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1、 大气污染控制工程 讲义第一节 大气污染及其危害 一、 大气污染的基本概念 早在英国爱德华二世(12841327)年代，这位国王就曾想通过禁止使用煤来解决燃煤产生的烟气污染问题。他曾颁布了一道法令：“无论是谁被发现燃烧煤，他就是有罪的，都将受到杀头的惩罚”。由此可见，大气污染自古有之。如同其它污染控制一样，大气污染控制技术和工程、设备也是在大气污染到了一定的程度、顺应时代需要的产物：控制技术的研究与工程应用的主要推动原因是严重的大气污染事件的刺激。 美国的Donora是一座钢铁小城，在1948年仅有3家主要工厂：钢铁厂、电线厂和锌板厂。在1948年的最后一个星期，浓浓的烟雾笼罩着这个小城，逆温
2、层使得工厂排放的烟雾难以从山谷中扩散出去。到星期五，烟雾变得特别浓，据报道碳颗粒几乎一动不动的悬浮在空中，能见度非常低，以致于当地人都迷失了道路，到星期五为止，卫生部门和医院里充满了需要就诊的呼救。死亡发生在凌晨2点钟，直到半夜有17人死亡，这时人们才意识到问题的严重性，马上组织了医疗救助。 虽然Donora事件在美国逼迫人们认识并重视了大气污染，但到英国发生相似的灾难并引起同样的认识之间又相隔了4年。1952年伦敦的“烟雾杀手”事件是在同样的气象条件下发生的，在地面上浓密的烟雾与寒冷以及从煤炉里产生的烟混合引起了少见的黄色烟雾，并且持续了1个多星期，能见度很低，以致公共汽车的售票员不得不到车
3、前步行引导汽车穿过大街，烟雾发生2天以后，当地的死亡人数急剧上升，达到数百人。二氧化硫浓度多上述二个污染事件的发生，人们到70年代才开始关心大气污染问题并试图进行控制，大气污染的公害才得以缓和。我国的大气污染也已经到了十分严重的地步。我国以煤炭为主要一次能源，1996年生产与消费均占一次能源的75，这种在相当长的时期内不会发生大的变化。大约72的工业和蒸汽燃料、52的化工原料和92的民用燃料来自于煤炭，其中最大的用煤行业是电力，其它为化工、冶金、建材、采矿等行业及民用，它们共占煤炭消耗总量的83。以煤炭为主的能源结构给环境带来了严重的威胁，我国大气污染以烟煤型污染为特征，燃煤电力提供了90以上
4、的热力和电力。但现在氮肥厂和煤气厂大多数造气炉除尘仍然采用较落后的盲肠式惯性除尘器或湿法除尘。前者的除尘效率很低，造成了严重的环境污染，后者不仅高品位的热能不能回收，浪费了大量水资源，同时造成了二次污染。据统计，因为燃煤1997年我国向大气中排放二氧化硫1852吨、粉尘1565吨。我国汽车工业的飞速发展造成了日益严重的尾气污染问题，1995年我国汽车尾气中CO的排放量为770万吨、HC和CO2排放量为350万吨。上海市主要交通路口的CO和HC的日平均浓度分别达到6.54mg/m3和0.66mg/m3。 二、大气污染物的种类及其性质 大气污染物主要有气态污染物(如二氧化硫和一氧化碳)与颗粒态污染
5、物(如烟尘、飞灰、气雾)，其中颗粒分为液体和固体两种，以固体颗粒污染物为主,如粉尘、烟、飞灰、黑烟等，液体颗粒污染物如水雾、油雾、碱雾、酸雾等。1，气态污染物种类及其性质 气态的污染物是以分子状态存在的污染物。最重要的气态污染物有：碳氧化物(一氧化碳、二氧化碳)、硫氧化物(硫化氢、二氧化硫、三氧化硫)、氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮)和碳氢化合物，臭氧也应该列入，因为它对大气有潜在的影响。 大气污染物的浓度通常表示成每立方米多少微克，以及ppm。在25、760 mmHg(1大气压下)，ppm和g/m3的换算公式是：1ppm=1体积的污染物/106体积的气体(污染物空气)。表1 主要空气污染物及其
