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1、 大气污染与控制工程 环境科学与工程学院胡辉杨家宽Tel 027 87792207 027 87542224 E mail gyhj08 yjiakuan 环境工程导论 内容 一 大气污染与环境空气质量标准二 大气污染气象学及大气污染模型三 颗粒污染物及除尘工艺四 VOCs及净化工艺五 SOx及脱硫工艺六 NOx及脱氮工艺 一 大气污染概述 一 为什么要进行大气污染控制人体健康与大气的关系人一刻也离不开空气人的需要量每天需要的食物约1 5kg每天需要的空气约15kg人的极限耐力断食 断水5天可以生存断绝空气5分钟死亡获取较洁净的空气比获取较洁净的水就要难得多 二 基本概念1 大气 atmosp
2、here 是指环绕地球的全部空气的总和 2 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 3 大气污染 airpollution 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 达到了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 一 大气污染概述 一 大气污染概述 三 大气污染类型 煤烟型污染指由于煤燃烧过程中排放的各种污染物而造成的污染 氧化型污染指由于机动车尾气排放和燃油锅炉的排气中含有的氮氧化物和碳氢化合物 造成的二次污染 混合型污染指由于燃煤和燃油过程中产生的污染物互相结合在一起造成的污染 一 大气污染概述 四
3、大气污染物种类一 气溶胶状态污染物1 粉尘是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒 受重力作用可发生沉降 但在一定的时间内能保持悬浮状态 2 烟尘是燃料和其它物质燃烧的产物 3 雾是气体中液滴悬浮体的总称 一 大气污染概况 四 大气污染物种类二 气体状态污染物1 一次污染物 从污染源直接排入空气中的原始污染物 2 二次污染物 一次污染物进入空气后 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 一 大气污染概述 五 大气污染源类型1 按人们的社会活动功能分类 生活污染源 工业污染源 交通污染源2 按污染源的几何形态分类 点污染源 面污染源 线污染源 一 大气污染概述 六 大气污染危害
4、1 颗粒物对人体健康的影响飘尘对人体的危害作用 PM10 PM2 5 2 气体状态污染物对人体健康的影响 具有很强的刺激性的SO2气体 NOX的毒性 O3的刺激性作用 挥发性有机化合物 VOCs 中的有毒有害3 对城市环境中的植物 器物和材料的损失4 能见度降低 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象一 酸雨是指pH 5 6的酸性降雨 现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上 酸雨的危害1 酸雨使植物淋失2 酸雨使土壤淋失3 酸雨对生物的影响4 酸雨对建筑材料和金属结构的腐蚀5 影响人体健康 低pH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
5、物 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象二 温室效应地球大气层上的一种物理特性 图 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象二 温室效应温室气体的种类 表1 图温室效应气体使气温上升所占比例 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象二 温室效应 温室效应的危害1 气候转变 全球变暖 2 海平面升高3 对人类生活的潜在影响 经济的影响 农业的影响 海洋生态的影响 水循环的影响 总的影响 地球上的病虫害增加 海平面上升 气候反常 海洋风暴增多 土地干旱 沙漠化面积增大 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象二 温室效应 温暖化对策和措施1 国际间的合作 2 对CO2 基本对策
