第4章 大气污染与防治

第五章大气污染与防治

本章主要内容一、大气的组成和结构二、大气中的主要污染物、来源及危害三、气象条件对污染物运移的影响四、大气污染的防治重点

本章教学目的、重点和难点一、教学目的1、熟悉大气的组成和结构；2、掌握大气中的污染物及对人体健康的危害；3、熟悉影响大气污染的气象因素；4、掌握大气污染的防治措施。二、教学重点和难点气象因素对大气污染程度的控制原理。三、本章教学安排4学时。

大气的组成和结构第一节

大气是一种混合气体，其组成包括恒定的，可变的和不定的组分。一、大气的组成

1、恒定组分（不变组分）

指大气中含有的氮、氧、氩及微量的氖、氦、氪、氙等稀有气体。其中N、O、Ar三种组分占大气总量的99.96%。重点

2、可变组分

指大气中的CO2、O3和水蒸气等，这些气体的含量由于受地区、季节、气象以及人们生产和生活的影响而有所变化。

3、不定组分（污染组分）

有时是由自然灾害引起的，主要是人类因素造成的。如，颗粒物、H2S、SOX、NOX，盐类及恶臭气体等。洁净大气的重要性洁净大气：由恒定组分及正常状态下的可变组分组成的大气。

洁净大气的重要性

一个成年人每天要呼吸大约2万次，吸入的空气质量约为10-15立方米，约为每天吃入食物质量的10倍。生命的存在一刻也离不开空气，人1周不吃饭，5天不喝水，尚能生存，而5分钟不呼吸就会死亡。

二、大气的结构1、大气圈大气圈：随着地球旋转的大气层。空气密度分布特点：海平面处空气密度最大，随高度的增加，空气密度逐渐变小。大气圈层的厚度为:1200-1400km。重点

二、大气的结构2、大气圈结构

根据大气在垂直方向的上温度、组成和物理性质的差异性，将其分为5层：

对流层特点1、温度特点：气温随高度的增加而递减，↓6℃/1km；2、密度特点：空气密度大，集中了占大气质量80%的空气和几乎全部的水蒸气；3、对流运动显著，天气现象复杂多变，云、雾、雨、雪等集中在这一层。距地面大约12km.

1、下部气温几乎不随高度变化而变化，称为等温层，上部随高度上升而增高。（

35-55km处有层臭氧层）2、大气透明度好，气流比较稳定，平流运动占优势。距地面大约12-55km.

污染物一旦进入平流层，滞留时间可长达数十年，易造成大范围以至全球性的影响。特点

平流层

特点高度大约离地面55-80km处。气温随高度的增加而迅速下降，温度可降至-83～-113℃

。空气稀薄，有强烈的垂直对流运动。对流层、平流层、中间层属于均质层，大气主要组成的比例几乎不变。中间层

暖层（电离层）位于中间层的上部，暖层的上界距离地球表面有800多Km

。该层的下部基本上是由分子氮组成，上部由原子氧组成。温度随高度的增加而迅速上升。特点

外层（散逸层）特点在大气圈的最外层。大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快。暖层和外层属于非均质层，大气的主要组成有很大的变化。

大气中的主要污染物、来源及危害第二节

一、大气中的主要污染物（一）大气污染

由于人类活动或自然过程，向大气中排放的污染物超过了环境所允许的极限（环境容量），使大气质量恶化，人们的生活、工作、身体健康和精神状态，以及设备财产等遭受到影响和破坏的现象。1.概念

2.污染过程

全球性大气污染广域性大气污染局域性大气污染区域性大气污染根据污染范围3.污染分类了解

根据能源性质3.污染分类了解混合型大气污染煤烟型大气污染石油型大气污染

根据污染物的化学性质3.污染分类大气污染还原型大气污染氧化型大气污染

一、大气中的主要污染物（二）主要污染物重点

济源焦化厂排放的废气

山西禹王煤炭气化有限公司

天山水泥厂排放的废气

兰州石化炼油厂

汽车排放的尾气

当前，在我国大气环境中，影响较大的污染物主要有：总悬浮微粒、飘尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和总氧化剂等6种。（二）主要污染物

PM2.5（二）主要污染物

美国及欧盟PM2.5的标准24小时PM2.5平均值标准（µg/m3）

空气质量指标等级空气质量指标类别0-35一级优35-75二级良75-115三级轻度污染115-150四级中度污染150-250五级重度污染250六级严重污染世界卫生组织（WHO）：PM2.5

