情境四：任务一 废气治理技术

情境四环境保护任务一废气治理

工业安全与环境保护主要内容：第一节

辨识大气污染物第二节

治理气溶胶状态污染物第三节

治理其他气态污染物第一节

辨识大气污染物一、大气污染物的来源、分类及特点1、大气污染源人为源

交通运输电站工业生产工业和生活燃料燃烧固体废弃物燃烧自然源地质原因:间歇泉,火山,海洋气象原因:闪电动物:尸体腐化分解植物一、大气污染物的来源、分类及特点2、大气污染物按照污染范围，大气污染大致可分为：局部地区污染：局限于小范围的大气污染，如烟囱排气；地区性污染：涉及到一个地区的大气污染，如工业区及其附近地区受到污染或整个城市受到污染；广域污染：涉及到比一个地区或大城市更广泛地区的大气污染；全球性污染：涉及到全球范围的大气污染，目前主要表现在温室效应、酸雨和臭氧层破坏三个方面

局部地区污染区域大气污染广域大气污染全球大气污染按照存在形态，大气污染物分为：颗粒污染物和气态污染物根据粒径大小，颗粒污染物分为：飘尘和降尘按照成因，气态污染物分为：一次大气污染物和二次大气污染物一次大气污染物：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。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)和过氧乙酰硝酸酯二、主要废气污染物及其危害1、废气污染物的主要成分一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）硫化物和微粒物（又碳烟、铅氧化物等重金属氧化物和烟灰等组成）。二、主要废气污染物及其危害2、废气污染物的危害一氧化碳（CO）在内然发动机中，CO是空气不足或其他原因造成不完全燃烧时，所产生的一种无色、无味的气体。CO吸入人体后，非常容易和血液中的血红蛋白结合，它的亲和力是氧的300倍。因此，肺里的血红蛋白不与氧结合而与CO结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状，严重是造成死亡。CO的容许限度规定为8h内100ppm。如1h内吸入500ppm的CO，就会出现中毒症状，并危害中枢神经系统，造成感觉、反应、理解、记忆等机能障碍，严重时引起神经麻痹。如1h内吸入1000ppm的CO，就会发生死亡。碳氢化合物（HC）HC是指发动机废气中的未燃部分，还包括供油系中燃料的蒸发和滴漏。单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大，但它却是产生光化学烟雾的重要成分。氮氧化合物（NOx）NOx是发动机大负荷工作时大量产生的一种褐色的有臭味的废气。发动机废气刚一排出时，气内存在的NO毒性较小，但NO很快氧化成毒性较大的NO2等其他氮氧化合物。这些氮氧化合物，我们统称为NOx。NOx进入肺泡后能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈的刺激作用。亚硝酸盐则能与人体内的血红蛋白结合，形成变性血红蛋白，可在一定程度上导致组织缺氧。3.5ppm的NO2作用1h即可对人产生有害影响，而0.5ppm的NO2作用1h可对自然界中的某些敏感植物产生毒害作用。NOx与HC受阳光中紫外线照射后发生化学反应，形成光化学烟雾。当光化学烟雾种的光化学氧化剂超过一定浓度时，具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉、器官积肥不均有刺激作用，能引起急性喘息症。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。铅化合物发动机废气中的铅化合物是为了改善汽油的抗暴性而加入的，他们以颗粒装排入大气中，是污染大气的有害物质。当人们吸入含有铅微粒的空气时，铅逐渐在人体内积累。当积累量达到一定程度时，铅将阻碍血液中红血球的生长，使心、肺等处发生病变；侵入大脑时则引起头痛，出现一种精神病的症状。