大气污染控制工程课程学习

大气污染控制工程本课程学习的重要性生活在地球上的人类，每分钟都离不开空气，人在5天内不吃饭、不饮水有可能生存，但断绝空气5秒钟就会死亡。一个成年人每日所消耗的食物约15KG，而需要的空气量约为15KG（约12M3），相当于食物需要量的10倍。工业生产过程特别是化石燃料的燃烧过程需要消耗更多的空气。大气圈存在于地球表面数百公里高空的范围内，其总重量约为61016T。地球上的空气和土地、水源及其他物质一样，其存在量是有限的。授课与考核方法教材重要内容详细讲解，尽量介绍国内和省内大气污染控制工程方面的先进案例。每章均布置课外习题。课堂点名5次，有3次无故不到者，取消参加考试的资格。期末考试时交齐课外作业。平时成绩考核包括课堂纪律的遵守情况、实验和课外作业的完成情况三大部分。平时成绩占课程总成绩的30，期末考试成绩占课程总成绩的70。第一章绪论本章主要内容大气与大气污染大气污染源与大气污染物大气污染物的浓度表示方法大气污染的影响本章主要内容续大气污染防治法规与标准体系中国的大气污染现状与特点中国的大气污染综合防治技术与政策大气污染与全球气候11大气与大气污染111近地层结构（重点对流层和平流层）电离层平流层珠穆朗玛峰臭氧层喷气飞机对流层112大气环流对流西风带信风113大气的组成大气与空气从自然科学的角度来看，大气与空气是同义词，二者并没有实质性的差别。但在研究大气污染规律与对空气质量进行评价时，为了便于说明问题，这二个词常常分别使用。空气一般说来，对于室内或特指某个场所供人和动、植物生存的气体，习惯上称为空气。例如，室内空气、车间空气、厂区空气等。大气（ATMOSPHEREOFTHEEARTH）在大气物理学、大气气象学、自然地理学及环境科学的研究中，需要以大区域或全球性的气流为研究对象，常常用大气这个词。国际标准化组织（ISO）的定义为地球环境周围所有空气的总和（THEENTIREMASSOFAIRWHICHSURROUNDSTHEEARTH）环境空气（AMBIENTAIR）国际标准化组织（ISO）的定义为指人群，植物，动物和建筑物所暴露的室外空气（OUTDOORAIRTOWHICHPEOPLE,PLANTS,ANIMALSANDSTRUCTURESAREEXPOSED）。关于课程的名称根据我们日常所监测和评价的实际环境的主要保护对象，使用“环境空气”较“大气”更为合适，故我认为本课程的名称改为“环境空气污染控制工程”较为合适。大气的组成表11列出了干洁空气的组成。大气是多种气体的混合物，它的组成包括三部分A恒定（基本保持不变的）组分系指氮、氧、氩及微量的氖、氦、氪、氙等稀有气体。其中氮、氧、氩三种组分共占大气总量的996B,可变组分主要是指大气中的二氧化碳和水蒸气等C不定组分（P2最后三段）114大气污染1141大气污染的定义（试比较其差别）大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。大气污染指大气中某种不良成分达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。AIRPOLLUTIONMAYBEDEFINEDASANYATMOSPHERICCONDITIONINWHICHSUBSTANCESAREPRESENTATCONCENTRATIONSHIGHENOUGHABOVETHEIRNORMALAMBIENTLEVELSTOPRODUCEAMEASURABLEEFFECTONMAN,ANIMALS,VEGETATION,ORMATERIALSAIRPOLLUTIONISTHEPRESENCEOFUNDESIRABLEMATERIALSINAIR,INQUANTITIESLARGEENOUGHTOPRODUCEHARMFULEFFECTSTHEUNDESIRABLEMATERIALSMAYDAMAGEHUMANHEALTH,VEGETATION,HUMANPROPERTY,ORTHEGLOBALENVIRONMENTASWELLASCREATEAESTHETICINSULTSINTHEFORMOFBROWNORHAZYAIRORUNPLEASANTSMELLS1142定义中的关键词A某种不良成分B达到一定的浓度C持续足够的时间1143大气污染的类型局部地区污染P3地区性污染P3广域污染P3全球污染P3115空气污染系统（AIRPOLLUTIONSYSTEMS）人口增长科技社会恶化空气质量经济增长国际冲突费用增加带来不便健康问题减少自由新技术116空气污染及控制系统排放来源污染物大气混合和化学转化感受器自动控制大气立法行动感受器反应117大气污染的研究内容SOURCESOFAIRPOLLUTANTS大气污染物的来源POLLUTIONCONTROLTECHNOLOGY（污染控制技术）ATMOSPHERICBEHAVIOROFAIRPOLLUTANTS大气污染物的大气行为EFFECTSOFAIRPOLLUTANTS大气污染物的影响LEGISLATIVEANDREGULATORYMEASURES（立法和管理措施）12大气污染源与大气污染物121大气污染源ANTHROPOGENICSOURCES（人为污染源）TRANSPORTATION（交通运输）ELECTRICPOWERGENERATION（发电）INDUSTRIALPROCESSES（工业生产）INDUSTRIALANDDOMESTICFUELBURNING（工业和家庭燃料燃烧）REFUSEBURNING（废物燃烧）ETC（其他）（续）自然污染源NATURALSOURCES（自然污染源）GEOLOGICALGEYSER,VOLCANO,OCEAN（地质原因火山喷发，海啸）METEOROLOGICALLIGHTNING（气象原因闪电）FAUNARUMINANTS,TERMITES（动物反刍动物，白蚁）VEGETATIONS（蔬菜）ETC（其他）SOURCESOFAIRBORNEPOLLUTIONINASIAAREMANYPOWERGENERATION,INDUSTRY,TRAFFIC,HOMECOOKING,ANDBIOMASSBURNINGSOURCEDAVIDSTREETSENERGYUSE,EMISSIONS,ANDAIRPOLLUTIONINASIA亚洲有很多空气污染物的来源如发电厂，工业生产，交通运输，家庭烹饪和生物质燃烧基本控制方程例如活动水平人均经济活动量排放因子单位经济活动造成的污染物排放量TOTALEMISSIONSPOPULATIONACTIVITYLEVELEMISSIONFACTORFOREXAMPLEACTIVITYLEVELECONOMICACTIVITYPERCAPITAEMISSIONFACTORPOLLUTANTEMISSIONSPERUNITOFECONOMICACTIVITY122大气污染物1221一次大气污染物直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物SOURCESOFPRIMARYAIRPOLLUTANTS（一次大气污染物的来源）POLLUTANTSRELEASEDDIRECTLYINTOTHEATMOSPHEREINTHEIRUNMODIFIEDFORMSANDINSUFFICIENTQUANTITIESTOPOSEAHEALTHRISK1222二次大气污染物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。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。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PEROXYACETYLNITRATES,PAN。SECONDARYAIRPOLLUTANTSARECOMPOUNDSTHATRESULTSFROMTHEINTERACTIONOFVARIOUSPRIMARYAIRPOLLUTANTSPHOTOCHEMICALSMOGISAMIXTUREOFPOLLUTANTSRESULTINGFROMTHEINTERACTIONOFNITROGENOXIDESANDHYDROCARBONSWITHULTRAVIOLETLIGHTTHETWOMOSTDESTRUCTIVECOMPONENTSOFPHOTOCHEMICALSMOGAREOZONEO3ANDPEROXYACETYLNITRATESPAN，过氧乙酰硝酸酯1223光化学烟雾形成过程1224光化学烟雾实例123气溶胶状态污染物总悬浮颗粒物P45（TOTALSUSPENDEDPARTICULAR,TSP）指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100微米的颗粒物。可吸入颗粒物P45（PARTICULARMATTERLESSTHAN10微米，PM10）指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径10微米的颗粒物。细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大。细颗粒物本身可能是有毒、有害物质。细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体。细颗粒物污染可导致低能见度显著降低。细微颗粒物污染北京市国安宾馆附近PM25的化学成分谱细粒子的组成二次粒子污染微量元素未知微量元素未知124气体状态污染物含硫化合物P13含氮化合物碳的氧化物有机化合物卤素化合物光化学氧化剂氧化剂、臭氧（O3）、过氧乙酰硝酸酯（PNA）、过氧苯酰硝酸酯（PBA）、和其它能使碘化钾的碘离子氧化的痕量物质。P13上述气态污染物又可分为一次污染物和二次污染物，见P5表12。13大气污染物浓度的表示方法131体积浓度通常表示气体污染物在空气的浓度以PPM百万分之几即106为单位。它是一个比值，是一个无量纲的量，但需注意，它是体积比值，不是质量比值。与此含义相同，在浓度很低时，以PPHM亿分之几即109和PPB十亿分几即1012表示。132质量浓度在更普遍的情况下，气体污染物在空气的浓度是质量浓度，以MG/M3为单位。它不是一个单纯的比值。是一个有量纲的量，它表示一立方米体积空气或烟气中所含污染物的质量。133体积浓度与质量浓度的换算1ATM、0下换算关系式1ATM、25下换算关系式14大气污染的影响141对人体健康的影响P1215以下作为补充材料1411CO对人体健康的影响1412NO2对人体健康的影响1413臭氧对人体健康的影响注部分人群接触臭氧后肺功能下降1414突发性严重大气污染事故1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性142对植物的伤害P1617以下作为补充材料注二氧化氮浓度和暴露时间与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系SOURCESPRINGERVERLAGANDPROFDCMACLEAN143对器物和材料的影响注平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（19631964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