《大气污染物控制工程》

大气污染控制工程1-1大气污染的定义和分类一、大气组成50km80km电离层800km地球20km大气层平流层O3对流层一、大气组成气体混合比（%）混合比（ppmv）氮气（N2）78.08780800氧气（O2）20.95209500氩气（Ar）0.939300二氧化碳（CO2）0.0375375氖气（Ne）0.001515氦气（He）0.00055氪气（Kr）0.00011氙气（Xe）0.0000050.05(Jacobson,2002)ppmv:partpermillionbyvolume，百万分之一大气污染物浓度通常较低，常用ppmv表示(Jacobson,2002)气体对流层清洁大气混合比（ppbv）对流层污染大气混合比（ppbv）水气（H2O）3000~4×107（4%）甲烷（CH4）18001800~2500一氧化碳（CO）40~2002000~10000臭氧（O3）10~10010~350二氧化硫（SO2）0.02~11~30一氧化氮（NO）0.005~0.10.05~300二氧化氮（NO2）0.01~0.30.2~2001ppmv=1,000ppbv一、大气组成二、大气污染的定义大气污染是一种大气状态，在这种状态下，一些物质的浓度超出了正常的范围，从而对人、动物、植物、材料或气候产生可以测量的影响。如果大气中的某些物质达到一定浓度，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。三、大气污染控制工程中的研究内容局地和区域性大气污染•霾：颗粒物污染•臭氧和光化学烟雾污染•酸雨全球性大气环境问题•气候变化•臭氧层破坏室内空气污染•包括甲醛、苯及氡气等污染，以及吸烟造成的污染等，但这部分内容不作为本课程讨论的重点室内空气污染吸烟的危害四、大气污染及控制系统排放源大气受体污染物传输物理、化学转化污染源排放控制大气受体受体人类动物植物建筑响应自动控制法律政策检测仪器五、大气污染控制工程的研究内容大气污染的影响大气污染法规和标准体系大气污染源及控制技术污染物在大气中的行为污染源控制技术第一章绪论第二章燃烧与大气污染第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第五章颗粒污染物控制技术基础第六章除尘装置第七章气态污染物控制技术基础第八章硫氧化物的污染控制第九章固定源氮氧化物污染控制第十章挥发性有机物污染控制第十一章城市机动车污染控制第十二章大气污染与全球气候综合性介绍1-2大气污染物和排放源一、大气污染物二氧化硫（SO2）二氧化氮（NO2）一氧化碳（CO）臭氧（O3）可吸入颗粒物（PM10）细颗粒物（PM2.5）总悬浮颗粒物（TSP）铅（Pb）苯并[a]芘（BaP）一氧化氮（NO）《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中规定的污染物：常规监测污染物（表1）其他污染物（表2）一、大气污染物一次污染物由排放源直接排放的污染物二次污染物由一次污染物在大气中转化形成的污染物二氧化硫（SO2）一氧化碳（CO）苯并[a]芘（BaP）氮氧化物（NO+NO2，合称NOx）一次颗粒物碳氢化合物（HC）或挥发性有机物（VOC）氨（NH3）臭氧（O3）二次颗粒物铅（Pb）汞（Hg）等重金属NO2（微量）NO2+UV→NO2NO2→NO+OO+O2→O3O3+NO→NO2+O2O3O3+HC→↓醛类及其它氧化物醛类复杂的有机化合物刺激眼睛NO汽车排气HCNO2太阳紫外光紫外光HC+O2+NO2+UV↓O3+甲醛+PAN+氧化产物O3PAN甲醛、丙稀醛等伤害植物伤害植物刺激眼睛刺激眼睛氧化产物聚合与核长大气溶胶光雾**二、常见大气污染过程中的污染物2015年6月18日PM2.5≈10μg/m3能见度80km2015年7月5日PM2.5≈80μg/m3能见度10km细颗粒物PM2.5：空气动力学当量直径小于2.5μm的颗粒物一次颗粒物：•元素碳（EC）•矿物成分（如硅酸盐）•一次有机气溶胶（POA）二次颗粒物：•二次无机颗粒物（SNA）（包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐）（前体物NOx、SO2、NH3）•二次有机气溶胶（SOA）（前体物VOCs）细颗粒物:PM2.5的化学组成：1999年~2008年，清华园站30%40%50%60%70%90%80%100%20%10%0%春秋春秋春秋春秋春秋春秋春秋春秋春秋春秋比例微量元素矿物组分ECOC铵盐硝酸盐硫酸盐1999200020012002200320042005200620072008二、常见大气污染过程中的污染物细颗粒物:二、常见大气污染过程中的污染物PM2.5的化学组成：2013年1月，清华园站100090080070060050040030020010003浓度(μg/m)2013/1/12013/1/32013/1/52013/1/92013/1/112013/1/132013/1/152013/1/7时间PM2.5含水量PM2.5(NH)SO424NH4NO3有机物黑碳有机物NH4NO3(NH4)2SO4二、常见大气污染过程中的污染物光化学烟雾:1943年洛杉矶光化学烟雾事件氮氧化物碳氢化合物臭氧（O3）过氧乙酰硝酸酯（PAN）气溶胶（颗粒物）醛类等有机物太阳光二、常见大气污染过程中的污染物SO2NOx硫酸硝酸NH3HC大气化学反应PMOH雨滴酸雨干沉降酸沉降:湿沉降(酸雨)：pH5.6的降雨干沉降：酸性气体或颗粒物的沉降臭氧层破坏:臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子：氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子：氧气分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线：32OOO2O2O23OOO上述反应过程吸收了99％的来自于太阳的紫外线。氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。这两个反应都造成了臭氧的减少。