第3章 大气环境保护

1、第三章大气环境保护,1.大气的结构与组成2.影响大气污染的气象因素3.大气污染及大气污染源4.大气污染物及其迁移转化5.大气污染的综合防治与管理,第一节大气圈结构及气象要素,1、大气圈分层,质量：80-95%温度：递减运动：剧烈,温度：缓升剧升运动：平稳特点：O3，洁净,运动：强烈垂直对流特点：最冷温度：递减,特点：电离温度：递升,2、大气组成,组成：干洁空气、水汽、杂质干洁空气：主要成分(99.99)：N2：78.09%O2：20.95%Ar：0.9%CO2：0.03%氦、氖、甲烷、N2O、H2、O3：0.004%水汽：0.026%湿度变化悬浮颗粒与气态物质：灰尘、烟尘、病毒、花粉，SOx、

2、NOx、COx、HC、HS等,第二节影响大气污染的气象因素,污染源、气象条件,风：大气水平方向的运动叫做风。（垂直方向升降气流）风向：风的来向。（16个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离。(km/h)F风力级（012级）大气湍流：大气无规则的运动称为大气湍流。,1、大气的运动-风和湍流,污染物的扩散主要靠大气湍流运动。,湍流分类：,1、热力湍流：垂直方向上温度变化（大气稳定度）2、机械湍流：垂直方向上风速分布不均匀两种湍流共同作用！,2、气温边界层的温度场,2.1气温垂直递减率-气温随高度的变化。它是指单位高度（通常取100m）气温的变化值。若气温随高度增加是递减的，则是正

3、值。,干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取100m）时，温度降低或升高的数值，以d表示。绝热：膨胀:对外做功内能减少温度降低；压缩:大气对干空气块做功内能增加温度升高,干绝热直减率,2.2温度层结,气温的垂直分布,2.3逆温-高度增加，温度上升,逆温不利于污染物扩散。,辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却,2.下沉逆温（多在高空大气中，高压控制区内）,3.平流逆温暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成。冬季海洋暖气流-大陆冷地面,4.湍流逆温-底层空气湍流混合形成。,5、地形逆温-局部地区地形造成。（盆地、谷地）,6.锋面逆温,2.4

4、大气稳定度,垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流和湍流。,大气稳定；污染不易扩散！,大气稳定度对烟流扩散的影响,谢谢！,第三节大气污染及大气污染源,大气污染：指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度、持续了足够的时间，并因此危害了人体舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。,按形成过程分类：,一次污染物：二次污染物,局部地区污染：局限于小范围的大气污染区域性污染：涉及到一个地区的大气污染广域污染：涉及到比一个地区或大城市更广泛地区全球性污染：涉及到全球范围（或国际性）,按照大气污染的范围：,大气污染物分类,存在状态：气溶胶状态、气体状态污染物。气溶胶状态污染物气

5、溶胶状态污染物：指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体系。按来源和物理性质，又可分为：粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾,粉尘指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用能发生沉降，但在一定时间能保持悬浮状态。粒径一般为1200m，如水泥粉尘、石英粉尘、金属粉尘等。烟一般指由冶金过程形成的固体颗粒。它是有熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生成过程中总伴有氧化之类的化学反应。粒径一般为0.011m。,大气污染物类型,飞灰指随燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分。黑烟指燃料燃烧产生的能见气溶胶。飞灰和黑烟在不需要细分的时候，通常统称为烟尘。雾气体中液滴悬浮体的总称。在气象

6、中指造成能见度小于1km的小水滴悬浮体。,大气污染物类型,在我国环境空气质量标准中，还根据粉尘颗粒的大小，将其分为总悬浮颗粒物（totalsuspendedparticles,TSP）和可吸入颗粒物（inhalableparticles,PM10）。TSP：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径100m的颗粒物。PM10：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径10m的颗粒物。,大气污染物类型,气体状态污染物气体状态污染物是以分子状态存在的污染物，总体上分为5大类：以SO2为主的硫化物、以NO、NO2为主的氮化合物、COx、有机化合物、卤素化合物。,大气污染物类型,一次污染物：直接以原始形态排放到大

