矿业环境工程三

第三章矿业大气污染与防治第一节大气污染物大气污染物:系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人类产生有害影响的那些物质。目前认识到对环境已产生影响的主要大气污染物有:粉尘、硫氧化合物、氮氧化合物、一氧化碳、臭氧、碳氢化合物等第三章矿业大气污染与防治第一节大气污染物（一）一次污染物一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。（二）二次污染物二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物。这类物质颗粒小，一般在0.01-1.0μm，其毒性比一次污染物还强。最常见的二次污染物：硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧、光化学氧化剂Ox，以及许多不同寿命的活性中间物(又称自由基)，如HO2、HO、NO和氧原子等。第三章矿业大气污染与防治第一节大气污染物(三)主要大气污染物1．气溶胶状态污染物在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。其直径约为从0.002-100μm大小的液滴或固态粒子。(1)总悬浮颗粒(TSP)。用标准大容量颗粒采样器(流量在1.1-1.7m3/min)在滤膜上所集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。其粒径大小，绝大多数在100μm以下，其中多数在10μm以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。第三章矿业大气污染与防治第一节大气污染物(三)主要大气污染物1．气溶胶状态污染(2)飘尘能在大气中长期飘浮的悬浮物质称为飘尘。其粒径主要是小于10μm的微粒。PM2.5(3)降尘。降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于10μm的粒子，由于其自身的重力作用会很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。(4)可吸入粒子。国际标准化组织(1SO)建议IP定为粒径d≤10μm的粒子。此标准目前已为日本和我国科学工作者所接受。(三)主要大气污染物2．硫的氧化物●硫氧化物SOx主要是指二氧化硫SO2和三氧化硫SO3。●SO2的危害：本身毒性不大，动物连续接触30μL／L的SO2无明显的生理学影响。SO2在大气中，尤其在污染大气中易被氧化形成SO3，再与水分子结合生成硫酸分子，经过均相或非均相成核作用，形成硫酸气溶胶，并同时发生化学反应生成硫酸盐。硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，造成较大危害。SO2所以被作为重要的大气污染物，原因就在于它参与了硫酸烟雾和酸雨的形成。(三)主要大气污染物2．硫的氧化物●大气中SO2主要来源：在排放SO2的各种过程中约有96％来自燃料燃烧过程硫在燃料中可以无机硫化物或有机硫化物的形式存在，其燃烧过程中发生如下反应：无机硫绝大部分以硫化矿物形式存在，在燃烧时：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2有机硫有硫醇、硫醚等，在燃烧过程中首先形成H2S，再氧化为SO2：CH3CH2CH2CH2SHH2S+2H2+2C+C2H42H2S+3O22H2O十2SO2燃料中的硫酸盐类硫化物不参与燃烧反应，燃烧后多残存于灰中，此种硫化物为非可燃性硫化物。(三)主要大气污染物3．氮的氧化物●氮氧化物NOX种类很多，它是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等氮氧化物的总称。造成大气污染的NOx，主要是指NO和NO2。●大气中NOx的来源人为源主要是燃料的燃烧。