6、特性与危害性名称分子式重要特性危害性二氧化硫无色，强烈的窒息气味，极易溶于水形成亚硫酸危害作物生长；腐蚀材料；毒害人体，如造成鼻炎、咽喉炎、嗅觉障碍，严重时导致肺炎和窒息等。形成酸雨，破坏土壤和水体环境及生态。三氧化硫溶于水形成硫酸具有强烈的腐蚀性；在大气中遇水成为硫酸酸雾，形成酸雨，导致植物枯死。硫化氢浓度低时有腐蛋味，浓度高时无味刺激眼睛和呼吸道，浓度高时使人中毒死亡二氧化氮无色，相对惰性，在燃烧中不会产生，常在隔绝空气的瓶中用作载体刺激呼吸器官，导致咳嗽、头疼等，严重时死亡。引发光化学烟雾。一氧化氮无色气体引发光化学烟雾。二氧化氮橙色或棕色气体光化学烟雾组成中的主要成分一氧化碳不完全燃烧
7、的产物，无色无味气体CO与血红蛋白结合，导致缺氧、窒息；长期呼吸含低浓度的CO，造成慢性中毒。二氧化碳无色，无味气体完全燃烧产生，可能会影响全球的气候臭氧危害作物和财产，主要产生于光化学烟雾形成的气候碳氢化合物对人体的危害主要是造成呼吸道和皮肤疾病，如皮炎、呼吸道和眼睛的炎症，以及头晕、乏力、咳嗽等。具有致癌作用。引发光化学烟雾。铅乏力、苍白、头疼、食欲不振烟尘及粉尘呼吸道病症、尘肺、肺气肿等。 2， 颗粒态污染物的种类及其性质 颗粒态污染物的分类如下：(1)尘埃：a,直接由正在传递或处理的物质上带走的固体颗粒如煤、灰和水泥；b，直接从正在机械加工的原材料上散发的固体物质，如木材厂的木屑。c，
8、那些用于机械加工的传递材料如喷砂和砂磨中的砂，从稻谷传送机和煤清洗工厂发生的灰尘也归于这类。尘埃中含有相对大的颗粒，如水泥尘埃大约粒径为100 m。(2)烟尘：一种固体颗粒，通常是金属的氧化物，在升华、蒸馏和煅烧或化学反应过程中由蒸汽冷凝而成，如锌和铝氧化物来自于高温过程中挥发的金属冷凝和氧化，尘埃的粒径很小，为0.030.3 m。(3)雾：通过蒸汽的冷凝或者化学反应所形成的液滴，如硫酸酸雾的形成。二氧化硫气体变成液体是因为其露点为22，三氧化硫颗粒是吸湿性的，雾的直径通常为0.53.0 m。(4)烟：由于含碳物质的不完全燃烧而形成的固体颗粒。空气燃烧中，碳氢化合物、有机酸、二氧化硫、二氧化氮
9、也会产生，烟的粒径大约为0.051 m。(5)水珠：由原始液体的雾化形成的液态颗粒。 三、大气污染源 自然界和人类每天都向大气中排放许多物质，都可能是大气的污染源。 自然界自身活动过程所产生的颗粒物质如植物花粉、真菌的孢子、森林起火产生的烟雾、火山爆发产生的尘埃以及风将裸露土壤的表层浮土吹起而导致灰尘和微生物细胞向大气中转移等，在一定情况下都有可能成为污染大气、危害人体健康的污染源。另外，自然界中由于微生物活动产生的硫化氢、氨气、二氧化氮和甲烷以及二氧化碳也是大气污染物的重要组成。 大气的人为污染源主要有：居民生活(燃烧各种燃料)、工业生产、交通运输三类，其中交通运输具有移动性的特征。 由于人
10、口增加、工农业生产的迅速发展等原因，自二次世界大战以来人类的活动成为大气的重要污染源。可以说：大气污染控制就是怎样削减由于人类活动排放到大气中的污染物量以及对排放的大气污染物进行净化。 工业生产过程中产生的主要大气污染物有：(1) 二氧化硫：化石燃料的燃烧、火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂等；排放大量二氧化硫将形成酸雨。通常无污染的降雨pH大约为5.6，但酸雨的pH能够降低到2甚至更低。低pH不仅影响水体中鱼类的生存，也将导致重金属的溶解释放，加剧了问题的严重性。酸雨降落到附近的土壤，使得植物枯死。酸雨使得原本酸性的土壤更加不适用于作物的生长，从而成为不毛之地。(2) 氮氧化物：机动
