大气污染控制工程-基础知识

大气污染(dàqìwūrǎn)控制工程1共七十四页2课程地位及主要(zhǔyào)内容

《大气污染控制工程》是高等学校环境工程专业的一门必修专业课。本课程主要内容:大气污染控制的基本理论各种(ɡèzhǒnɡ)控制方法的过程分析典型控制设备的工艺设计计算结合大气污染控制工程实验、课程设计及毕业设计（论文）等其它教学环节，为学生进行大气污染控制工程设计、科研及技术管理打下必要的基础。

共七十四页3教学基本(jīběn)要求：了解大气污染的基本知识和大气污染综合防治的措施。掌握大气扩散的基本原理，初步学会计算大气污染物浓度的方法和烟囱高度的计算方法。掌握有关除尘技术的基本理论，具备选用除尘设备，设计除尘系统的理论知识和技能。掌握净化气态污染物的基本方法及原理，能进行一般气态污染物净化系统的设计和典型控制(kòngzhì)设备的工艺计算。掌握集气罩设计的方法和管道系统的计算、设计。了解城市机动车污染控制技术和管理方法

共七十四页4考核：作业：10%实验：10%Project:10%期末考试(qīmòkǎoshì)（闭卷）：70%共七十四页5教学内容

§1大气与大气污染(dàqìwūrǎn)§2大气污染物及其来源§3大气污染的影响

§4环境空气质量控制标准§5大气污染综合防治

第1章概论(gàilùn)共七十四页6第一节大气(dàqì)与大气污染一、大气的组成1.大气与空气按照国际标准化组织（ISO）对大气和空气的定义(dìngyì)：大气（atmosphere）：是指环绕地球的全部空气的总和（theentiremassofairwhichsurroundstheearth）。环境空气（ambientair）：是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气（outdoorairtowhichpeople，plants，animalsandstructuresareexposed）共七十四页7

2.大气圈的组成(zǔchénɡ)（重点对流层和平流层）共七十四页8共七十四页93.大气(dàqì)的组成共七十四页10成云致雨的必要条件(bìyàotiáojiàn)主要(zhǔyào)成分次要成分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O3N2O2CO2大气各成分的作用共七十四页11二、大气污染(dàqìwūrǎn)1、大气污染的定义(dìngyì)（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。

共七十四页12

2、空气污染系统(xìtǒng)（AirPollutionSystems）

共七十四页13

Emissionsources

Sourcecontrol

Atmosphere

Receptors

Receptors

HumansAnimalsPlantsMaterialsresponseAutomaticcontrolLegislativeaction

EmissionsourcesAtmosphere

Receptors

pollutantsmixedandchemicaltransformation空气污染及控制系统(kònɡzhìxìtǒnɡ)

共七十四页14基本(jīběn)控制方程：例如：

活动水平：人均经济(jīngjì)活动量

排放因子：单位经济(jīngjì)活动造成的污染物排放量

共七十四页153、大气污染(dàqìwūrǎn)的研究内容

SourcesofairpollutantsPollutionControlTechnology

AtmosphericbehaviorofairpollutantsEffectsofairpollutantsLegislativeandregulatorymeasures

共七十四页16一、大气污染物：由于人类活动或者自然(zìrán)过程排入大气，并对人和大气产生影响的那些物质第二节大气污染物及其来源按存在(cúnzài)状态，可以分为气溶胶状态污染物和气态污染物共七十四页17§2大气污染物及其来源1.气溶胶状态污染物（颗粒物）：气溶胶系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体(yètǐ)粒子或它们在介质中的悬浮体。

（1）粉尘（dust)

（2）烟（fume

)（3）飞灰（flyash)（4）黑烟（smoke)

（5）雾（fog）共七十四页18一次污染物：直接(zhíjiē)从污染源排放的污染物。主要有SO2、H2S、NO、NH3、CO、CO2

、HF、HCl、C1—C12化合物。二次污染物：是指由一次污染物在大气(dàqì)中互相作用，经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气(dàqì)污染物，其毒性比一次污染物还强。主要有SO3、H2SO4、MSO4、MNO3

、NO2、醛类、酮类、酸类。气态污染分类第二节大气污染物及其来源2.气体状态污染物共七十四页19二、大气(dàqì)污染物的来源大气污染源天然源：自然界自行向大气排放(páifànɡ)污染物的污染源人为源：人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。第二节大气污染物及其来源共七十四页20污染源

