气溶胶性质PPT课件

1、大气气溶胶的定义、基本特征大气气溶胶的定义、基本特征大气气溶胶的化学组成、来源与去除大气气溶胶的化学组成、来源与去除大气气溶胶的危害大气气溶胶的危害主要内容主要内容第1页/共90页大气气溶胶的定义、基本特征 液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成相对稳定的悬浮体系。 液体或固体微粒（即颗粒物或粒子）是指空气动力学直径为0.002100m的液滴或固态粒子。形状：很复杂 液体颗粒物近似于球形，固体颗粒物多不规则，有片状、柱状、雪花状、针状等等。定义第2页/共90页气溶胶图例北京市典型烟尘集合体的TEM图像 （a.a.链状;b.;b.簇状) )第3页/共90页表面光滑的飞灰表面光滑的飞灰表面吸附超细表

2、面吸附超细颗粒的飞灰颗粒的飞灰 矿物颗粒石英矿物颗粒石英硫酸盐硫酸盐第4页/共90页气溶胶分类： 按粒径的大小：按粒径的大小： 总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物(TSP)：用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。 Dp(粒径粒径)在在100 m以下，其中多数在以下，其中多数在10 m以下，是分散在大气中的各种粒以下，是分散在大气中的各种粒子的总称。子的总称。 飘尘：飘尘： Dp 10 m能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、能在大气中长期飘浮的悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。烟气、雾等。

3、降尘：降尘：能用采样罐采集到的大气颗粒物。在能用采样罐采集到的大气颗粒物。在TSP中直径大于中直径大于30 m的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物的粒子由于自身的重力作用会很快沉降下来，这部分颗粒物称为降尘。称为降尘。 可吸入粒子：可吸入粒子：易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。目前国际标准化组织际标准化组织(ISO)建议将其定为建议将其定为Dp10 m。 细粒子：细粒子：其粒径小于其粒径小于2.5 m，记为：，记为：PM2.5第5页/共90页气溶胶分类： 按颗粒物成因分: : 分散性气溶胶分散性气溶胶：指固态或液态物质经粉碎、喷射形成

4、微小粒子分散在大气中形成的气溶胶，如海浪分溅、农药喷洒等。 凝聚性气溶胶凝聚性气溶胶：由气体或蒸汽遇冷凝聚成液态或固态微粒而形成的气溶胶。第6页/共90页气溶胶分类： 按颗粒物的物理按颗粒物的物理( (凝聚凝聚) )状态分状态分: : 固态：烟、尘 液态：雾 固液混合：霾、烟雾 第7页/共90页中国环境空气质量标准中PM10（ Dp10 m ）的相关标准取值时间浓度限值（mg/m3）一级标准二级标准三级标准年均值0.040.100.15日均值0.050.150.25美国环保局1997年提出、2003年通过了PM2.5国家环境空气质量标准，规定PM2.5的年均浓度和日均浓度限值分别为15和65

5、g/m3。第8页/共90页地点观测时间质量浓度参考文献北京1999.7-2000.9夏季76He et al. (2001)北京1999.7-2000.9冬季176He et al. (2001)太原2005.12216.7Meng et al. (2007)南京2001149.0王荟等. (2003)上海2003.9-2005.194.64Wang et al. (2006)广州2002.1-2 105.9Cao et al. (2005)青岛1997-200043.6Hu et al. (2002)厦门199340.0Gao et al. (1996)大连200267.5Takami et

6、 al. (2006)香港2002.1-254.5Cao et al. (2005)珠海2002.1-259.3Cao et al. (2005)不同地区PM2.5的平均质量浓度（g/m3） 第9页/共90页 相关概念p一次气溶胶：由排放源直接排放到大气中的颗粒物。p二次气溶胶：通过与气体组分的化学反应生成的颗粒物。p均质气溶胶：所有颗粒物的化学组成相同。p单谱气溶胶：所有的颗粒物粒径大小相同。p多谱气溶胶：多种粒径大小的颗粒物。第10页/共90页大气气溶胶的浓度表示方法数浓度：个/cm3表面积浓度：m2. cm-3体积浓度： m3. cm-3质量浓度： mg. m-3; g. m-3第11页