>25µg/m3就对健康造成危害。

PM2.5的污染状况2009年全球空气质量地图

2013年北京空气质量分布图

二、大气污染物的主要来源1、工业污染源2、交通污染源3、生活污染源大气

二、大气污染物的主要来源1、工业污染源燃料燃烧排放的污染物生产中的排气排放的各类矿物烟尘和金属粉尘。

二、大气污染物的主要来源2、交通污染源交通工具由飞机、船舶、汽车等交通工具（移动源）排放的尾气。在一些发达国家，汽车排放的尾气己构成大气污染的主要污染源。

汽车尾气

二、大气污染物的主要来源3、生活污染源

由于居住密集、燃煤质量差、数量多且燃烧不完全、排放高度低等，其危害性不容忽视。

三、大气污染的危害（一）大气污染对人体健康的危害

a、颗粒物的粒径>10μm时，可以被鼻腔和咽喉所捕集，但不进入肺泡。b、粒径<10μm的飘尘，对人体的危害较大，经进入人体后，一部分随呼吸道排出体外，一部分（PM2.5）则沉积于肺泡。沉积在肺部的污染物如被溶解，直接进入血液，造成血液中毒；未被溶解的可能被细胞吸收，造成细胞破坏，引起尘肺。1.颗粒污染物对人体健康的危害

煤矿工人，吸入煤灰，形成煤肺；玻璃厂或水泥厂工人，吸入硅酸盐粉尘，形成矽肺；石棉厂工人多患有石棉肺。

煤尘肺和正常人的肺部

矽肺和矽肺病人

2.二氧化硫对人体健康的危害

3.NOx对人体健康的危害

5.其他有害的空气污染物4.碳氢化合物对人体健康的危害主要是形成光化学烟雾。

光化学烟雾烟尘经光化学作用而形成的再生污染物的烟雾。

巴黎光化学烟雾光化学烟雾

光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾

光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾

光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾

光化学烟雾伦敦光化学烟雾

光化学烟雾伦敦光化学烟雾

光化学烟雾

从1873年以来，西方国家共发生过19次严重的大气污染事件，历史上最重要的有三次。

1.英国伦敦烟雾事件

5天死亡4000多人，构成该事件的一次污染物是SO2和煤尘；二次污染物H2SO4烟雾和H2SO4盐气溶胶。2.日本四日市的SO2污染事件

四日市是一个石油化工城，每年排放SO2和粉尘的总量达13万多t，终日黄烟弥漫，SO2超标5-6倍，使人们逐渐患上慢性或急性的支气管炎、哮喘及肺气肿等呼吸道病，即所谓的“四日市哮喘病”。3.美国洛杉矶光化学烟雾

1946年发生的，表现为白色烟雾（有时带紫色或黄褐色），大气能见度降低，具有特殊的气味，刺激眼和喉，使呼吸困难。主要是由汽车排放尾气中的NOx和C、H化合物在强太阳光作用下发生化学作用形成。

三、大气污染的危害（二）大气污染对生态环境的危害颗粒污染物由叶背进入植物体内，破坏叶绿素，使组织脱水坏死；气态污染物擦伤叶面，影响光合作用。

三、大气污染的危害

三、大气污染的危害

三、大气污染的危害

三、大气污染的危害

上节内容回顾问：我国大气中具有普通影响的污染物有哪些？

第三节气象条件对污染物运移的影响

你认为一个地区大气污染的程度与哪些因素有关？思考：

大气中污染物的浓度与排放的污染物的总量、气象因素和地理因素有直接的关系。

一、气象动力因子对污染物传输扩散的影响

气象动力因子主要是指风和湍流，风和湍流对污染物在大气中的扩散和稀释起着决定性作用。

一般来说，污染物在大气中的浓度与污染物的总排放量成正比，而与平均风速成反比，若风速增加一倍，则在下风向污染物的浓度将减少一半。风1一、气象动力因子对污染物传输扩散的影响湍流2大气除了整体水平运动以外，还存在着风速时强时弱的阵性以及风的上下左右地摆性。也就是说，风存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动或漩涡运动，这种极不规则的大气运动称为湍流。

湍流是如何稀释污染物的？

大气的湍流运动造成湍流场中各部分之间的强烈混合。当污染物由污染源排入到大气中时，高浓度部分污染物由于湍流混合，不断被清洁空气掺入，同时又无规则地分散到其他方向去，使污染物不断地被稀释和冲淡。

