大气污染控制讲义iversonzwl

大气污染控制工程1第一章概论大气污染的关注：1.局地或者区域污染到全球性气候变化；2.污染物由一次污染物到二次污染物及微量有毒有害物质；3.大气污染控制技术也有末端控制到清洁生产为中心的全过程控制。第一节大气和大气污染一、大气的组成大气与空气定义：大气是指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。区别和联系：大气所指的范围比空气大。大气和空气皆指环境空气。大气的组成大气是由多种气体混合组成的，按其成分可以概括为干燥清洁的空气、水汽和悬浮微粒三部分。干燥清洁的空气见表1-1，干洁空气的组成比例在0-90km范围内基本保持不变。大气中的水汽含量变化较大，其变化范围可达0.01-4%，许多天气现象与水汽含量有关。大气中的悬浮微粒主要是大气尘埃和悬浮杂质。表1-1干洁空气的组成成分分子量体积比（%）成分分子量体积比（10-6）氮(N2)28.0178.09氖(Ne)20.1818氧(O2)32.0020.95氦(He)4.0035.3氩(Ar)39.940.93氪(Kr)83.801二氧化碳(CO2)44.010.03氢(H2)2.0160.5氙(Xe)131.300.08臭氧(O3)48.000.01-0.04甲烷(CH4)16.041.5二、大气污染大气污染定义：大气污染通常系指由人类活动和自然过程引起某些物质进入大气后，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此对人体的舒适、健康和福利或环境造成危害。分类：按大气污染的范围来说，大致可分为四类：（1）局部地区污染，如受某个工厂烟囱排气的直接影响；（2）地区性污染，如工矿区域及其附近地区或整个城市大气受到污染；（3）广域污染，在大城市、大工业地带可以看到的广域污染；（4）全球性污染，如大气中硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和飘尘大气污染控制工程2的不断增加，造成跨国界的酸性降雨和温室气体效应。全球性大气污染受到世界各国的关注，需要国际间的合作加以解决。表1-2清洁空气与被污染空气中污染物的含量污染物清洁空气中的含量(10-6)污染空气中的含量(10-6)二氧化硫0.001~0.010.02~2氮氧化物0.001~0.010.01~0.5碳氢化物11~20一氧化碳＜15~200二氧化碳310~330350~370颗粒物10~20μg/m370~700μg/m3影响大气污染的主要因素：污染物的排放情况、大气的自净过程，以及污染物在大气中的转化情况。三、全球性大气污染问题温室效应定义：温室气体可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，同时可以吸收地面长波辐射，由此引起全球气温升高的现象。温室气体：甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳（CFCs）、水蒸气等。二氧化碳是最重要的温室气体。近100年，全球平均气温上升了0.3-0.6℃，海平面上升了14-25cm.见下表：臭氧层破坏臭氧：O3含量一亿分之一，集中在平流层，具有强烈吸收紫外线的功能。“国际臭氧层日”：9月16日是。消耗臭氧层物质：通常简称为ODS（Ozonedepletionsubstance）破环原因：氟氯碳（CFCs）、氮氧化物排放。南极臭氧层：最新探测数据显示，今年南极上空臭氧层空洞正以近２０年来最快的速度扩展，目前空洞面积已超过２７００万平方公里，直逼２０００年同期的历史最高记录３０００万平方公里，预计空洞面积还将进一步扩大。造成这一现象的原因主要是氯氟烃、甲基溴、哈龙等人工合成化学物质通过光化学作用对臭氧的消耗，而且人类几十年前排放的臭氧层消耗物质目前仍存在于大气中。另外，除了化学物质的排放，气候也是影响臭氧层损耗情况的重要因素。去年，南极地区气温偏高，使得臭氧层损耗减弱，而今年该地区较为寒冷，也加剧了臭氧层空洞的扩大。南极臭氧层恢复至少需要50年。结果：皮肤癌、角膜炎赠加，生态系统破坏。酸雨定义：pH小于5.6的大气降水原因：硫氧化物、氮氧化物的排放，在大气中形成硫酸和硝酸，以酸沉降的形式返回地面。分布：欧洲、北美、东亚。中国的西南、华南、东南严重。