）SOURCEAIRANDWASTEMANAGEMENTASSOCIATION144对大气能见度的影响对大气能见度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体，包括总悬浮颗粒物（TSP）SO2和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子NO和NO2，在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子光化学烟雾，反应生成亚微米的气溶胶粒子145能见度与大气中颗粒物浓度的关系应用最广的估算能见度的方程是KOSCHMEIDER方程LV为能见度范围，即一般人刚刚可以将暗色物体（例如山或高楼）从天空的背景上分辨出来的距离。此方程是估算方程，基于大气颗粒物为一般组成的情况。THEMOSTWIDELYUSEDEQUATIONFORESTIMATINGVISIBILITYISTHEKOSCHMEIDEREQUATIONWHERELVISTHEVISUALRANGE,THEDISTANCEATWHICHANAVERAGEPERSONCANBARELYDISTINGUISHADARKOBJECTSUCHASAMOUNTAINORSKYSCRAPERAGAINSTTHESKYTHISEQUATIONISANAPPROXIMATION,BASEDONANAVERAGESETOFATMOSPHERICPARTICLES利用上述方程估算大气颗粒物浓度等于NAAQS的年均和日均PM10标准时的能见度范围。美国大峡谷及周围地区在晴朗的天气里非常容易看到160公里以外的山脉。此时大气中颗粒物的浓度可能为多少如果大气中颗粒物的浓度增加1G/M3，能见度水平下降的百分比为多少假定原能见度为20KM。如果原来的能见度范围为200KM，下降的比例又为多少USETHEEQUATIONTOESTIMATETHEVISUALRANGEWHENTHEPARTICULATECONCENTRATIONISEQUALTOTHEANNUALAVERAGEANDTOTHEMAXIMUM24HOURNAAQSFORPM10INTHEGRANDCANYONANDTHESURROUNDINGAREA,ONCLEARDAYS,ONECANEASILYSEEMOUNTAINS100MILESAWAYWHATISTHEPROBABLECONCENTRATIONOFPARTICLESINTHEATMOSPHEREWHENONECANSEETHATFARTHEPARTICLECONCENTRATIONINTHEATMOSPHEREISINCREASEDBY1UG/M3,WHATISTHEPERCENTAGEDECREASEINTHEVISUALRANGEIFTHEINITIALVISUALRANGEIS20KMIFTHEINITIALVISUALRANGEIS200KM,WHATISTHEPERCENTAGEDECREASE146能见度与自然景观USEPA在1999年宣布，将在未来几十年内致力于提高国家公园和旷野地区的空气质量例美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州）照片晴天雾天15大气污染防治法规与标准体系151中华人民共和国大气污染防治法1987年9月5日由第六届全国人大常委会第22次会议通过，1988年6月1日起执行1995年8月29日，第八届全国人大常委会第15次会议对该法进行了修订2000年对该法再次修订1995年8月29日修改后的大气污染防治法，在控制大气污染，改善大气环境质量方面起到了积极的作用强化了酸雨和二氧化硫污染控制推动了煤炭的清洁利用加快了淘汰严重污染大气的落后工艺和设备的步伐开始生产和使用无铅汽油法规实施后，一些地区依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善但未能有效地遏制大气环境质量的恶化大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；大中城市机动车排气污染正在迅速增加；大多数城市扬尘污染突出；大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；现行法律的法律责任部分内容偏少，力度不够。2000年第二次修订的指导思想面对现实，对我国以煤为主的能源结构短期难以改变的现状以及经济条件给予了充分考虑；针对要害，主要是针对燃煤、机动车、扬尘等造成的大气污染；抓住重点，主要是抓住重点城市、重点区域；在禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证方面取得了重大突破；强化法律责任，加强执法监督。