大气污染控制工程绪论

大气污染治理技术,主讲：凌伟峰QQ:2736402395,大气污染治理技术,一、重要性环境形势科目性质,二、教学要求知识掌握大气污染基本知识大气污染治理技术原理工程措施,大气扩散作用；颗粒物分离技术；设备计算和设计选型；气态污染控制工艺与设备；控制系统设计/运营与管理。,一、大气污染基本知识二、除尘技术基础三、各种除尘设备的特性特点和使用范围四、气态污染物净化基础五、气态污染物净化典型工艺,大气污染治理技术,本书内容,一、大气污染二、大气污染物及其发生源三、大气污染概况及综合纺织措施四、大气环境质量控制标准,1.概论,本节内容,大气的组成大气包围地球的空气层（大气层/大气圈）。人离不开空气空气由什么组成的呢？,一、大气污染,1.1大气的组成,一、大气污染,1.1大气的组成,见P1表1-1,干洁空气除去水汽和悬浮物颗粒的大气。,一、大气污染,1.1大气的组成,成云致雨的必要条件,水汽,固体杂质,生物体的基本成分,维持生物活动的必要物质,植物光合作用的原料；对地面保温,吸收紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的伤害,成云致雨的必要条件；对地面保温,大气组成,主要作用,干洁空气,O3,N2,O2,CO2,一、大气污染,1.2大气污染,大气污染：由于人类活动和自然过程引起某些物质介入大气中，呈现足够的浓度，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。,问题：请例举常见大气污染现象？其原因？,一、大气污染,1.2大气污染,一、大气污染,1.2大气污染,一、大气污染,1.2大气污染,一、大气污染,1.2大气污染,一、大气污染,1.2大气污染,热电厂燃煤型污染,工业源和交通源的混合型污染,集中供热点源排放,生活低矮源排放,自然过程沙尘暴,一、大气污染,1.2大气污染,大气污染的分类（1）局部地区污染（2）地区性污染（3）广域污染（4）全球性污染,一、大气污染,1.2大气污染,按污染类型分类：煤烟型:燃煤引起的，英国伦敦烟雾石油型：石油的燃烧引起，洛杉矶、四日市污染混合型：介于上述两者之间的，马斯河谷污染特殊型：特殊气体引起的，日本富士山污染事件,一、大气污染,1.2大气污染,按污染物的来源分天然污染源和人为污染源1、火山喷发SO2、H2S、CO2、CO、HF等,一、大气污染,1.2大气污染,黑龙江镜泊湖火山、吉林龙岗火山、海南琼北火山；吉林长白山天池、云南腾冲等火山区存在火山地震、高热流、水热活动等，预示着这些火山存在再次喷发的潜在危险。,一、大气污染,1.2大气污染,2、森林火灾CO、CO2、SO2、NO2、HC等,1987年5月6日，大兴安岭火灾过火面积达101万公顷，其中有林面积近70。烧毁房舍61.4万平方米。内含居民住房40万平方米，贮木场4处半，林场9处，存材85.5万立方米，烧毁各种设备2488台，粮食650万斤。桥涵67座，铁路专用线9.2公里，通讯线路483公里，输变电线路284.2公里。受灾群众5万多人，死亡193人，受伤226人，经济损失5亿元。,一、大气污染,1.2大气污染,3、自然尘风砂、土壤尘等4、森林植物释放萜烯类碳氢化合物5、海浪飞沫硫酸盐、亚硫酸盐,一、大气污染,1.2大气污染,（二）人为污染源1、燃料燃烧2、工业生产过程排放3、汽车尾气4、农业活动,一、大气污染,1.3大气污染的主要影响因素,二、大气污染物及其发生源,2.1大气污染物,气溶胶状态污染物气体状态污染物,气溶胶状态污染物,气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体中的悬浮体。粉尘：悬浮在气体介质中的小固体粒子，能因重力作用而沉降，在某一段时间内能保持悬浮。粒径范围：1200m左右，包括粘土粉尘、石英粉尘、煤粉、水泥粉尘烟：冶金过程中形成的固体粒子气溶胶。粒径范围：0.011m左右。飞灰：随燃料燃烧产生的烟气飞出的灰分。黑烟：燃料燃烧产生的能见的气溶胶。雾：气体中液滴悬浮的总称。,气溶胶状态污染物,气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体中的悬浮体。粉尘根据其颗粒的大小可分为：飘尘：粒径小于10m的固体颗粒，粒度小，质量轻，可长期漂浮：可吸入颗粒物（PM10）降尘：粒径大于10m的固体颗粒，较短时间内沉降；总悬浮微粒（TSP）：粒径小于100m的所有固体颗粒,细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。