大气污染控制工程3一般认为酸雨中各种酸的贡献率为H２SO４65%，HNO３30%，HCl5%。国外如日本等酸雨严重,早在1975年东京一次酸雨的ｐＨ竟达3.1。我国过去对SO2未加控制,SO2排放量逐年增加,1983-1991年每年以3.84%的速度增长,1991-1994年SO2排放量从1495万吨增至1825万吨,2000年SO2排放量将达2600万吨,超过美国.目前居世界第一。因此,近年来我国许多地区酸雨不断发生,特别是西南,因燃烧大量高含硫煤而造成。酸雨影响生态,使水质下降,土壤贫化,森林、作物枯萎,鱼类死亡,腐蚀金属和建筑物等。第二节大气污染物及其来源一、大气污染物大气污染物定义：大气污染物是指由于人类活动或自然过程排放到大气，并对人或环境产生有害影响的物质。大气污染物分类：1.按存在状态分类：气溶胶状态污染物（颗粒污染物也称为气溶胶状态污染物，是指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体）和气体状态污染物（以二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物及卤素化合物）1.1根据气溶胶的来源和物理性质，可将其分为如下几种：（1）粉尘（dust）系指悬浮于气体介质中的细小固体粒子。通常是由固体物质的破碎、分级、研磨等机械过程或土壤、岩石风化等自然过程形成。粉尘粒径一般在１~200μm。（2）烟（fume）通常系指由冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。它是由熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生产过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应。烟是很细的微粒，粒径范围一般为0.01~1μm.。（3）飞灰（flyash）系指由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子。灰分（ash）系含碳物质燃烧后残留的固体渣，尽管其中可能含有未完全燃尽的燃料，作为分析目的而总是假定它是完全燃烧的。（4）黑烟（smoke）通常系指由燃烧产生的能见气溶胶。黑烟的粒度范围为0.05~1μm。（5）雾：气体中液滴悬浮体的总称，能见度1千米的小水滴悬浮体。烟尘（粉尘）：飞灰和黑烟此外，在大气污染控制中，还根据大气中粉尘颗粒的大小进行分类，可分为总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物。总悬浮颗粒物（ＴＳＰ）：指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径《100μm的颗粒物。可吸人颗粒物（PM10）：指悬浮在空气中，空气动力学当量直径《10μm的颗粒物。1.2气体状态污染物种类极多，常见的有五大类：以二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的氧化物、有机化合物及卤素化合物等，如表1-3所示。大气污染控制工程4表1-3气体状态大气污染物的种类污染物一次污染物二次污染物含硫化合物SO2、H2SSO2、H2SO4、MSO4碳的氧化物CO、CO2无含氮化合物NO、NH3NO2、HNO3、MNO3碳氢化合物CmHn醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3卤素化合物HF、HCI无气态污染物可分为一次污染物和二次污染物。若大气污染物是从污染源直接排出的原始物质，则称为一次污染物。若是由一次污染物与大气中原有成分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物，称为二次污染物。在大气污染中，受到普遍重视的二次污染物主要有硫酸烟雾（Sulfuroussmog）和光化学烟雾（Photochemicalsmog）。硫酸烟雾是由大气中的二氧化硫等硫化物，在有水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。