）：发生在使用石油燃料的地区，污染物的主要来源是汽车排气，燃油锅炉以及石油化工企业。污染物：一次污染物有CO、NOx和CnHm；二次污染染物有O3，醛类、PAN等。气象条件：光照强烈的热带、亚热带地区；温度24-32,湿度d时大气处于不稳定状态；当=d时，大气处于中性平衡状态；当d时，大气处于稳定平衡状态。,36,.,简单判定稳定度的方法：当大气的垂直温度随高度增高而降低时，大气为不稳定状态。当大气的垂直温度随高度增加而增加时，呈现出逆温，这时大气是稳定的，温度随高度增加得愈剧烈，即大气愈稳定。当温度不随高度而变化，可认为大气是处于中性状态。,37,.,38,.,六、影响大气污染物的地理因素,1.地形和地物的影响地面是一个凹凸不平的粗糙曲面，当气流沿地面流过时，必然要同各种地形地物发生摩擦作用，使风向风速同时发生变化，其影响程度与各障碍物的体积、形状、高低有密切关系。2.山谷风山谷风是在山区最为常见，它主要是由于山坡和谷底受热不均而产生的。在白天，太阳先照射到山坡上，使山坡上大气比谷地上同高度的大气温度高，形成了由谷地向上坡的风，称为谷风。在夜间，山坡和山顶比谷地冷却得快，使山坡和山顶的冷空气顺山坡滑到谷底，形成了山风。,39,.,山风和谷风；,40,.,3.海陆风它发生在海陆交界地带，是由于陆地和海洋的热力性质的差异而引起的。在白天，由于太阳辐射，陆地升温比海洋快，在海陆大气之间产生了温度差、气压差，使低空大气由海洋流向陆地，形成海风。在夜间，由于有效辐射发生了变化，陆地比海洋降温快，在海陆之间产生了与白天相反的温度差、气压差，使低空大气从陆地流向海洋，形成陆风。,41,.,白天,晚上,海风和陆风；,42,.,4.城市热岛环流城市热岛环流是由城乡温度差引起的局地风。产生城乡温度差异的主要原因是：a.城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高b.城市的覆盖物热容量大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖c.城市上空笼罩着一层烟雾和二氧化碳，使地面有效辐射减弱。因此，使城市市区净热量收入比周围乡村多，故平均气温比周围乡村高，于是形成了所谓城市热岛。,43,.,44,.,第三节全球大气环境问题,一、全球变暖与防治对策1、近百年来的全球气候（1）全球气温上升趋势明显，平均大约上升0.6摄氏度；（2）全球气温的变化不呈直进式，而是呈现冷暖交替的波动,45,.,2、温室效应与温室气体,（1）什么是“温室效应”?所谓“温室”即指“暖房”，屋顶和四周是玻璃或透明塑料薄膜建成，由于玻璃和透明塑料薄膜可以使太阳光(短波辐射)射入室内，但室内向外的辐射(长波辐射)却不易透过玻璃或薄膜外逸，使室内温度提高，起到防寒升温、在寒冷季节也能栽种喜温作物的作用。大气中的温室气体所起的作用与玻璃温室相同，它不影响太阳光照射到地面，但却可以吸收地面向外的红外(长波)辐射，使低层大气变暖，于是人们便把这种作用称为“温室效应”。,46,.,（2）温室气体（a）概念能使地球大气增温的微量气体组分，成为温室气体。（b）种类二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氟利昂（CFC11）、一氧化二氮（N2O）等。二氧化碳起55的作用，甲烷和氟利昂起20的作用。,47,.,3、全球变暖对人类的影响,（1）海平面上升全球海平面在过去的百年里上升了14.4厘米。冰川融化可造成海平面上升，海平面上升1米，中国的珠三角洲、长江三角洲、渤海湾地区将会被淹没。（2）气候变化全球变暖将引起世界温度带的移动。a、大部分地区温度上升但也有例外b、全球降雨量增加，全球陆地降雨增加了1%C、沿海岸的亚热带地区会出现更潮湿的季风d、台风的强度增强e、飓风更频繁、更强大，并向高纬度地区发展。,48,.,（3）、对生物多样性的影响全球气候的变化必然给生物圈造成多种冲击，生物群落的伟大分布和生物带都会有相应的变化，很可能有部分植物、高等真菌物种会处于濒临灭绝和物种变异的境地，植物的变异也必然影响到动物群落。（4）、对全球人类的影响a、对农业的影响b、威胁沿海城市、岛屿与平原c、传染性疾病可能扩大分布范围d、改变水资源的分布和水量,49,.,4、控制全球变暖的综合对策,控制全球变暖，就必须要减少大气中温室气体含量，其中关键问题是控制二氧化碳的含量。