第三章 大气污染与防治

华侨大学土木工程学院2010年大气污染与控制第三章主要内容§3-1概述§3-2大气污染物的扩散§3-3大气污染治理技术§3-4全球性大气环境问题§3-1概述大气结构与组成大气污染源及污染物大气污染的类型大气污染的危害大气环境标准一、大气结构与组成1、大气结构散逸层暖层中间层平流层对流层地球氮、氧、氩主要组分氦、氖、氙、氪次要组分恒定组分二氧化碳水蒸气可变组分不定组分大气2、大气的组成二、大气污染物及污染源1、大气污染的定义大气污染是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。形成大气污染的三大要素:污染源、大气状态、受体2、大气污染物（1）按存在形态分：1）颗粒污染物--------按颗粒粒径可分为：降尘---粒径大于10μm，如尘粒、粉尘飘尘---粒径小于10μm，如烟尘液滴---粒径小于100μm的液体悬浮体，如水雾、酸碱雾、油雾几个重要的指标：（a）总悬浮颗粒物（TSP，TotalSuspendedParticulate）：悬浮于空中，粒径小于等于100微米的固体颗粒物；（b）可吸入颗粒物（PM10）：悬浮于空中，粒径小于等于10微米的固体颗粒物；2）气态污染物(1)含硫化合物SO2、SO3和H2S等。(2)含氮化合物NO、NO2、NH3等。(3)碳氧化合物CO和CO2。(4)碳氢化合物有机废气。(5)卤素化合物含氯和含氟化合物（2）按污染物形成的方式分：1）一次污染物：污染源直接排入大气未发生性质改变的污染物2）二次污染物：一次污染物之间或一次污染物和大气原有组分发生化学反应后生成的新的污染物如：光化学烟雾和硫酸烟雾3、大气污染源的分类（1）工业污染源：火力发电厂、钢铁厂等工矿企业的燃料燃烧；化工厂、石油炼制厂、钢铁厂、焦化厂、水泥厂等各种类型的工业企业，在原材料制成成品的过程中，都会有大量的污染物排入大气中。火力发电厂土法炼焦（2）生活污染源各种民用炉灶、取暖锅炉的燃料燃烧向大气排放出大量污染物城市垃圾的堆放（3）农业污染源农业机械运行时排放的尾气；农药和化肥的使用。（4）交通运输污染源车辆行驶产生的扬尘和排放的汽车尾气，轮船、机车燃料燃烧排放的烟尘。也是二次污染物的主要来源.3、大气污染源的分类三、大气污染的类型煤炭型污染代表污染物：煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、SO2、CO2等构成的一次污染物，以及其反应产生的硫酸雾、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。污染源：主要是工业企业烟气排放物，其次是取暖锅炉和家庭炉灶等的烟气排放，发生地区使用燃料以煤为主，辅以石油燃料。石油型污染代表污染物：氮氧化物、烯烃、烷烃、醇等碳氢化合物，以及它们在大气中形成的一系列中间产物与最终产物（光化学烟雾）。污染源：来自汽车排放、石油冶炼以及石油化工厂的排放。发生地区以石油燃料为主。混合型污染：以煤炭、石油为燃料的污染源排放的污染物，及各类工厂企业排出的各种化学物质。特殊型污染：工厂排出的特有污染物造成的污染，该类污染常限于局部地区。如：生产磷肥造成的氟污染；氯碱工厂周围形成的氯气污染。三、大气污染的类型四、大气污染的危害------对人体健康的危害大气污染引起的主要疾病为慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌和各种过敏性疾病。我国城市的统计资料表明,市区呼吸道疾病的发病率比郊区高2.4倍,而肺癌发病率比郊区高出7.3倍.大气中的有害物质是通过以下三种途径进入人体造成危害的:通过人的直接呼吸进入人体；附着在食物或溶解于水，随着饮食饮水而侵入人体；通过接触或刺激皮肤而进入人体。室内污染主要来自燃料的燃烧、吸烟、室内装修材料等。大气污染物对植物的影响，随着污染物的性质、浓度和接触时间的不同而异。气体状污染物：经过叶背的气孔进入植物体，然后逐渐扩散到植物体内各组织，破坏叶绿素，使组织脱水坏死，阻碍各种代谢机能，抑制植物的生长。粒状污染物擦伤叶面，阻碍阳光，影响光合作用，从而影响植物的正常生长。