3 大气污染与控制讲稿解析Word下载.docx

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飞灰：

燃料燃烧所产生的烟气中分散得非常细微的无极灰分。

黑烟：

燃料不完全燃烧的炭粒

雾：

气体中液滴悬浮体的总称，水雾、酸雾、油雾等

据颗粒物的大小：

飘尘：

粒径小于10μm的颗粒物（PM10）。

可长期飘浮在空气中，又称为可吸入颗粒物

降尘：

粒径大于l0μm的颗粒物，能较快地沉降到地面上

总悬浮微粒（TSP）：

粒径小于100μm的所有固体颗粒物

（二）气体状态污染物（P93）

气态污染物主要包括：

●硫氧化合物（SOx）：

二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）；

酸雨和酸沉降

●氮氧化物（NOx）：

NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5，来于化石燃料的燃烧，尾气也是主要的来源，形成酸雨和光化学烟雾

●碳氧化物：

一氧化碳（CO），煤和石油的不完全燃烧汽车在不同行驶状态下的CO排放量。

●碳氢化合物，燃料的不完全燃烧车辆是主要的排放源

主要气体状态的大气污染物

其中硫氧化合物（SOx）和氮氧化物（NOx）能形成很多二次污染物

世界大气污染年排放量

排放量大

颗粒物是主要的

1995年SO2世界各个城市的排放情况

4、大气污染源

（1）按污染物的来源划分：

●天然污染源

●人为污染源

（2）按污染物排放的方式划分：

●点源

●线源

●面源

（3）按污染物排放时间划分：

●连续源

●间断源

●瞬时源

（4）按污染源存在的形式划分：

●固定污染源

●移动污染源

（5）按污染物产生的类型（行业）划分：

●工业污染源

●农业污染源

●交通污染源

●生活污染源

常用，重点讲

工业污染源（表）

工业污染源（图）5页

排入大气中的烟尘随风扩最后一张散

农业污染源

农业污染源（图）

交通运输污染源

交通运输污染源（图）

生活污染源

5.大气污染的危害

（1）对人体健康的危害

大气污染物进入人体有三种途径：

呼吸道吸入，这是最主要的一条渠道；

体表接触侵入；

在食入食物时，通过消化道进入人体

大气污染对人体的影响，首先是感觉上不舒服，随后生理上出现可逆性反应，再进一步就出现急性危害症状。

大气污染对人的危害大致可分为急性中毒、慢性中毒、致癌三种。

●急性中毒　大气中的污染物浓度较低时，通常不会造成人体急性中毒，但在某些特殊条件下，如工厂在生产过程中出现特殊事故，大量有害气体泄露外排，外界气象条件突变等，便会引起起人群的急性中毒。