（1）基本控制对策a、能源对策发展核能与氢能开发利用新能源：太阳能和风能开发替代能源：水力发电b、绿化对策：植树造林、减少人口（2）发达国家负有减少温室气体的主要责任,50,.,二、臭氧层破坏与防治对策,1、臭氧层破坏的机理（1）臭氧的自然平衡过程式中M为反应第三体，一般是氮分子或氧分子。,51,.,（2）当有活性催化物质存在时式中Y为活性催化物，在反应中并不消耗，有些物质可在平流层中存在数年，所以一个Y自由基可以破坏数万或数十万个臭氧分子。Y物种包括三大家族：氢家族HOx、氮家族NOx和卤家族XOx。,52,.,（3）氯氟烃（CFCs）类物质是臭氧层破坏的一个主要原因CFCs的化学稳定性好，在对流层不易分解而进入平流层。到达平流层CFCs受到短波紫外线的照射，分解为Cl自由基，参与臭氧的消耗。常用的CFCs中一氟三氯甲烷CFC-11(CFCl3）和二氟二氯甲烷CFC-12(CF2Cl2）的寿命大约为50年和110年，有的CFCs的寿命可达数千年。,53,.,2、臭氧层破坏造成的危害,（1）对人类健康的影响致癌作用损伤人体免疫系统对眼的损伤；（2）对植物的影响：使农作物减产；（3）对水生系统的影响：减少浮游生物的产量；（4）其他影响臭氧层破坏对气候的影响加剧环境污染使材料加速破坏,54,.,3、应对措施,（1）提高利用效率，降低操作损失；（2）回收和在循环；（3）改进CFCs产品；（4）非CFCs产品的替代品。,55,.,三、酸沉降与防治措施,1、酸雨(acidrain)概念：pH低于5.6的降水，包括雨、雪、霜、雾雹与露等各种降水形式。我国酸雨的特点：（1）以长江为界，南方酸雨多于北方。a、北方土壤多属碱性b、南方多雨，土壤经雨水长期冲刷，石灰质减少c、北方天气干燥雨水少，沙漠地区多d、南方地区燃用的煤比北方地区含硫量高（2）我国酸雨属于硫酸型（3）降水酸度有明显的季节性，冬季PH值，夏季高。（4）城区的酸雨比郊区严重,56,.,2、酸雨的来源（1）天然排放的硫化合物和氮化合物；生物源，如：海浪溅沫、火山喷发等；非生物源，如：细菌分解有机物。（2）人为排放的硫化合物和氮化合物化石燃料的燃烧产生的SO2和NOx排放是产生酸雨的根本原因。,57,.,3、酸雨的形成（1）SO2的氧化途径途径一（催化氧化）：,途径二（光化学氧化）：,58,.,（2）NOx的氧化途径（a）NO的氧化途径途径一（NO氧化成NO2）：,途径二（NO氧化成HONO和HNO3）,59,.,（b）NO2的氧化途径途径一（NO2转化成HNO3）,途径二（NO2转化为PAN和过氧硝酸HO2NO2）,60,.,4、酸雨对环境的影响,（1）对水生生态系统的影响（2）对陆生生态系统的影响a、土壤酸化土壤贫瘠化土壤中有毒元素的溶出b、森林破坏（3）对农作物的影响（4）对各种材料的侵蚀作用a、对建筑材料的侵蚀b、对金属的侵蚀,61,.,5、防治措施,（1）使用低硫燃料或改进燃烧装置；（2）烟气脱硫脱氮；（3）控制汽车尾气排放,62,.,第四节大气污染综合防治,一、大气污染控制技术概述（一）颗粒污染物的治理技术从废气中将颗粒物分离出来并加以捕集、回收的过程称为除尘。实现上述过程的设备装置称为除尘器。1、除尘装置依照除尘器工作原理可将其分为机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等四类。,63,.,（1）机械式除尘器：包括重力沉降室；惯性沉降室和旋风除尘器；,除尘原理：利用含尘气体中的颗粒受重力作用而自然沉降的原理，将颗粒污染物与气体分离的过程。,64,.,惯性除尘器：利用粉尘与气体在运动中的惯性力不同，使粉尘从气流中分离出来的方法称为惯性力除尘。常用方法是使含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧改变，气流中的尘粒惯性较大，不能随气流急剧转弯，便从气流中分离出来,65,.,除尘机理：使含尘气体作旋转运动，利用离心力作用将尘粒从气流中分离并被捕集。,66,.,（2）过滤式除尘器：是使含尘气体通过多孔滤料，把气体中的尘粒截留下来，使气体得到净化的方法。按滤尘方式有内部过滤与外部过滤。内部过滤是把松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层，尘粒是在滤层内被捕集，如颗粒过滤器就属于这类过滤器。