大气污染控制工程复习资料

概论1、大气污染：国际标准组织定义（ISO）定义：大气污染通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象。2、大气污染源的分类：大气污染按范围来分：（1）局部地区污染；（2）地区性污染；（3）广域污染；（4）全球性污染3、大气污染物：按其存在状态可概括为气溶胶状污染物和气态状污染物。气溶胶状污染物：指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体价质中的悬浮体系。分类：烟——0.1—1μm尘——10—100μm：飘尘（10μm）；降尘（10μm）雾——1—10μm（TSP100μm的颗粒）危害：①引起呼吸道疾病；②致癌作用；③造成烟雾事件（硫酸等，SO2之所以在大气中造成危害是由于大气中微尘带有一些Mn2+、Fe2+等催化剂使气态状污染物：常见的有：CO、NOx、HC化合物、SOx、微粒、光化学烟雾等（1）CO：主要来源：汽车排气占50%危害：与血红蛋白结合危害人体，排量多会使空气中O2量降低。（2）NOx、NO、NO2：来源：①石化燃料的燃烧高温下，大气中的氮和氧结合（热解NO）NOx生成量与燃烧温度有关；②各种工业过程（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂等）危害：①光化学烟雾的主要成分；②对动植物体有强的腐蚀性。（3）碳氢化合物（HC）：来源：燃料燃烧不完全排放HC化合物，汽车尾气中有10%HC化合物。美国70年统计，在总HC尾气中，汽车排气占48%。危害：光化学烟雾的主要成分（4）硫氧化物：来源：①燃料燃烧；②有色金属冶炼；③民用燃烧炉灶。SO2浓度：3.5%以上属高浓度烟气；3.5%以下属低浓度烟气危害：①产生酸雨；②腐蚀生物的机体；③产生化学烟雾。（5）其他有害物质（石棉、铍、汞）（6）光化学烟雾：大气中的一次污染物如汽车、工厂等排放的燃烧生成物和未燃烧物质经过太阳光的照射，各种污染物之间发生反应形成二次污染物——烟雾，被称为光化学烟雾。4、大气污染的影响大气污染物侵入人体途径：①表面接触；②食入含有大气污染物的食物；③吸入被污染的空气。危害：①人体健康危害；②对植物的危害：叶萎缩、枯烂、吸入到果实中；③对金属制品、油漆、涂料、建筑、古物等的危害（重庆长江大桥的桥梁）；④对能见度影响；⑤局部气候的影响；⑥对臭氧层的破坏5、主要污染物的影响（1）二氧化硫SO2A、形成工业烟雾B、进入大气层后，氧化为硫酸（H2SO4）在云中形成酸雨C、形成悬浮颗粒物（2）悬浮颗粒物TSP（如：粉尘、烟雾、PM10）A、随呼吸进入肺，可沉积于肺，引起呼吸系统的疾病。B、沉积在绿色植物叶面，干扰植物吸收阳光和二氧化碳和放出氧气和水分的过程，从而影响植物的健康和生长。C、厚重的颗粒物浓度会影响动物的呼吸系统。D、杀伤微生物，引起食物链改变，进而影响整个生态系统。E、遮挡阳光而可能改变气候，这也会影响生态系统。能见度估算公式：K——散射率，即受颗粒作用的波阵面积与颗粒面积之比值；ρ——视线方向上的颗粒深度，mg/m3。（3）氮氧化物NOxA、刺激人的眼、鼻、喉和肺，增加病毒感染的发病率。B、形成城市的烟雾，影响能见度。C、破坏树叶的组织，抑制植物生长。D、在空中形成硝酸小滴，产生酸雨。（4）一氧化碳COA、极易与血液中运载氧的血红蛋白结合，结合速度比氧气快200多倍，因此，在极低浓度时就能使人或动物遭到缺氧性伤害。轻者眩晕头疼，重者脑细胞受到永久性损伤，甚至窒息死亡。B、对心脏病、贫血和呼吸道疾病的患者伤害性大。C、引起胎儿生长受损和智力低下。（5）挥发性有机化合物VOCsA、容易在太阳光作用下产生光化学烟雾。B、在一定的浓度下对植物和动物有直接毒性。C、对人体有致癌、引发白血病的危险。（6）光化学氧化物A、低空臭氧是一种最强的氧化剂，能够与几乎所有的生物物质产生反应，浓度很低时就能损坏橡胶、油漆、织物等材料。B、浓度很低时就能减缓植物生长，高浓度时杀死叶片组织，致使整个叶片枯死，最终引起植物死亡，比如高速公路沿线的树木死亡就被分析与臭氧有关。C、伤害眼睛和呼吸系统，加重哮喘类过敏症。（7）有毒微量有机污染物A、有致癌作用。B、有环境激素（也叫环境荷尔蒙）的作用6、大气污染物综合防治措施（1）加强城市与工业区的环境规划；（2）严格环境管理；（3）合理利用能源；（4）控制大气污染物的排放；（5）提倡清洁生产；（6）绿化造林；（7）安装废气净化装置7、空气环境质量分类一级标准：为了保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。二级标准：为了保护人群健康和城市、乡村的动植物在长期和短时间接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。三级标准：为了保护人群不发生急性、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外）正常生产的空气质量要求。8、空气污染指数的计算方法暴露于两种气体混合物中所产生的COHb和O2Hb的平衡浓度计算式22OCOppMHbOCOHbM——常数，在人的血液中CO结合速度比氧气快倍污染物的分指数，可由其实测浓度kC值按照分段线性方程计算。对于第k种污染物的第j个转折点（jkjkIC,,,）的分指数值jkI,和相应浓度值jkC,，可由表1-7确定。当第k种污染物浓度为1,,JkkjkCCC时，则其分指数为jkjkjkjkjkjkkkIIICCCCI,,1,,1,,)(式中：kI第k种污染的污染分指数kC第k种污染的污染物平均浓度监测值jkI,第k种污染j转折点的平均污染分指数1,jkI第k种污染j+1转折点的平均的污染分指数jkC,第j转折点上k种污染浓度限值（对应jkI,）1,jkCj+1转折点上k种污染浓度限值（对应1,，jjkI）污染指数的计算结果只保留整数，小数点后的数值全部进位各种污染物的污染分指数都计算出后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，则该种污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。API50时，则不报告首要污染物。9、大气污染控制途径（1）前端治理：将污染工艺更换为少污染或无污染工艺。减少污染物的产生。（2）末端治理：污染源治理，采用污染防治技术减少污染物向环境中排放。第二章燃烧与大气污染1、影响燃烧过程的主要因素：（1）燃烧过程及燃烧产物；（2）燃料完全燃烧的条件；（3）发热量及热损失；（4）燃烧产生的污染物2、燃料完全燃烧的条件：燃料完全燃烧的条件是适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。