152大气环境质量标准体系GB30951996环境空气质量标准GB162971996大气污染物综合排放标准GWPB31999锅炉大气污染物排放标准GB49151996水泥厂大气污染物排放标准GB90781996工业炉窑大气污染物排放标准GB161711996炼焦炉大气污染物排放标准GB132231996火电厂大气污染物排放标准GB1455493恶臭污染物排放标准GWPB11999轻型汽车污染物排放标准GB14761293车用汽油机排气污染物排放标准GB14761593汽油车怠速污染物排放标准GB14761693柴油车自由加速烟度排放标准GB14761793汽车柴油机全负荷烟度排放标准GB1462193摩托车排气污染物排放标准GWPB52000饮食业油烟排放标准GB546891锅炉烟尘测试方法GB1164289轻型汽车排气污染物测试方法GB/T1476293车用汽油机排气污染物试验方法GB/T1476393汽油车燃油蒸发污染物的测量收集法GB1134089汽车曲轴箱排放物测量方法GB/T384593汽油车排气污染物的测量怠速法GB/T384693柴油车自由加速烟度的测量滤纸烟度法GB384783汽油柴油机全负荷烟度测量法GB/T546693摩托车排气污染物的测量怠速法GB/T1462293摩托车排气污染物的测量工况法153环境空气质量标准1531中华人民共和国国家标准环境空气质量标准AMBIENTAIRQUALITYSTANDARDGB30951996代替GB309582国家环境保护局19960118批准19961001实施主题内容与适用范围本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定。本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。环境空气质量功能区的分类和标准分级环境空气质量功能区分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、一般工业区和农村地区。三类区为特定工业区。环境空气质量标准分级（环境空气质量标准分为三级）一类区执行一级标准二类区执行二级标准三类区执行三级标准各项污染物的浓度限值1532工业企业设计卫生标准（TJ3679）P2324该标准现在仍然还在起作用。在评价某新建企业对某区域环境质量的影响时，对于我国环境空气质量标准（GB30951996）中未列出的项目，原则上以我国工业企业设计卫生标准（TJ3679）居住区大气中有害物质的最高容许日平均浓度为依据。在制定大气污染物综合排放标准（GB162971996）时，对于环境空气质量标准（GB30951996）中未列出的项目，原则上也以我国工业企业设计卫生标准（TJ3679）居住区一次最高允许浓度为依据。但考虑到TJ3679多参考了原苏联同类标准，其规定偏严，故以其一次值的五倍定值。154大气污染物排放标准1541大气污染物综合排放标准（GB162971996）P24251997年1月1日开始执行，适应于现有污染源大气污染物排放管理，以及建设项目的环境影响评价、设计、环境保护设施竣工验收及其投产后的大气污染物排放管理。该标准规定了SO2、NOX（以NO2计）、CO等33种大气污染物的排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织排放监控浓度限值。污染源分为三级，按环境空气质量功能区类别，分别执行相应级别的排放标准。即位于一类区的污染源执行一级标准；位于二类区的污染源执行二级标准；位于三类区的污染源执行三级标准。污染源还有新建和现有之分，同样级别的污染源，新建污染源的排放限值都低于现有污染源。1997年1月1日之前设立的污染源称为现有污染源。1997年1月1日之后设立的称为新建污染源。以建设项目环境影响报告书（表）批准日期作为污染源的设立日期。1542行业性大气污染物排放标准该类标准种类繁多，例如，锅炉大气污染物排放标准、水泥厂大气污染物排放标准炼焦炉大气污染物排放标准、火电厂大气污染物排放标准等等。在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中，按照不交叉执行的原则，行业性大气污染物排放标准优先于大气污染物综合排放标准。155地方大气环境标准地方大气环境标准主要有地方大气环境质量标准和地方大气污染物排放标准。地方大气环境标准由省级人民政府制定；地方大气环境质量标准只能对国家环境空气质量标准中未作规定的项目，制定地方补充标准，不得擅自改变国家环境空气质量标准中已作规定的项目的标准值；地方大气污染物排放标准不仅可以对国家大气污染物综合排放标准中未作规定的项目，制定地方补充标准，而且还可以对国家大气污染物综合排放标准中已作规定的项目，制定严于国家大气污染物综合排放标准的地方大气污染物排放标准；地方大气污染物排放标准优先于行业性大气污染物排放标准，行业性大气污染物排放标准又优先于国家大气污染物综合排放标准。156空气污染指数及报告空气污染指数分级标准试行2000年4月27日发布来源北京市环境保护局主页（HTTP/WWWBJEPBGOVCN）空气污染指数分级浓度限值计算公式当第K种污染物浓度为时，其分指数为注各变量含义参看教材P2716中国的大气污染现状与特点161大气污染现状大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；大中城市机动车排气污染正在迅速增加；大多数城市扬尘污染突出；大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；1999年全国重点城市主要大气污染物分布2002年中国城市空气质量状况不同规模城市空气污染程度（2002年）经济水平和污染状况的综合比较162中国大气污染的特点煤烟型污染是我国大气污染的普遍问题；城市的大气污染比乡村严重；南方的大气污染比北方严重；冬季的大气污染比夏季严重；酸雨现象集中在我国西南、华南和东南地区出现。