炭烟炭烟是柴油发动机燃料燃烧不完全的产物，其内含有大量的黑色炭颗粒。炭烟能影响道路上的能见度，并因含有少量的带有特殊臭味的乙醛，往往引起人们恶心和头晕。为此，包括我国在内的不少国家都规定了最大允许的烟度值，并规定了测量方法。硫氧化物汽车内燃机尾气中硫氧化物的主要成分为二氧化硫（SO2）。当汽车使用催化净化装置时，就算很少量的SO2也会逐渐在催化剂表面堆积，造成所谓催化剂中毒，不但危害催化剂的使用寿命，还危害身体健康，而且SO2还是造成酸雨的主要物质。二氧化碳世界工业化进程引起的能源大量消耗，导致大气CO2的剧增。其中30%约来自汽车排气。CO2为无色无毒气体，对人体无直接危害，但大气中的CO2大幅度增加，因其对红外热辐射的吸收而形成的温室效应，会使全球气温上升、南北极冰层溶化；海平面上升；大陆腹地沙漠趋势加剧，是人类和动植物赖以生存的生态环境遭到破坏。因此近年来对CO2的控制也已上升为汽车排放研究的重要课题。除以上几种物质外，还有臭气。它由多种成分组成，除了、有臭味外，主要就是燃料的不完全燃烧产物，如甲醛、丙烯醛等。当汽车停留在街道路口时，产生这些物质较多，它能刺激眼睛的粘膜。除了燃烧条件有关外，臭气的产生还与燃料的组成有关。随着燃料中芳香烃的增加，排气中的甲醛略有减小，而芳醛少许增加，从而可以适当减少臭气，但却增加了更容易产生光化学烟雾的芳烃。三、大气污染的治理技术1、控制燃煤污染(1)改变燃料构成、开发新能源；（2）对一些燃料限制性使用；（3）限制性管理居民日常燃煤炭。2、颗粒污染物控制（1）机械力除尘器；（2）过滤式除尘器；（3）静电除尘器；（4）湿式除尘器。3、气态污染物控制（1）分离法；（2）转化法。4、污染物的稀释法控制见表11-1第二节治理气溶胶状态污染物一、气溶胶状态污染物概述二、除尘装置一、气溶胶状态污染物概述1、分类（1）按粒径的大小分类①总悬浮颗粒物（TSP）②飘尘③降尘④可吸入粒子⑤细粒子（2）按颗粒物成因分类①总悬浮颗粒物（TSP）②飘尘（3）按颗粒物的物理（凝聚）状态分类①总悬浮颗粒物（TSP）②飘尘③降尘2、化学组成气溶胶的化学组成十分复杂，它含有各种微量金属、无机氧化物、硫酸盐、硝酸盐和含氧有机化合物等。由于来源不同，形成过程也不同，故其成分不一，特别是城市大气受污染源的影响，气溶胶的成分变动较大。但是非城市大气气溶胶的成分比较稳定，大体上与地区的土壤成分有关。大气中二氧化硫转化形成的硫酸盐，是气溶胶的主要成分之一。其转化过程尚未完全明白，已知二氧化硫可在均相条件下（在气相中），或在水滴、碳颗粒和有机物颗粒表面等多相条件下（在液相或固相表面上）转化成三氧化硫，再与水反应生成硫酸，并和金属氧化物的微尘反应而生成硫酸盐。硫是气溶胶内最重要的元素，其含量能反映污染物的全球性迁移、传输和分布的状况（见大气微量气体）。气溶胶中硝酸盐和有机物的形成机制，尚待研究。气溶胶中有铵离子(NH嬃)存在,能与硫酸根离子(SO娺)和硝酸根离子(NO婣)生成铵盐。至于气溶胶中的有机物,更是许多种类有机物的复杂混合物，其中包括稀烃、烷烃、芳烃、多环芳烃、醛、酮、酸、醌、酯，以及有机氮化物和有机硫化物等。气溶胶来源于土壤的各种元素（如铕、钠、钾、钡、铷、镧、铈、硅、钐、钛、钍、铝等），其含量在地区之间差别不大；而来源于工业区的各种元素（如氯、钨、银、锰、镉、锌、锑、镍、砷、铬等），就有较大的地区差别。3、危害气溶胶的危害是气溶胶中的部分离子和元素对人体健康有很大的危害，如NO-2有致癌的作用，过重的F-会引起氟牙症和氟骨症，Hg引起中枢和植物神经系统功能紊乱和肾、消化道等器官损害。它还能吸附病原微生物，传播多种疾病。总悬浮颗粒物（TSP）中粒经〈5μm的可进入呼吸道深处和肺部，危害人体呼吸道，引起支气管炎、肺炎、肺气肿、肺癌等。侵入肺组织或淋巴结，可引起尘肺。尘肺因所积的粉尘种类不同，有煤肺、矽肺、石棉肺等。TSP还能减少太阳紫外线，严重污染地区的幼儿易患软骨病。二、除尘装置

