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文档简介
第五章,大气质量与大气污染,十一五期间大气污染控制目标,“十一五”时期我国正处于工业化和城镇化加速发展的时期,房地产、汽车的消费需求和基础设施建设将继续带动能源和原材料工业发展。据预测,到2010年和2020年,我国煤炭需求总量将分别达到24.5亿吨和29亿吨,燃煤发电机组将分别增加到5.5亿千瓦和6.6亿千瓦,全国燃煤产生的二氧化硫将分别达到3500多万吨和4350多万吨,烟尘、粉尘的产生量也将大幅增加,这对环境造成了巨大压力。到2010年使65%以上的城市空气环境质量二级和好于二极的天数达到80%以上。要改善能源结构,治理面源污染,强化对城市二次扬尘的防治,完善城市环境容量测算方法,实行环境空气质量公告制度。,第一节,大气的结构和组成,大气结构,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,(1)对流层(平均12km)大气边界层(12km)、近地层(50100m)(2)平流层(对流层顶到5055km)(3)中间层(平流层顶到85km)(4)暖层(热层或电离层)(中间层顶到800km)(5)逸散层(外层)(暖层顶以外),大气的组成,大气组成,第二节,大气污染,1大气污染的定义大气污染是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气,呈现出足够的浓度,达到了足够的时间,并因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利,或危害了环境的现象。大气污染可分为局部地区污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染。,大气污染物的概念与分类定义大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。,大气污染物的来源和发生量,自然活动的排放源,人类活动的排放源,燃料燃烧,工业生产过程,交通运输,我国大气污染状况,我国大气污染物主要来源是燃料燃烧。从全国范围看,我国大气污染仍以煤烟型污染为主,大气污染物主要是烟尘和SO2;但由于城市机动车数量的剧增,一些大城市的大气污染已呈现出以机动车尾气污染为主的趋势。,我国的能源消费结构中,煤炭占73.5%、石油和天然气分别占18.6%、2.2%,与世界平均煤炭占27%、石油占39.5%、天然气占23.5%的消费结构距离较大。,无法预测,无法防止与控制,全球性大气环境问题,大气污染物的种类,颗粒污染物,根据物理性质的不同分,粉尘(dust)烟(fume)飞灰(flyash)黑烟(smoke)雾(fog)总悬浮微粒(TSP),漂尘降尘,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,分类(1)按存在方式分:气溶胶状态污染物(颗粒物)和气态污染物;(2)按污染物形成的方式分:一次污染物和二次污染物二次污染物是指由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生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。(3)按化学成分分:含硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、卤代化合物、尘类颗粒物、有机化合物、放射性物质和其它有毒物质。,颗粒污染物(a)粉尘(dust)粒径1200微米,主要机械作用或是土壤、岩石的风化形成的,如粘土粉尘、煤粉等。(b)烟(fume)粒径0.011微米,主要由冶金过程熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物,如PbO烟、ZnO烟等。(c)飞灰(flyash)燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。(d)黑烟(smoke)燃料燃烧产生的能见气溶胶。(e)雾(fog)气体中液滴悬浮体的总称,如水雾、酸雾、油雾。,几个重要的指标(a)总悬浮颗粒物(TSP,TotalSuspendedParticulate):悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于100微米的颗粒物;(b)可吸入颗粒物(PM10):悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于10微米的颗粒物;(c)PM2.5:悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于2.5微米的颗粒物;(d)降尘:颗粒粒径大于10微米的颗粒物;(e)飘尘:颗粒粒径大于10微米的颗粒物。