17中国的大气污染综合防治171能源利用情况注中国正在不断提高能源使用的效率，但还未达到美国的水平（19801995年数据）172主要污染物排放注近年来GDP持续增长，主要污染物排放却有所下降来源中国统计年鉴，中国环境状况公报173控制大气污染的技术措施清洁生产清洁的生产过程和清洁的产品可持续发展的能源战略改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例提高能源利用效率和节约能源推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术积极开发利用新能源和可再生能源建立综合性工业基地各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量174控制污染的经济政策必要的环境保护投资环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为051，发达国家为12我国目前比例为0708，希望能达到15实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段建立市场（排污许可证制度等）税收手段（污染税、资源税等）收费制度（排污费等）财政手段（生态环境基金等）责任制度（赔偿损失和罚款等）18大气污染与全球气候1温室气体引起全球气候变化问题2臭氧层破坏问题3酸雨污染问题181温室气体引起全球气候变化问题全球气候变化的基本情况大气中CO2含量1750年以前280PPM目前360PPM预计21世纪中叶540970PPM气温20世纪增加了0602OC海平面20世纪上升了1020CM全球气候变化问题全球平均气温的变化全球平均气温的变化政府间气候变化专门委员会（IPCC）得到的几个重要结论在过去的100年间，地球的平均温度增加了0306（1995年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了1025CM。气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表明，到2010年气温将增加135，海平面上升1595CM。气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。1811温室效应（GREENHOUSEEFFECT）机理1）大气层中各种作用对温室效应的影响2）能量流动对温室效应的影响3）温室与大气具有相同热辐射作用1812人类活动的影响1）温室气体浓度变化情况2）温室气体浓度变化趋势3）主要温室气体的年排放量4）二氧化碳排放量排序5）二氧化碳总排放量与人均排放量6）单位GDP的能源强度7）各温室气体的体积比MAJORGREENHOUSEGASES8）1996年中国能源类型的CO2排放CO2EMISSIONBYENERGYTYPEINCHINA,19961813气候变化的影响雪盖和冰川面积减少雪盖20世纪60年代以来减少10冰川20世纪50年代以来减少1015海平面上升过去100年1020CM1990210089CM续降水格局变化中高纬降雨量增大北半球亚热带降雨量下降，南半球增加气候灾害过多降水、大范围干旱、持续高温影响人体健康影响农业生产和生态系统续与19821983年厄尔尼诺时间相关的旱涝分布区1814影响气候变化的大气成分1）温室气体及其特征2）CO23）CO2的浓度变化大气中二氧化碳含量的变化大气层CO2含量每一百万CO2部分4）CH4的浓度变化5）气溶胶的协同作用6）其它温室气体的贡献甲烷一氧化二氮其他CFCS1980到1990年期间人为源排放的温室气体对大气中波长812M光线的透射率的影响。对流层臭氧可能也产生一定的影响，但影响程度难以估算。续预计到2030年全球气温大约平均升高3C1815应对措施与策略1控制温室气体的排放改变能源结构提高能源转换效率提高能源使用效率减少森林植被的破坏控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放续不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量续2增加温室气体的吸收植树造林采用固碳技术CO2分离、回收，注入深海或地下化学、物理、生物方法固定适应气候变化培养新农作物品种，调整产业结构等1816国际行动1992年，联合国环境与发展大会气候变化框架公约20世纪90年代末，发达国家温室气体年排放量控制在1990年水平1997年，京都议定书明确各发达国家削减温室气体排放的比例续182臭氧层破坏问题1821臭氧层特征及分布状况臭氧层主要特征离地面2030KM的平流层中占当地空气含量的1/105厚度单位DU（DOBSONUNIT）273K，1ATM下，103CM厚的O3层称为一个DU1DU103ATMCM2691016MOLECULES臭氧层的垂直分布大气中臭氧浓度分布1822臭氧层的作用1823太阳辐射透过臭氧层的强度变化1824臭氧层破坏现象臭氧层破坏化学反应臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子氧气分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线上述反应过程吸收了99的来自于太阳的紫外线。氟氯烃（CFCS）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。这两个反应都造成了臭氧的减少。