7、/共90页气溶胶的来源大气气溶胶的来源复杂，按照产生的过程分为自然源和人为源。自然源主要来自于洋面气泡的破裂、土壤的风蚀、生物的孢子花粉以及火山爆发、森林火灾等。人为源主要来自化石燃料燃烧、工农业生产活动等；人为排放气态污染物在一定条件下的气粒转化过程也是大气气溶胶的一个重要来源。第12页/共90页大气气溶胶主要是通过干、湿沉降的方式去除。（1）干沉降：）干沉降：重力作用或与地面其他物体碰撞后沉降。（2）湿沉降：）湿沉降： 雨除 ：气溶胶的颗粒物作为凝结核，成为云滴中心，通过凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T PM2.5 ；沙尘事件期间地壳元素浓度呈现出自西向东减弱的趋势。沙尘事件期间地壳元素浓

8、度呈现出自西向东减弱的趋势。 第36页/共90页沙尘天气时的地壳元素浓度沙尘天气时的地壳元素浓度要明显高于非沙尘天气要明显高于非沙尘天气。沙沙尘天气时尘天气时Seoul PM10中中Al和和Ca的浓度约为非沙尘的的浓度约为非沙尘的3.4倍；倍；Gwangju 中的浓度为非中的浓度为非沙尘的沙尘的5-6倍。倍。 图5. 沙尘与非沙尘期间的元素浓度对比第37页/共90页大气气溶胶的危害大气气溶胶的危害主要内容主要内容第38页/共90页大气气溶胶的危害 1. 大气化学反应大气化学反应 (干湿沉降干湿沉降,光化学烟雾光化学烟雾,多相反应界面多相反应界面 etc.) 2. 气候效应气候效应 (直接气候效

9、应及间接气候效应直接气候效应及间接气候效应) 3. 环境质量（能见度）环境质量（能见度） 4. 健康效应健康效应 5.气溶胶辐射强迫气溶胶辐射强迫第39页/共90页矿尘矿尘 黑碳黑碳 海盐海盐 硫酸盐硫酸盐 硝酸盐硝酸盐SO2, COS, DMSNOxVOCsH2OO3, H2O2O H , N O3 radicalsVirusPAH, PCB 气溶胶能吸附气溶胶能吸附 SO2、NOx 及气态有机有毒物质（如及气态有机有毒物质（如PAHs、PCB等），并在气溶胶表面发生多相反应。等），并在气溶胶表面发生多相反应。化学大气化学反应化学大气化学反应 第40页/共90页对大气能见度的影响 第41页/

10、共90页第42页/共90页气候效应气候效应 气溶胶通过直接和间接方式影响大气辐气溶胶通过直接和间接方式影响大气辐射传输和地射传输和地- -气系统辐射收支平衡，对气候气系统辐射收支平衡，对气候变化、云降水等影响巨大。变化、云降水等影响巨大。第43页/共90页对人体健康的影响对人体健康的影响 第44页/共90页气溶胶辐射强迫 气候系统总体趋于平衡状态，即地气系统气候系统总体趋于平衡状态，即地气系统所吸收的太阳辐射应等于向外发射的红外长波所吸收的太阳辐射应等于向外发射的红外长波辐射。如果某种扰动打破了这个平衡，气候系辐射。如果某种扰动打破了这个平衡，气候系统会调整地表温度来形成新的平衡。为了评估统会

11、调整地表温度来形成新的平衡。为了评估地球气候系统辐射收支的外加扰动，地球气候系统辐射收支的外加扰动，IPCC引入引入了辐射强迫这个概念。了辐射强迫这个概念。第45页/共90页气溶胶辐射强迫辐射强迫的定义：单位辐射强迫的定义：单位 W/m2全球气候的变化由地气系统辐射平衡状况决定。全球气候的变化由地气系统辐射平衡状况决定。任何对该系统平衡的扰动并因而使气候发生变化任何对该系统平衡的扰动并因而使气候发生变化的因子成为辐射强迫因子，主要有入射太阳辐射；的因子成为辐射强迫因子，主要有入射太阳辐射；温室气体、云和气溶胶等。温室气体、云和气溶胶等。在描述这些因子对气候的潜在影响时，往往采用在描述这些因子对

12、气候的潜在影响时，往往采用“辐射强迫辐射强迫”（radiation forcing）。）。第46页/共90页气溶胶辐射强迫人类活动导致大气中气溶胶浓度不断升高，人类活动导致大气中气溶胶浓度不断升高，一方面导致大气对太阳光散射作用增强，一方面导致大气对太阳光散射作用增强，反照率增加，产生负的辐射强迫；另一方反照率增加，产生负的辐射强迫；另一方面吸收太阳辐射，产生正的辐射强迫。面吸收太阳辐射，产生正的辐射强迫。大气中气溶胶通过直接和间接辐射强迫两大气中气溶胶通过直接和间接辐射强迫两种方式影响全球气候，对全球气候变化产种方式影响全球气候，对全球气候变化产生重大影响。生重大影响。第47页/共90页u

