《大气污染物控制工程》

大气污染控制工程1-1

大气污染的定义和分类一、大气组成50

km80

km 电离层800

km地球20

km大气层平流层O3对流层一、大气组成气体混合比（%）混合比（ppmv）氮气（N2）78.08780800氧气（O2）20.95209500氩气（Ar）0.939300二氧化碳（CO2）0.0375375氖气（Ne）0.001515氦气（He）0.00055氪气（Kr）0.00011氙气（Xe）0.0000050.05(Jacobson,2002)ppmv:partpermillionbyvolume,百万分之一大气污染物浓度通常较低,常用ppmv表示(Jacobson,2002)气体对流层清洁大气混合比（ppbv）对流层污染大气混合比（ppbv）水气（H2O）3000~4×107（4%）甲烷（CH4）18001800~2500一氧化碳（CO）40~2002000~10000臭氧（O3）10~10010~350二氧化硫（SO2）0.02~11~30一氧化氮（NO）0.005~0.10.05~300二氧化氮（NO2）0.01~0.30.2~2001ppmv=1,000

ppbv一、大气组成二、大气污染的定义大气污染是一种大气状态,在这种状态下,一些物质的浓度超出了正常的范围,从而对人、动物、植物、材料或气候产生可以测量的影响。如果大气中的某些物质达到一定浓度,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。

三、大气污染控制工程中的研究内容局地和区域性大气污染• 霾:颗粒物污染• 臭氧和光化学烟雾污染• 酸雨全球性大气环境问题•

气候变化•

臭氧层破坏室内空气污染•包括甲醛、苯及

氡气等污染,以

及吸烟造成的污染等,但这部分

内容不作为本课

程讨论的重点室内空气污染吸烟的危害四、大气污染及控制系统排放源大气受体污染物传输物理、化学转化污染源排放控制大气受体受体人类动物植物建筑响应自动控制法律政策检测仪器五、大气污染控制工程的研究内容大气污染的影响大气污染法规和标准体系大气污染源及控制技术污染物在大气中的行为污染源控制技术第一章 绪论第二章 燃烧与大气污染第三章 大气污染气象学第四章

大气扩散浓度估算模式第五章 颗粒污染物控制技术基础第六章 除尘装置第七章

气态污染物控制技术基础第八章 硫氧化物的污染控制第九章 固定源氮氧化物污染控制第十章

挥发性有机物污染控制第十一章 城市机动车污染控制第十二章 大气污染与全球气候综合性介绍1-2

大气污染物和排放源一、大气污染物

二氧化硫（SO2)

二氧化氮（NO2)

一氧化碳（CO)

臭氧（O3)

可吸入颗粒物（PM10)

细颗粒物（PM2.5)

总悬浮颗粒物（TSP)

铅（Pb)

苯并[a]芘（BaP)

一氧化氮（NO)《环境空气质量标准》（GB3095-2012)中规定的污染物：常规监测污染物（表1) 其他污染物（表2)一、大气污染物一次污染物由排放源直接排放的污染物二次污染物由一次污染物在大气中转化形成的污染物

二氧化硫（SO2)

一氧化碳（CO)

苯并[a]芘（BaP)

氮氧化物（NO+NO2，合称NOx)

一次颗粒物

碳氢化合物（HC)或挥发性有机物（VOC)

氨（NH3)

臭氧（O3)

二次颗粒物铅（Pb)汞（Hg)等重金属**二、常见大气污染过程中的污染物2015年6月18日PM2.5≈10μg/m3能见度>80

km2015年7月5日PM2.5≈80μg/m3能见度<10

km

细颗粒物PM2.5：空气动力学当量直径小于2.5μm的颗粒物

一次颗粒物：• 元素碳（EC）• 矿物成分（如硅酸盐）• 一次有机气溶胶（POA）

二次颗粒物：• 二次无机颗粒物（SNA）（包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐）（前体物NOx、SO2.NH3）• 二次有机气溶胶（SOA）（前体物VOCs）