风和湍流风可以使污染物向下风向扩散，湍流可使污染物向各个方向扩散。风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就越快，污染物浓度就越低。风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释最直接最本质的因素。小结：

二、气象热力因子对污染物传输扩散的影响气象的热力因子主要指大气的温度层结及大气稳定度等。

是指在地球表面上方大气温度随高度变化的情况。气温的垂直分布决定着大气的稳定度，而大气的稳定程度又影响着湍流的强度，因而温度层结与大气污染关系密切。大气温度层结1

（1）气温垂直递减率（γ）概念

是指在垂直于地球表面的方向上，每升高100m气温的变化值。

对于标准大气压来说，在对流层中，不同高度上的γ值不同，一般取平均值：γ=0.6℃/100m。该值表明在对流层中，每上升100m，大气气温平均下降0.6℃。

实际上，近地面的大气层，由于气象条件的不同，气温垂直递减率γ有时会大于零、小于零和等于零。温度层结

递减层结

γ＞0时，气温随高度的增加而降低，气温垂直分布与标准大气相同；等温层结

γ=

0

时，气温不随高度的变化而变化；逆温层结

γ＜0时，气温随高度的增加增加，气温垂直分布与标准大气相反。温度层结

是指对于一个干空气团或未饱和的湿空气团，绝热上升或绝热下降时温度变化的数值。这个数值与周围的温度无关。（2）气温干绝热递减率（γd

）概念：

一个干空气团或未饱和的湿空气团，在大气中绝热上升每100m，温度就要下降0.98℃；绝热下降100m,温度要上升0.98℃，通常近似的取1℃，这个数值通常称为气温的干绝热递降率。

为什么一个干空气团或未饱和的湿空气团，绝热上升温度会下降；绝热下降温度会升高？思考：

是指大气中某一高度上的气团在垂直方向上相对稳定的程度。大气稳定度2概念

气团在上升或下降时可能出现稳定、不稳定或中性平衡三种状态。

大气稳定的程度取决于气温垂直递减率（γ

）和气温干绝热递减率（γd

）。

（1）当γ＜γd

时，不论由某种气象因素使大气作垂直上下运动，它都力争恢复到原来的状态，大气的这种状态，称为稳定状态；（2）当γ＞γd时，不论由某种气象因素使大气作垂直上下运动，它都力争远离原来的状态，大气的这种状态称为不稳定状态；（3）当γ＝γd时，气团内部温度与外部温度始终保持相等，气团被推到哪里就停在那里，这时的大气状态称为中性状态。

三、地理条件对污染物运移的影响概述地理条件对大气污染物迁移扩散的影响其本质是通过改变局部地区（温度层结等）的气象条件来实现的。

三、地理条件对污染物运移的影响地貌（地面自然物和建筑物）影响风速和风向，故影响污染物的扩散。（一）地形地物的影响山谷盆地，地形屏障影响，静风、小风比重大，不利于大气污染物的扩散；城市中的高层建筑物，在局地地区产生涡流，不利于大气污染物的扩散。

三、地理条件对污染物运移的影响（二）局地环流的影响山谷风海陆风城市风自学P52-53本质上是通过改变气象条件来影响污染物的迁移扩散。

大气污染的防治措施第四节

讨论：1、水泥工业对大气所产生影响的污染物有哪些？其污染源是什么？

讨论：主要污染物粉尘废气

粉尘主要是由于水泥生产过程中原料、燃料和水泥成品储运，物料的破碎、烘干、粉磨、煅烧等工序产生的。

讨论：主要污染物粉尘废气废气主要包括SO2、NOx、CO2等。CO2由生料CaCO3分解、燃料燃烧产生的；SO2由生料、燃料中含硫成分燃烧生成的；NOx是空气中的N2在高温有氧燃烧条件下产生的。

讨论：2、你认为应该如何治理？

要想有效的控制大气污染，人们必须从整个区域的大气污染情况出发，统一规划并综合运用各种防治措施和手段，积极采用新技术、新设备、新方法和新工艺等，即坚持综合防治的原则。

一、大气污染的防治原则

1、控制大气污染源

为控制大气污染源，应对工业进行合理布局，对城市进行科学规划。

（1）改革能源结构；（2）对化石燃料进行预处理；（3）改善燃烧装置和燃烧技术；（4）采用清洁生产工艺；（5）加强企业管理。2、防止或减少污染物的排放

3、治理排放的主要污染物（1）利用各种除尘设备去除烟尘和各种工业粉尘。（2）采用气体吸收塔处理有害气体。（3）及时清理和妥善处理工业、生活和建筑废渣，减少地面扬尘。（4）发展植物净化技术，植树造林，绿化环境。（5）利用环境的自净能力。