分类标准：根据除尘装置的作用原理不同分类机械除尘器湿式除尘器电除尘器过滤除尘器声波除尘器除尘器的除尘机理及使用范围

除尘装置的选择和组合除尘器的处理气体量1使用寿命43265技术性能指标经济指标作为除尘器的性能指标，通常有下列六项：除尘器的除尘效率除尘器的压力损失设备基建投资与运转管理费用占地面积或占用空间体积各种主要除尘设备优缺点比较

第三节

治理其他气态污染物一、常用的治理技术二、典型废气治理技术一、常用的治理技术

常用方法

吸收法

催化转化法

冷凝法

吸附法

燃烧法1.吸收法

定义：采用适当的液体作为吸收剂，使含有有害物质的废气与吸收剂接触，废气中的有害物质被吸收于吸收剂中，使气体得到净化的方法。

吸收剂：在吸收过程中，用来吸收气体中的有害物质的液体

吸收剂的选择——吸收容量大，即在单位体积的吸收剂中吸收有害气体的数量要大；——饱和蒸气压低，以减少因挥发而引起的吸收剂的损耗；——选择性高，即对有害气体吸收能力强；——沸点要适宜，热稳定性高，粘度及腐蚀性要小，价廉易得。

吸收质——被吸收的组分

吸收液——吸收了吸收质后的液体

吸收操作——物理吸收和化学吸收。——在处理以气量大、有害组分浓度低为特点的各种废气时，化学吸收的效果要比单纯的物理吸收好得多，因此在用吸收法治理气体污染时，多采用化学吸收法进行。——一般采用逆流操作，被吸收的气体由下向上流动，吸收剂由上而下流动，在气、液逆流接触中完成传质过程。吸收工艺流程有非循环和循环过程两种，前者吸收剂不予再生，后者吸收剂封闭循环使用。2.吸附法

定义：使废气与大表面多孔性固体物质相接触，使废气中的有害组分吸附在固体表面上，使其与气体混合物分离，从而达到净化的目的。

吸附剂：具有吸附作用的固体物质

吸附剂的选择：——大的比表面积和孔隙率；——良好的选择性；——吸附能力强，吸附容量大；——易于再生；机械强度大，化学稳定性强，热稳定性好，耐磨损，寿命长；——价廉易得。

吸附质——被吸附的气体组分脱附——吸附过程是可逆的过程，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的吸附质分子还可因分子的热运动而脱离固体表面回到气相中去。吸附平衡——吸附与脱附速度相等时。

适用范围——吸附净化法的净化效率高，特别是对低浓度气体仍具有很强的净化能力。吸附法常常应用于排放标准要求严格或有害物浓度低，用其它方法达不到净化要求的气体净化。缺点——但是由于吸附剂需要重复再生利用，以及吸附剂的容量有限，使得吸附方法的应用受到一定的限制，如对高浓度废气的净化，一般不宜采用该法，否则需要对吸附剂频繁进行再生，即影响吸附剂的使用寿命，同时会增加操作费用及操作上的繁杂程序。3.催化转化法