,气溶胶状态污染物,PM2.5,气溶胶状态污染物,PM2.5,气溶胶状态污染物,PM2.5,气溶胶状态污染物,A、随呼吸进入肺，可沉积于肺，引起呼吸系统的疾病。B、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。C、厚重的颗粒物浓度会影响动物的呼吸系统。D、杀伤微生物，引起食物链改变，进而影响整个生态系统。E、遮挡阳光而可能改变气候，这也会影响生态系统。,气体状态污染物,污染物可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物：直接排放到大气中的原始污染质。二次污染物：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化学反应（光化学）反应生成的新物质。目前受到普遍重视的一次污染物主要有SOx、NOx、碳氢化合物、以及碳氧化物；二次污染物有硫酸烟雾、光化学烟雾!,气体状态污染物,气体状态污染物种类,气体状态污染物,每年进入大气中的硫化物量（估算）,1.(硫氧化物)二氧化硫SO2A、形成工业烟雾B、进入大气层后，氧化为硫酸（H2SO4）在云中形成酸雨C、形成悬浮颗粒物,气体状态污染物,氮氧化物来源：燃料燃烧全球氮氧化物年排放量估计值,A、刺激人的眼、鼻、喉和肺，增加病毒感染的发病率。B、形成城市的烟雾，影响能见度。C、破坏树叶的组织，抑制植物生长。D、在空中形成硝酸小滴，产生酸雨。,气体状态污染物,3、碳氧化物来源：燃料燃烧、甲烷转化、海水挥发一氧化碳被转化为二氧化碳。,A、极易与血液中运载氧的血红蛋白结合，结合速度比氧气快200多倍，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。B、对心脏病、贫血和呼吸道疾病的患者伤害性大。C、引起胎儿生长受损和智力低下。,气体状态污染物,温室气体只允许太阳光进，而阻止其反射，进而实现保温、升温作用。种类：在法律意义上被确认为影响气候变化的温室气体，除了二氧化碳外，还包括甲烷、一氧化氮、氟氯碳化物、全氟化碳、六氟化硫等。种类不同，吸热能力也不同，每分子甲烷的吸热量是二氧化碳的21倍，一氧化氮更高，是二氧化碳的270倍。目前为止吸热能力最强的是氟氯甲烷和全氟化碳,气体状态污染物,碳氢化合物（英语：hydrocarbon），是有机化合物的一种。这种化合物只由碳和氢组成，其中包含了烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳烃，是许多其他有机化合物的基体。,气体状态污染物,硫酸烟雾：大气中的二氧化硫等硫化物，在水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存在时，发生一些列的化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。,卤素化合物：主要是指HF和HCl及其衍生物。,气体状态污染物,光化学烟雾形成过程,气体状态污染物,光化学烟雾,Secondaryairpollutantsarecompoundsthatresultsfromtheinteractionofvariousprimaryairpollutants.二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。Photochemicalsmogisamixtureofpollutantsresultingfromtheinteractionofnitrogenoxidesandhydrocarbonswithultravioletlight.光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。Thetwomostdestructivecomponentsofphotochemicalsmogareozone(O3)andperoxyacetylnitrates(PAN，过氧乙酰硝酸酯)光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯,气体状态污染物,光化学烟雾,气体状态污染物,光化学烟雾危害,A、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。