特点

主要来源

排放的污染物

天然源它和人为源相比产生的污染物较少，浓度较低，具有局部地区某段时间内可能形成严重影响的特点。

火山喷发二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、火山灰

森林火灾一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、碳氢化合物等

自然尘风砂、土壤尘等森林植物释放萜稀类碳氢化合物。海浪飞沫硫酸盐和亚硫酸盐

人为源移动源汽车火车飞机等，分布广泛分散，难于监测和治理。交通运输过程：现代化交通运输工具一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、硫氧化合物和铅等静止源静止源则包括工厂、焚化炉等不移动的污染源。静止源污染面积广，易于集中监测治理。燃料燃烧二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳工业生产过程二氧化硫、硫化氢等农业活动排放：农药、化肥颗粒物、粉尘、氧化亚氮等共七十四页21SourcesofairbornepollutioninAsiaaremany:powergeneration,industry,traffic,homecooking,andbiomassburningSource:DavidStreets.EnergyUse,Emissions,andAirPollutioninAsia共七十四页221、光化学烟雾(yānwù)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(chòuyǎng)(O3)和过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。三、几种典型的大气污染共七十四页23光化学烟雾形成(xíngchéng)过程**共七十四页24光化学烟雾(yānwù)实例共七十四页25细颗粒物对人体健康和大气环境质量(zhìliàng)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

2、细微(xìwēi)颗粒物污染共七十四页26

3、酸沉降(chénjiàng):

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(guòchéng)中产生的。致酸物质按存在形态分为干和湿两种。共七十四页27自然(zìrán)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。共七十四页28酸雨(suānyǔ)的危害水的低pH值使得鱼的骨骼(gǔgé)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共七十四页29中国酸雨的分布变化(biànhuà)主要位于长江以南

pH<5.6

pH<7.0

pH>7.

0

N/ATaiwan

Acidraindistributionin80’s

pH>7.0

pH<7.0

pH<5.6

pH<5.0

pH<4.5

pH<4.0

Acidraindistributioninmiddle90’s

1/3国土(guótǔ)受到酸雨污染共七十四页30我国酸雨(suānyǔ)的化学特征(硫酸型）SO42-NO3-Ca2+NH4+共七十四页31

4、全球(quánqiú)变暖和气候变化:MajorGreenhouseGases

GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6共七十四页32全球(quánqiú)平均气温的变化共七十四页33碳黑对大气环境的重要影响(yǐngxiǎng)近年来才引起人们的关注共七十四页345、臭氧层破坏(pòhuài):臭氧分子吸收紫外线分解为一个(yīɡè)氧气分子和一个(yīɡè)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：

共七十四页35上述反应过程吸收(xīshōu)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。共七十四页361979－1986年TOMS测得的总臭氧(chòuyǎng)全球平均值注：Dobson单位

－

将0°C，标准(biāozhǔn)海平面压力下，10－5m厚的臭氧

定义为一个Dobson单位共七十四页371979－1986年总臭氧(chòuyǎng)纬向平均值的趋势臭氧浓度减少的百分比共七十四页38

6、室内(shìnèi)空气污染共七十四页39吸烟(xīyān)的危害共七十四页40四、中国城市的大气污染(dàqìwūrǎn)概况全国重点城市主要大气(dàqì)污染物分布TSPSO2NOx共七十四页41不同(bùtónɡ)规模城市空气污染程度（2002年）空气质量达标 SO2超标 颗粒物超标343个城市调查,仅1/3达二级空气质量(kōnɡqìzhìliànɡ)标准共七十四页42经济水平和污染状况(zhuàngkuàng)的综合比较TSPconcentrationsinselectedcitiesinvariousyearsfrom1990to1995andnationalGNPpercapitaAnnualTSPconcentration(μg/m3)共七十四页43第三节大气污染(dàqìwūrǎn)的影响1.对人体健康(jiànkāng)的影响CO对人体健康的影响CO（10-6）对人体健康的影响5～10

对呼吸道患者有影响30

人滞留8h，视力及神经机能出现障碍40

人滞留8h，出现气喘1201h接触，中毒，血液中CO—Hb>10%2502h接触，头疼，血液中CO—Hb=40%5002h接触，剧烈心痛，眼花，虚脱3000

30min即死亡共七十四页44NO2对人体健康(jiànkāng)的影响NO2（10-6）

对人体健康的影响1

闻到臭味5

闻到强臭味10～15

10min眼、鼻受到刺激50

1min内人呼吸困难80

3min感到胸痛、恶心100～150

在30～60min内死亡250

很快死亡共七十四页45臭氧对人体(réntǐ)健康的影响注：部分人群接触臭氧后肺功能(gōngnéng)下降

共七十四页46突发性严重大气污染(dàqìwūrǎn)事故1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气(dàqì)中烟尘和二氧化硫浓度的相关性共七十四页472.对植物(zhíwù)的伤害注：二氧化氮浓度(nóngdù)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

Source：Springer-VerlagandProf.D.C.MacLean

暴露

时间，

h

0.1

0.1

1.0

1

0

1

0

0

1

0

0

0

NO

2

浓度

，

ppm

NO

2

浓度

，

mg/m

3

暴露

时间，

d

共七十四页483.对器物和材料(cáiliào)的影响注：平均二氧化硫(èryǎnghuàliú)浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（1963－1964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）Source：AirandWasteManagementAssociationMeanSO2concentration，ppmWeightlossper100gpanel，g共七十四页494.对大气(dàqì)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(yǒusè)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共七十四页50共七十四页51能见度与大气中颗粒物浓度(nóngdù)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(dàqì)颗粒物为一般组成的情况。