19791986年总臭氧纬向平均值的趋势1825平流层臭氧形成和破坏机理纯氧理论（CHAPMANMECHANISM）臭氧吸收紫外线的反应续催化清除理论20世纪70年代建立活性催化物质的链式反应Y活性物种，包括奇氢HOX、奇氮NOX、奇卤XOX三大家族1826三大家族的来源奇氢HOX大气中H2O与激活O原子反应奇氮NOX宇宙射线分解N2飞机等人类活动排放奇卤XOX人类活动产生的CFCS和含溴氟烷（哈龙，HALONS1827消耗臭氧层的物质（ODS）ODSSCFCS、哈龙CCL4、甲基氯仿（1,1,1三氯乙烷）、溴甲烷部分取代的氯氟烃ODSS的破坏能力臭氧耗减潜能（OZONEDEPLETIONPOTENTIAL）全球变暖潜势（GLOBALWARMINGPOTENTIAL1828ODSS的破坏能力1829CFCS对臭氧层的破坏作用一个CL自由基可以消耗数十万个O3大气中CFCS分子的变化图CFCS和其他消耗臭氧化合物的特性18210南极臭氧浓度垂直分布南极上空臭氧浓度垂直分布的变化臭氧垂直剖面18211南极臭氧空洞极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用吸附并聚集CFCS及哈龙非均相反应场所为什么北极没有形成臭氧空洞北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定不易形成极地平流层云18212臭氧层破坏的危害臭氧含量减少1，地面紫外线增加23危害人体健康皮肤癌、白内障陆生生态系统植物质量下降水生生态系统水面附近生物减少城市空气和建筑材料光化学烟雾，材料老化大气结构辐射收支变化，气候变化18213臭氧层破坏的控制策略开发消耗臭氧层物质的替代技术无氟氯昂制冷设备制定淘汰消耗臭氧层物质的措施环境管理手段经济手段国际行动1985年，28个国家维也纳公约1987年，46个国家关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约消耗臭氧物质的排放削减消耗臭氧物质消费趋势183酸雨污染问题1831致酸前体物与酸雨酸雨PH小于56的降水，广义包括酸性物质的干湿沉降地理分布几乎整个欧洲美国和加拿大东部东亚，中国南方地区酸沉降酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。致酸物质按存在形态分为干和湿两种。我国酸雨的化学特征硫酸型）1832我国酸雨区域分布（20世纪90年代末）20世纪90年代末我国酸雨区域分布20世纪80年代的酸雨分布1833酸雨的危害淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹影响土壤特性，贫瘠化破坏森林的生长腐蚀建筑材料及金属结构危害人体健康角膜和呼吸道刺激水的低PH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物1834致酸前体物质SO2自然源微生物、火山、森林火灾、海水飞沫人为源燃料燃烧，化工NOX自然源闪电、林火、火山，占总量的50人为源燃烧，机动车，50（续）其它化学物质自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。排放源自然源固定源移动源传输和转换硫氮酸在环境表面沉积有机酸碳氢化合物微粒CO氨1835致酸前体物质的排放情况1836酸雨控制措施针对酸沉降前体物质洗煤开发低硫燃料改进燃烧技术烟气脱硫机动车净化1837国际行动1972年，联合国人类环境会议，首次提出酸雨问题1979年，33个国家，长距离跨国大气污染公约（LRTAP）1985年，欧洲20个国家，硫排放控制协定第一章课外习题1名词解释TSP；PM10；ODS；酸雨；大气污染；一次污染物；二次污染物。2我国的主要大气污染物是什么我国的大气污染物现状有什么规律性3目前计入空气污染指数有那些项目如何计分如何报告4大气的组成包括哪几部分试举例说明。5致酸前体物质主要有那些6温室气体主要有那些7大气臭氧层有什么作用大气臭氧层破坏有什么危害写出臭氧层破坏的化学反应式。8计算题P2711；12；17。第二章燃烧与大气污染11燃料的性质2燃料的燃烧过程3烟气体积计算4燃烧过程中硫氧化物的形成5颗粒污染物的形成6其他污染物的形成第一节燃料的性质11燃料的分类按获得方法分按物态分天然燃料人工燃料固体燃料木柴、煤、油页岩木炭、焦炭、煤粉等液体燃料石油汽油、煤油、柴油、重油气体燃料天然气高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气12燃料的化学组成典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分典型气体、液体和固体燃料的化学组成成分（续）液态燃料的挥发（以汽油为例）13燃料组成对燃烧的影响碳可燃元素。1KG纯碳完全燃烧时，放出32860KJ的热量。当不完全燃烧生成CO时，放出9268KJ的热量。纯碳起燃温度很高，燃烧缓慢，火焰也短。煤中的碳不是单质状态存在，而是与氢、氮、硫等组成有机化合物。煤形成的地质年代越长，其挥发性成分含量越少，而含碳量则相对增加。例如，无烟煤含碳量约9098，一般煤的含碳量约5095。氢是燃料中发热量最高的元素。固体燃料中氢的含量为210，以碳氢化合物的形式存在，1KG氢完全燃烧时能放出120500KJ的热量。氧氧在燃料中与碳和氢生成化合物，降低了燃料的发热量氮燃料中含氮量很少，一般为0515硫以三种形态存在有机硫、硫化铁硫和硫酸盐硫。前两种能放出热量，称之为挥发硫。硫燃烧生成产物为SO2和SO3，其中SO2占95以上。水分水分的存在使燃料中可燃成分相对地减少。煤中水分由表面水分（外部水分）和吸附水分（内部水分）组成。外部水分可以靠自然干燥方法除去。内部水分要放在干燥箱中加热到102105C，保持2H后才能除掉。灰分是燃料中不可燃矿物质，为燃料中有害成分。14煤的分类和组成141煤的分类煤的基本分类褐煤最低品味的煤，形成年代最短，热值较低烟煤形成年代较褐煤长，碳含量7590。成焦性较强，适宜工业一般应用无烟煤煤化时间最长，含碳量最高（高于93），成焦性差,发热量大煤的详细分类142煤的成分分析煤的成分分析方法工业分析（PROXIMATEANALYSIS）测定煤中水分、挥发分、灰分和固定碳。