外部过滤是用纤维织物，滤纸等作为滤料，通过滤料的表面捕集尘粒，如袋式除尘器。,67,.,68,.,（3）湿式除尘器：包括喷雾塔、填料塔、文丘里洗涤器等,除尘机理：用水或其它液体与含尘废气相互接触，从而实现分离和捕集尘粒和吸收有害气体。湿式除尘器的性能与特点优点：（a）耗能相同的情况下，除尘效率比干式除尘器的效率高；（b）可以处理高温、高湿、高比电阻、易燃易爆的含尘气体；（c）除尘的同时，可以去除有害气体污染物。缺点：（a）沉渣需处理，否则易造成二次污染；（b）用水量大；（c）净化含腐蚀性气态污染物时，洗涤水具有腐蚀性；（d）能耗较大。,69,.,（4）静电除尘器：包括干式静电除尘器和湿式静电除尘器；,除尘机理：利用高压电场产生的静电力的作用实现固体粒子或液体粒子与气流分类的方法。静电除尘器的性能与特点优点：（a）除尘效率高（可达99）；（b）能耗低；（c）阻力小；（d）耐高温（350）；（e）处理烟气量大；（f）可以处理0.1m的颗粒。缺点：（a）一次性投资大、占地面积大；（b）除尘效率受颗粒比电阻等物理性质限制；（c）不适用直接处理高浓度含尘气流。,70,.,（二）气态污染物的治理技术,一、SO2废气治理技术目前，在工业上已应用的脱除SO2的方法主要为湿法，即用液体吸收剂洗涤烟气，吸收所含SO2；其次为干法，即用吸附剂或催化剂脱除废气中的SO2,71,.,1、湿法a、氨法用氨水作吸收剂吸收废气中的SO2。由于氨易挥发，实际上此法是用氨水与SO2反应后生成亚硫酸铵水溶液作为吸收SO2的吸收剂，生成NH4HSO3；通入氨后再反应生成（NH4)2SO3,72,.,b、钠碱法用氢氧化钠或碳酸钠的水溶液作为开始吸收剂，与SO2反应生成Na2SO3,继续吸收SO2，生成NaHSO3,生成的吸收液为Na2SO3和NaHSO3的混合液。,73,.,C、钙碱法用石灰石、生石灰或消石灰的乳浊液为吸收剂吸收烟气中SO2的方法，对吸收液进行氧化可得到副产物石膏，通过控制吸收液的pH,可得到副产物半水亚硫酸钙。,过程化学,74,.,化学过程总反应式,75,.,2、干法a、活性炭吸附法在有氧及水蒸气存在的条件下，用活性炭吸附SO2。由于活性炭表面具有催化作用，使吸附的SO2被烟气中的O2氧化为SO2，SO3再与水蒸气反应生成硫酸。b、催化氧化法在催化剂的作用下可将SO2氧化为SO3后进行净化。催化法可用来处理硫酸尾气。,76,.,2、NOx废气治理技术a、吸收法常用的碱液有氢氧化钠、碳酸钠、氨水等,77,.,b、吸附法用吸附法吸附NOx已有工业规模的生产装置，可以采用的吸附剂为活性炭与沸石分子筛。活性炭对低浓度NOx具有很高的吸附能力，并且经解吸后可回收高浓度的NOx，但由于温度高时，活性炭有燃烧的可能，给吸附和再生造成困难，限制了该法的使用。丝光沸石分子筛是一种极性很强的吸附剂。当NOx废气通过时，废气中极性较强的H2O分子和NO2分子，被选择性地吸附在表面上，并进行反应生成硝酸放出NO。经过这样的反应后，废气中的NOx即可被除去。对被吸附的硝酸和NOx，可用水蒸气置换的方法将其脱附下来，吸附剂冷却后，即可重新用于使用。,78,.,C、催化还原法在催化剂的作用下，用还原剂将废气中的NOx还原为无害的N2和H2O的方法称为催化还原法。分为非选择性催化还原和选择性催化还原。非选择性催化还原在催化剂的作用下，还原剂不加选择的与废气中的NOx与O2同时发生反应。作为还原剂气体可用H2和CH4等。选择性催化还原在催化剂的作用下，还原剂只选择性地与废气中的NOx发生反应，而不与废气中的O2发生反应。常用的还原剂气体为NH3和H2S等。,79,.,3、汽车尾气治理技术,汽车发动机排放的废气中含有CO、碳氢化合物、NOx、醛、有机化合物、无机铅、苯并芘等多种有害物质。一种方法是改进发动机的燃烧方式，是污染物的产生量减少，成为机内净化；另外一种方法是利用装置在发动机外部的净化设备，对排出的废气进行净化治理，这种方法称为机外净化。机外净化采用的主要方法是催化净化法一段净化法二段净化法三元催化法,80,.,二、大气污染综合防治措施,1、大气污染综合防治的含义所谓大气污染中的综合防治，实质上就是对多种大气污染控制技术方案的技术可行性、经济合理性、实施可能性和区域适应性等作出最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工