,危害遮挡阳光,使气温降低,或形成冷凝核心,使云雾和雨水增多,以致影响气候;使可见度降低,交通不便,航空与汽车事故增加;可见度差,照明耗电增加,燃料消耗随之增多,因此空气污染也更严重形成恶性循环;燃煤时生成的SOx,再加上微粒的作用,对呼吸系统的危害特别大;用四乙基铅作汽油的防爆剂时,排入空气中的铅有97为直径小于0.5微米的微粒,分布很广,危害很大。,气态污染物,一氧化碳(CO)性质:无色、无味、无臭的气体;有毒,能与氧气争夺血液中的血色素,使血液携带氧气能力大大降低,使人体缺氧而窒息。数量:是城市大气中数量最多的污染物(约占大气污染物总量的1/3)。主要来源:汽车尾气。,氮氧化物(NOx)(1)主要污染物:NO、NO2(2)性质:棕黄色、有刺激性气味(黄龙);(3)主要来源:燃料燃烧、汽车尾气、部分生产或使用硝酸的工厂排放的尾气;(4)燃烧过程中NOx的产生情况:热力(热解)NOx、燃料(燃烧)NOx和瞬时NOx。(5)危害:(a)毁坏棉花,尼龙等织物;(b)损害植物使柑桔落叶、发生萎黄病和减产;(c)引起急性呼吸道病变。会导致光化学烟雾。,碳氢化合物(CxHy)(1)主要来源:自然源生物分解;(CH4)人为源不完全燃烧和有机物的挥发。(2)主要危害能生成有害的光化学烟雾。,硫氧化合物(SOx)(1)主要污染物:SO2、SO3(2)性质:有刺激性气味;SO2能与水反应生产亚硫酸;SO3能与水反应生成硫酸。(2)主要来源:矿物燃料的燃烧;(3)危害:(a)对人体健康造成危害,还有促癌作用;(b)会形成硫酸烟雾,危害更大;(SOx与颗粒物(主要是FeO)的混合物,经过化学反应生成硫酸,如伦敦烟雾事件。)(c)对植物造成伤害,破坏叶面结构;(d)腐蚀材料。,光化学烟雾洛杉矶烟雾(1)产生: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)。(2)主要成分:臭氧(O3)、过氧乙酸硝酸酯(PAN)、酮类、醛类等。(3)危害(a)刺激眼睛;(b)臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等症状;(c)臭氧能损害有机物质;(d)可能会引起哮喘病的增多,还会引起植物毁坏。,大气污染物的来源和发生量,大气污染流程图,第三节,大气环境质量控制标准,大气质量控制标准,大气环境标准为控制和改善大气质量,保护人体健康和生态环境,限制大气环境中的污染物而制订。它包括大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准等。,大气环境质量标准(Ambientairqualitystandard),空气环境质量标准(GB3095-1996),大气污染物排放标准(Emissionstandardofairpollutants),工业“三废”排放试行标准(GBJ4-73)大气污染物综合排放标准(GB16297-1996),其它标准:锅炉大气、火电厂大气、工业窑炉、水泥厂、炼焦炉、恶臭污染物、轻型汽车排气污染物等排放标准。,参见实用环境工程手册大气污染控制工程手册,污染物排放标准的制订方法,按污染扩散规律推算排放标准,K值法计算排放标准,以大气环境质量标准或卫生标准为依据,应用污染物在大气中的扩散规律和计算模式推算出不同烟囱高度下的容许排放量;或者根据污染源的排放量,推算出最低烟囱高度。,日本:K值法(对SO2),我国:P值法控制,地区系数,排放指标,这个公式的实质是限制每个烟囱排出SO2的最大落地浓度,因为K值与最大落地浓度有直接的关系。规定了K值也就确定了SO2最大允许落地浓度。,应以大气环境质量标准或卫生标准为依据,综合考虑控制技术的可能性和经济合理性,再结合各地区的地形地物等的差异来确定排放标准。,我国1983年实施的制定地方大气污染排放标准的技术原则和方法中对SO2等有害气体和电站烟尘的排放,采用了P值法控制。,“总量控制”标准,“总量控制”标准是对整个地区排放污染物总量加以限定的方法,它是根据各个地区环境自净能力,即环境容量,确定出该地区允许污染物排放总量,再按责任分担,计算出各个污染源的允许排放量。,这里的“总量”由环境容量确定,但并不是单指环境容量,而是为了满足环境标准计算出来的地区允许排放的容量。,我国国家环保局于1991年8月31日颁布的制定地方大气污染物排放标准的技术方法(GB/T13201-91)中,使用控制区排放总量允许限值控制大气污染的方法制定地方大气污染物排放标准。,这种方法克服了单纯依靠同一排放标准或大气环境质量标准管理环境的缺点,是制定排放标准的较好的方法。,第四节,大气污染控制的基本方法,大气污染控制的基本方法,大气污染控制的含义,从立法角度,从大气污染的防止角度,探讨降低大气污染的一些工程问题,主要是讨论向大气排放各种废气中的污染物的除去问题,即所谓除污过程的原理、装置及设计。