环境工程学（王玉恒）第5章

大气污染控制工程

环境工程学第二篇1维持生命的三大要素空气水

食品

一个人可以7天不吃饭,2天不喝水，却一刻也离不开空气。

人的呼吸系统的免疫力比起胃肠道系统要差得多。我国3/4的城市居民呼吸不到清洁的空气。空气污染成为环境健康最主要杀手！！！2基本要求了解主要大气污染物及其发生源，环境空气质量控制标准和综合防治措施；掌握有关除尘的基本理论，具有选用除尘设备、设计除尘系统的能力；掌握气态污染物控制的基本原理及其方法，能进行一般气态污染物控制系统的设计和典型设备的工艺计算。3第五章大气质量与大气污染大气的结构及组成大气污染大气质量控制标准大气污染控制的基本方法4大气层结构大气圈的概念

在地球引力作用下随地球而旋转的大气层叫做大气圈，其厚度约为地球表面1000-1400千米的范围。第一节大气结构及组成5大气圈垂直结构对流层（平均厚度12km）集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C强烈对流作用6大气圈垂直结构平流层（对流层顶～50-60km）同温层:对流层顶35-45km，气温-550C左右同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长7暖层（中间层顶～800km）气温随高度升高而增高气体分子高度电离－电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层－80～85km以下，成分基本不变中间层（平流层顶～85km）气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈8大气水蒸气杂质干洁空气氮气（N2

）氧气（O2

）氩气（Ar2

）其他气体：CO2,Ne,He,Kr,H2,N2O,O3等气态物质：SOX,NOX,CO,CO2,H2S,NH3等悬浮颗粒物有机颗粒无机颗粒二、大气组成干洁空气的组成具体见表5-19大气污染的定义（airpollution）

通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。第二节大气污染的来源和影响10一、

大气污染物气溶胶状态污染物（颗粒污染物）

粉尘（Dust，1~200μm）：

TSP—悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物

PM10—悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物（飘尘或可吸入粒子）

PM2.5—悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物（细颗粒物，可入肺颗粒物）

11PM2.5——细颗粒物，也叫可入肺颗粒物，是对空气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的固体颗粒或液滴的总称。这些颗粒非常细小，人的肉眼无法看到，它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70微米，比最大的PM2.5还大近三十倍。PM2.5到底有多大？12作业：PM2.5来源，危害，监测方法（国内外），控制措施？13烟/烟尘(fume,0.01~1μm)：冶金过程形成的固体颗粒，氧化铅烟、氧化锌烟等。飞灰(flyash)：燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的粒子。雾(fog)：气体中液滴悬浮体的总称。霾或灰霾（haze）：霾天气是大气中悬浮的大量微小尘粒使空气浑浊，能见度低到10km以下的天气现象，易出现在逆温、无风、相对湿度较大等气象条件下。若能见度恶劣到1-2km，称为灰霾。

气溶胶状态污染物（颗粒污染物）

1415（二）气态污染物按化学组份含硫化合物SO2、SO3和H2S等；含氮化合物NO、NO2、NH3等；碳氧化合物CO和CO2；碳氢化合物烷烃、烯烃、苯以及多环芳烃等；卤素化合物卤代烃、含氯和含氟化合物16一次污染物二次污染物形成方式SO2、SO3和H2S；NO、NO2、NH3；CO和CO2；烷烃、烯烃、苯以及多环芳烃等等硫酸烟雾；光化学烟雾（二）气态污染物17光化学烟雾硫酸烟雾（伦敦烟雾）18（一）大气污染源1）自然污染源、人为污染源2）主要污染源有三方面：燃料燃烧工业生产过程交通运输固定源流动源3）其它分类a.

按污染源的空间：点源和面源；b.