细颗粒物:PM2.5的化学组成:1999年~2008年，清华园站30%40%50%60%70%90%80%100%20%10%0%春

秋

春

秋

春

秋

春

秋

春

秋

春

秋

春

秋

春

秋

春

秋

春

秋比例微量元素矿物组分ECOC铵盐硝酸盐硫酸盐1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

200620072008二、常见大气污染过程中的污染物

细颗粒物:二、常见大气污染过程中的污染物PM2.5的化学组成:2013年1月，清华园站100090080070060050040030020010003浓度(μg/m

)2013/1/12013/1/32013/1/52013/1/92013/1/112013/1/132013/1/152013/1/7时间PM2.5含水量PM2.5(NH)

SO4

2

4NH4NO3有机物

黑碳有机物NH4NO3(NH4)2SO4二、常见大气污染过程中的污染物

光化学烟雾: 1943年洛杉矶光化学烟雾事件氮氧化物碳氢化合物臭氧（O3)过氧乙酰硝酸酯（PAN)气溶胶（颗粒物)醛类等有机物太阳光二、常见大气污染过程中的污染物SO2NOx硫酸硝酸NH3HC大气化学反应PM OH雨滴酸雨干沉降

酸沉降:湿沉降(酸雨):pH<5.6的降雨干沉降:酸性气体或颗粒物的沉降臭氧层破坏:臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子: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:上述反应过程吸收了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。

三、排放源排放源自然源人为源排放源类型主要污染物火山爆发SO2等含硫化合物、火山灰等海洋海盐飞沫雷电NOx白蚁等动物CH4植物VOC自然源三、排放源人为源排放源类型主要污染物交通运输NOx、PM、HC、CO等火力发电NOx、SO2、PM等工业过程VOC、PM等工业及民用燃料燃烧NOx、SO2、PM、VOC、CO等垃圾焚烧NOx、PM、有毒有机物如二噁英等生物质燃烧PM、VOC等农业生产NH3、CH4等中国城市的大气污染概况1999年全国重点城市主要大气污染物分布TSPSO2NOx2002年中国城市空气质量状况

不同空气质量状况下的人口比例全国城市空气质量分级比例经济水平和污染状况的综合比较TSPconcentrationsinselectedcitiesinvariousyearsfrom1990to1995andnationalGNPpercapitaAnnualTSPconcentration(μg/m3)1-3

大气污染的影响一、对人体健康的影响CO对人体健康的影响CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)CO（ppmv)一、对人体健康的影响NO2对人体健康的影响NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)NO2（ppmv)污染物的浓度所能承受的时间一、对人体健康的影响突发性严重大气污染事故01234025050075010000 1 2 3 4 5 6 7 891011121314

15烟尘和二氧化硫浓度（mg/m3)死亡人数烟雾持续时间1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性死亡人数SO2烟尘一、对人体健康的影响引自

MajidEzzati2010年全球20个首要致死风险因子固体燃料导致的室内空气污染肥胖高血糖缺乏体育锻炼饮酒高胆固醇儿童低体重职业性危险铅暴露次优哺乳

不良卫生条件低骨密度家庭暴力吸毒环境大气臭氧污染维生素A缺乏百万死亡环境大气颗粒物污染320万过早死亡和7600万健康生命年的损失百万死亡饮食风险高血压吸烟二、对植物的伤害与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系1100.1110100100010000NO2浓度,

ppm暴露时间,hSource:Springer-VerlagandProf.D.C.MacLean叶片损伤新陈代谢及生长受到影响0.1三、对材料的影响Source:AirandWasteManagementAssociation二氧化硫平均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)2018161412108642000.050.150.2每100g材料的损失量,

g0.1平均SO2浓度,

ppm12个月6个月3个月四、对大气能见度的影响

能见度与大气中颗粒物浓度的关系能见度与PM2.5呈对数负相关关系PM2.5浓度, μg/m3能见度, km能见度与大气中颗粒物浓度的关系

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，基于大气颗粒物为一般组成的情况。

能见度与自然景观

USEPA在1999年宣布，将在未来几十年内致力于提高国家公园和旷野地区的空气质量

例：美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州)照片

晴天 雾天五、对气候变化的影响增暖效应致冷效应012-1-2辐射强迫（W/m2)：1850~20001.4±0.20.7±0.2CO2CH40.8±0.4黑碳-1.3±0.5气溶胶反射云量变化+0.5-1-100.10.30.20.40.70.60.5全球平均黑碳增暖效果对比图极地地区气温升高量,