共七十四页52第四节环境空气质量控制(kòngzhì)标准一、大气污染防治(fángzhì)法规与标准体系1.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年对该法进行了再次修订共七十四页531995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(fāngmiàn)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停止生产和使用无铅汽油法规实施后，一些地区(dìqū)依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善共七十四页54但未能有效地遏制(èzhì)大气环境质量的恶化：

大气污染形势(xíngshì)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。

共七十四页552.大气环境质量标准体系(tǐxì)GB3095－1996 环境空气质量标准GB16297－1996 大气污染物综合排放标准GWPB3－1999 锅炉大气污染物排放标准GB4915－1996 水泥厂大气污染物排放标准GB9078－1996 工业炉窑大气污染物排放标准GB16171－1996 炼焦炉大气污染物排放标准GB13223－1996 火电厂大气污染物排放标准GB14554－93 恶臭(èchòu)污染物排放标准GWPB1－1999

轻型汽车污染物排放标准

GB14761.2－93 车用汽油机排气污染物排放标准GB14761.5－93 汽油车怠速污染物排放标准GB14761.6－93 柴油车自由加速烟度排放标准GB14761.7－93 汽车柴油机全负荷烟度排放标准共七十四页56GB14621－93 摩托车排气污染物排放标准GWPB5－2000 饮食业油烟排放标准GB5468－91 锅炉烟尘测试方法GB11642－89 轻型汽车排气污染物测试方法GB/T14762－93 车用汽油机排气污染物试验方法GB/T14763－93 汽油车燃油蒸发污染物的测量 收集法GB11340－89 汽车曲轴箱排放物测量方法GB/T3845－93 汽油车排气污染物的测量 怠速法GB/T3846－93 柴油车自由加速烟度的测量 滤纸(lǜzhǐ)烟度法GB3847－83 汽油柴油机全负荷烟度测量法GB/T5466－93 摩托车排气污染物的测量

怠速法GB/T14622－93 摩托车排气污染物的测量

工况法共七十四页573.中华人民共和国国家标准

环境(huánjìng)空气质量标准

Ambientairqualitystandard

GB3095－1996

(代替GB3095－82)

国家环境保护局1996-01-18批准 1996-10-01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(cǎiyànɡ)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。

共七十四页58

环境空气质量(kōnɡqìzhìliànɡ)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(sānlèi)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共七十四页59各项污染物的浓度(nóngdù)限值注：①适用于城市地区；②适用于牧业(mùyè)区和以牧业(mùyè)为主的半农半牧区，蚕桑区；③适用于农业和林业区。共七十四页60空气污染指数分级(fēnjí)标准(试行) 2000年4月27日发布(fābù)来源：北京市环境保护局主页（）共七十四页61空气污染指数分级(fēnjí)浓度限值计算公式：当第k种污染物浓度(nóngdù)为时，其分指数为注：各变量含义参看教材共七十四页62§5大气污染综合(zōnghé)防治清洁(qīngjié)能源末端处理绿色交通环境自净共七十四页63一、大气污染综合防治(fángzhì)的含义1.能源利用(lìyòng)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（1980-1995年数据）共七十四页642.主要(zhǔyào)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(zhuàngkuàng)公报共七十四页65二.大气污染综合防治(fángzhì)措施3.控制大气污染的技术措施（1）清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品（2）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(tuīguǎng)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（3）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共七十四页664.控制(kòngzhì)污染的经济政策（1）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0.5－1％，发达国家为1－2％我国目前比例为0.7－0.8％，希望能达到1.5％（2）实行“污染者和使用者支付(zhīfù)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）共七十四页675、绿化造林6、安装废气(fèiqì)净化装置1、消烟除尘1）干式机械除尘：重力沉降器、惯性除尘器、旋风除尘器2）湿式除尘：喷淋塔、水膜式除尘器等3）过滤式除尘：袋式除尘器等4）静电除尘：2、烟气脱硫①干法②湿法控制流动源污染：汽车尾气的治理共七十四页68小结(xiǎojié):1.大气污染的定义2.一次污染物,二次污染物3.大气污染源4.大气污染控制方程5.环境空气控制标准的种类和作用6.环境空气质量标准和API共七十四页69例：空气质量日报以及(yǐjí)空气污染指数(API）的计算ρk=SO2=0.023IK,J+1=50Ik,j=0ρk,j+1=0.050ρk,j=0Iso2=23ρ=kNO2=0.100IK,J+1=100Ik,j=50ρk,j+1=0.12ρk,j=0.080INO2=75

ρk=PM10=0.180IK,J+1=200Ik,j=100ρk,j+1=0.350ρk,j