7、气中，并达到足够的排放量，从而造成健康危害的污染物。主要关注的有SOx、NOx、COx、有机化合物等。二次污染物：一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。主要有硫酸烟雾和光化学烟雾，其中光化学烟雾危害最大。,大气污染物类型,大气八大环境问题,一次大气污染二次大气污染(光化学烟雾)细微颗粒物污染酸沉降全球变暖和气候变化臭氧层破坏室内空气污染与吸烟的危害持久性有机污染物,光化学烟雾,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和过氧乙酰硝酸酯(peroxy

8、acetylnitrates,PAN)。,光化学烟雾形成过程,光化学烟雾实例,细颗粒物对人体健康和大气环境质量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能见度显著降低,细微颗粒物污染危害,酸沉降,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中产生的。致酸物质按存在形态分为干和湿两种。,酸雨的危害,水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，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,全球变暖和气候变化,MajorGreenhouseGases,臭氧层破坏,臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧

9、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。,臭氧层破坏,19791986年TOMS测得的总臭氧全球平均值,注：Dobson单位将0C，标准海平面压力下，105m厚的臭氧定义为一个Dobson单位,19791986年总臭氧纬向平均值的趋势,臭氧浓度减少的百分比,室内空气污染与吸烟的危害,装修造成的甲醛,苯,等污染.,大气污染的影响,1.对人体健康的影响CO对人体健康的影响,NO2对人体健康的

10、影响,臭氧对人体健康的影响,注：部分人群接触臭氧后肺功能下降,突发性严重大气污染事故,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,2.对植物的伤害,注：二氧化氮浓度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,3.对器物和材料的影响,注：平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（19631964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）,Source：AirandWasteManagementAssociation,4.对大气能见度的影响,对大气能见度或

11、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,能见度与自然景观例：美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州）照片,晴天雾天,第三节大气污染及大气污染源,一、大气污染的发生及危害,大气污染：由于自然过程或人类活动，改变了大气中某些原有成分和向大气中排放污染物或由它转化成的二次污染物达到一定浓度，并持续了一定的时间，达到了有害的程度，以致破坏了人和生态系统的正常生存和发

12、展，对人体、生态和材料造成危害的现象。,大气具有一定的自净能力；大气污染的危害取决于污染物在大气中的含量和持续时间，而不仅仅是污染物的量。污染物在大气中的浓度和持续时间，取决于污染源的排放强度和气象条件。大气污染的三个基本要素:污染源、大气状态、受体。,一些自然过程，如火山爆发、山林火灾、海啸等也可能造成大气污染，但在大气的自净作用下，这类大气污染一般在经过一定时间后会自然消除，多为暂时和局部的。当前大气污染主要是人类的生产和生活活动造成的。,大气污染的危害,1、对人体健康急性危害、慢性危害和远期危害取决于大气中污染物的种类、性质、浓度和持续时间，也取决于不同人个体的敏感性。2、对材料：玷污性

13、损害、化学性损害3、对植物4、对大气环境：臭氧层破坏、酸雨及全球气候变化。,二、大气污染源及分类,大气污染源:向大气排放污染物或对大气环境产生有害影响的场所、设备和装置。大气污染源可以分为天然源和人为源。,第五节大气污染的综合防治与管理,除尘技术从废气中去除或收集固态、液态离子的过程；实现上述过程的设备装置即除尘器。气态污染物的防治技术,声凝聚器、热凝聚器、高梯度磁分离器,1、重力沉降室,定义：使含尘气体中的尘粒借助自身重力作用自然沉降，并将其分离捕集的装置。形式：单层沉降室、多层沉降室；原理：含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，气流中大而重的尘粒，在随气流流出沉降室之前，

