大气污染控制工程概论.ppt

大气污染控制工程,污染事件,马斯河谷事件：1930年12月15日，比利时马斯河谷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2631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2630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。,光化学烟雾是碳氢化合物和氦氧化物在阳光作用下发生光化学反应生成的。美国洛杉矾光化学烟雾事件，其表现是白色烟雾(有时带紫色或黄褐色)，大气能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜使呼吸困难。其中生成的O3。可使橡胶制品开裂，使植物叶片变黄甚至枯萎，烟雾一般发生在相对湿度较低的夏季晴天，出现在中午或刚过中午，夜间消失。大气中光化学氧化剂（O3等)浓度很高。,伦敦烟雾事件：伦敦曾多次发生煤烟事件，其中最严重的一次是于1952年12月5日发生。1952年12月58日，英国伦敦市。58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。伦敦型烟雾是由居民、工厂取暖排放的煤烟和冬季早晨的雾相伴而生。构成这次事件的一次污染物是SO2和煤尘，其二次污染物主要是硫酸雾和硫酸盐气溶胶。硫酸雾是大气中的SO2在相对湿度比较高、气温比较低，有煤烟颗粒物存在时所发生的催化反应而形成的。,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作，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78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：19531956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。痛骨病事件：19551972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。19631979年3月，共有患者130人，其中死亡81人。,1934年5月美国发生了一次席卷半个国家的特大尘暴，从西部干旱草原地区几个州的开垦土地上卷起大量尘土，以每小时96160km的速度向东推进最后消失在大西洋上。这次风暴刮走西部草原3亿多吨土壤，是美国历史上一次重大灾难。,1984年印度博帕尔事件 12月3日，美国联合碳化公司在印度博帕尔市的农药厂因管理混乱，操作不当，致使地下储罐内剧毒的甲基异氰酸脂因压力升高而爆炸外泄。45吨毒气形成一股浓密的烟雾，以每小时5000米的速度袭击了博帕尔市区。死亡近两万人，受害20多万人，5万人失明，孕妇流产或产下死婴，受害面积40平方公里，数千头牲畜被毒死。,寂静的春天 蕾切尔卡逊,1 概述,环境与环境问题大气的组成和结构大气污染与大气标准,1.1环境与环境问题,人与环境的关系人类社会发展应遵守的规律目前最突出的全球环境问题,环境的定义,环境就其词义而言，是指周围的事物。本书所涉及的是人类的环境，即以人或人类作为中心事物，其他生物和非生命物质被视为环境要素，构成人类的生存环境。人类环境有别于其他生物的环境，它包括社会环境与自然环境两部分。社会环境是指人类的社会制度等上层建筑条件，包括社会的经济基础、城乡结构以及同各种社会制度相适应的政治、经济、法律、宗教、艺术、哲学的观念与机构等。自然环境是人类赖以生存和发展的各种自然因素的总和，即通常所称的自然界。,中华人民共和国环境保护法明确指出：“本法所称环境是指：大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区、生活居住区等。”,环境的法学概念,环境的分类：,按环境性质：自然环境、半自然环境（被人类破坏后的自然环境）、社会环境。按环境范围：宇宙环境（星际环境）、地球环境（地理环境）、区域环境、微环境和内环境按环境要素：大气环境、水环境(如海洋环境、湖泊环境等)、土壤环境、生物环境(如森林环境、草原环境等)、地质环境按环境功能：特定空间环境(如航空、航天的密封舱环境等)、车间环境(劳动环境)、生活区环境(如后室环境、院落环境等)、城市环境、区域环境(如流域环境、行政区域环境等)、全球环境和星际环境等。,人与环境的关系,人是环境的产物人的血液矿化度30亿年前海水的矿化度（一切生命来源于海洋）人类的生存物质（衣食住行）来源于环境，环境是人类的生存载体人是环境的创造者,人类使用工具来改造环境,使环境更适合人类生存,破坏生态、破坏环境,目的,环境问题,全球环境或区域环境中出现的不利于人类生存和发展的现象，均概括称为环境问题。由自然力引起的环境问题：第一类环境问题（地震、洪涝、干旱和滑坡等）。由人类活动引起的环境问题：第二类环境问题（环境污染、生态破坏）。,当代中国环境问题的社会特征,随着社会转型的加剧进行，环境问题日益严重；环境问题不仅表现为人（社会）与自然的矛盾，而且越来越表现为人与人之间的矛盾；随着居民生活水平的提高，生活污染在环境问题中的分量加重；城市环境问题受到高度重视，并在局部有所缓解；农村环境问题失控，呈日益蔓延和加重的趋势；环境问题与贫困问题有形成恶性循环的趋势；公众环境意识水平低下；环境问题与其他社会问题交叉、重叠，解决的难度日益加大。,1.1.4 目前最突出的全球环境问题,气候变化：全球变暖臭氧层耗竭酸雨淡水资源短缺及水污染海洋污染土地退化与沙漠化生物多样性减少危险废物与有害化学品扩散,全球大气环境问题,温室效应臭氧层耗竭酸雨,温室效应,大气中能产生温室效应的气体主要有二氧化碳,甲烷,臭氧,氟氯烃,氧化氮和水汽等.工业化之后,大气中的二氧化碳含量由280ppm增加到大于356ppm,超过了12万年的最高值(300ppm)；甲烷由0.8ppm增加到1.7ppm；氮的氧化物由280ppm增加到310ppm。其中对增温影响最大的是二氧化碳，占55%。上述气体除了甲烷外，全部的寿命都在100年以上。就是说，即使现在不再继续排放任何废气，也得等100年或更长的时间才能够恢复原状。,温室效应的成因,在近地层：大气温度随地表温度的升高而增高（自下而上地被加热）；随地表温度的降低而降低（自下而上地被冷却）。,短波长波太阳地面大气,长波,短波,温室效应导致的一系列环境问题,海平面上升的问题。研究表明：1950-1992年间。加州南部海岸带的海平面升高了7.6cm。其中，100米以上浅水区升温0.8摄氏度。中国国家测绘局1992年8月公布，我国海平面年平均升高2-3毫米。天津，莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了大面积地面沉降。天津1985-1987年三年下沉了187毫米。塘沽新港码头1966-1985年20年下沉了0.5米，导致屡遭海潮袭击。