环境工程基础2012-4

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1、第三章 大气污染控制技术,3.1 大气污染的一般概念 3.2 大气污染气象学基础 3.3 空气除尘技术 3.4 可溶性气体污染物去除技术,3.1 大气污染的一般概念,3.1.1 大气污染及其分类 3.1.2 大气污染的对环境的影响 3.1.3 我国大气污染概况 3.1.4 大气污染控制及环境标准,3.2 大气污染气象学基础,3.2.1 大气圈结构与气象要素 3.2.2 大气的热力过程 3.2.3 大气的运动和风,3.1.1 大气污染及其分类,1. 大气污染的定义 大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。 大气污染指大气中某种不良成分达到一

2、定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。 如果大气中的物质达到一定浓度，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。,2. 排放源分类,人为因素 交通 发电 工业生产 工业与民用燃烧 其他,自然因素 地理因素：火山 天气因素: 日照 微生物作用: 腐烂 植被因素 其他,亚洲的典型空气污染源：发电、工业、交通、民用燃料、植物燃烧等,3. 形成类型分类： 一次大气污染物:,直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污

3、染物 一次大气污染物来源,3.形成类型分类：二次大气污染,二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。 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(O3)和过氧乙酰硝酸酯(PAN)。,光化学烟雾形成过程,光化学烟雾对比照片,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 形成气溶胶，长期悬浮在空气中 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低能见度显著降低,4. 污染物性状分类：细颗粒物污染,碳氢气体污染物 一氧化碳污染物 二氧化硫 氮

4、氧化物 臭氧层破坏气体 温室气体,4. 污染物性状分类：气态污染物,4. 污染物性状分类：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。,自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。,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,中国酸雨的分布变化主要位于长江以南,3.1.2 大气污染对环境的影响,1. 对人体健康的影响 CO对人体健康的影响,NO2对人体健康的影响,臭氧对人体健康的影响,注：部分人群接触臭氧后肺功

5、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,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,3. 对器物和材料的影响,平均二氧化硫浓度和不同暴露时间对低碳钢的腐蚀作用关系,4. 对大气能见度的影响,对大气能见度或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

6、气溶胶粒子,3.1.3 我国大气污染概况 1.污染现状,1999年全国重点城市主要大气污染物分布,2002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,不同规模城市空气污染程度（2002年）,经济水平和污染状况的综合比较,TSP concentrations in selected cities in various years from 1990 to 1995 and national GNP per capita,Annual TSP concentration(g/m3),2. 控制大气污染的技术措施,清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品 可持续发展的

7、能源战略 改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例 提高能源利用效率和节约能源 推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术 积极开发利用新能源和可再生能源 建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量,3. 控制污染的经济政策,必要的环境保护投资 环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为0.5%1，发达国家为1%2 我国目前比例为0.7%0.8，希望能达到1.5 实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段： 建立市场（排污许可证制度等） 税收手段（污染税、资源税等） 收费制度（排污费等） 财政手段（生态环境基金等） 责任制度（赔偿损失和罚款等）,

8、4. 能源利用状况改善,注：中国正在不断提高能源使用的效率，但还未达到美国的水平（1980-1995年数据）,4. 主要污染物排放强度降低,注：近年来GDP持续增长，主要污染物排放却有所下降 来源：中国统计年鉴，中国环境状况公报,3.1.4 大气污染控制及环境标准 1.空气污染及控制系统,2.大气污染控制的研究内容,空气污染源 污染物在大气中的物理、化学行为 污染物对受体的影响 污染控制技术 控制大气污染的法律法规,3. 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

9、进行了修订 2000年对该法再次修订,1995年8月29日修改后的大气污染防治法，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： 强化了酸雨和二氧化硫污染控制 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 开始生产和使用无铅汽油 法规实施后，一些地区依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善,但未能有效地遏制大气环境质量的恶化：,大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度； 缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制； 大中城市机动车排气污染正在迅速增加； 大多数城市扬尘污染突出； 大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措