光化学烟雾是由大气中的氮氧化物、碳氢化合物与氧化剂之间在阳光照射下发生一系列光化学反应所生成的蓝色烟雾（有时带紫色或黄褐色），其主要成分有臭氧、过氧乙酰基硝酸脂（PAN）、酮类及醛类等。二、大气污染物的来源和发生量大气污染源1.可分为自然污染源、人为污染源（点源、面源）2.功能划分：生活污染源、工业污染源和交通运输污染源3.污染物统计分类：燃料燃烧、工业生产、交通运输。前两类污染源通称为固定源，交通运输工具（机动车、火车、飞机等）则称为流动源。自70年代的能源危机以来，为了节约能源，多国普遍开始建造密闭型房屋，以增加保暖效果。室内空调的普遍采用和室内装潢的流行，都影响着室内空气质量（IAQ,IndoorAirQuality）。使IAQ问题日趋严重。国外学者调查表明室内空气污染物种类已高达900多种，主要包括甲醛等挥发性有机物、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氡及其子体等等。现将室内空气主要污染物及其来源综合列在表1-4中。表1-4室内空气主要污染物及其来源污染物污染源甲醛建筑材料：各种含脲醛树脂的建筑材料，绝缘材料等装饰材料：木制家具，墙壁涂料，油漆，粘合剂，化纤地毯等生活用品：液化石油气的燃烧，化妆品，清洗剂，消毒剂，香烟烟雾，书刊杂志（油墨印刷）等氡及其子体建材（水泥、砖、地板等），地壳本体，地下坑道中的冷气挥发性有机物涂料、化妆品、油漆、清洁剂、杀虫剂、鞋油、指甲油、摩丝等臭氧室外光化反应进入、复印机高压产生一氧化碳燃料燃烧、吸烟、燃气热水器使用不当大气污染控制工程5二氧化碳燃料燃烧、吸烟、人类呼吸代谢、植物呼吸作用氮氧化物燃料燃烧、吸烟、使用电炉过敏反应物植物花粉、孢子、动物皮毛、家畜（猫、狗等），螨类菌类微生物人体、空调器、湿度器、家畜、不清洁的毛毯有机氯化物纺织物、杀虫剂、集成电路半导体元件使用的有机氯清洗剂颗粒物室外、石棉、燃料燃烧、吸烟、发烟蚊香、室内清扫、日化用品（如空气清新剂、臭氧剂、化妆品）等大气污染源的发生量全球主要大气污染物的来源、发生量、背景浓度和主要反应见表1-3（P8）中国大气污染主要以煤烟型为主，主要污染物为二氧化硫和烟尘。表1-4(P10)为美国主要大气污染物的排放量，主要污染源为交通运输和燃料燃烧，主要污染物为CO、氮氧化物、二氧化硫和VOC三、城市的大气污染状况见表1-5（P11）,城市大气污染严重，且北方重于南方。华中、华南、西南及华东地区酸雨严重，北方局部酸雨。酸雨区面积占国土面积的30%。长沙酸雨属全国前三名（一）大气污染水平我国目前大气污染形势仍然严峻，城市的大气污染更加突出。主要是污染物放量相当大。2000年全国二氧化硫排放总量为1995万吨，其中工业来源的排放量1612万吨，生活来源的排放量383万吨；烟尘排放总量1165万吨，其中工业烟尘排放量953万吨，生活烟尘排放量212万吨；工业粉尘排放量1092万吨。我国已成为世界上大气污染排放总量最大的国家之一。据2000年中国环境状况公报。在实行环境统计的338个城市中，63.5％的城市超过国家空气质量二级标准，其中112个城市超过三级标准。城市空气质量总体上比1999年度好转。但整体污染水平仍较严重。总悬浮颗粒物（TSP）中可吸入颗粒物（PM10）是影响城市空气质量的主要污染物，部分地区二氧化硫污染较重，少数大城市如北京、上海、广州等空气中的首要污染物为氮氧化物（NOx）。酸雨区面积约占国土面积的30％，酸雨区区域主要集中在华中、华南、西南及华东地区。（二）当前大气污染的特点1.大气污染防治取得一定成绩，城市空气质量恶化的趋势有所减缓，但整体污染水平仍较严重。我国大气污染无论是排放总量还是城市空气质量总体上均有进步，见表1-51995~2000年废气中主要污染物排放量对比。表1-51995~2000年废气中主要污染物排放量及对比年度二氧化硫/万t烟尘/万t工业粉尘/万t19952369.61743.61731.21996199723461873大气污染控制工程619982091145519991857.5115920001995.11165.41092.0增减(%)-15.8-32.2-36.92.大气污染总体类型为煤烟型污染，大城市机动车尾气污染加剧，呈现汽车型污染特征。大气污染的类型主要是由能源结构决定。我国现阶段以及今后相当长时期内，一次能源以煤为主。并且我国能源用煤的80％以上是直接燃烧，且燃烧方式落后，热效率低，造成单位产品能耗大，排污大，