燃烧装置所产生的NOx，是燃料燃烧用的空气中的氧和氮在高温下由下列反应所产生：N2+O2＝2NO1/2N2+O2＝NO+ON2+O＝NO+NNO+1/2O2＝NO2燃烧产生的NOx主要是NO，只有很少一部分被氧化为NO2。一般都假定燃烧产生的NOx中的NO占90％以上。城市大气中的NOx一般2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定源的排放。(三)主要大气污染物3．氮的氧化物●氮氧化物的危害：一般空气中NO对人体无害，但当它转变为NO2时，就具有腐蚀性和生理刺激作用，因而有害。NO2能降低远方的亮度和反差，损害植物，引起农作物减产。在一般城市空气中，N02的浓度高时，能引起急性呼吸道病变。NO2是形成光化学烟雾的主要因素之一。●氮氧化物的危害：(三)主要大气污染物4．碳的氧化物大气中碳的氧化物主要包括：一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。CO2是大气中的正常组分，CO则是大气中很普遍的排放量极大的污染物。CO产生于含碳物质的不完全燃烧。主要来源于燃料的燃烧和加工、汽车排气。(三)主要大气污染物5．碳氢化合物(CH)碳氢化合物包括烷烃、烯烃和芳烃等复杂多样的含碳和氢的化合物。碳氢化合物的自然源大部分是生物活动产生的。其中甲烷(CH4)占的比重较高，有些植物产生挥发性的萜烯和异戊二烯，它们都是复杂的环烃。碳氢化合物的排放主要来源是石油燃料的不充分燃烧过程和蒸发过程，其中汽车排放量也占有相当的比重，石油炼制、化工生产等也产生多种类型的碳氢化合物。城市空气中碳氢化合物虽然对健康无害，但能导致生成有害的光化学烟雾。第二节矿山粉尘一、矿山粉尘的性质1）矿尘的物质组成如SiO2含量2）矿尘的粒度组成表2-173）矿尘的比表面积4）矿尘的润湿性5）矿尘的光、热特性6）矿尘的荷电性与比电阻7）矿尘的化学性质8）矿尘的凝并性9）矿尘的爆炸性与组分、浓度、粒度、环境有关凡是能燃烧的粉尘都具有爆炸危险性，如煤尘、泥炭尘、钙粉、铝粉、木粉等第二节矿山粉尘二、矿山粉尘危害程度的评价1）粉尘浓度2）SiO2含量3）粉尘的粒度组成（分散度）表2-174）人接尘时间肺通气量5）接尘累计时间6）接尘人数第二节矿山粉尘三、矿物加工过程中的粉尘1）破碎筛分中的粉尘2）物料转运中的粉尘3）其它粉尘矿物加工中的粉尘特点：表2-18、2-19、2-20四、矿物加工过程中的粉尘控制1）减少粉尘源2）加强扬尘设备密封3）减少二次扬尘4）除尘第三节除尘一、除尘效果的评价（一）除尘率除尘率是指除尘器所捕集的粉尘重量与进入除尘器的粉尘重量之比，用η表示。当除尘器不漏风时，单台除尘器的除尘率η：1)低效除尘器——除尘效率为50％-80％，如重力沉降式、惯性除尘器等；2)中效除尘器——除尘效率为80％-95％，如低能湿式除尘器、颗粒层除尘器等；3)高效除尘器——除尘效率为95％以上，如电除尘器、袋式除尘器、文丘里除尘器等。除尘器的除尘效率除了与其结构有关，还取决于粉尘的性质、气体的性质、运行条件等因素。第三节除尘一、除尘效果的评价（二.）通过率τ使用布袋除尘器、电除尘器等除尘效率高的除尘器时，用粉尘通过率τ表示除尘效果：τ＝100－η（％）（三.）除尘器的阻力除尘器阻力是评定除尘器性能的重要指标，它也是衡量除尘设备的能耗和运行费用的一个指标。除尘器的阻力可分：1)低阻力除尘器——△p500Pa，一般指重力除尘器、电除尘器等；2)中阻力除尘器——△p=500—2000Pa，如旋风除尘器、袋式除尘器、低能耗型湿式除尘器等；3)高阻力除尘器——△p=2000—20000Pa，主要有高能耗文丘里除尘器。第三节除尘一、除尘效果的评价（四）除尘器的经济性除尘器的经济性包括:除尘器的设备费和运行维护费两部分，是评定除尘器的重要指标之一。设备费主要指是除尘器的材料消耗费(如耗钢量、滤袋、耐磨材料)、加工制作费、安装费用以及除尘器的各种辅助设备(如反吹风机、电控装置、水处理设备、压缩空气等)的费用。运行维护费主要有气流通过除尘器所作的功、清灰时所消耗的能量、以及易损件的更换、维修材料等。第三节除尘二、机械除尘（一）重力沉降器利用气流中颗粒物质自重力使之自然沉降而进行分离。分离粒度下限40－60微米。