（1）空气条件：按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。（2）温度条件：只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。着火温度：在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。各种燃料的着火温度见表2-4。（3）时间条件：燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。（4）燃烧与空气的混合条件：燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。在大气污染物排放量最低条件下,实现有效燃烧的四个因素：空气与燃料之比、温度、时间、湍流度(三T)。3、发热量：单位量燃料完全燃烧产生的热量。即反应物开始状态和反应物终了状态相同情况下（常温298K,101325Pa）的热量变化值，称为燃料的发热量，单位是KJ/Kg（固体、液体）。KJ/m3(气体)。发热量有高位、低位之分。高位：包括燃料燃烧生成物中水蒸汽的汽化潜热，Qh低位：指燃料燃烧生成物中水蒸汽仍以气态存在时，完全燃烧释放的热量。Ql4、燃烧产生的污染物硫氧化物SOx：随温度变化不大，主要是煤中S。粉尘：随燃烧温度而变化(增高、降低均有变化)。CO及HC化合物：随燃烧温度而变化(增高、降低均有变化)。NOx：随燃烧温度而变化(增高、降低均有变化)。5、理论空气量（Vg0）：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。经验公式（由热值）：建立燃烧化学方程式时，假定：（1）空气仅由N2和O2组成，其体积比为79.1/20.9=3.78；（2）燃料中的固态氧可用于燃烧；（3）燃料中的硫被氧化成SO2；（4）计算理论空气量时忽略NOX的生成量；（5）燃料的化学时为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。完全燃烧的化学反应方程式：理论空气量：6、空气过剩系数α：实际空气量Va与理论空气量Va0之比为空气过剩系数a通常α17、空燃比（AF）定义：单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。QNwzyxzSOOHyxCONwzyxOwzyxOSHCwzyx2222222278.322478.324kgmwzyxwzyxwzyxwzyxVa/1632008.112/241.1071632008.112/2478.44.22300aaVVa8、理论空气量的经验计算公式（详见书）9、理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积。以Vfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：除水蒸气以外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vfg0=V干烟气+V水蒸气V理论水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中水+V理论空气量带入的10、实际烟气体积Vfg0Vfg=Vfg0+(a-1)Va011、烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气体方程。设观测状态下（Ts、Ps下）：烟气的体积为Vs，密度为ρs。标态下（TN、PN下）：烟气的体积为VN，密度为ρN。标态下体积为：标态下密度为：12、过剩空气较正因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。用奥氏烟气分析仪测定烟气中的CO2、O2和CO的含量，可以确定燃烧设备在运行中烟气成分和空气过剩系数。空气过剩系数为a=m-----过剩空气中O2的过剩系数设燃烧是完全燃烧，过剩空气中的氧只以O2形式存在，燃烧产物用下标P表示，假设空气只有O2、N2,分别为20.9%、79.1%，则空气中总氧量为理论需氧量：0.264N2P-O2P所以（燃烧完全时）若燃烧不完全会产生CO，须校正。即从测得的过剩氧中减去CO氧化为CO2所需的O2此时各组分的量均为奥氏分析仪所测得的百分数。13、标况下烟气量计算式：14、燃料中硫的氧化机理：燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是SO2和SO3，但SO3的浓度相当低，即使在贫燃料状态下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之几。在富燃料状态下，除SO2外，还有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，还有少量一氧化二硫S2O。这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。故一般主要生成SO2,计算时可忽略SO3。第三章污染气象学基础知识1、影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为～。与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温、气压、空气湿度（气湿）、风（风向、风速）、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。（1）气温：表示大气温度高低的物理量。通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。（2）气压：任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。气压总是随高度的增加而降低的。气压随高度递减关系式可用气体静力学方程式描述，即ΔP=-ρgΔZ，其积分式—压高公式：1212lnlnZZRTgPPmSNNSSNTTPPVVNSSNSNTTPPm1理论空气量实际空气量PPPNOCONmOmC2222267.311PPPONOa222264.01PPPPPCOONCOOa5.0264.05.01222)1(0gaffgVVV（3）空气湿度（气湿）：反映空气中水汽含量和空气潮湿