大气污染控制工程01绪论

主讲：任爱玲赵文霞一.课程在培养计划中的作用•《大气污染控制工程》是高等院校环境工程专业的主干学科，本科生专业必修课之一。本课程系统地讨论大气污染控制工程的基本知识，大气污染气象学基础知识，大气污染防治技术的基本理论、基本概念、基本原理、主要设备和典型工艺等。培养学生分析和解决大气污染控制工程问题的基本能力,结合课程实验和毕业设计等教学环节,为学生毕业后从事大气污染控制工程设计,技术管理等工作奠定必要的基础。课程内容的先进性、实用性和特色•本课程内容深度和广度适中，适时增加本学科最新成果和发展趋势，并结合实际问题有重点的引导学生理论联系实际，体现学科的前瞻性和实用性。力争使学习者形成惯性思维、产生创造性构思，其特点是面向二十一世纪社会对环保技术人才的需要，满足国家教委环境工程专业教学指导委员会《大气污染控制工程》课程的要求。课程内容、学时分配及教学基本要求•(一)基本要求–了解大气污染物及其主要污染源,大气环境标准及综合防治措施。–了解大气污染与燃烧的关系。–了解大气污染与气象的关系,初步学会大气污染物浓度分布和烟囱设计的估算方法。–基本掌握除尘技术的基本理论,学会正确选用除尘设备、设计除尘系统。–基本掌握气态污染物净化的基本原理,主要污染物的典型净化工艺流程和设备。–基本掌握设计、选择和运行大气污染净化系统。课程对实践环节及课外作业的要求•配合本教学内容,安排了课程设计和课程实验,内容如下:•1.主要实验名称、学时及类型•①文丘里—旋风水膜除尘器的除尘模拟实验4学时综合性•②干法脱硫实验,4学时验证性•③粉尘真密度的测定4学时性能测试•④粉尘粒径分布的测定4学时定性和定量•⑤气态污染物的吸收净化实验4学时综合性•可根据实验条件适当增减部分内容。•2.课程设计•内容:某企业烟气净化系统的设计•工作量:设备图、系统布置图各一套(要求用CAD制图);设计说明书一份。说明•1、本大纲为环境工程专业本科生编写，在内容选择上注重理论与实际的结合，拟讲授70学时，可根据授课对象酌情增减部分内容。•2、授课过程中的重点、难点和大气污染控制技术的最新动态分别采用多媒体课件和投影仪教学。•3、要求学生在本课程学习过程中随时阅读国内外有关的公开发表期刊,撰写并提交一篇学术论文。主要参考书及建议的资料•1.蒲恩奇.《大气污染治理工程》.北京,高等教育出版社,1999年.•2.林肇信.《大气污染控制工程》.北京,高等教育出版社,1990年.•3.郝吉明.《大气污染控制工程》.北京,高等教育出版社,1989年.•4.大气污染防治技术研究.科学出版社•5.AIRPOLLUTIONCONTROLL•6.任爱玲,蒲恩奇.《大气污染治理工程习题集》.河北科技大学出版。•7.任爱玲,郑自保.《环境工程实验指导书》河北科技大学出版。•8郭静，阮宜纶.《大气污染控制工程》.化学工业出版社。第一章概论•讲授内容：•大气圈的构成及大气组成–大气圈（各层特点）–大气组成（恒定组分、可变组分、不定组分）•大气污染的形成–大气污染的含义–大气污染源的分类–一次污染物和二次污染物–重要的大气污染物（CO、NOx、SOx、HC、dust、Mist等）•大气的危害•大气污染与气象的关系–大气污染气象学的研究状况–影响大气污染的气象因子（动力因子、热力因子）•大气污染的状况•大气污染防治途径•大气污染质量控制标准第一章概论•空气的重要意义：•人是完全靠空气生存的，成年人平均每天约需１Kg粮食和2Kg水，但对空气的需求就大得多，每天约13.6Kg（合10m3）。若三者都断绝供应，引起死亡的首先是空气，要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部，通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害。大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染，它不仅时间长且范围广（较多是地域性的，也有全球性的）。地球上发生的八大“公害事件”，其中五起是因大气污染造成的。当然，空气污染的原因不只是人类的活动，还有像森林、火灾和火山爆发一类的天然事件。不过后者通常在空气污染中起次要作用。本章仅讨论有关认为污染方面的问题，并简略介绍一些控制污染的技术措施。§1-1大气圈的构成及大气组成•大气圈•随地球引力而转的大气层叫大气圈。大气圈的最外层的界限是很难确切划分的，但大气也不能认为是无限的。在地球场内受引力而旋转的气层高度可达10¸000Km。有的学者就以10¸000Km作为大气圈的最外层。一般情况下认为，从地球表面到1¸000~1¸400Km的气层作为大气圈的厚度，超出1¸400Km以外气体非常稀薄，就是宇宙空间了。•大气圈中的空气分布是不均匀的，海平面上的空气最稠密。在近地层的大气层里，气体的密度随高度的上升而迅速的变稀。但是在400~1¸400Km大气层里空气是渐渐变稀薄的。大气圈的总质量约为6000万亿吨，约为地球质量的百万分之一。A.大气的构造：•根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化，划分大气圈层的结构如下：星际空间外层（散逸层）星际空间中间层非均质层平流层地球对流层约2000Km以上800~1000Km80~85Km50~65Km12Km(平均)赤道地区为18Km均质层原子氧层分子氮层热层（电离层）B．大气层的特点：•对流层：１）相对于整个大气圈厚度而言很薄，按最厚处计，占总厚度的６－9%,其质量占总质量的75%。在这一层中除了有纯净的干空气以外，还含有一定量的水蒸气，适度的湿度度对人和动植物的生存起到重要的作用。•２）一般情况下，温度自地表面向高空递减，0.65℃/上升100米。•在对流层中，由于太阳的辐射以及下垫面特性和大气环流的影响，使得在该层中出现极其复杂的自然现象，有时形成易于扩散的气象特征，有时形成对生态系统产生危害的逆温气象条件，雨、雪、霜、雾、雷电等自然现象也都出现在这一层。