颗粒物进入沉降室后，由于减速失去惯性而在自身重力作用下沉降进入灰斗，净化气体即从沉降室另一端排出。它分水平气流和垂直气流沉降室。第三节除尘二、机械除尘（一）重力沉降器为了提高除尘效率，可以降低沉降室的高度，使尘粒较快地沉降到沉降室的底部，因此，出现了多层沉降室，层数越多，效果越好。一般每层之间的高度小至25mm。但是导致清灰困难，气体分布上不匀，高温气体易使隔板翘曲变形等缺点。第三节除尘二、机械除尘（二）惯性除尘器当气流方向发生急剧转变时，尘粒由于本身的惯性力作用与气流分离。分离粒度下限10－20微米含尘气体在冲击或方向改变之间速度越高(20～30m/s)、方向转变的曲率半径越小、气流换向次数越多，除尘效率越高。惯性除尘器分为碰撞式和换向式两类。可用于高温含尘气体的除尘，可直接安装在风道上。常应用来净化密度和粒度较大的金属或矿物质粉尘，对于粘结性较强和纤维性粉尘不宜采用。第三节除尘二、机械除尘（二）惯性除尘器第三节除尘二、机械除尘（三）旋风除尘器在尘粒随烟气流作旋转运动时，利用离心力的作用，使粉尘分离出来。分离粒度下限：5－10微米结构简单、投资和运行费用低、维修易，应用普遍。可单独使用，也可作为多级除尘的前处理。第三节除尘二、机械除尘（三）旋风除尘器在尘粒随烟气流作旋转运动时，利用离心力的作用，使粉尘分离出来。分离粒度下限：5－10微米结构简单、投资和运行费用低、维修易，应用普遍。可单独使用，也可作为多级除尘的前处理。第三节除尘二、机械除尘（三.）旋风除尘器旋风除尘器的临界粒度d50尘粒所受的离心力F1尘粒所受的径向阻力P（假设流动为层流，斯托克斯公式）若F1P,尘粒向外壁运动，沉降；F1P,尘粒向内运动，随气流排出；F1=P，尘粒与气流分离与否的几率为50％，该尘粒的粒径为临界粒度d50。d50是反映除尘器性能的一个重要指标，d50越小，除尘器效率越高。第三节除尘二、机械除尘（三）旋风除尘器旋风除尘器内气流切线速度分布第三节除尘二、机械除尘（三）旋风除尘器影响旋风除尘器性能的因素（1）粉尘粒度；（2）排气管越小，分离捕集的尘粒越小；（3）旋风器半径越小，离心分离力越大。（4）在一定的烟气速度极限内，烟气速度越大，压力损失越大，除尘效率越高；（5）温度、粘度等第三节除尘三、湿式除尘湿式除尘器又称洗涤式除尘器，它是一种应用非常广的设备，其除尘原理：(1)由于洗涤装置中形成大量的液滴、液膜、气泡与烟气接触，尘粒撞击在液滴而粘附在其上，增大了粒子体积，从而促进了粒子污染物从烟气流中分离出来。(2)微粒的扩散作用，易与液滴接触．(3)烟气的增湿作用，尘粒相互凝集．(4)液气以尘粒为核心而凝结，增加了尘粒的凝集。(5)尘粒接触液膜和气泡而粘附其上。第三节除尘三、湿式除尘湿式除尘优点：☆在消耗同等能量情况下，除尘效率比干式除尘器效率高；☆可以处理高温，高湿含量的气体及粘性大的粉尘；☆可同时净化含有有害气体和粉尘的气体，为了更有效地净化有害气体，可以根据有害气体的性质选用其他液体(如表面活性剂溶液)代替水。☆设备结构简单，设备费用低，占地面积小。湿式除尘缺点：产生有毒废水，需进一步处理泥浆废水；当净化有腐蚀性的气体时，化学腐蚀性转移到水中，因此污水系统要用防腐材料保护；不适用于憎水性和水硬性粉尘；在寒冷地区要防止冬季结冰。湿式除尘器按结构形式分类：贮水式、加压水喷淋式、强制旋转喷淋式。第三节除尘三、湿式除尘（1）贮水式除尘器贮水式除尘器内有一定量的水，由于高速含尘气体进入后，冲击贮水槽的水，形成水滴、水膜和气泡，对含尘气体进行洗涤，如图2-24所示。第三节除尘三、湿式除尘（1）贮水式除尘器该类除尘器有：冲击式除尘器，水浴除尘器，卧式旋风水膜除尘器。共同特点：一般都使用循环水，耗水量少，只消耗于蒸发和排除泥浆时的损失。都不使用具有细小喷孔的喷嘴喷水，除尘器的各部分没有很小的间缝，不容易发生堵塞，可以处理含尘浓度高，大流量的含尘气体。第三节除尘三、湿式除尘（2）加压水喷淋式加压水喷淋式是向除尘器内供给加压水，利用喷淋或喷雾产生水滴，对含尘气体进行洗涤。属于这类除尘器有：文丘里除尘器，旋风水膜除尘器，泡沫除尘器，填料塔，湍球塔等。第三节除尘三、湿式除尘例：文丘里除尘器含尘气体以60-120m/s的高速通过喉管，这股高速气流冲击从喷水装置(喷嘴)喷出的液体