11、车尾气和化工生产中以及微生物发酵、农产品加工中都产生大量的氮氧化物。氮氧化物的污染危害性主要来自于二氧化氮，当二氧化氮参与大气的光化学反应时，形成光化学烟雾。(3) 碳氢化合物：包括烷烃、烯烃、苯以及多环芳烃等，主要来自于石油化工业、有机合成工业。另外，作物生长过程中也向大气中排放大量的甲烷，作物焚烧过程中产生大量的二氧化碳和烟雾等。污染危害性：许多碳氢化合物具有明显的致癌性，如多环芳烃；碳氢化合物参与大气的光化学反应，生成光化学烟雾。(4) 碳氧化物：属于气体污染物中排放量最大的一类污染物，排放源主要有燃料燃烧和机动车以及微生物对有机碳化合物的氧化分解等。其中，二氧化碳是“温室效应”气体。(
12、5) 重金属：从汽车排放出来的尾气含有铅颗粒。铅的排放与含铅汽油(使用四乙醚铅作为防爆剂)有关。从运输中来的气体污染物包括一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物主要是由于趋轴箱、化油器和油箱的不完全燃烧及蒸发所产生的。(6) 氟化物：冶矿行业排放大量的氟化物、烟尘、粉尘、氯气、氯化氢和铅等污染物。(7) 生活、产业等活动产生恶臭物质成为大气污染的一个新的和重要的来源。表2 几种工业生产向大气中排放的主要污染物行业工厂排放的主要污染物电力火力发电厂烟尘、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、苯并芘冶金钢铁厂有色金属冶炼厂炼焦厂烟尘、二氧化硫、一氧化碳、氧化铁尘、氧化锰尘粉尘(含各种重金属)、二氧化硫烟尘、二氧化
13、硫、一氧化碳、硫化氢、酚类、苯、萘、烃类建材水泥厂水泥尘、烟尘机械机械加工烟尘轻工造纸厂仪表厂灯泡厂烟尘、硫尘、硫化氢汞、氰化物烟尘、汞化工石油化工厂氮肥厂氯碱厂化学纤维厂合成橡胶厂农药厂二氧化硫、硫化氢、氰化物、氮氧化物、氯化物、烃类烟尘、氮氧化物、一氧化碳、氨气、硫酸酸雾氯气、氯化氢、汞蒸汽烟尘、硫化氢、氨气、二硫化碳、甲醇、丙酮等。丁间乙烯、苯乙烯、乙烯、异丁烯、异戊二烯、丙烯腈、二氯乙烷砷、汞、氯气、农药第二节 环境空气质量标准和大气污染物综合排放标准一、 环境大气质量标准表3 各项污染物的浓度限值(mg/Nm3)污染物名称取值时间浓度限值一级标准二级标准三级标准二氧化硫SO2年平均日
14、平均1小时平均0.020.050.150.060.150.500.100.250.70总悬浮颗粒物TSP年平均日平均0.080.120.200.300.300.50可吸入颗粒物PM10年平均日平均0.040.050.100.150.150.25氮氧化物NOX年平均日平均1小时平均0.050.100.150.050.100.150.100.150.30二氧化氮NO2年平均日平均1小时平均0.040.080.120.040.080.120.080.120.24二、 大气污染物综合排放标准(排气筒高度为15 m时的有组织排放，部分)表4-4 现有污染源大气污染物综合排放标准序号污染物最高允许排放浓度mg/Nm3最高允许排放速率(kg/h)一级二级三级1二氧化硫1200(硫、二氧化硫和其它含硫化合物生产)1.63.04.12氮氧化物1700(硝酸、氮肥和火炸药生产)0.470.911.43颗粒物22(碳黑尘、染料尘)禁排0.60.874氯化氢150禁排0.300.465铬酸雾0.080禁排0.0090.0146硫酸雾1000(火炸药厂)禁排1.82.87氟化物100(普钙工业)禁排0.120.188氯气*85禁排0.600.909铅及其化合