按释放污染物的持续时间：瞬时源、间断源和连续源c.按污染源距地面的距离：高架源和地面源。二、大气污染物的来源19(二)大气污染物的发生量及排放量的计算方法（自学）

1）物料衡算法2）排放系数法3）现场监测法(三)全球和中国大气污染物的排放量（自学）20大气污染危害人体健康的危害对植物的危害对物品的损害导致全球性环境问题慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌和各种过敏性疾病。统计资料表明,市区呼吸道疾病的发病率比郊区高2.4倍,而肺癌发病率比郊区高出7.3倍。气体污染物：经过叶片的气孔进入植物体，逐渐扩散到植物体内各组织，破坏叶绿素，使组织脱水坏死，阻碍各种代谢机能，抑制植物的生长。粒状污染物：擦伤叶面，阻碍阳光，影响光合作用，从而影响植物的正常生长。酸雨温室效应加剧臭氧层破坏三、大气污染的危害21

酸雨(AcidRain)

定义酸雨又称酸沉降，它是指pH值小于5.6的天然降水（湿沉降）和酸性气体及颗粒物的沉降（干沉降）。成分主要是无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸。形成机理人为排放的SO2和NOx等气体在大气中经过复杂的物理化学过程生成硫酸和硝酸，形成了酸雨，大体经过以下几个过程。1、

SO2的氧化过程：SO2通过催化氧化和光化学氧化两种途径转化为SO3，进而生产硫酸。2、

NOx的氧化过程：NOx的氧化过程主要是催化氧化。在空气湿度大并存在金属杂质和NH3的条件下，生成硝酸和硝酸盐，最终形成气溶胶。3、酸雨的形成：硫酸、硝酸及其他酸性成分等酸性污染物可以被吸收到云内（云内捕集），在云下的酸性污染物在降雨初期被雨水吸收（雨水捕集），进而成为酸性降水。

全球性大气环境问题22

温室效应(GreenhouseEffect)温室气体与温室效应

能使地球大气增温的微量组分称为温室气体，主要有CO2、CH4、N2O、CFC3（氟里昂）等。这些微量气体主要吸收7500-13000nm间的长波辐射，使地球的温度上升，即产生温室效应。

研究表明，各种温室气体对全球的温室效应所起作用的比例不同，其中CO2的作用占55%、CFC占24%、CH4占15%、N2O占6%。

进入20世纪以来，这些温室气体在大气中的浓度都有增加，其中CO2的增加是最快的，是造成全球变暖的主要原因。

CO2浓度增加的人为原因：化石燃料的燃烧所排放的CO2

占排放总量70%；森林的毁坏。

全球性大气环境问题23

臭氧层空洞(DepletionoftheOzoneLayer)

在大气圈约25km高空的平流层有一个臭氧层。臭氧具有非常强烈的吸收紫外线的功能，特别是吸收了99%来自太阳紫外线中对生物有害的部分(UV-B)。臭氧层损坏原因

人类活动排入大气的某些化学物质与臭氧发生作用，导致了臭氧的损耗。这些物质主要有CH4、N2O、CCl4、哈龙（溴氟焕烃）以及氟里昂等，破坏作用最大的为哈龙类物质与氟里昂。

科学家研究发现，在对流层相对稳定的氟里昂在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈的紫外线作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧发生连锁反应，不断破坏臭氧分子。估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。

全球性大气环境问题24四、我国大气污染状况

从全国范围看，我国大气污染仍以煤烟型污染为主，大气污染物主要是颗粒物和SO2；但由于城市机动车数量的剧增，一些大城市的大气污染已呈现出以机动车尾气污染为主的趋势。

我国的能源消费结构中，煤炭占73.5%、石油和天然气分别占18.6%、2.2%，与世界平均煤炭占27%、石油占39.5%、天然气占23.5%的消费结构距离较大。根据《2013年中国环境状况公报》，城市空气环境质量不容乐观。去年开始首次监测PM2.5的74个重点城市中，只有3个城市空气质量达标，京津冀地区去年有半年以上时间空气质量不达标，北京2013年48%的天数空气质量达标，重污染天比例达到16.2%。酸雨分布区域主要集中在长江沿线及中下游以南，酸雨区面积约占国土面积的10.6%。2526第三节大气污染综合防治途径

