大气污染控制工程-第一章-绪论

1大气污染控制工程第一章绪论2教学大纲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第七章硫氧化物的污染控制第八章固定源氮氧化物的污染控制第九章挥发性有机物污染控制3参考教材《大气污染控制工程》童志权主编，机械工业出版社，2006年4大气污染及其分类全球性大气污染问题大气污染防治法规与标准体系中国的大气污染综合防治学习要求明确大气污染控制工程的学习对象、内容和目的了解大气的组成，掌握大气污染物的概念，以及主要大气污染物的来源、性质和影响了解大气污染控制方面的法规和标准体系建立大气污染综合防治的概念内容简介5（1）大气的组成干洁空气（N2、O2、Ar、CO2、臭氧）水汽（0.02％～6％）杂质：悬浮颗粒和气态物质自然状况下的大气是由以下几部分组成的：大气：环绕地球的全部空气的总和环境空气：是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气1.1大气的组成及结构一、大气污染及其分类6干洁空气的组成成分体积比(%)成分体积分数10－6成分体积分数10－6N278.09Ne1.8H20.5O220.95He5.2Xe0.08Ar0.93CH41.2NO20.02CO20.03Kr0.5O30.01~0.047大气圈具有层状结构。根据气温在垂直于地球表面方向上的分布，一般将大气分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层等5层。（2）大气层的构成8对流层厚度约10km~16km，主要成分是N2，O2，H2O，CO2和Ar，其特征是：层内气温随高度增加而降低，大气易形成强烈的对流（垂直）运动；密度大。集中了大气总质量的75%和90%的水汽，主要天气现象和通常所说的大气污染都发生在这一层，对人类活动影响最大；1~2km以下的大气受地表机械、热力学作用强烈，称为边界层或摩擦层，特别是50~100m以下的贴地层，是人类活动的主要场所，进入大气中的污染物绝大部分在此层活动。1~2km以上大气受地表影响较小，称为自由大气层，主要天气过程，如雨、雪、雹的形成都在此层。9平流层对流层顶到50km左右高度的一层称为平流层，主要成分是O3、N2、O2。从对流层顶到22km左右的一层，气温几乎不随高度而变化，为-55℃左右，称为同温层；同温层之上，气温随高度增高而上升，至平流层顶达-3℃左右，称为逆温层。层内几乎没有大气的对流运动，以平流运动为主，大气稳定，因此一旦污染物进入平流层，停留时间很长。平流层集中了大气中大部分臭氧，在20~25km高度内形成臭氧层。10中间层平流层顶到80~85km高度为中间层。这一层气温随高度增高而降低，层顶可降到-83℃，大气具有强烈的对流运动。暖层中间层顶到800km高度为暖层。由于强烈的太阳紫外线和宇宙射线的作用，气温随高度增加而增高，层顶可达1700℃，极为稀薄的气体分子被高度电离，存在着大量的离子和电子，故又称为电离层。散逸层暖层以上的大气层统称为散逸层。它是大气的外层，气温很高，空气极为稀薄，气体离子的运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸到太空中。111.2大气污染、大气污染物和污染源大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。定义12（1）大气污染物分类大气污染物气溶胶态污染物悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的悬浮体系气态污染物粉尘（dust）烟（fume）飞灰（flyash）黑烟（smoke）雾（fog）一次污染物二次污染物13一次污染物：直接从污染源排出的污染物。主要有SO2、H2S、NO、NH3、CO、CO2、HF、HCl、C1—C12化合物。二次污染物：一次污染物与空气中原有成分或几种污染物之间发生化学反应而成的新污染物。如：硫酸烟雾、硝酸及硝酸盐气溶胶和光化学烟雾等。二次污染物较之一次污染物危害更大。如二氧化硫在干燥空气中，其含量达8×10－4时，人还可以忍受，但在形成硫酸气溶胶后，其含量仅为8×10－7时，人即不可忍受。（1）大气污染物分类14常用概念：①总悬浮颗粒(totalsuspendedparticles,TSP)：空气动力学当量直径小于100微米的固体粒子。②可吸入颗粒(inhalableparticles，PM10)：空气动力学当量直径小于10微米的固体粒子，不易沉降而能长期飘浮在空气中。③降尘：空气动力学当量直径大于10微米的固体粒子，靠重力作用能在较短时间内沉降到地面。15（2）大气污染源1）自然污染源、人为污染源2）主要污染源有三方面：燃料燃烧工业生产过程交通运输固定源流动源3）分类a.工业污染源、农业污染源和生活污染源；b.根据污染源的空间分布分为点源和面源；c.根据释放污染物的持续时间可分为瞬时源、间断源和连续源。16SourcesofairbornepollutioninAsiaaremany:powergeneration,industry,traffic,homecooking,andbiomassburning17（3）大气污染的分类1）根据大气污染影响范围①局部地区污染②地区性污染③广域性污染④全球（或国际性）性污染18①煤烟型（或还原型）污染主要污染源是燃煤。主要污染物是煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、SO2等一次污染物，以及由这些污染物发生化学反应而产生的硫酸、硫酸盐类二次污染物。它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。