四、大气污染的危害------对植物的危害大气污染物对仪器、设备和建筑物等，都有腐蚀作用。如金属建筑物出现的锈斑、古代文物的严重风化等。四、大气污染的危害------对物体的腐蚀美国纽约的自由女神像也饱受酸雨的侵蚀酸雨温室效应加剧臭氧层破坏四、大气污染的危害-----对全球环境的影响五、大气环境标准1、环境空气质量标准标准分三级：一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害影响的空气质量要求。二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的情况下，不发生伤害的空气质量要求。三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量要求。环境空气质量功能区分为三类：一类区：如国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等。二类区：为城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢纽、干线等。表１各项污染物的浓度限值污染物名称取值时间浓度限值一级标准二级标准三级标准浓度单位二氧化硫SO2年平均日平均1小时平均0.020.050.150.060.150.500.100.250.70总悬浮颗粒物TSP年平均日平均0.080.120.200.300.300.50可吸入颗粒物PM10年平均日平均0.040.050.100.150.150.25氮氧化物NOx年平均日平均1小时平均0.050.100.150.050.100.150.100.150.30mg/m3(标准状态)二氧化氮NO2年平均日平均1小时平均0.040.080.120.040.080.120.080.120.24一氧化碳CO日平均1小时平均4.0010.004.0010.006.0020.00臭氧O31小时平均0.120.160.20铅Pb季平均年平均1.501.00苯并[a]芘B[a]P日平均0.01μg/m3(标准状态)氟化物日平均1小时平均7①20①2、大气污染物排放标准（1）本标准设置下列三项指标：1）通过排气筒排放废气的最高允许排放浓度排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值2）通过排气筒排放的废气，按排气筒高度规定的最高允许排放速率。指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限值。任何一个排气筒必须同时遵守上述两项指标，超过其中任何一项均为超标排放。3）以无组织方式排放的废气，规定无组织排放的监控点及相应的监控浓度限值。指监控点的污染物浓度在任何1小时的平均值不得超过的限值（2）排放速率标准分级最高允许排放速率，现有污染源分一、二、三级，新污染源分为二、三级。按污染源所在的环境空气质量功能区类别，执行相应级别的排放速率标准，即：位于一类区的污染源执行一级标准(一类区禁止新、扩建污染源，一类区现有污染源改建执行现有污染源的一级标准)；位于二类区的污染源执行二级标准；位于三类区的污染源执行三级标准。2、大气污染物排放标准序号污染物最高允许排放浓度(mg/m3)最高允许排放速率(kg/h)无组织排放监控浓度限值排气筒(m)一级二级三级监控点浓度(mg/m3)2氮氧化物1700(硝酸、氮肥和火炸药生产)1520304050607080901000.470.772.64.67.09.9141924310.911.55.18.91419273747611.42.37.714212941567292无组织排放源上风向设参照点，下风向设监控点0.15(监控点与参照点浓度差值)420(硝酸使用和其它)3颗粒物22(碳黑尘、染料尘)15203040禁排0.601.04.06.80.871.55.910*周界外浓度最高点肉眼不可见80**(玻璃棉尘、石英粉尘、矿渣棉尘)15203040禁排2.23.714253.15.32137无组织排放源上风向设参照点，下风向设监控点2.0(监控点与参照点浓度差值