定义：——利用催化剂的催化作用，将废气中的有害物质转化为无害物质或易于去除的物质的一种废气治理技术。优点：——无需将污染物与主气流分离，可直接将有害物质转变为无害物质，这不仅可避免产生二次污染，而且可简化操作过程。——此外，所处理的气体污染物的初始浓度都很低，反应的热效应不大，一般可以不考虑催化床层的传热问题，从而大大简化催化反应器的结构。缺点：——催化剂价格较高，废气预热需要一定的能量，即需添加附加的燃料使得废气催化燃烧。

催化剂的特点：①催化剂只能缩短反应到平衡的时间，而不能使平衡移动，更不可能使热力学上不可发生的反应进行。②催化剂性能具有选择性，即特定的催化剂只能催化特定的反应。③每一种都有它的特定活性温度范围。低于活性温度，反应速度慢，催化剂不能发挥作用；高于活性温度，催化剂会很快老化甚至被烧坏。④每一种催化剂都有中毒、衰老的特性。根据活性、选择性、机械强度、热稳定性、化学稳定性及经济性等来筛选催化剂是催化净化有害气体的关键。常用的催化剂——一般为金属盐类或金属，如钒、铂、铅、镉、氧化铜、氧化锰等物质。载在具有巨大表面积的惰性载体上，典型的载体为氧化铝、铁矾土、石棉、陶土、活性炭和金属丝等。4.燃烧法

燃烧法——是对含有可燃有害组分的混合气体加热到一定温度后，组分与氧化反应进行燃烧，或在高温下氧化分解，从而使这些有害物质组分转化为无害物质。适用范围——该方法主要应用于碳氢化合物、一氧化碳、恶臭、沥青烟、黑烟等有害物质的净化治理。优点——燃烧法工艺简单，操作方便，净化程度高，并可回收热能。缺点——但不能回收有害气体，有时会造成二次污染。

燃烧净化有三种方法——直接燃烧法：将废气中的可燃有害组分当作燃料直接烧掉，此法只适用于净化含可燃性组分浓度较高或有害组分燃烧时热值较高的废气。——热力燃烧：利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度，使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。其可分三步：①燃烧辅助燃料提供预热能量；②高温燃气与废气混合以达到反应温度；③废气在反应温度下充分燃烧。——催化燃烧：此法是在催化剂的存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应，这种方法能节约燃料的预热，提高反应速度，减少反应器的容积，提高一种或几种反应物的相对转化率。5.冷凝法

定义：——是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，采用降低废气温度或提高废气压力的方法，使处于蒸气状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。适用范围——处理污染物浓度在10000㎝3/m3以上的高浓度有机废气。冷凝法不宜处理低浓度的废气，常作为吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处理，以便减轻这些方法的负荷。1、SO2净化技术碱液吸收法

亚硫酸钾（钠）吸收法（WL法）氨液吸收法

液相催化氧化吸收法（千代田法）

吸收法吸附法催化氧化法二、典型废气治理技术

亚硫酸钾（钠）吸收法（WL法）以亚硫酸钾或亚硫酸钠为吸收剂，SO2的脱除率达90%以上。吸收母液经冷却、结晶、分离出亚硫酸钾（钠），再用蒸汽将其加热分解生成亚硫酸钾（钠）和SO2。亚硫酸钾（钠）可以循环使用，SO2回收去制硫酸。WL-K（钾）法的反应为K2SO3+SO2+H2O→2KHSO3

（吸收过程产物）WL-Na（钠）法的反应为Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

（吸收过程产物）吸收法碱液吸收法采用苛性钠溶液、纯碱溶液或石灰浆液作为吸收剂，吸收SO2后制得亚硫酸钠或亚硫酸钙。以苛性钠溶液作吸收剂（吴羽法）反应过程为2NaOH+SO2→Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3

2NaHSO3+2NaOH→Na2SO3+2H2O此法是以氨水或液态氨作吸收剂，吸收SO2后生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。反应如下：NH3+H2O+SO2