估测硫含量和热值，是评价工业用煤的主要指标。元素分析（ULTIMATEANALYSIS）用化学分析的方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧的含量。煤的工业分析水分一定重量13MM以下粒度的煤样，在干燥箱内318323K温度下干燥8H，取出冷却，称重外部水分将失去外部水分的煤样保持在375380K下，约2H后，称重内部水分挥发分失去水分的试样密封在坩埚内，放在1200K的马弗炉中加热7MIN，放入干燥箱中冷却至常温再称重煤的工业分析（续）固定碳失去水分和挥发分后的剩余部分（焦炭）放在80020C的环境中灼烧到重量不再变化时，取出冷却。焦炭所失去的重量为固定碳灰分从煤中扣除水分、灰分以及挥发分后剩余的部分为固定碳煤中灰分的组成我国煤炭的平均灰分含量为25灰分的存在降低了煤的热值，也增加了烟尘污染和出渣量煤的元素分析碳和氢通过燃烧后分析尾气中CO2和H2O的生成量测定氮在催化剂作用下使煤中的氮转化为氨，碱液吸收，滴定硫与氧化镁和无水硫酸钠混合物反应，SSO42，滴定143煤中硫的形态144煤的成分的表示方法要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准，常用的基准有以下四种收到基锅炉炉前使用的燃料，包括全部灰分和水分空气干燥基以去掉外部水分的燃料作为100的成分，即在实验室内进行燃料分析时的试样成分干燥基以去掉全部水分的燃料作为100的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥无灰基以去掉水分和灰分的燃料作为100的成分145煤的成分的表示方法及其组成的相互关系146我国部分煤种的分析结果15其他燃料151其它常规燃料石油液体燃料的主要来源链烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物组成的混合物主要含碳和氢，还有少量硫、氮和氧氢含量增加时，比重减少，发热量增加天然气典型的气体燃料一般组成为甲烷85、乙烷10、丙烷3152其他非常规燃料城市固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物和农村废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物可燃性工业和采矿废物天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料非常规燃料通常需要专门技术转化为易于利用的形式城市固体废物用作燃料必须考虑其大气污染问题16燃料组成的表示方法CXHYSZOWNVSAMPLE（样品含重）C772,H52,N12,S26,O59ANDASH（灰）79BYWEIGHTDETERMINETHENORMALIZEDMOLARCOMPOSITION（决定标准摩尔组成）（元素）（含重）ELEMENTWTMOL/100GMOL/MOL碳C77212643643100H52015206430808N12014008576430013S26032008126430013O5901603696430057ASH79643123G/MOLCTHENORMALIZEDMOLARCOMPOSITIONCH0808N0013S0013O0057（标准摩尔组成）17燃料的最重要的两个属性热值决定燃料的消耗量杂质污染物产生的来源第二节燃料燃烧过程21影响燃烧过程的主要因素211燃烧过程及燃烧产物完全燃烧CO2、H2O不完全燃烧CO2、H2OC758N15S16；O74灰87。在空气过量20的条件下燃烧，空气湿度为00116MOLH2O/MOL干空气。假定完全燃烧，试计算烟气组成并估算烟气的酸露点。列表计算1KG煤完全燃烧时各组分的摩尔数、需氧量和产生的烟气量。组分质量/G摩尔数/MOL需氧量/MOL烟气量/MOLH505012525（H2O）C758631763176317（CO2）N2）S16050505（SO2）O74462523130灰分870因此，燃烧1KG煤需要的理论氧气量为125631705231373857MOL需要的实际空气量为73857（1378）（120）（100116）42856MOL产生的烟气量为（256317053605）42856738574439MOL烟气的组成为CO26317/44391001423SO205/4439100011H2O（254236400116）/4439674O27385702/4439333N2（73857378120536）/44397559SO2的体积分数为011，假定SO2向SO3的转化率为5，而全部SO3转化为H2SO4，则H2SO4的含量为01100555105。因此LGPH2SO4LG55105426查教材P53图27，可得烟气的露点约为143第五节燃烧过程中颗粒物的形成51碳粒子的生成积炭的生成核化过程气相脱氢反应并产生凝聚相固体碳核表面上发生非均质反应较为缓慢的聚团和凝聚过程燃料的分子结构是影响积炭的主导因素积炭的生成与火焰的结构有关提高氧气量可以防止积炭生成压力越低则积炭的生成趋势越小火焰的结构预混火焰气体燃料和空气在燃烧前充分混合（BURSENBURNER,MEEKERBURNER）扩散火焰燃料和空气分别进入燃烧区，混合然后发生反应（实际中应用最多），不同的区域有不同的0值PREMIXEDFLAMEGASFUELANDAIRAREMIXEDBEFORECOMBUSTION（BURSENBURNER,MEEKERBURNERDIFFUSIONFLAMEFUELANDAIRSEPARATELYENTERTHECOMBUSTIONZONE,ANDMIXBEFORETHEREACTIONINMOSTPRACTICALSYSTEM,DIFFERENT0OVERSITES火焰的结构（续）层流火焰RE2200，强烈的湍流作用，但分子扩散仍然起作用LAMINARFLAMERE2200,SIGNIFICANTTURBULENCE,BUTMOLECULARDIFFUSIONSTILLINPLAY乙炔火焰中生碳反应过程石油焦和煤胞的生成燃料油雾滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，出现结焦多组分重残油的燃烧后期会生成煤胞，难以燃烧。