伦敦烟雾事件2)根据能源性质、大气污染物组成和反应分类19②石油型（或氧化型）污染污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染——光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。洛杉矶光化学烟雾事件20光化学烟雾形成过程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21光化学烟雾实例光化学烟雾形成前光化学烟雾形成后22③混合型污染。包括以煤炭为主要污染源而排出的烟气、粉尘、二氧化硫及其它氧化物所形成的气溶胶；以石油为污染源而排出的烯烃和二氧化氮为主的污染物。此类污染，其反应更为复杂。如臭氧和烯烃反应生成的过氧化氢自由基等氧化物，可大大增加二氧化硫的氧化速率。④特殊型污染。主要产生于工厂生产过程中排出和发生意外事故释放的废气，如氯气、氟化物、金属蒸气或酸雾等所引起的污染。23大气污染的研究内容SourcesofairpollutantsControlmethodsAtmosphericbehaviorofairpollutantsEffectsofairpollutantsLegislativeandregulatorymeasures24（4）大气污染的危害1）对人类健康的危害颗粒物（尘肺）硫氧化物一氧化碳氮氧化物1.2大气污染、大气污染物和污染源25CO（10-6）对人体健康的影响5－10对呼吸道患者有影响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1201h接触，中毒，血液中CO—Hb10%2502h接触，头疼，血液中CO—Hb=40%5002h接触，剧烈心痛，眼花，虚脱300030min即死亡CO对人体健康的影响26NO2对人体健康的影响NO2（10-6）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27马斯河谷事件：1930年12月1～5日，比利时马斯河谷工业区工业区处于狭窄盆地中发生气温逆转，工厂排出的有害气体在近地层积累。3天后，有人发病，症状为胸痛、咳嗽、呼吸困难等。一周内有60多人死亡。心脏病、肺病患者死亡率最高。多诺拉事件：1948年10月26～31日，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇。该镇处于河谷，10月最后一个星期大部地区受反气旋和逆温控制，加上26～30日持续有雾，使大气污染物在近地层积累。二氧化硫及其氧化作用的产物与大气中尘粒结合是致害因素。发病者5911人，占全镇总人口43%。症状是眼痛、肢体酸乏、呕吐、腹泻；死亡17人。洛杉矶光化学烟雾事件：20世纪40年代初期，美国洛杉矶全市50多万辆汽车每天消耗汽油约1600万升，向大气排放大量碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳。该市临海依山，处于50千米长的盆地中，汽车排出的废气在日光作用下，形成以臭氧气为主的光化学烟雾。伦敦烟雾事件：1952年12月5～8日，英国伦敦市。5～8日，英国几乎全境为浓雾覆盖，4天中死亡人数较常年同期约多4000人：45岁以上的死亡最多，约为平时3倍；1岁以下死亡的，约为平时2倍。事件发生的1周中，因支气管炎死亡的人数是平时的9.3倍。20世纪重大污染事件2820世纪重大污染事件四日市哮喘事件：1961年，日本四日市。1955年以来，该市石油冶炼和工业燃油产生的废气严重污染城市空气。重金属微粒与二氧化硫形成硫酸烟雾。1961年，哮喘病发作。1967年，一些患者不堪忍受痛苦而自杀。1972年，全市共确认哮喘病患者达817人，死亡10多人。米糠油事件：1968年3月，日本北九洲市、爱知县一带生产米糠油时所用的脱臭热载体多氯联苯，由于生产管理不善，混入米糠油中，人食用后中毒，患病者超过1400人。至7～8月份，患病者超过5000人，其中16人死亡，实际受害者约13000人。水俣病事件：1953～1956年，日本熊本县水俣市含甲基汞的工业废水污染水体，使水俣湾和不知火海的鱼中毒，人食毒鱼后受害。1972年，日本环境厅公布：水俣湾和新县阿贺野川下游汞中毒者有283人，其中60人死亡。痛痛病事件：1955～1972年，日本富山县神通川流域锌、铅冶炼工厂等排放的含镉废水污染了神通川水体。两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米含镉，居民食含镉稻米和饮用含镉水而中毒。1963～1979年3月，共有患者130人，其中死亡81人。29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30（4）大气污染的危害2）对植物的伤害新陈代谢、生长叶器官与污染物浓度、暴露时间有关1.2大气污染、大气污染物和污染源313）物质材料破坏排入大气中的二氧化硫、氮氧化物、各种有机物等不仅直接腐蚀建筑物、桥梁、机器和设备，而且衍生的二次污染物光化学氧化剂、酸雨等能对这些物质材料产生更大的破坏。1.2大气污染、大气污染物和污染源324）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，反应生成亚微米的气溶胶粒子33（5）我国大气污染的现状1）我国大气污染物的排放量1.2大气污染、大气污染物和污染源204923412280234620901857199519481927215918701807175818731452115910929919411021050010001500200025001994199519961997199819992000200120022003SO2粉尘34大气污染物环境浓度远超出国际标准（1995年数据）总悬浮颗粒物二氧化硫来源：世界银行数据352）我国大气污染的特点概括地说，我国的大气污染是以TSP和二氧化硫为主要污染物的