如印度帕博尔农药厂甲基异氰酸酯泄露，直接危害人体，发生了2500人丧生，十多万人受害的惨剧。

●慢性中毒　大气污染对人体健康慢性毒害作用，主要表现为污染物质在低浓度、长时间连续作用于人体后，出现的患病率升高等现象。

近年来，我国城市居民肺癌发病率很高，其中最高的是上海市，城市居民呼吸系统疾病明显高于郊区。

●致癌、致畸作用　这是长期影响的结果，是由于污染物长时间作用于肌体，损害体内遗传物质，引起突变。

如果生殖细胞发生突变，使后代机体出现各种异常，称致畸作用；

如果引起生物体细胞遗传物质和遗传信息发生突然改变，又称致突变作用；

如果诱发成肿瘤，称致癌作用。

（2）对工农业生产的危害

大气污染对工农业生产的危害十分严重，这些危害可影响经济发展，造成大量人力、物力和财力的损失。

大气污染物对工业的危害主要有两种：

一是大气中的酸性污染物和二氧化硫、二氧化氮等，对工业材料、设备和建筑设施的腐蚀；

二是飘尘增多给精密仪器、设备的生产、安装调试和使用带来的不利影响。

实例：

重庆酸雨对公共汽车的腐蚀

P

大气污染对农业生产也造成很大危害。

酸雨可以直接影响植物的正常生长，又可以通过渗入土壤及进入水体，引起土壤和水体酸化、有毒成分溶出，从而对动植物和水生生物产生毒害。

严重的酸雨会使森林衰亡和鱼类绝迹。

（3）对动植物的危害

大气污染物会使土壤酸化，水体水质变酸，水生生物灭绝，植物产量下降，品质变坏。

即当大气污染物浓度超过植物的忍耐限度，会使植物的细胞和组织器官受到伤害，生理功能和生长发育受阻，产量下降，产品品质变坏，群落组成发生变化，甚至造成植物个体死亡，种群消失。

大气污染严重时，动物往往由于食用积累了大气污染物的植物和水，会发生中毒或死亡。

（4）对建筑和材料的危害

大气污染是造成城市地区经济损失的一个重要原因，如腐蚀金属、侵蚀建筑材料、使橡胶产品脆裂老化、损坏艺术品、使有色金属褪色等。

颗粒物沉积在高压输电线绝缘器件上，可造成短路事故。

大气污染物还能在电子器件接触器上生成绝缘膜层，使器件的使用功能受到损坏。

（5）对气候的危害

大气污染会改变大气的正常性质和气候的类型。

二氧化碳气体吸收地面辐射，颗粒物能够散射阳光，这两种情况会使地面温度升高或降低，分别造成“温室效应”和“阳伞效应”。

由气溶胶的辐射特性引起的冷却作用因为类似于遮阳伞，故称为“阳伞效应”。

悬浮在大气中的气溶胶颗粒一方面将部分太阳入射辐射反射回宇宙空间，削弱了到达地面的太阳辐射能，增加行星反照率，使地面接收的太阳能减少；

另一方面某些吸湿性的粒子有作为凝结核，促使周围水汽在它上面凝结，导致低云、雾的增多，改变云的光学特征和寿命，使云的反照率增加，同样具有减少入射辐射，使地面和底层大气的温度降低的作用。

“阳伞效应”在北半球表现的最为明显，其原因在于本地区较高的工业化程度和由此产生的空气污染。

正当大多数人为“温室效应”而忧虑的时候，一些人关注到一个与“温室效应”相反的事实，人类的生产生活、战争、森林草原火灾、火山爆发等人文与自然的活动，向大气排入大量的烟尘，这些弥漫于大气中的烟尘能散射太阳辐射，削弱到达地面的太阳辐射，这种作用犹如地球的一把“遮阳伞”，被称为阳伞效应。