焦粒生成反应的顺序烷烃烯烃带支链芳烃凝聚环系沥青半园体沥青沥青焦焦炭52燃煤烟尘的形成烟尘固体燃料燃烧产生的颗粒物，包括黑烟未燃尽的碳粒飞灰不可燃矿物质微粒煤粉燃烧过程碳表面的燃烧产物为CO，它扩散离开表面并与O2反应煤粉燃烧过程理论上碳与氧的摩尔比近10时最易形成黑烟在预混火焰中，C/O大约为05时最易形成黑烟易燃烧又少出现黑烟的燃料顺序为无烟煤焦炭褐煤低挥发分烟煤高灰发分烟煤碳粒子燃尽的时间与粒子的初始直径、表面温度、氧气浓度等有关燃烧碳层中成分和温度分布黑烟形成的化学过程芳烃碳氢化合物浓缩反应快速烟灰（经过直接通道）分裂反应烟灰（经过非直接通道）慢速脂（肪）化合物黑烟形成的化学途径高灰分燃料的扩散燃烧灰分中含有HG、AS、SE、PB、CU、ZN等污染元素煤燃烧产生的飞灰颗粒中颗粒尺寸及元素浓度变化轨迹。底部坐标反应出尺寸决定于浓度比率。飞灰的形成过程液化作用燃烧，灰溶化烧焦分裂灰结合雾化难容核素晶核形成凝结和溶解不稳定核素浓缩及表面浓缩凝结和链凝聚形成燃烧完全燃烧完全影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质燃烧方式烟气流速炉排和炉膛的热负荷锅炉运行负荷锅炉结构影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素煤质燃煤颗粒大小对飞灰含量的影响煤的粒径小于DP影响烟煤烟气中飞灰排放特征的因素燃烧方式煤粉空气冷却墙煤燃烧系统A煤粉燃烧；B鼓风燃烧；C抛煤机炉排；D流化床燃烧室煤及炉渣层固体输出淘洗优良的煤石灰石底盘灰几种燃烧方式的烟尘百分比几种燃烧方式的烟尘颗粒概况火电厂大气污染物排放标准本标准将火电厂按年限划分为以下三个时段时段1992年8月1日之前建成投产或初步设计已通过审查批准的新、扩、改建火电厂；时段1992年8月1日起至1996年12月31日期间环境影响报告书通过审查批准的新、扩、改建火电厂，包括1992年8月1日之前环境影响报告书通过审查批准、初步设计待审查批准的新、扩、改建火电厂；时段1997年1月1日起环境影响报告书待审查批准的新、扩、改建火电厂。大气污染物排放标准火电厂大气污染物排放标准第时段的火电厂锅炉最高允许烟尘排放浓度火电厂大气污染物排放标准第时段火电厂各烟囱SO2最高允许排放浓度第时段的火电厂锅炉氮氧化物最高允许排放浓度（MG/M3）影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素运行负荷第六节燃烧过程中其他污染物的形成61有机污染物的形成形成历程链烃分子氧化脱氢形成乙烯和乙炔延长乙炔的链形成各种不饱和基不饱和基进一步脱氢形成聚乙炔不饱和基通过环化反应形成C6C2型芳香族化合物C6C2基逐步合成为多环有机物比较活泼的碳氢化合物可能是产生光化学烟雾的直接原因碳氢化合物的产生量与燃料组成密切相关燃料中高分子碳氢化合物浓度与POM排放水平具有相关性燃料与空气的充分混合可降低有机物的含量，但不利于NOX的控制同时减少CH和NOX的排放需要仔细控制混合的型式、温度水平和整个系统的停留时间62CO的形成CO是所有大气污染物中量最大、分布最广的一种CO的全球排放量为200106T/A燃料中的碳都先形成CO，然后进一步氧化在火焰温度下有足够的氧并且停留时间足够长，可以降低CO含量。CO的形成和破坏都由动力学控制，反应路线RHRRCHORCOCO63HG的形成与排放HG对人的肾和神经系统有危害煤碳燃烧是HG的一大来源煤中HG的析出率与燃烧条件有关燃烧温度900OC时，析出率90还原性气氛的析出率低于氧化性气氛HG排放控制是燃煤污染控制的新课题之一64NOX的形成NOX的形成机理燃料型NOX燃料中的固定氮生成的NOX热力型NOX高温下N2与O2反应生成的NOX瞬时NOX低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOX煤粉燃烧试验（珀欣HC4003000PPMNOX10100PPM2加速,定速时NOX高,浓度约为NOX10004000PPMCO0530HC200600PPM加速时,碳烟约为0005G/M3下面一页留给您备用讨论2影响排放的因素汽车使用中哪些因素对排放影响大如何考虑汽车行驶工况对排放的影响如制定标准时,计算排放量时下面一页留给您备用主要控制技术前处理无铅汽油0013G/L,低硫汽油和柴油1200PPM50PPM废气再循环EGR20循环,降低NOX约60,但油耗增加3机内控制发动机设计表面积/容积越小越好电子控制技术多气门技术机外控制技术热反应器,催化反应器氧化,还原三效下面一页留给您备用改进点火系统下面一页留给您备用电控燃油喷射系统下面一页留给您备用废气再循环EGR下面一页留给您备用三效催化净化技术TWC同时净化3种污染物CO,HC,NOX只能在很窄的空燃比窗口工作闭环电控燃油喷射技术下面一页留给您备用三效催化净化技术TWC主要使用贵金属陶瓷载体,PT,RD,PD寿命要求80000160000KM,防中毒很关键下面一页留给您备用曲轴箱