,废气排放控制系统,污染物的捕集,是对工艺过程中散发的含污染物的气流进行收集,是保证生产和生活环境能否达到卫生标准的关键步骤。捕集装置绝大多数成罩子形状,故常称它为集气罩。,大气污染控制的含义废气排放控制系统污染物捕集颗粒污染物控制气态污染物控制污染物的稀释方法控制,集气罩的分类,按集气罩与污染源的相对位置、围档情况及气体的流动方式,可以把集气罩分为四类。,密闭集气罩,半密闭集气罩,外部集气罩,吹吸式集气罩,密闭集气罩:将污染源密闭起来的一种集气罩。,作用原理:使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内,仅在必须留出的罩上开口缝隙处吸入若干室内空气,使罩内保持一定负压,达到防止污染物外逸的目的。,特点:与其它类型集气罩相比,所需排风量最小,控制效果最好,且不受室内横向气流的干扰。所以,在设计中应优先考虑选用。,一般来说,密闭集气罩多用于粉尘发生源,常称为粉尘密闭罩。,半密闭集气罩:也称箱式集气罩或排气柜。,由于生产工艺的需要,在罩上开有较大的操作孔。操作时,通过孔口吸入的气流来控制污染物外逸。其捕集机理与密闭罩一样,可视为开有较大孔口的密闭罩。,特点:控制效果好,排风量比密闭罩大,而小于其它型式的集气罩。,外部集气罩:也称箱式集气罩或排气柜。,由于工艺条件的限制,有时无法对污染源进行密闭,则只能在其附近设置外部集气罩。,特点:由于外部集气罩的吸气方向与污染气流运动的运动方向往往不一致,一般需要较大风量才能控制污染气流的扩散,而且容易受室内横向气流干扰,致使捕集效率降低。,作用原理:依靠罩口外吸入气流的运动实现捕集污染物。,吹吸式集气罩:也称箱式集气罩或排气柜。,当外部集气罩与污染源距离较大,单纯依靠罩口的抽吸作用往往控制不了污染物的扩散,则可以在外部集气罩的对面设置吹气口,将污染气流吹向外部集气罩的吸气口,以提高控制效果。,特点:由于吹出气流的速度衰减得慢,以及气幕的作用,使室内空气混入量大为减少,所以达到同样的控制效果时,要比单纯采用外部集气罩节约风量,且不易受室内横向气流的干扰。,颗粒污染物控制,颗粒污染物控制的方法和设备主要有四类:,机械力除尘器:,过滤式除尘器:,重力沉降室,惯性除尘器,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。,长期悬浮于大气中的微细粒子,能通过呼吸系统进入肺部,特别是含有重金属的微粒对人的危害更大,因此,颗粒污染物控制技术日益受到重视。,声波除尘器,泡沫除尘器,喷雾塔,填料塔,冲击式除尘器,文丘里洗涤塔,湿式除尘器:,在四类除尘器中机械力除尘器的应用最广,它们常常被用作为高效除尘器的前级预除尘器。文丘里洗涤器、过滤式除尘器和静电除尘器属于高效除尘器。,实际应用中,常常把一种机械除尘器与后三类除尘器的任一种配合使用,除尘效率可达95%以上。,利用液体所形成的液膜、液滴或气泡来洗涤含尘气体,使尘粒随液体排出,气体得到净化。,气态污染物控制,气态污染物控制的方法和设备主要有两大类:,分离法:是利用污染物与废气中其它组分的物理性质的差异使污染物从废气中分离出来,如:,吸收,吸附,冷凝,催化转化,膜分离,转化法:是使废气中污染物发生某些化学反应,把污染物转化成无害物质或易于分离的物质,如:,燃烧法,生物处理法,电子束法,吸收净化,吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中的溶解度不同,或者与吸收剂发生选择性化学反应,从而将有害组分从气流中分离出来的过程。,捕集效率高、设备简单、一次性投资低。,广泛地用于气态污染物的处理,例如:SO2、H2S、HF、NOx等。,吸附净化,使气体混合物与适当的多孔性固体接触,利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力,把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上,达到气体混合物分离的目的。,物理吸收;化学吸收。,效率高,能回收有用组分,设备简单,操作方便,易于实现自动控制。,已广泛地应用于化工、冶金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备等部门。,冷凝净化,冷凝法是利用气态污染物在不同温度及压力下具有不同的饱和蒸汽压,在降低温度和加大压力下,某些污染物凝结出来,以达到净化或回收的目的。,膜分离法,使气体混合物在压力梯度作用下,透过特定薄膜,因不同气体具有不同的透过速度,从而使气体混合物中不同组分达到分离的效果。,过程简单,控制方便,操作
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