阳伞效应的产生使地面接受太阳辐射能减少，且阴、雾天气增多，影响城市交通等。

据联合国政府间气候变化委员会的评估报告，包括人类活动在内造成的地球大气中的烟尘粒子的阳伞效应，其降温值相当于全球温室效应升温值的20％。

换句话说，如果没有烟尘粒子的阳伞效应，人类活动造成的全球变暖幅度将更大。

世界上最严重的阳伞效应是大规模核战争造成的“核冬天”。

因为核爆炸会把更大量的沙土尘埃送进大气层，使地球大气变得乌烟瘴气。

由于地面上得到的太阳热量剧减，使地球气温甚至降到零下，因而被称为“核冬天”（核冬天理论本身尚不成熟，处于研究阶段）。

温室效应使全球变暖，而阳伞效应却使全球变冷，只不过变冷程度远不如变暖罢了。

全球平均气温的变化（图） 

大气中二氧化碳含量的变化

2.1.2大气环境标准和法规

大气环境标准

（1）大气环境质量标准（P98）

（2）污染物排放标准

（3）大气污染控制技术标准

（4）大气污染警报标准

中国环境空气质量部分标准GB3095－1996

空气污染指数报告

计入空气污染指数（API）的项目：

大气污染指数分级浓度限值（张P89）

大气污染指数范围及相应的大气质量级别（P90）

2.2大气污染物的扩散

影响一个地区大气污染的因素：

污染源参数：

污染源排放污染物的数量、组成、排放方式、排放源的密接程度、位置等

气象因素

下垫面状况

影响大气污染物扩散的气象因素

●风的影响（风向、风速、地方风场）

●大气湍流的影响（热力湍流、机械湍流）

风的影响

风是一个矢量，用风向和风速表示。

1）风向

污染物总是由上风方被输送到下风方，在污染源下风向，污染要重一些，因此考察一个地区的大气污染时，一定要了解当地的风向。

2）风速：

地面风速指离地平面10米高处的风速。

大气湍流的影响

大气除了整体水平运动外，还存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动或称为旋涡运动，这种极不规则的大气运动就是大气湍流。

大气湍流与大气的热力因子和近地面的形状有关。

前者形成的湍流称为热力湍流，后者所形成的湍流称为机械湍流，大气湍流是这两种湍流综合作用的结果。

湍流尺寸对污染物扩散的影响：

小尺度湍流：

烟云不断受到小尺度湍流漩涡的搅动，同空气逐渐混合，不断扩散。

中尺度湍流：

----使扩散加剧

大尺度湍流：

对烟云主要是携带作用。

一般情况下，几种尺度的湍流同时存在，烟囱排放的烟云扩散很快。

风和湍流是决定污染物在大气中扩散状态的最直接和最本质的因子，是决定污染物扩散的决定因素。

凡有利于增大风速、增强湍流的气象条件，都有利于污染物的稀释扩散。

大气污染物的扩散与下垫面的关系

下垫面：

平原、丘陵、山脉、水面、沙漠、城市和农村

（1）地理因素

污染物从污染源排出后，因地理环境不同，受地形地物的影响，危害程度也不同。

举例：

高大建筑物或山体的影响

海陆风：

海陆风的环状气流，不能把污染物完全输送、扩散出去，当海陆风转换时，原来被陆风带走的污染物会被海风带回原地，形成重复污染。

山谷风：

昼夜交替的成封闭循环流动的山谷风环流，很不利于山区的大气扩散。

地理因素（图）

（2）城市的热岛效应

城市热容量大，白天吸热强，晚上放热慢，使城市温度比周围郊区温度高。

城市的温度高于周围的农村，城市地区热空气上升，并在高空向四周辐散，而四周郊区较冷的空气流来补充，形成城市特有的热力环流－热岛环流。

城市排向大气的污染物会很快随乡村风流向农村，同时，城市郊区工厂所排放的污染物，也可由低层吹向市区。

2.3大气污染控制工程

2.3.1大气污染的主要控制技术

根据污染控制的方法原理将大气污染控制技术分为：

1.洁净燃烧技术

2.烟气的排放

3.颗粒污染物净化技术

4.气态污染物净化技术

5.煤脱硫技术

1.洁净燃烧技术（P93，张）

（1）先进的燃煤技术

提高煤炭的利用率、降低有毒有害物质的排放量

（2）燃煤脱硫、脱氮技术：

降低氮、硫氧化物的排放

（3）煤炭加工成洁净能源技术：

太阳能是最大的洁净能源，

“瓦斯作为‘煤炭行业头号杀手’是我们的大敌，更应该是我们的大友，是十分珍贵的新型洁净能源”

淮河之滨的淮南矿业集团潘三矿建成了全国为数不多的瓦斯发电站

煤炭转化为液体和气体的燃料、转化为电能

（4）提高煤炭及粉煤灰的利用率

通过高烟囱将含有污染物的烟气直接排入大气，使污染物向更大的范围和更远的区域扩散、稀释。

3.颗粒污染物净化技术-------重点

又称除尘技术：

是将污染物从废气中分离出来并加以回收利用的操作过程

常见除尘设备：

（1）机械式除尘器

（2）湿式除尘器

（3）静电除尘器

（4）过滤式除尘器

4.气态污染物净化技术-------重点

常用方法：

（1）吸收法

（2）吸附法

（3）催化转化法

（4）燃烧法

（5）冷凝法

控制SO2的技术：

（1）燃烧前脱硫技术

（2）燃烧中脱硫技术

（3）燃烧后脱硫技术

2.3.2颗粒污染物控制

除尘设备

除尘器：

用于捕集、分离悬浮于空气或气体中粉尘离子的设备

作用

（1）净化含尘气体，避免污染

（2）从含尘气体中回收有价值的粉状物质

按照除尘器分离捕集粉尘的机理，分为四类：

（3）过滤式除尘器

（4）静电除尘器

除尘装置的性能指标

（1）含尘气体处理量

是衡量除尘器处理气体能力的指标，一般用气体的体积流量（m3/s）来表示

（2）除尘效率

总效率:

在同一时间内除尘器捕集的粉尘质量占进入除尘器的粉尘质量的百分数

通过率：

在同一时间内，穿过过滤器或除尘器的粒子质量与进入的粒子质量的比

（3）除尘装置的压力损失

含尘气体经过除尘装置后产生的压力降

装置的压力损失越大，动力消耗也越大，除尘装置的设备费用和运行费用就高

机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：

重力沉降室

惯性除尘器

旋风除尘器

重力沉降室

重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置

沉降室示意图

气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降

水平气流沉降室和竖直气流沉降室两种

重力沉降室的优点

􀂾

结构简单

投资少

压力损失小（一般为50～100Pa）

维修管理容易

缺点

体积大

效率低

仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子

惯性除尘器

机理（P110）

沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离

结构形式􀂾

碰撞（冲击）式－气流冲击挡板捕集较粗粒子

回转（反转）式－改变气流方向捕集较细粒子

碰撞式惯性除尘装置（图）

a单级型

b多级型

回转式惯性除尘装置（图）

a弯管型b百叶窗型c多层隔板型

应用

一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘

净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20μm以上的粗颗粒

压力损失100～1000Pa

旋风除尘器

利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置

旋风除尘器内气流与尘粒的运动

（1）普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成􀂾

（2）含尘气体由上部进入气管，沿切线方向进入，受器壁约束自上而下做螺旋运动

（3）随气流一起旋转的尘粒获得离心力被抛向器壁与气流分离，沿器壁落到锥底进入灰斗

（4）因锥体的收缩，切向速度提高，气体到达锥体下部某一位置时会以同样的旋转方向向上做螺旋运动，最后从上部排气管排出

影响旋风除尘器效率的因素

－－－二次效应－被捕集粒子的重新进入气流

在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕集，实际效率高于理论效率

在较大粒径区间，粒子被反弹回气流或沉积的尘粒被重新吹起，实际效率低于理论效率

通过环状雾化器将水喷淋在旋风除尘器内壁上，能有效地控制二次效应

影响旋风除尘器效率的因素（续）

比例尺寸

在相同的切向速度下，筒体直径愈小，离心力愈大，除尘效率愈高；

筒体直径过小，粒子容易逃逸，效率下降。

锥体适当加长，对提高除尘效率有利

排出管直径愈少分割直径愈小，即除尘效率愈高；

直径太小，压力降增加，一般取排出管直径de=（0.4～0.65）D。

比例尺寸对性能的影响（表）

除尘器下部的严密性

在不漏风的情况下进行正常排灰

烟尘的物理性质

粉尘的密度和粒径增大时，除尘效率明显提高。

使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞、扩散等作用捕集尘粒或使粒径增大的装置

􀂄

可以有效地除去直径为0.1～20μm的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物

高能和低能湿式除尘器

低能湿式除尘器的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90％～95%

高能湿式除尘器的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5％以上

湿式除尘器的除尘机理

含尘气体与液滴相遇，在液滴前xd处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动。

尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs，若xs大于xd；

尘粒和液滴就会发生碰撞

水与含尘气流的接触约有三种形式

（1）水滴

（2）水膜

（3）气泡

类型

喷淋塔：

含尘气体由下方进入，与顶部喷水器洒下的水滴逆向相遇而被捕集

填料洗涤除尘器

泡沫除尘器

文丘里管洗涤器

除尘过程

含尘气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气流的压力能逐渐转变为动能􀂾

在喉管入口处，气速达到最大，一般为50～180m/s􀂾

洗涤液（一般为水）通过沿喉管周边均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气流雾化和加速，尘粒与水滴或尘粒之间发生激烈的碰撞和凝聚