14、由于重力的作用，缓慢下落至沉降室底部而被清除。,特点:50m以上的尘粒具有较好的捕集作用。除尘效率低，通常在4060，作为多级除尘中的初级除尘手段。,2惯性除尘器,定义：利用粉尘与气体在运动中的惯性力不同，使粉尘从气流中分离出来的方法为惯性力除尘。形式：一种是以含尘气体中的粒子冲击挡板来收集较粗粒子的冲击式除尘装置；另一种是通过改变含尘气流流动方向以收集较细粒子的反转式除尘装置。气流速度越高，气流方向转变角度愈大，气流转换方向次数愈多，则对粉尘的净化效率愈高，但同时压力损失也会愈大。,弯管型,多层隔板塔型,百叶窗型,特点：1、高温含尘气体2、非黏性、非纤维性粉尘的去除3、去除10m以上的微粒，

15、分离效率较低，约为5070；,3、离心力除尘器,定义：使含尘气体进人装置后沿某一定方向做连续的旋转运动，粒子在随气流的旋转中获得离心力而从气流中分离出来；旋风除尘器。形式：切线进入式、轴向进入式。,效率最高的一种。非黏性及非纤维性粉尘的去除对粒径大于5m以上的颗粒具有较高的去除效率，属于中效除尘器，除尘效率可达80-95；高温烟气的净化；多用于锅炉烟气除尘、多级除尘和预除尘。,特点：,4、湿式除尘器（洗涤式除尘器）,定义：用液体所形成的液滴、液膜、雾沫等洗涤含尘烟气，而将尘粒进行分离的装置。原理：惯性碰撞、扩散、黏附、凝聚等过程共同作用。特点：捕集固体颗粒物，同时能脱除气态有害物质,（a）重力

16、喷雾；（b）旋风水膜；（c）贮水式冲击水浴；（d）板式塔；（e）填料塔；（f）文丘里；（g）机械动力洗涤。,5、过滤式除尘器,定义：是用多孔过滤介质来分离、捕集气体中固体或液体粒子的处理方法。机理：比较复杂，它是多种过程联合作用的结果，包括愤性碰撞、扩散、重力沉降、筛滤和静电吸引等。,6、静电除尘器,-含尘气流在高压直流电源产生的不均匀电场中使尘粒荷电，荷电的尘粒在电场库仑力的作用下，集向集尘极而达到除尘目的的一种除尘装置。常用的静电除尘器有管式与板式两大类型,2.气态污染物的控制技术,吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法,（1）吸收法,采用适当的液体作为吸收剂，使含有害物质的废气与吸收剂接

17、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。这是一个气体溶于液体的传质过程。传质是一个扩散过程，污染物气体从高浓度处移向低浓度处。污染物的去除包括三个步骤：污染气体扩散至液体表面；穿过气体界面（溶解）；溶解气体离开界面扩散进入液体。,依据吸收质与吸收剂是否发生化学反应，可将吸收分为物理吸收与化学吸收。,吸收法在“烟气脱硫”中应用非常广泛，即用液体吸收剂洗涤烟气，吸收其中所含的SO2，也称作湿法脱硫。已用于工业的湿法脱硫主要有氨法、钠碱法、镁法及钙碱法等。,（2）吸附法,-利用表面多孔的固体吸附剂来吸附废气中的有害组分的方法。吸附是一个气体结合到固体上去的质量传递过程，是一种表面

18、现象。,吸附过程可能是物理过程，也可能是化学过程。物理吸附一般没有选择性，主要是范德华引力起作用。化学吸附实质上是一种化学反应，具有选择性。,常用吸附剂：活性炭、分子筛、硅胶、矾土、沸石等；特点：极大的活性表面积，可有效吸附污染物。,（3）催化法,-利用催化剂催化作用，使废气中的污染物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。,催化剂有气态、液态和固态，其中固态催化剂的应用最广。催化剂由活性组分、助催化剂和载体组成。,（4）燃烧法,定义：对可燃有害组分的混合气体进行氧化燃烧或高温分解，转化为无害物质的方法。应用对象：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。特点：可处理浓度很低的废气，还可以消烟、除臭。在石油化工、有机涂料工业、垃圾处理厂等含有机污染物的废气治理上得到广泛应用。,分类：直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。,直接燃烧法：废气直接点火要求：废气必须含有足够量可以自身燃烧的可燃性废气，点火后