•３）大气有较强的对流运动，大气污染也主要发生在这一层，特别是在靠近地面1-2Km的近地层更易造成污染。近地层大气污染物的扩散能力主要取决于当时的气象条件。•４）温度、湿度等各气象要素水平分布不均匀。•平流层：１）在这一层里气体的温度先随高度上升有缓慢的增加[在30-35Km处，T=-55℃]，•然后上升（气温）较快。这是因为在该层中的臭氧强烈吸收太阳紫外线所致。•２）几乎不存在水蒸汽和尘埃，一般处于平流运动。•３）大气很干燥，没有云、雨等现象，是飞机理想的飞行区域。•中间层：气温随高度增加迅速降低，有强烈的垂直对流运动。•电离层：气温随高度增加迅速上升，空气处于高度电离状态，发电报是靠这层反射回来。•散逸层：气体温度很低，气体粒子能克服地球引力而逸向星际空间。星际空间内每m3空间有数十个离子存在。•研究重点：对流层，平流层2.大气组成•大气的定义:•大气（空气）从自然科学角度来看，空气和大气常常作为同义词，二者没有实质性的差别。按国际标准化组织（ISO）给大气和空气下的定义：大气是指地球环境周围所有空气的总和。环境空气是指暴露在人群、植物、动物和建筑物之外的室外空气。但在研究近地层的空气污染规律及对空气质量进行评价时，为便于说明问题，有时两个名词分别使用。一般对于居住在室内或特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的气体习惯上称为空气。在大气物理、大气气象、自然地理以及环境科学研究中，常常是以大区域或全球性的气流作为研究对象，因此，就常用大气一词。大气的组成•大气是一个多种气体的混合物，由混合气体、水气和悬浮微粒组成，可分为：•恒定组分：O2(20.95%)、N2(78.09%)、氩（0.93%）、惰性气体。上述组分的比例在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的。•表1-1，P1干洁空气的组成。•可变组分：CO2、水蒸汽、O3这些组分在大气中的含量是随季节、气象的变化以及人们的生产、生活活动的影响而发生变化。•不定组分:•第一环境问题引起的：由自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性灾难所引起的。污染物有尘埃、S、H2S、SOx、NOx等。•第二环境问题引起的。§1-2大气污染•1.大气污染的含义：•国家标准组织定义（ISO）定义：•指自然界中局部的职能变化和人类的生产和生活活动改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏.2.大气污染源的分类•有四种分类法–按污染源存在形式：固定污染源、移动污染源；–按污染源排放方式：高架源、面源、线源；–按污染源排放时间：连续源、间断源、瞬时源；–按污染源产生类型：工业污染源、家庭炉灶、汽车排气。•进行大气质量评价适宜用第一种分法，研究扩散适宜用第二种分法，分析污染物排放时间规律适宜用第三种分法，解决污染物，控制污染物适宜用第四种分法。3．一次污染物和二次污染物•一次污染物：指直接从各类污染源排出的物质。•可分为：非反应物质，其性质较稳定；反应性物质，性质不稳定，在大气中常与某些其它物质产生化学反应或作为催化剂促进其它污染物产生化学反应。•二次污染物：反应性的二次污染物与大气中的其它组分反应形成的物质。如二次污染物硫酸烟雾（又称硫酸气溶胶）形成过程。•往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。气溶胶催化或光化学反应OHSOHsosonmOHOHOHSOHSOHSOSO24232222424232往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。4．主要大气污染物•按其存在状态可概括为气溶胶状污染物和气态状污染物。•（1）气溶胶状污染物•（2）气态状污染物(1)气溶胶状污染物•分类：气溶胶中0.1—1μm微粒•烟0.1—1μm降尘（10μm）•尘10—100μm飘尘（10μm）•雾1—10μmTSP100μm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•423222SOHSOSOenFM，（2）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•粉尘（钢铁厂、冶炼厂、水泥厂、建筑材料厂等）；•硫化物（民用炉、热点站、金属冶炼、硫酸厂）；•氮化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂）；•氧化物（CO、CO2）；•卤化物（氟化物、氯化物、制碱厂）；•有机物质的污染。•1）CO占总污染量的30%•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•本身含氮变成游离氮原子和氧作用（燃料NO）•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%以上高浓度烟气•3.5%以下低浓度烟气•危害：①产生酸雨；②腐蚀生物的机体；③产生化学烟雾。•硫酸烟雾的代表事件：伦敦烟雾事件•6）其他有害物质（石棉、铍、汞）•7）光化学烟雾•光化学烟雾早在1946年最早在洛杉矶发现，故又叫“洛杉矶烟雾”。这种烟雾经常发生在夏季和早秋季节，每次事件给人造成很大的灾难。•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。§1~3大气污染的危害•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局部气候的影响•④对金属制品、油漆、涂料、建筑、古物等的危害（重庆长江大