大气污染综合防治的含义：实质上就是为了达到区域环境空气质量目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。27第三节大气污染综合防治途径

（一）调整产业结构，优化能源构成

从调整经济结构和推进技术进步入手，将降低资源能源消耗、推进清洁生产、防治工业污染作为中国产业政策的重要组成部分，减少各种大气污染物的排放，实环境和经济的协调发展。二、大气污染综合防治措施

（二）严格大气环境管理

（三）实施大气污染物总量控制

2829（四）推广大气污染控制技术

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4.对烟（废）气进行净化处理二、大气污染综合防治措施2930补充：清洁能源战略世界一次能源替代趋势清洁能源战略包括常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术等。3031清洁能源的典型案例1、洁净煤技术

洁净煤技术是指从煤炭开发利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。主要包括煤炭洗选、加工、转化、先进发电技术、烟气净化等方面的内容。3132清洁能源的典型案例2、西气东输32(五）控制大气污染的经济措施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％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（治理污染的财政补贴等）责任制度（赔偿损失和罚款等）二、大气污染综合防治措施33第四节大气环境质量控制标准

环境空气质量控制标准为控制和改善大气质量，保护人体健康和生态环境，限制大气环境中的污染物而制订。它包括环境空气质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准等。按使用范围可分为国家标准、地方标准和行业标准。34

中华人民共和国国家标准

环境空气质量标准

Ambientairqualitystandard

GB3095－2012

(代替GB3095－1996)

环境保护部2012-02-29批准

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、平均时间及浓度限值，监测方法、数据统计的有效性规定及实施与监督等。 本标准适用于环境空气质量评价与管理。

一、环境空气质量标准35修订的主要内容调整了环境空气功能区分类，将三类区并入二类区；增设了PM2.5um浓度限值和臭氧8小时平均浓度限值；调整了颗粒物（粒径小于等于10um）、二氧化氮、铅和苯并芘等的浓度限值；调整了数据统计的有效性规定。36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。二类区为居住区、商业交通居民混合区、文化区、工业区和农村地区。环境空气质量标准分级（环境空气质量标准分为二级）一类区执行一级标准二类区执行二级标准373839空气质量指数对应的污染项目浓度限值4041一、环境空气质量标准

环境空气质量控制标准为控制和改善大气质量，保护人体健康和生态环境，限制大气环境中的污染物而制订。它包括环境空气质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准等。按使用范围可分为国家标准、地方标准和行业标准。42二、大气污染物排放标准

大气污染物排放标准是指为了实现环境空气质量标准，根据国家不同时期的经济技术条件，对排入大气环境中的污染物质浓度或数量所作出的限量规定。分为两级，即国家大气污染物排放标准和地方大气污染物排放标准。

本标准设置下列三项指标：通过排气筒排放废气的最高允许排放浓度。通过排气筒排放的废气，按排气筒高度规定的最高允许排放速率。任何一个排气筒必须同时遵守上述两项指标，超过其中任何一项均为超标排放。以无组织方式排放的废气，规定无组织排放的监控点及相应的监控浓度限值。43相关概念最高允许排放浓度指排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值。最高允许排放速率指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限值。无组织排放指大气污染物不经过排气筒的无规则排放。低矮排气筒的排放属有组织排放，但在一定条件下也可造成与无组织排放相同的后果。因此，在执行“无组织排放监控浓度限值”指标时，由低矮排气筒造成的监控点污染物浓度增加不予扣除。无组织排放监控点依照标准规定，为判别无组织排放是否超过标准而设立的监测点。无组织排放监控浓度限值指监控点的污染物浓度在任何1小时的平均值不得超过的限值。44大气污染控制的基本方法