)150(其它)1520304050602.13.5142436514.16.92746701005.9104069110150无组织排放源上风向设参照点，下风向设监控点5.0(监控点与参照点浓度差值)表1现有污染源大气污染物排放限值序号污染物最高允许排放浓度(mg/m3)最高允许排放速率(kg/h)无组织排放监控浓度限值排气筒(m)二级三级监控点浓度(mg/m3)1二氧化硫960(硫、二氧化硫、硫酸和其它含硫化合物生产)1520304050607080901002.64.315253955771101301703.56.622385883120160200270*周界外浓度最高点0.40550(硫、二氧化硫、硫酸和其它含硫化合物使用)2氮氧化物1400(硝酸、氮肥和火炸药生产)1520304050607080901000.771.34.47.51216233140521.22.06.611182535476178周界外浓度最高点0.12240(硝酸使用和其它)3颗粒物18(碳黑尘、染料尘)152030400.150.853.45.80.741.35.08.5周界外浓度最高点肉眼不可见60*(玻璃棉尘、石英粉尘、矿渣棉尘)152030401.93.112212.64.51831周界外浓度最高点1.0表2新污染源大气污染物排放限值§3-2大气污染物的扩散一个地区的大气污染程度与下列因素有关。1、源参数源参数是指污染源排放污染物的数量、组成、排放方式、排放源的密集程度及位置等。决定了进入大气的污染物的量和所涉及的范围。2、气象条件气象条件将决定大气对污染物的稀释扩散速率和迁移转化的途径。3、下垫面状况下垫面的状况不同会影响到气流的运动，同时也直接影响当地的气象条件。本节内容本节内容一、气象条件的影响1、风与湍流（1）风即空气水平方向的运动。描述风的两个要素为风向和风速。风对污染物的扩散有两个作用：一是整体的输送作用，风向决定了污染物迁移运动的方向；二是对污染物的冲淡稀释作用，对污染物的稀释程度主要取决于风速。（2）湍流即大气中不同于主流方向的各种不同尺度的旋涡运动。热力湍流---与大气的垂直稳定度有关；机械湍流---与近地面的风速和下垫面等因素有关。污染物的扩散主要依靠大气湍流的作用。风和湍流是决定污染物扩散快慢的决定性因素。风速愈大，湍流愈强，污染物扩散稀释的速率就愈快。2、温度层结和逆温温度层结有下述三种情况：(1)气温随高度的增加而降低；(2)高度增加，气温保持不变；(3)气温随高度的增加而增加。这种现象称为温度逆增，简称逆温。出现逆温的气层叫逆温层。逆温层的出现将阻止气团的上升运动，使逆温层以下的污染物不能穿过逆温层，只能在其下方扩散，因此可能造成高浓度污染。如伦敦烟雾事件、洛山矶烟雾事件等温度层结是指大气的气温在垂直方向上的分布。hT3、大气稳定度即空气团在铅直方向稳定程度。判断：假如一空气团由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动，当外力去除后，可能发生三种情况：(a)当外力去除后，气团就减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；(b)当外力去除后，气团加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；(c)当外力去除后，气团静止或作等速运动，称这种大气是中性的。大气稳定度对烟流扩散的影响(1)波浪型又称蛇形型，大气不稳定。(2)锥型大气处于中性或弱稳定状态。(3)扇型又称平展型，大气稳定。(4)屋脊型又称爬升型，排放口上层不稳。(5)漫烟型又称熏蒸型，排放口下层不稳。二、下垫面的影响1、城市下垫面的影响（1）城市的热力效应。城市温度比周围郊区温度高的现象称为城市热岛效应。（2）动力效应。通过对气流的阻挡，使得气流的速度与方向复杂化，且造成小尺度的涡流，阻碍烟气的扩散。2、山区下垫面的影响（1）过山气流气流过山时，在山坡、山脚形成的上升、回旋或下沉气流，称之为过山气流。（2）山风和谷风——海风和陆风；白天晚上3、海陆界面的影响§3-3大气污染治理技术颗粒污染物治理技术气态污染物