322ClOClOOClOOClO三、排放源排放源自然源人为源排放源类型主要污染物火山爆发SO2等含硫化合物、火山灰等海洋海盐飞沫雷电NOx白蚁等动物CH4植物VOC自然源三、排放源人为源排放源类型主要污染物交通运输NOx、PM、HC、CO等火力发电NOx、SO2、PM等工业过程VOC、PM等工业及民用燃料燃烧NOx、SO2、PM、VOC、CO等垃圾焚烧NOx、PM、有毒有机物如二噁英等生物质燃烧PM、VOC等农业生产NH3、CH4等中国城市的大气污染概况1999年全国重点城市主要大气污染物分布TSPSO2NOx2002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达标26.3%三级41.6%劣于三级32.1%全国城市空气质量分级比例一级3.2%二级30.9%三级34.7%劣于三级31.2%经济水平和污染状况的综合比较TSPconcentrationsinselectedcitiesinvariousyearsfrom1990to1995andnationalGNPpercapita050100150200250300350400450500100100010000100000GNPpercapitainUSDollarsin1995AnnualTSPconcentration(ug/m3)DelhiShanghaiBeijingCalcuttaKualaLumpurBangkokManilaBombayJakartaSingaporeTokyoHongKongTaipeiSeoulWHOGuidelineAnnualTSPconcentration(μg/m3)1-3大气污染的影响一、对人体健康的影响CO对人体健康的影响CO（ppmv）对人体健康的影响5－10对呼吸道疾病患者有影响30人滞留8h，视力及神经机能出现障碍40人滞留8h，出现气喘120接触，中毒，血液中CO—Hb10%250接触，头疼，血液中CO—Hb=40%500接触，剧烈心痛，眼花，虚脱300030min即死亡一、对人体健康的影响NO2对人体健康的影响NO2（ppmv）对人体健康的影响1闻到臭味5闻到强臭味10—1510min眼、鼻受到刺激501min内人呼吸困难803min感到胸痛、恶心100—150在30—60min内死亡250很快死亡污染物的浓度所能承受的时间一、对人体健康的影响突发性严重大气污染事故01234025050075010000123456789101112131415烟尘和二氧化硫浓度（mg/m3）死亡人数烟雾持续时间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死亡人数SO2烟尘一、对人体健康的影响引自MajidEzzati2010年全球20个首要致死风险因子固体燃料导致的室内空气污染肥胖高血糖缺乏体育锻炼饮酒高胆固醇儿童低体重职业性危险铅暴露次优哺乳不良卫生条件低骨密度家庭暴力吸毒环境大气臭氧污染维生素A缺乏百万死亡环境大气颗粒物污染320万过早死亡和7600万健康生命年的损失百万死亡饮食风险高血压吸烟二、对植物的伤害与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系1100.1110100100010000NO2浓度,ppm暴露时间,hSource：Springer-VerlagandProf.D.C.MacLean叶片损伤新陈代谢及生长受到影响0.1三、对材料的影响Source：AirandWasteManagementAssociation二氧化硫平均浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（1963－1964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）2018161412108642000.050.150.2每100g材料的损失量,g0.1平均SO2浓度,ppm12个月6个月3个月四、对大气能见度的影响能见度与大气中颗粒物浓度的关系能见度与PM2.5呈对数负相关关系PM2.5浓度,μg/m3能见度,km能见度与大气中颗粒物浓度的关系应用最广的估算能见度的方程是Koschmeider方程：LV为能见度范围，即一般人刚刚可以将暗色物体（例如山或高楼）从天空的背景上分辨出来的距离。此方程是估算方程，基于大气颗粒物为一般组成的情况。3V1200kmμg/mLParticleconcentration能见度与自然景观USEPA在1999年宣布，将在未来几十年内致力于提高国家公园和旷野地区的空气质量例：美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州）照片晴天雾天五、对气候变化的影响增暖效应致冷效应012-1-2辐射强迫（W/m2）：1850~20001.4±0.20.7±0.2CO2CH40.8±0.4黑碳-1.3±0.5气溶胶反射云量变化+0.5-1-100.10.30.20.40.70.60.5全球平均黑碳增暖效果对比图极地地区气温升高量,℃黑碳(大气)黑碳(冰雪)五、对气候变化的影响1-4大气污染防治法规及标准体系一、我国大气污染防治法规和标准体系概览《中华人民共和国宪法》第二十六条国家保护和改善生活环境和生态环境，防治污染和其他公害。《中华人民共和国环境保护法》第四条保护环境是国家的基本国策第三十二条国家加强对大气、水、土壤等的保护，建立和完善相应的调查、监测、评估和修复制度。《中华人民共和国宪法》《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》环境空气质量标准污染物排放标准二、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次会议对该法进行了修订；2000年4月29日再次修订；第三次修订（注：2015年8月29日第十二届全国人民代表大会常务委员会通过）二、中华人民共和国大气污染防治法大气污染防治法自颁布以来，经过不断修正，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：在强化酸雨和二氧化硫污染控制的同时，针对要害，着力控制燃煤、机动车、扬尘等造成的大气污染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停止生产