废气排放控制系统

污染物的捕集

是对工艺过程中散发的含污染物的气流进行收集，是保证生产和生活环境能否达到卫生标准的关键步骤。捕集装置绝大多数成罩子形状,故常称它为集气罩。45

集气罩的分类

按集气罩与污染源的相对位置、围档情况及气体的流动方式，可以把集气罩分为四类。

密闭集气罩

半密闭集气罩

外部集气罩

吹吸式集气罩46

密闭集气罩：将污染源密闭起来的一种集气罩。作用原理：使污染物的扩散限制在一个很小的密闭空间内，仅在必须留出的罩上开口缝隙处吸入若干室内空气，使罩内保持一定负压，达到防止污染物外逸的目的。特点：与其它类型集气罩相比，所需排风量最小，控制效果最好，且不受室内横向气流的干扰。所以，在设计中应优先考虑选用。

一般来说，密闭集气罩多用于粉尘发生源，常称为粉尘密闭罩。47

半密闭集气罩：也称箱式集气罩或排气柜。

由于生产工艺的需要，在罩上开有较大的操作孔。操作时，通过孔口吸入的气流来控制污染物外逸。其捕集机理与密闭罩一样，可视为开有较大孔口的密闭罩。

特点：控制效果好，排风量比密闭罩大，而小于其它型式的集气罩。48

外部集气罩

由于工艺条件的限制，有时无法对污染源进行密闭，则只能在其附近设置外部集气罩。特点：由于外部集气罩的吸气方向与污染气流运动的运动方向往往不一致，一般需要较大风量才能控制污染气流的扩散，而且容易受室内横向气流干扰，致使捕集效率降低。作用原理：依靠罩口外吸入气流的运动实现捕集污染物。49

吹吸式集气罩：也称箱式集气罩或排气柜。

当外部集气罩与污染源距离较大，单纯依靠罩口的抽吸作用往往控制不了污染物的扩散，则可以在外部集气罩的对面设置吹气口，将污染气流吹向外部集气罩的吸气口，以提高控制效果。特点：由于吹出气流的速度衰减得慢，以及气幕的作用，使室内空气混入量大为减少，所以达到同样的控制效果时，要比单纯采用外部集气罩节约风量，且不易受室内横向气流的干扰。50

颗粒污染物控制颗粒污染物控制的方法和设备主要有四类:

机械力除尘器：

过滤式除尘器：重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器

静电除尘器：干式静电除尘器湿式静电除尘器袋式过滤器颗粒层过滤器

湿式除尘器通过质量力的作用达到除尘目的。用多孔过滤介质来分离捕集气体中的尘粒。利用高压电场产生的静电力（库仑力）的作用分离含尘气体中的固体粒子或液体粒子。声波除尘器51泡沫除尘器喷雾塔填料塔冲击式除尘器文丘里洗涤塔

湿式除尘器：

在四类除尘器中机械力除尘器的应用最广，它们常常被用作为高效除尘器的前级预除尘器。文丘里洗涤器、过滤式除尘器和静电除尘器属于高效除尘器。

实际应用中，常常把一种机械除尘器与后三类除尘器的任一种配合使用,除尘效率可达95%以上。利用液体所形成的液膜、液滴或气泡来洗涤含尘气体，使尘粒随液体排出，气体得到净化。52

气态污染物控制气态污染物控制的方法和设备主要有两大类:

分离法：是利用污染物与废气中其它组分的物理性质的差异使污染物从废气中分离出来，如：吸收吸附冷凝催化转化膜分离

转化法：是使废气中污染物发生某些化学反应，把污染物转化成无害物质或易于分离的物质，如：燃烧法生物处理法电子束法53吸收净化

吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。捕集效率高、设备简单、一次性投资低。广泛地用于气态污染物的处理，例如：SO2、H2S、HF、NOx等。吸附净化

使气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，达到气体混合物分离的目的。物理吸收；化学吸收。

效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制。

已广泛地应用于化工、冶金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备等部门。54冷凝净化

冷