℃黑碳(大气)黑碳(冰雪)五、对气候变化的影响1-4

大气污染防治法规及标准体系一、我国大气污染防治法规和标准体系概览

《中华人民共和国宪法》第二十六条国家保护和改善生活环境和生态环境,防治污染和其他公害。

《中华人民共和国环境保护法》

第四条 保护环境是国家的基本国策第三十二条国家加强对大气、水、土壤等的保护,建立和完善相应的调查、监测、评估和修复制度。《中华人民共和国宪法》《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》环境空气质量标准 污染物排放标准二、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4月29日再次修订；

第三次修订（注：2015年8月29日第十二届全国人民代表大会常务委员会通过)二、中华人民共和国大气污染防治法大气污染防治法自颁布以来，经过不断修正，在控制大气污染、

改善大气环境质量方面起到了积极的作用:在强化酸雨和二氧化硫污染控制的同时，针对要害，着力控制燃煤、机

动车、扬尘等造成的大气污染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停止生产和使用含铅汽油推出了禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证制度确定了大气污染防治的重点城市、重点区域强化法律责任，加强执法监督目前的大气污染防治法难以有效解决现存问题19871995 2000

2015第一次修订

第二次修订20002015污染物SO2,

PM10PM10,PM2.5,O3

(及所有前体物)地区城市区域主要来源煤煤，移动源等需要通过法律明确城市、区域和国家的大气污染防治责任二、中华人民共和国大气污染防治法三、大气污染物排放标准

固定源污染物排放标准（以火电厂排放标准为例)GB13223－2011SO2:1200-2100

mg/m3NOx:650-1000

mg/m3PM:200

mg/m3SO2:400-1200mg/m3NOx:450-1000

mg/m3PM:50

mg/m3SO2:200mg/m3NOx:100-200

mg/m3PM:30

mg/m3SO2:50mg/m3NOx:100

mg/m3PM:20

mg/m3199620032011火电厂大气污染物排放标准2014重点控制区三、大气污染物排放标准

移动源污染物排放标准我国机动车排放标准参照欧洲的机动车排放标准制定:欧I~欧V国I

~国VEuro0Euro

IEuro

IIEuro

III

Euro

IV

CO

HC

NOx020406080100EuroIEuro

II

Euro

III

Euro

IV

Euro

VPM

NOxHCCO

0Euro020406080100轻型汽油车重型柴油车

移动源污染物排放标准我国机动车排放标准正在逐步加严,与国际接轨三、大气污染物排放标准汽油车排放标准三、大气污染物排放标准

工业过程源污染物排放标准钢铁工业排放标准

GB28661-2012

铁矿采矿工业污染物排放标准

GB28662-2012

钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准

GB28663-2012

炼铁工业大气污染物排放标准

GB28664-2012

炼钢工业大气污染物排放标准

GB28665-2012

轧钢工业大气污染物排放标准

GB28666-2012

铁合金工业污染物排放标准

GB16171-2012

炼焦化学工业污染物排放标准2005年世界卫生组织(WHO)提出大气污染物环境浓度指导值四、环境空气质量标准PM10PM2.5O3NO2SO2年均24h平均年均24h平均8h平均年均1h平均1h平均10分钟平均第一阶段目标70150357516040200125第二阶段目标50100255050第三阶段目标30751537.5指导值2050102510020500

中华人民共和国国家标准

环境空气质量标准

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。

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空气污染指数分级标准(试行) 2000年4月27日发布来源：北京市环境保护局主页（)空气污染指数分级浓度限值计算公式:当第k种污染物浓度为

时，其分指数为注:各变量含义参看教材我国环境空气质量标准的演变GB3095-82 GB3095-1996GB3095-2012项目二级限值,μg/m3TSP日均300SO2日均150NOx日均100CO日均4000O3时均160项目二级限值,μg/m31小时平均日平均年平均TSP—300200PM10—150100SO250015060NOx15010050NO21208040CO100004000—O3160——……/基本二级限值,μgm3项目