进入扩散管后，气流速度降低，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快

充分的雾化是实现高效除尘的基本条件

图

优点：

对细尘有很好的除尘效率

对高温气体有良好的降温效果

结构简单、体积小、布置灵活、投资费用低

压力损失大

用水量大

易产生腐蚀性液体

寒冷地区溶液结冰

（3）过滤式除尘器

使含尘气流通过一定的过滤材料来达到分离气体中固体粉尘的一种高效除尘设备

分类

颗粒层除尘器

砂、砾、焦炭等颗粒物

袋式除尘器

纤维织物

除尘器工作原理

惯性碰撞、截留

扩散、电沉积

筛滤

袋式除尘器

采用纤维织物作滤料的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广􀂄

除尘效率一般可达99%以上􀂄

效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用

袋式除尘器的工作原理

含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上

沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中

粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层

新鲜滤料的除尘效率较低，粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率􀂄

随着粉尘在滤袋上积聚，滤袈两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降

除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰􀂄

清灰不应破坏粉尘初层

（4）静电除尘器

对于dp<

5μm的粒子，一般除尘器效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子

使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上

与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上

具有耗能小、气流阻力小的特点

电晕放电

金属丝放出的电子迅速向正极移动，与气体分子撞击使之离子化

气体分子离子化的过程又产生大量电子－雪崩过程

远离金属丝，电场强度降低，气体离子化过程结束，电子被气体分子捕获

气体离子化区域－电晕区

自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源

电晕放电（图）

电除尘器的工作原理

三个基本过程

粒子荷电：

悬浮粒子荷电－高压直流电晕

粒子沉降：

带电粒子在电场内迁移和捕集－延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）

粒子清除：

捕集物从集尘表面上清除－振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗

电除尘器的主要优点

压力损失小，一般为200～500Pa

处理烟气量大，可达105～106m3/h

能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3

对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％

可在高温或强腐蚀性气体下操作

2.3.3气态污染物控制

1.一般的净化方法

2.SO2的净化技术

3.NOx的净化技术

4.有机废气及恶臭的生物净化新技术

冷凝法：

气体冷却使有害物质冷凝成液体，分离

燃烧法：

氧化燃烧或高温分解有害气体

吸收法：

用溶液、溶剂或水吸收有害气体----填料塔板式塔（超链接）

吸附法：

用多孔性的固体吸附剂吸附有害物质----物理吸附；

化学吸附（超链接）

催化转化法：

有害气体在催化剂的作用下转化为无害化合物

SO2的净化技术超链接

主要采用回收法，把SO2变成有用物质加以回收

（1）氨液吸收法

（2）石灰-石膏法

（3）双碱法

（4）催化氧化法

NOx的净化技术

主要是NO

（1）选择性催化还原法

（2）非选择性催化还原法

（3）吸收法

（4）吸附法

有机废气（VOCs，volatileorganiccompounds）指各种碳氢化合物。

主要来源

VOCs控制技术

生物法（BiologicalOxidation）

原理

微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为CO2和H2O

生物洗涤塔（悬浮生长系统）

生物过滤塔（附着生长系统）

生物过滤塔

生物滴滤塔

生物法工艺比较

2.3.4汽车排气净化

城市机动车污染现状

随着经济的快速发展，我国汽车保有量连年高速增长

汽车单车排放因子高

机动车污染物排放总量大，城市机动车污染分担率高

严重影响城市大气环境质量

中国机动车保有量增长情况

近10年来，全国机动车保有量迅速增加，平均增长速度约14%

重点大城市保有量增长更快，北京市92年以来平均增长速度超过20%

机动车收入弹性系数研究表明：

收入增长1%，机动车保有量增长1.02％～1.94％

我国经济发展水平决定城市机动车保有量将会在一定时期内保持迅速增