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1、2020/9/19,1,大气污染及其防治,4-1 概述 一、大气的组成 1空气与大气 空气：对于室内或特指某个场所供呼吸用的 大气：大区域全球性气流为研究对象 2大气圈的结构（图4-1） 3大气组成 恒定组分: N2、O2、Ar 可变组分: CO2、H2O 不定组分: H2S、SOx、NOx,2020/9/19,2,2020/9/19,3,二、大气的重要性 1人类生存的要素 2助燃 3保护生物 阻止红外线辐射,地球温度变化幅度小; 阻止紫外线辐射,地面辐射少,减少皮肤癌的发生. 4反射电磁波-传播消息,2020/9/19,4,三、空气污染的概念 GB6919-86：由于人类活动和自然过程引起某
2、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，称为空气污染。 原因：人类活动-自然过程 必要条件：足够的浓度和时间 污染源：污染物排放 三个要素和过程 大气状态：大气运动作用 受体：对受体的影响,2020/9/19,5,4-2 大气污染源及主要污染物发生机制,一、大气污染源 生活污染源 工业污染源 交通污染源 农业污染源,2020/9/19,6,二、大气主要污染物 1.颗粒污染物(Total Suspended Particle,简称TSP) 粉尘 雾尘 尘粒 煤尘 烟尘 2.气态污染物 SOx(H2S)：以SO2数量最多,危害最大.
3、 NOx(NH3)：种类较多. COx：主要燃烧和呼吸释放. CH：主要指有机废气,如烃、醇、酮、酯、胺等. 卤素化合物：主要是含氯化合物及含氟化合物.,2020/9/19,7,3二次污染物(secondary pollutants) 一次污染物：SO2+煤尘.湿度大,气温低，浓度可达4.5mg/m3 伦敦型烟雾 二次污染物：硫酸雾和硫酸盐气溶胶 洛杉矶型烟雾(photochemical smog)：NOx+ CH + h 特征：白色或淡棕色烟雾，大气能见度降低，具有特殊气味， 刺激眼睛和喉粘膜，使呼吸困难。一般发生在温度较高 的夏季晴天，峰值出现在中午或 刚过中午，夜间消失。 机理：排放大量
4、烃类和氮氧化物； 光照条件下，形成过氧化物； 形成光化学烟雾； 污染质消失，污染终止。 工业型烟雾：NOx+CH+h+重金属颗粒+酸雾. 四日市和兰州市,2020/9/19,8,伦敦烟雾事件,2020/9/19,9,洛杉叽光化学烟雾,2020/9/19,10,2020/9/19,11,三、大气污染物的转归,1自净 2转移 3污染物转化成二次污染物,2020/9/19,12,4-3 大气污染的危害,一、大气污染侵入人体的主要渠道 呼吸道(为主) 消化道(食物) 体表接触侵入(皮肤接触) 二、主要危害 1 对人体健康的危害,2020/9/19,13,2对动植物的危害 3对材料的损害 4对气候的影响
5、 补充：CO2年增长率：2.39ppm/y 正常值：316ppm 目前：330,2020/9/19,14,大气污染对植物和材料的危害,2020/9/19,15,三、全球大气环境问题 温室效应：据估计，如果气温上升1，海平面要升高10厘 米，而全球3/4的大城市和占40%的人口都集中在 离海岸不过60千米以内的地区。 摘自光明日报2004-11-12（1）刘东生院士文章 臭氧层破坏 酸雨蔓延,2020/9/19,16,4-4 影响大气污染物扩散的因素,一、 气象因素 风：气压不同的空气流动. 1动力因子 气态污染物浓度=(污物排量/平均风速) 湍流： 2热力因子 1)大气温度层结：地球表面上方大
6、气T随h而变的情况. 气温垂直递减率 定义：垂直于地球表面方向上每升高100m气温的变化值. 取值：在对流层 =0.65oC/100m,2020/9/19,17, 0 正常层(对流层) h T 原因：大气直接吸收太阳辐射能造成的增温没有 地面辐射造成的增温显著,即地面是大气的主要 增温热源. 由于地层大气中含有吸收地面辐射能较强 的水蒸气和固体颗粒物,在大气中分布是愈往上 愈少. = 0 等温层 0 逆温层,2020/9/19,18,气温干绝热递减率(dry adiabatic lapse rate) 意义：干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升(膨 胀,T )或者下降(压缩,T ),单位高度(1
7、00m) 温度的变化. 取值：,2020/9/19,19,2)大气稳定度 大气稳定度与气温干绝热递减率有密切关系,大气垂直运动的增强或者减弱取决于(/d)： d :处于不稳定状态,上下运动,仍有升降,易于扩 散稀释. =d :中性状态,上下运动,推那停那. 例如：某一个气团处于200m高空,温度为12 C， =0.5C/100m，d=1 C/100m 若气团上升至300m,温度为11C,则要下降至200m处. 若气团下降至100m,温度为13C,则要上升至200m处.,2020/9/19,20,大气稳定度判断图,2020/9/19,21,二、地理因素 1动力效应：主要是地形、地物的机械作用改变