B、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。C、伤害眼睛和呼吸系统，加重哮喘类过敏症。,气体状态污染物,光化学烟雾危害,A、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。B、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。C、伤害眼睛和呼吸系统，加重哮喘类过敏症。,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,墨西哥城大气污染,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,伦敦烟雾事件,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,多诺拉烟雾事件,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,美国洛杉矶光化学烟雾事件,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,四日市哮喘病事件,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,主要特征：烟煤型为主；南北污染有差异；近年来有所改善；华中、西南酸雨污染严重。,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,主要原因：燃煤量大、能源结构不合理交通运输发展速度快工业化起点低，生产规模小历史原因，投资少急速推广落实不够,原因在何处？,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,燃煤前清洁煤技术对原煤进行加工处理，去除其中灰分、硫分等杂质，或者是改变其物理化学性能，从而提高煤的品质。,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,燃煤中清洁煤技术燃烧中清洁煤技术是通过改变燃烧工艺，在保持燃烧设施高效率的同时减少污染物排放量。,硫化床锅炉、先进燃烧器、低氮燃烧技术、热电联产和联合循环发电技术,一、大气污染,1.2大气污染概况及综合防治措施,燃煤后清洁煤技术燃烧后的清洁煤技术主要包括烟气脱硫、除尘、脱氮。,硫化床锅炉、先进燃烧器、低氮燃烧技术、热电联产和联合循环发电技术,洗煤又称选煤:通过物理或物理化学方法将煤中含硫矿物和矸石等杂质去除的工艺过程。可使原煤含硫量降低40-90%，灰分降低50-80%。,1.洗煤技术,物理方法：重力洗选法、高梯度磁选法和静电分选法等化学方法：氧化脱硫法、选择性絮凝法和化学破碎法。微生物脱硫法：,重力洗选法：利用煤与杂质密度不同进行机械分离，一般分为淘汰洗选和重介质洗选。处理粒径小于0.5mm煤粉。高梯度磁选法：利用煤与黄铁矿的磁性不同（顺反磁性），将黄铁矿分离去除，脱硫率60%。化学氧化脱硫：煤破碎与硫酸铁反应，生成硫酸亚铁与单质硫。,效果与无机硫比例与黄铁矿颗粒大小有关,注意！,煤的转化:指固态的煤转化为气态或液态的燃料，即煤的汽化或液化。转化过程中可以去除大部分硫。,2.煤的转化,煤的液化：间接液化、热解、溶剂萃取和催化液化四类。煤的汽化：煤与氧气和水蒸气结合生成可燃性煤气。分预处理、汽化、清洗和优化四个步骤。,预处理,煤的汽化过程,生成CO、CO2、H2、CH4及其他有机物、H2S及其他酸性气体、颗粒物与水等。,洗去粉尘、焦油和酸性气体,把水、CO、H2转化成CH4，同时去除CO2,1.预处理,2.汽化,3.清洗,4.优化,煤的破碎、筛分及煤粉制团或粉碎。,3.型煤固硫技术,不需要添加任何黏结剂，只靠外力作用成型。如泥煤、褐煤煤球。烟煤与无烟煤使用该法难成型。,在煤粉中添加黏结剂，再压制成型。黏结剂可使用石灰、工业废液、黏土类（黄土、红土）、沥青类和胶黏性煤等。,在快速加热条件下，将煤粉加热到塑性温度，趁热压制成型。,1.无胶黏剂成型,2.胶黏剂成型,3.热压成型,型煤的特点：1.若添加石灰石，可实现型煤固硫。2.我国型煤产量大、普及率高。型煤制造设备：1.单螺杆挤压成型机,适合于无胶黏剂成型工艺。