4、污染的法制宣传与管理

污染的法制管理十分重要，要向群众做好广泛的宣传工作。要坚持以法管理环境，对破坏环境的人和事，要教育、处罚以致拘役判刑。

大气污染综合治理的重点是：消烟除尘；排烟脱硫；排烟脱氮。

大气污染的综合防治重点

二、消烟除尘技术是为了保护环境避免空气污染而采取的减少烟尘排放的措施。1、概述定义

含义消烟除尘从废气中去除有害无用的颗粒物，使废气达标排放，此为除尘。从废气中回收有用物质，提高资源利用率，此为收尘。

除尘装置俗称除尘器，是除去或降低烟气中飞灰含量的装置。选择除尘装置时，除考虑烟尘的特性外，还要对除尘装置的性能有所了解。2、除尘装置

（1）除尘装置的主要性能除尘装置的主要性能指标有三个：处理量、效率和阻力降。

指除尘装置在单位时间内所能处理的含尘气体量，用Q表示，单位是，取决于除尘装置的型号和结构尺寸。式中:G-粉尘流量，g/s;C-含尘浓度，g/Q-标准状况下单位时间粉尘量，处理量1

除尘装置的效率，指除尘装置除下的烟尘量（G3）与未经除尘前含尘气体中所含烟尘量（G1）的百分比。用η表示。效率2

又称压力降（压力损失），用ΔP表示。它代表烟气经过除尘装置所消耗能量大小的一个主要指标。

ΔP大

消耗能量多

运行费用高

阻力降3

（2）除尘装置的类型①根据除尘过程中是否使用润湿剂，分为湿式和干式除尘装置。②根据除尘过程中的粒子分离原理，分为重力、惯性力、离心力、洗涤式、过滤式（袋式除尘器）、电除尘和声波除尘装置。③根据除尘装置的机制，分为机械式、过滤式、湿式、静电除尘装置四种。了解水泥厂应用较多水泥厂应用较多通读教材

（1）若尘粒的粒径较小，可选用湿式、过滤式或电除式除尘器；若粒径较大，可以选用机械式除尘器。（2）若气体含尘浓度较高时，可用机械式除尘；若含尘浓度低时，可采用文丘里洗涤器。（3）对于黏附性较强的尘粒，最好采用湿式除尘器，不宜采用过滤式除尘器，因为宜造成滤布堵塞。（３）除尘装置的选择原则总结

注意：

气体成分中如果含有易燃易爆的气体，如CO等，应将CO氧化成CO2后再进行除尘。

三、排烟脱硫技术

目前有80多种技术，对于低浓度的SO2（含量<3.5%）烟气的治理，研究进展较缓慢（吸附剂的选用、副产品的处理和利用较难）。

将含硫的氧化物从废气烟尘中处理掉的技术简称为“排烟脱硫”技术。其中以SO2为最主要的污染物，SO2为气态酸性氧化物，可以溶于水，其中S的氧化态为4，处于中间价态，可以进行氧化或者还原反应，可以同碱、盐等物质进行反应。原理1

（1）经济；（2）工艺原理及过程简单紧凑，操作和管理简便；（3）不造成二次污染，且可以回收硫资源。原则2

排烟脱硫方法干法脱硫湿法脱硫方法3

干法脱S用固体吸收剂或吸附剂，吸收或吸附烟气中SO2的方法。优点是排烟温度高，易扩散。缺点是效率低，设备庞大。干法脱硫（1）概述

干法脱硫活性炭吸附法分类催化氧化法

①活性炭吸附法

是利用活性炭的活性和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反应生成硫酸的方法，即：

②催化氧化法

利用SO2在硅载体中，用V2O5或KMnO4为催化剂，将其氧化成SO3，然后用水吸收，制成稀H2SO4。

湿法脱S是用水或水溶液作吸收剂，吸收烟气中SO2的方法。优点是方法简单，流程短，建设费用少。缺点是处理时温度低，易行成白烟，而且烟气上升的高度较低，不易扩散。湿法脱硫（2）概述

湿法脱硫氨法钙法钠法分类

a氨法

用NH3·H2O做吸收剂，吸收烟气中的SO2的方法。b钠法用NaOH、Na2CO3或Na2SO3水溶液做吸收剂。此法吸收速度快，设备不易堵塞，应用较广泛。

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