13、直接辐射强迫：气溶胶通过散射和吸收太阳辐射，产生直接辐射强迫；u 间接辐射强迫：可作为云凝结核，影响云的微物理特性和宏观云量，影响地气系统的水循环，产生更加复杂和不确定的间接辐射强迫。 气溶胶辐射强迫第48页/共90页气溶胶辐射强迫与温室气体的辐射强迫比较：与温室气体的辐射强迫比较：1.对流层大气中气溶胶的生命周期很短，导对流层大气中气溶胶的生命周期很短，导致空间分布高度不均，而且与排放源有关；致空间分布高度不均，而且与排放源有关；2.气溶胶直接辐射强迫是散射太阳短波辐射气溶胶直接辐射强迫是散射太阳短波辐射的过程，主要在白天和夏季起主导作用。即的过程，主要在白天和夏季起主导作用。即具有明显的日

14、变化和季节变化。具有明显的日变化和季节变化。3.气溶胶的直接和间接辐射强迫都与颗粒物气溶胶的直接和间接辐射强迫都与颗粒物粒径和化学组成有关，不能简单以气溶胶质粒径和化学组成有关，不能简单以气溶胶质量源强衡量其辐射强迫的相对大小；量源强衡量其辐射强迫的相对大小；第49页/共90页气溶胶辐射强迫与温室气体的辐射强迫比较：与温室气体的辐射强迫比较：4.大气气溶胶尤其是人为气溶胶的区域分大气气溶胶尤其是人为气溶胶的区域分布不均匀；布不均匀；5.气溶胶的辐射强迫与其浓度的关系是非气溶胶的辐射强迫与其浓度的关系是非线性的，自然存在的气溶胶的影响复杂；线性的，自然存在的气溶胶的影响复杂；另外，气溶胶作为凝结

15、核影响云滴形成和另外，气溶胶作为凝结核影响云滴形成和降水的过程复杂，间接辐射强迫研究非常降水的过程复杂，间接辐射强迫研究非常困难。困难。第50页/共90页第五节 大气污染综合治理 第51页/共90页一、减少污染物的排放量二、治理主要污染物；三、种植树木草坪；四、掌握气象变化规律，充分利用环境自净能力五、加强城镇规划，搞好环境功能分区。大气污染综合治理大气污染综合治理第52页/共90页一、减少污染物的排放量 1 1改革能源结构，逐步用二次能源代替一次能改革能源结构，逐步用二次能源代替一次能 源，开发无污染能源，对源，开发无污染能源，对燃料进行脱硫处理。燃料进行脱硫处理。 2 2改革燃烧装置和燃烧

16、方式，提高热效率。改革燃烧装置和燃烧方式，提高热效率。 3 3采用无污染或低污染生产工艺。采用无污染或低污染生产工艺。 4 4利用余热、余气，提高能源利用率。利用余热、余气，提高能源利用率。第53页/共90页治理主要污染物治理主要污染物 颗粒污染物 气态污染物第54页/共90页从废气中回收颗粒污染物的过程称为除尘。实现上述过程的设备装置称为除尘器。 1 1、除尘装置的技术性能指标、除尘装置的技术性能指标 技术指标常以技术指标常以气体处理量、净化效率、压力损失气体处理量、净化效率、压力损失等参数表示。等参数表示。 2 2、除尘装置的分类、除尘装置的分类 依照除尘器除尘的主要机制可将其分为机械式除

17、尘器、过滤式除尘器、湿式机械式除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器除尘器、静电除尘器等四类。v颗粒污染物第55页/共90页通过通过重力、惯性力和离心力等质量力重力、惯性力和离心力等质量力的作用达到除尘目的作用达到除尘目的。主要形式有的。主要形式有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。等。 重力沉降室重力沉降室 利用粉尘与气体的密度不同，使含利用粉尘与气体的密度不同，使含尘气体中的尘粒依靠自身的重力从气流中自然沉降下来，尘气体中的尘粒依靠自身的重力从气流中自然沉降下来，达到净化目的。对达到净化目的。对5050m m以上的尘粒具有较好的捕集作用。以上的尘粒