8、了 气流的运动. 地形：主要是谷地、盆地,由于四周群山屏障,减小风 速,阻止空气流动,易造成逆温. 地物：主要指城市各类建筑物(尤指高层)阻碍局部地 区气流运行,降低风速,在建筑物背风区形成小 范围的涡流,不利于污染物扩散. 日落后先冷,2020/9/19,22,2热力效应 由于下垫面性质不同,使得受热、散热不均匀,引起温度场和风场的变化. 例如由于下垫面性质的差异,使地表热力状况不均匀受热,形成局部气流,对大气污染物的扩散有着明显的影响. 三、其他因素 1污染物排放的几何形状和排放方式不同 面状排放 连续排放(危害最大) 地面排放 2污染源的 污染物浓度源强/源高,2020/9/19,23,
9、4-5 大气污染物的综合防治与技术,一、综合防治原则 1控制大气污染源 2防止或减少污染物的排放 改革能源结构；提高煤炭品质；对燃料进行处理；改进燃烧装置和燃烧技术；采用无害工艺；开源节流综合利用；加强管理；改进汽车排气装置 3治理排放的主要污染物 4污染的法制宣传与管理,2020/9/19,24,二、消烟除尘技术 1除尘装置的技术性能指标 烟尘浓度的表示方法 烟尘的个数浓度：颗粒物的个数/单位气体体积 烟尘的质量浓度：g/m3 除尘装置的处理量 含义：单位时间内所能处理烟气量的大小. 单位：m3/h m3/s 除尘装置的效率 除尘效率：除下的烟尘量/含尘烟气总量 除尘效果：未除烟尘量/含尘烟
10、气总量 除尘装置的压力损失(压力降) 烟气经除尘装置所消耗的能量,(Pa;mmH2O),2020/9/19,25,G：烟尘流量, g/s 清净气体 C：含尘浓度, g/m3 G2、C2、Q2 Q：单位时间的烟尘量, m3/s 含尘气体 G1、C1、Q1 除尘效率： 除尘效果： 多级除尘效率： 捕集尘粒 G3、C3、Q3,2020/9/19,26,2除尘设备简介（表4-4、表4-5） 机械式除尘器 按机制分类 过滤式除尘器 湿式除尘器 静电除尘器 湿式除尘器 是否用液体分类 干式除尘器 高效除尘器 除尘效率高低分类 中效除尘器 低效除尘器 附：各种除尘装置实用性能比较,2020/9/19,27,
11、2020/9/19,28,2020/9/19,29,三、排烟脱硫 气态酸性氧化物(同碱、盐反应) 1原理 SO2 中间价态 溶于水 2方法 1）干法 优点：排烟温度高,易扩散. 缺点：效率低,设备庞大. 活性炭吸附法 催化氧化法,2020/9/19,30,2）湿法 优点：方法简单,流程短,建设费用省 缺点：温度低,湿度大,烟气上升高度低,难扩散. 氨法：2NH3.H2O+SO2(NH4)2SO3+H2O(工艺成熟,简单操作方便,重点掌握) 回收(NH4)2SO4： (NH4)2SO3+(1/2)O2 (NH4)2SO4 回收石膏： (NH4)2SO4+Ca(OH)2 CaSO4.2H2O+2N
12、H3 回收硫磺： (NH4)2SO3 2NH3+SO2 + H2O SO2 + H2S 3S + 2H2O,2020/9/19,31, 钙法 Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2O CaSO3 + SO2 + H2O Ca(HSO3)2 回收石膏：CaSO3 + (1/2)O2 + 2H2O CaSO4.2H2O Ca(HSO3)2 + NO + H2O CaSO4.2H2O +(1/2)N2 2Ca(HSO3)2 + NO2 + 2H2O 2CaSO4.2H2O +(1/2)N2 + 2SO2 (此法同时除去NOx) 碱法(钠法) NaOH 镁法 MgxMnOy 和MgO Gri
13、llo法 MgxMnOy 副产物H2SO4浓度可达98%. Chemical法(MgO),2020/9/19,32,四、排烟脱硝（氮） NOx为气态酸性氧化物 1原理 中间价态,有氧化还原性,氧化性为主 NO难溶于水,常需变成NO2 2方法 碱液吸收 NaOH、Na2CO3、NH3水 NO + NO2+2MOH2MNO3+H2O 吸收法 2MOH + 2NO2 MNO2 + MNO3 + H2O 熔融盐吸收 浓硫酸吸收 活性炭 吸附法 丝光沸石分子筛,2020/9/19,33,非选择性催化还原法 定义：在催化剂的作用下,还原剂不加选择地与废气 中的NOx与O2同时发生反应. 温度：400500
14、C 催化剂：Pt、Cu、Co、Ni、Cr、Mn等的氧化物 主要反应：CH4 + 4NO CO2 + 2H2O + 2N2 CH4 + 4NO2 4NO + CO2 + 2H2O 选择性催化还原法 定义：在催化剂作用下,还原剂只选择性地与废气中 的NOx发生反应. 还原剂气体：NH3、H2S、 Cl2 - NH3等. 主要反应： 2NO + Cl2 2NOCl 2NOCl + 2NH3 NH4Cl + H2O + N2 ,2020/9/19,34,氧化还原法 高锰酸钾氧化法： 亚硫酸铵吸收法：,2020/9/19,35,五、典型废气的治理技术实例（图4-15 活性炭吸附SO2工艺流程图）,1-喷管；2-复档脱水器；3-澄清池；4-风机；5-吸附塔；6-中间酸箱；7-酸洗泵；8-放空管；9-半成品酸箱；10-酸槽,