2.对棍成型机。适合于胶黏剂成型工艺。,循环流化床（CFBC）燃烧脱硫技术,CFBC是指利用高温除尘器使飞出的物料又返回炉膛内循环利用的流化燃烧方式。特点：1.适用于各种类型的燃料；2.实现均匀稳定燃烧；3.由于停留时间较长，燃烧效率较高99%；4.可实现脱硫目的，脱硫效率高达90%；5.燃料制备与给料简单，操作灵活。,典型设备对比:多物料循环流化床（MSFBC）常规流化床（FBC）,2.4.2低NO生成燃烧技术,温度低于度，基本没有产生。温度超过度，占。,氮氧化物,热力型,燃烧型,由于产量很少，少于。,快速型,主要控制类型。而且主要针对燃煤锅炉控制NO。,燃料型NO控制机理,影响因素：煤的种类、含氮量、含氮化合物类型、挥发分含量、温度与空气过剩系数等有关。燃烧技术：两段式燃烧、低过量空气系数、烟气再循环低NO生成燃烧技术。关键设备：新型燃烧器，主要控制温度、空气量与停留时间。,（一）强化混合型低NO燃烧器（二）分割火焰型低NO燃烧器（三）部分烟气循环低NO燃烧器（四）二段燃烧低NO燃烧器,一、大气污染,1.3.4综合防治措施,严格的环境管理全面规划、合理布局技术措施；经济政策；高烟囱扩散稀释；绿化造林,一、大气污染,大气环境质量控制标准,一、大气质量标准的种类和作用1、根据标准类型分类:环境空气质量标准(GB30952012)大气环境质量标准(GB3095-1996)(已废止）大气污染物排放标准(DB44/27-2001)大气污染物控制技术标准大气污染警报标准,中国现行大气污染防治法制定于1987年，并于1995年、2000年先后做过两次修改，2000年修订时重点加强了对二氧化硫的排放控制，对防治煤烟型污染发挥了重要作用。这部法律距今已近14年未作修改，目前正在进行的是第三次修改，也是首次全面修订。大气污染防治法修订草案共八章一百条，对既有条款进行了大规模增删、调序、重新组织，其中“重点区域大气污染联合防治”和“重污染天气应对”为新增加的两章。此次修订在突出源头治理、强化政府责任、区域联防联控、明确排放总量控制和排污许可、强调科技治霾等方面，提出许多实在、管用的措施。文章指出，联防联控避免“各自为战”，是本次修改的一大亮点。当前中国大气污染呈现明显的区域性特征。京津冀、长三角、珠三角地区，大气污染不再局限于单个城市内,一、大气污染,大气环境质量控制标准,2、根据适用范围分：国家标准地方标准行业标准,一、大气污染,大气环境质量控制标准,环境空气质量标准(GB30952012)，将空气质量功能区分为二类：一类区为自然保护区风景名胜区和其它需要特殊保护的地区二类区为城镇规划中确定的居住区商业交通居民混合区文化区、工业区和农村地区,一、大气污染,大气环境污染物排放标准,制定地方大气污染物排放标准的技术方法,式中：Qak-总量控制区某种污染物年允许排放总量限值，104t;Qaki-第i功能区某种污染物年允许排放总量限值，104t;n-功能区总数；i-总量控制区内各功能分区的编号；a-总量下标；k-某种污染物下标。,一、大气污染,大气环境质量控制标准,一类区执行一级标准二类区执行二级标准工业企业设计卫生标准中华人民共和国大气污染物综合排放标准GB16297-1996，规定了10类污染物大气污染物综合排放标准广东省大气污染物排放限值DB44/27-2001，规定了33种大气污染物的排放限值,一、大气污染,大气环境污染物排放标准,制定地方大气污染物排放标准的技术方法,式中：Qak-总量控制区某种污染物年允许排放总量限值，104t;Qaki-第i功能区某种污染物年允许排放总量限值，104t;n-功能区总数；i-总量控制区内各功能分区的编号；a-总量下标；k-某种污染物下标。,式中：Qaki-见5.1.1定义；S-总量控制区总面积，km2;Si-第i功能区面积，km2;Aki-第i功能区某种污染物排放总量控制系数,104ta-1km-1，计算方法见5.1.3。,一、大气污染,大气环境污染物排放标准,制定地方大气污染物排放标准的技术方法,式中：Aki-见5.1.2定义；Cki-GB3095等国家和地方有关大气环境质量标准所规定的与第i功能区类别相应的年日平均浓度限值，mgmn-3;A-地理区域性总量控制系数，104km2a-1，可参照表1所列数据选取。亦可按附录A2方法求取，或经环境大气质量评价和预测研究后确定。,一、大气污染,大气环境污染物排放标准,制定地方大气污染物排放标准的技术方法,式中：Qbk-总量