18、具有较好的捕集作用。 惯性除尘器惯性除尘器 利用粉尘与气体在运动中的惯性力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，如折板式。适于非黏不同，使粉尘从气流中分离出来，如折板式。适于非黏性、非纤维性粉尘的去除，设备结构简单，阻力较小，性、非纤维性粉尘的去除，设备结构简单，阻力较小，但其分离效率较低，约为但其分离效率较低，约为50507070，只能捕集，只能捕集10102020m m以上的粗尘粒，故只能用于多级除尘中的第一级除以上的粗尘粒，故只能用于多级除尘中的第一级除尘。尘。（1）机械式除尘器第56页/共90页 离心式除尘器离心式除尘器 旋转运动的含尘气流中的粒子借助离心力，从气

19、流中分旋转运动的含尘气流中的粒子借助离心力，从气流中分离出来的装置，也称为旋风除尘器。适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，对离出来的装置，也称为旋风除尘器。适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，对大于大于5 5m m以上的颗粒具有较高的去除效率，属中效除尘器。多应用于锅炉烟气以上的颗粒具有较高的去除效率，属中效除尘器。多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。主要缺点是对细小尘粒除尘、多级除尘及预除尘。主要缺点是对细小尘粒(5(5m)m)的去除效率较低。的去除效率较低。第57页/共90页过滤式除尘器结构图过滤式除尘器结构图（2）过滤式除尘器 含尘气体通含尘气体通过多孔滤料，截过多孔滤料，截留气流中的尘

20、粒，留气流中的尘粒，净化气体。应用净化气体。应用于各种工业废气于各种工业废气除尘中，属高效除尘中，属高效除尘器，效率大除尘器，效率大于于99%99%，对细粉具，对细粉具有强捕集作用。有强捕集作用。第58页/共90页 钢铁厂钢铁厂焚烧厂焚烧厂水泥厂水泥厂第59页/共90页又称洗涤除尘。即用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞又称洗涤除尘。即用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞而被吸收，并随液体排出，气体得到净化。既能净化颗粒污染物，也能同而被吸收，并随液体排出，气体得到净化。既能净化颗粒污染物，也能同时脱除气体中的气态污染物质。时脱除气体中的气态污染物质。（3）湿式除尘第6

21、0页/共90页 利用高压电场产生利用高压电场产生的静电力的作用实现固的静电力的作用实现固体颗粒或液体粒子与气体颗粒或液体粒子与气流的分离。一种高效除流的分离。一种高效除尘器，对细微粉尘及雾尘器，对细微粉尘及雾状液滴捕集性能优异，状液滴捕集性能优异，效率达效率达9999以上，对于以上，对于0.10.1m m的粉尘粒子，仍的粉尘粒子，仍有较高的去除效率。能有较高的去除效率。能耗低、处理气量大，可耗低、处理气量大，可应用于高温、高压场合，应用于高温、高压场合，广泛用于工业除尘。缺广泛用于工业除尘。缺点是设备庞大，一次性点是设备庞大，一次性投资费用高。投资费用高。 （4）静电除尘）静电除尘第61页/共

22、90页电厂水泥厂玻璃厂水泥厂第62页/共90页依据物质的化学和物理性质，采用不同的治理。依据物质的化学和物理性质，采用不同的治理。 1 1、吸收法、吸收法 2 2、吸附法、吸附法 3 3、催化法、催化法 4 4、燃烧法、燃烧法 5 5、冷凝法、冷凝法v气态污染物第63页/共90页 二氧化硫的治理 从排烟中除去SO2的技术称为“排烟脱硫” ，这类技术已相当多，但总起来可分为湿法和干法两大类。前者是利用SO2为酸性氧化物这一特点，后者是利用SO2的还原性。第64页/共90页1、湿法排烟脱硫（1）钠法）钠法氢氧化钠或亚硫酸钠吸收法氢氧化钠或亚硫酸钠吸收法 这种方法是以这种方法是以NaOH、Na2CO

23、3、或、或Na2SO3作为吸收剂吸收作为吸收剂吸收SO2，因为这种方，因为这种方法吸收速度快，管道和设备不易堵塞，所以应用较广泛。法吸收速度快，管道和设备不易堵塞，所以应用较广泛。第65页/共90页主要反应为： 2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3第66页/共90页 吸收剂处理后可获得副产品，主要回收方法有a.中和法： NaHSO3+NaOH=Na2SO3+H2O 2Na2SO3+O2=2Na2SO4b.直接利用 将含有的吸收液直接供造纸厂代替烧碱蒸煮纸浆。第67页/共90页C.回收Na2SO3 吸收