10、施； 现行法律的法律责任部分内容偏少，力度不够。,2000年第二次修订的指导思想,面对现实，对我国以煤为主的能源结构短期难以改变的现状以及经济条件给予了充分考虑； 针对要害，主要是针对燃煤、机动车、扬尘等造成的大气污染； 抓住重点，主要是抓住重点城市、重点区域； 在禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证方面取得了重大突破； 强化法律责任，加强执法监督。,5. 大气环境质量标准体系,环境质量标准 GB30951996 环境空气质量标准 综合排放标准 GB162971996 大气污染物综合排放标准,行业排放标准,GWPB 31999 锅炉大气污染物排放标准 GB49151996 水泥

11、厂大气污染物排放标准 GB90781996 工业炉窑大气污染物排放标准 GB161711996 炼焦炉大气污染物排放标准 GB132231996 火电厂大气污染物排放标准 GB1455493 恶臭污染物排放标准 GWPB 11999 轻型汽车污染物排放标准 GB14761.293 车用汽油机排气污染物排放标准 GB14761.593 汽油车怠速污染物排放标准 GB14761.693 柴油车自由加速烟度排放标准 GB14761.793 汽车柴油机全负荷烟度排放标准 GB1462193 摩托车排气污染物排放标准 GWPB 52000 饮食业油烟排放标准,GB546891 锅炉烟尘测试方法 GB11

12、64289 轻型汽车排气污染物测试方法 GB/T1476293 车用汽油机排气污染物试验方法 GB/T1476393 汽油车燃油蒸发污染物的测量 收集法 GB1134089 汽车曲轴箱排放物测量方法 GB/T384593 汽油车排气污染物的测量 怠速法 GB/T384693 柴油车自由加速烟度的测量 GB384783 汽油柴油机全负荷烟度测量法 GB/T546693 摩托车排气污染物的测量 怠速法 GB/T1462293 摩托车排气污染物的测量 工况法,标准检测方法,环境空气质量标准 Ambient air quality standard,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

13、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。,各项污染物的浓度限值,3.2 大气污染气象学基础 3.2.1 大气圈结构与气象要素,大气圈的结构。大气层可以分为对流层（最贴近地面、密度最大的一层）、平流层（较高的、气体组成相同但密度较小的气层）以及电离层（由已电离的气体组成）,大气圈垂直结构,大气圈垂直结构,对流层（10km左右） 集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层 温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C 强烈对流作用 温度和湿度的水平分布不均,近地层地面上5010

14、0m，热量和动量的常通量层,大气圈垂直结构,平流层（对流层顶5055km） 同温层对流层顶3540km，气温-550C左右 同温层以上，气温随高度增加而增加 集中了大部分臭氧 没有对流运动，污染物停留时间很长 中间层（平流层顶85km） 气温随高度升高而迅速降低 对流运动强烈,大气圈垂直结构,暖层（中间层顶800km） 气温随高度升高而增高 气体分子高度电离电离层 散逸层（暖层以上） 气温很高，空气稀薄 空气粒子可以摆脱地球引力而散逸 大气压力总是随高度的升高而降低 均质大气层8085km以下，成分基本不变,主要气象要素,1气温 天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。 2气压 单位：mb（毫巴

15、） 大气的压强 1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg,主要气象要素,3气湿 绝对湿度1m3湿空气中含有的水汽质量 相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比 含湿量湿空气中1kg干空气包含的水汽质量 水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数 露点同气压下空气达到饱和状态时的温度,主要气象要素,4风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流） 风的来向叫风向（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（2或10min平均） (km/h) F风力级（012级）,主要气象要素,5云 大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）

16、云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分） 云高:云底距地面底高度 低云（2500m以下） 中云（25005000m） 高云（5000m以上） 云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）,主要气象要素,6能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（09级，相应距离为5050000米）,3.2.2 大气的热力过程,太阳、大气和地面的热交换 太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量 太阳辐射加热地球表面 地面长波辐射加热大气 近地层大气温度随地表温度变化,气温的垂直分布（温度层结）,气温的垂直分布温度层结,大气稳定度及其判据,定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流 定性描述：,不稳定条件下有利于扩散,逆温,逆温不利于扩散 辐射：,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