6、是能源对策 主要有 自然能源 低碳能源 核能 节能 CO2固定 3 对N2O及CH4 在进行工业排放时进行抑制 4 对HFC PFC 基本对策是防止泄漏 回收再利用代替 七 几个典型的大气污染现象三 厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象 正常情况下 热带太平洋区域的季风洋流是从美洲 亚洲 给印尼周围带来热带降雨 但该模式每2 7年被打乱一次 使风向和洋流发生逆转 太平洋表层的热流就转而向东走向美洲 随之带走了热带降雨 出现所谓的 厄尔尼诺现象 四 拉尼娜现象是厄尔尼诺现象的反相 指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象 表现为东太平洋明显变冷 同时
7、也伴随着全球性气候混乱 总是出现在厄尔尼诺现象之后 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象最近一次拉尼娜现象出现在1998年 持续到2000年春季趋于结束 厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现 对气候的影响大致相反 通过海洋与大气之间的能量交换 改变大气环流而影响气候的变化 从近50年的监测资料看 厄尔尼诺出现频率多于拉尼娜 强度也大于拉尼娜 中国海洋学家认为 中国在1998年遭受的特大洪涝灾害 是由 厄尔尼诺 拉尼娜现象 和长江流域生态恶化两大成因共同引起的 一 大气污染概述 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象五 臭氧层破坏 臭氧层 图 臭氧空洞指的是因空气污染物质 特别是氟化氮
8、和卤化代烃类等气溶胶污染物的扩散 侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象 臭氧层破坏物质是破坏平流层臭氧层物质的总称 这些物质有氟利昂 灭火剂 洗涤剂 CCl4以及甲基溴等 臭氧层破坏形成原因 一 大气污染概述 七 几个典型的大气污染现象五 臭氧层破坏 臭氧层破坏的后果1 对人体健康的影响 2 对陆生植物的影响3 对水生生态系统的影响 4 对生物地球化学循环的影响5 对城市空气质量和建筑材料的影响 臭氧层保护对策1 国际间的合作 2 对臭氧层破坏物质 用替代品取代臭氧层破坏物质 设备取代方法 抑制排放方法 二 环境空气质量标准 一 基本概念1 环境空气质量标准以保障人体健康和一定的生态环境为目
9、标 对大气环境中各种污染物的含量所作的限制规定 是进行大气环境科学管理 制定大气污染防治规划和大气污染物排放标准的依据 是环境管理部门的执法依据 2 大气污染物排放标准是为实现大气环境质量标准 对污染源排入大气的污染物允许含量的限制规定 分为国家标准 地方标准和行业标准 二 环境空气质量标准 一 基本概念3 大气污染控制技术标准根据污染物排放标准引申出来的辅助标准 如燃料 原料使用标准 净化装置选用标准 排气囱高度标准及卫生防护距离标准等 目的是使生产 设计和管理人员容易掌握和执行 4 大气污染警报标准根据大气污染发展趋势预防发生污染事故而规定的空气中污染物含量的极限值 超过这一限值就应警报
10、以便采取必要的预防措施 尽量减少对人们的危害 二 环境空气质量标准 二 环境空气质量功能区分类1 一类区 自然保护区 风景名胜区和其它需特殊保护的地区 2 二类区 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 3 三类区 特定工业区 三 环境空气质量标准分级1 一类区执行一级标2 二类区执行二级标准3 三类区执行三级标准 注 CEPB 中国空气质量标准 2000 1 6修订 2000 1 6实施 3 年平均浓度是指年日均浓度的平均值 mg m 3 PM10以CEPBII为标准 PM2 5以WHO为标准 WHO 世界卫生组织 表3空气质量相关标准 表4空气污染指数分级
11、浓度限值 表5空气污染指数范围及相应的空气质量类别 如何计算API PM10 0 215mg m3 ConcentrationofPM10 mg m3 API 三 大气污染气象学及大气污染模型 一 大气圈层与气象要素1 大气圈层 图 按大气温度的垂直结构 大气圈分为 a 对流层 表 b 平流层c 中间层 d 热层 e 逃逸层2 主要气象要素 气象要素 表示大气状态的物理量和物理现象 种类 气温 气压 气湿 风向 风速 云况和能见度 对流层的主要特征 1 集中整个大气质量的3 4和几乎全部水蒸气 2 大气温度随高度的增加而降低 3 空气具有强烈的对流运动 4 温度和湿度的水平分布不均匀 二 气象