24、液经浓缩、结晶、脱水后回收Na2SO3晶体。d.回收石膏法 在含NaHSO3的吸收液中加入石灰，使其生成CaSO3，再经氧化后生成石膏。第68页/共90页2NaHSO3+Ca(OH)2=CaSO31/2H2O+Na2SO3+3/2H2OCaSO31/2H2O+1/2O2+3/2H2O=CaSO42H2Oe.回收硫法 将吸收液中的加热生成高浓度的，再用于生产硫酸或硫 2NaHSO3=Na2SO3+SO2+H2O SO2+2H2S=3S+2H2O第69页/共90页(2)氨法以氨水作吸收剂 2NH3H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O (NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3第70

25、页/共90页 a.回收(NH4)2SO4法 吸收液中加入氨水，使NH4HSO3转化为(NH4)2SO3，再经空气氧化后生成硫酸铵，浓缩结晶。 (NH4)2SO3+1/2O2=(NH4)2SO4第71页/共90页b.回收石膏法 若将上法回收的硫酸铵溶液中加入石灰，就可回收石膏，而生成的氨用水吸收后又可作为吸收剂 (NH4)2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O+2NH3(3)钙法 利用石灰石、生石灰等的乳浊液作吸收剂第72页/共90页2、干性排烟脱硫法（1）活性炭法 利用活性炭的活性及较大的比表面积，使烟气中的SO2在活性炭表面上与氧及水蒸气作用生成硫酸。（2）接触氧化法 对于高浓度的SO

26、2烟气的治理，可采用工业接触制硫酸类似的方法进行。第73页/共90页烟气脱硫处理设备烟气脱硫处理设备 处理工序图 1. 1. 电除尘器电除尘器2. CONTROL DAMPER2. CONTROL DAMPER3. By Pass Damper3. By Pass Damper4. 4. 石灰石储罐石灰石储罐5. 5. 甲酸罐甲酸罐6. 6. 混合罐混合罐7. 7. 循环泵循环泵8. 8. 脱水离心分离器脱水离心分离器9. 9. 副产品副产品( (石膏石膏) ) 第74页/共90页 排烟脱硫的方法很多，在选择时应从下面几个方面考虑： （1）净化效率高，经济效果好； （2）装置能长期稳定运行；

27、（3）易于操作、维修和检查； （4）不应造成二次污染。第75页/共90页氮氧化物的治理 氮氧化物的工业来源主要是硝酸制造氮氧化物的工业来源主要是硝酸制造厂、使用硝酸的工厂以及工厂燃料燃烧厂、使用硝酸的工厂以及工厂燃料燃烧排放的废气等。从燃烧装置中排放的氮排放的废气等。从燃烧装置中排放的氮氧化物主要是氧化物主要是NO，NO比较稳定，不易比较稳定，不易溶于水，也不与水反应，目前对它的处溶于水，也不与水反应，目前对它的处理主要有催化还原、吸收等理主要有催化还原、吸收等 第76页/共90页对含对含NOx的废气也可采用多种方法进行净化治理的废气也可采用多种方法进行净化治理(主要是主要是治理生产工艺尾气治

28、理生产工艺尾气)。 1、吸收法、吸收法 目前常用的吸收剂有碱液、稀硝酸和浓硫酸等。目前常用的吸收剂有碱液、稀硝酸和浓硫酸等。 2、吸附法、吸附法 用吸附法吸附用吸附法吸附NOX已有工业规模的生产装置，可以采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等。用的吸附剂为活性炭与沸石分子筛等。 3、催化还原法、催化还原法 在催化剂的作用下，用还原剂将废气中的在催化剂的作用下，用还原剂将废气中的NOX还原为还原为无害的无害的N2和和H2O的方法称为催化还原法。的方法称为催化还原法。第77页/共90页1催化还原法 在催化剂存在下，用甲烷、氢气、氨等还原性气体将NO还原成N2的方法，它又分

29、为选择性催化还原和非选择性催化还原法。第78页/共90页（1）非选择性催化还原法 在催化剂存在下，通入的还原性气体不仅与NO作用，而且可与O2作用的方法称为非选择性催化还原法。还原气体可用甲烷、氢气、一氧化碳等，催化剂用Pt等，反应温度在400500。 这种方法适合于废气中O2含量较少的废气第79页/共90页（2）选择性催化还原法 在催化剂存在下，还原性气体仅与氮氧化物作用的方法称为选择性催化还原法。A.氨选择性催化还原法 此法以氨作还原剂，铂作催化剂，在1502500C发生反应。 4NH3+6NO=5N2+6H2O 8NH3+6NO2=7N2+12H2O 当有微量O2时，NO的去除率更高些 4NO