12、的动力因子风和湍流1 风 空气的水平运动1 风向a 风向频率和主导风向b 风玫瑰图 c 污染系数 d 最多风向 2 风速 平均风速 最大风速 各级风速出现的频率2 湍流 无规则阵性搅动的气流 三 大气污染气象学及大气污染模型 图3 1风向的十六方位图 风向和风速 风玫瑰图 风速 m s 某地区1998年的风玫瑰图 同心圆表示风的频率 例如 吹南风的频率约为11 其中风速大于10 82m s的频率约为1 风速在3 35 5 41m s的频率为3 5左右 三 气象的热力因子温度层结与逆温 大气稳定度 温度层结与逆温1 干绝热直减率 d和气温垂直递减率 A 干绝热直减率 d干空气快 包括未饱和的湿空
13、气 绝热上升或下降单位高度时 温度降低或升高的数值 B 气温垂直递减率 气温随高度的变化 三 大气污染气象学及大气污染模型 三 气象的热力因子温度层结与逆温 大气稳定度 温度层结与逆温2 温度层结气温垂直分布一般有四种情况 气温随高度的增加而降低 此时 0 d 气温基本上不随高度变化 此时 0 等温层结 气温随高度增加而上升 此时 0 气温垂直递减率接近于1K 100m 即 d 中性层结 三 大气污染气象学及大气污染模型 三 气象的热力因子温度层结与逆温 大气稳定度 温度层结与逆温2 逆温近地层空气温度随高度的增加而上升的一种现象 逆温类型辐射逆温 如图 平流逆温下沉逆温 如图 锋面逆温 如图
14、 三 大气污染气象学及大气污染模型 三 大气污染气象学及大气污染模型 图海风入侵时的锋面与扩散 下沉逆温 由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温 图3 11 锋面逆温 在对流层中 锋面上 冷暖空气团相遇时 如果冷暖空气的温差很大时 就可以出现锋面逆温 图下沉逆温的形成 三 大气污染气象学及大气污染模型 三 气象的热力因子温度层结与逆温 大气稳定度 大气稳定度大气稳定度是表示空气块在铅直方向的稳定程度1 大气稳定度的判别 不稳定类 d 中性类 d 稳定类 d 2 大气稳定度的分类 表3 2 稳定类 E和F中性类 D不稳定类 A B C 三 大气污染气象学及大气污染模型 四 大气污染湍流扩散模型 作
15、用及建模条件1 预测大气污染物排放后 在不同时间与空间的浓度分布2 所有的模型都采用必要的假设条件3 模型基于质量守恒定律 高斯烟羽模型 四 颗粒污染物及除尘工艺 一 颗粒物粒径与沉降速度 四 颗粒污染物及除尘工艺 二 除尘装置概述 除尘装置 从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备 除尘装置类型 1 机械式除尘器重力沉降室 惯性除尘器 旋风除尘器2 湿式除尘器3 过滤式除尘器4 电除尘器 四 颗粒污染物及除尘工艺 干式机械除尘器一 重力沉降室利用粉尘与气体的密度不同 依靠自身的重力从气流中自然沉降下来 达到净化目的的装置 类型a 水平气流沉降室 b 垂直气流沉降室 优点简单 价低 便于维护 压
16、力损失小 可处理高温气体 缺点沉降小颗粒的效率低 一般只能除去50 m以上的大颗粒 图水平气流简易重力沉降室 四 颗粒污染物及除尘工艺 干式机械除尘器二 惯性除尘器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 类型a 冲击式结构 b 反转式结构 惯性除尘器的特点a 能分离10 30 m左右的尘粒 除尘效率为70 b 适合安装在烟道上使用 c 可设计成不同的结构形式 作为前一级除尘器与其他除尘方法组成多级除尘系统 图惯性除尘器的分离机理示意图 四 颗粒污染物及除尘工艺 干式机械除尘器三 旋风除尘器利用离心力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来的装置 旋风除尘器的构造及工作原理 图 旋风除尘器的分类a 切线进入式旋风除尘器 b 轴向进入式旋风除尘器旋风除尘器的特点a 结构简单 造价低 b 无传动机构及运动部件维护 修理方便 c 可用于高温含尘烟气的净化 d 可承受内 外压力 e 可干法清灰 可用它回收有价值的粉尘 f 可用以净化含高腐蚀性粉尘的烟气 四 颗粒污染物及除尘工艺 湿式除尘器用水或其他液体与含尘废气相互接触 实现分离捕集粉尘粒子和吸收有害气体的装置 类型a 重力喷