IPPC（世界气候变化委员会）得出结论：大概每十年，海平面上升3-10厘米。水资源的问题。气候变暖，使一些地区雨量增多，一些地区雨量减少。研究表明，气候变暖会导致地球上的水资源重新分布，总的来看，中纬度有些地方雨水会减少。气候变暖。对农业生产，森林草原，人类身体健康等均有严重的影响。所以，温室效应，是一个非常严峻的问题。,臭氧层破坏,地球大气平流层中的臭氧层,是生命的保护层。地质时代，在臭氧层形成之前，地球生命只能生存于海水中一定深度之下。臭氧层之所以有保护作用，是由于它能吸收太阳的紫外辐射。紫外线能杀死，杀伤生物细胞，或造就细胞、遗传物质畸变，导致生命的死亡和产生各种病变。臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致，是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果。自1969年以后，除赤道地区外，所有地方的臭氧都减少了3%-5%，南极山空减少了30%-65%，并开始出现臭氧空洞，即成片地方臭氧层消失殆尽。90年代初期，南极上空的臭氧空洞面积达到2000平方千米。,臭氧层破坏成因,太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的DNA，造成细胞破坏和死亡。来自于太阳的高能量的紫外辐射在到达地球表面之前，其中高能的紫外线使得高空中（离地面10公里以上）的氧气分子发生分解，产生的氧原子具有很强的化学活性，因此能很快与大气中含量很高的氧分子发生进一步的化学反应，生成臭氧分子。臭氧层破坏主要是因为人为排放一系列人工合成的氟氯烃类化合物造成的。这类物质统称消耗臭氧层物质，即ODS（Ozone Depleting Substance）。,消耗臭氧层物质的来源及影响,来源：冰箱、空调制冷剂，生产垫子的发泡剂，设备清洗剂等（主要为氟氯化碳、氢氯化碳、四氯化碳、1,1,1-三氯乙烷等化合物）；灭火中的含溴化合物（俗称哈龙Halons）;土壤熏蒸及检疫中的甲基溴等。影响：一方面直接危害人体健康，另一方面还对生态环境和农林牧渔业造成破坏。机理：,酸雨,酸雨的正确名称应该是酸性湿沉降，其实，带酸性的污染物是可以有两种沉降方式的，它们是湿沉降及干沉降。湿沉降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸性物质，继而降下时再冲刷酸性物质，降到地面；干沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。,酸雨,酸雨的成因,自然原因。如：火山爆发时，喷出大量的硫化物；海水及湖水释放的硫化氢；动植物分解後释出的有机酸；泥土中的微生物及海藻释放之硫化氢及氮化物等，都会使雨水之pH值降至5.0左右。人为原因。工业化後大量使用燃料，燃烧过程中产生出来的二氧化硫，氮氧化物及氯化氢等等，这些污染物被排放至大气当中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质，使得雨水之pH值降低，形成酸雨。二氧化硫（SO2）的主要来源是燃烧燃料，发电厂烧煤或石油时会排出，炼油厂、炼钢厂、硫酸工厂等在生产程序中也会排放不少该种气体。氮氧化物（NOx）是高温燃烧下的产物，来源也跟二氧化硫相似，在燃烧燃料时被排出，另外，交通工具如气车的废气中也含有大量的氮氧化物。氯化氢（HCl）则源自盐酸工厂、焚化炉等的废气、汽油车的排气等。,酸雨的发展,上世纪50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。50年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；1959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现pH值低于4.0 的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，湖水，土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，是洲级区域环境问题。,酸雨的发展,1973至1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖的格陵兰岛，给冰层打钻，取出180年前的冰块，与现在的酸度相比，酸度增长了99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。,酸雨的发展,1986年5月，在环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨(酸雪)。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质,随气流,几千公里飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到pH为5.5的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。,1998年上半年,中国南极长城站八次测得南极酸性降水,其中一次pH值为5.46。当刮偏南风或偏东风时,南极大陆因为没有人为排放,大气是新鲜的,所测的降水都接近于中性；当刮西北风时,来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛,遇到降水,形成酸雨。90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的“毒雪”。“毒雪”形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动，使用人造的农药到田间,杀虫增产，但农药却进入了环境，通过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪冲刷，最终降落地面,危害人类。由“酸雨”,发展到“毒雪”。,酸雨的发展,淡水资源短缺及水污染海洋污染土地退化与沙漠化生物多样性减少危险废物与有害化学品扩散,人类社会发展应遵守的规律,可持续发展的基本原则:既要满足当代人发展的需要又不危及后代人满足其发展的需要。1972年罗马俱乐部“增长的极限”发展的制约因素零增长理论,人口,工业生产,农业生产,废弃物,资源消耗,资源消耗,可持续发展的产生,1972年瑞典斯德歌尔摩召开的世界环境发展大会上，对多种发展的提法，如“合乎环境要求的发展”、“无破坏情况下的发展”、“连续或持续的发展”等进行了讨论，最终选择了“可持续发展”的提法，这标志着世界整体对于发展观念的转变。1978年国际环境和发展委员会首次在文件中正式使用了“可持续发展”概念，并对其进行了界定。1980年国际自然保护联合会的世界保护战略，首次对可持续发展这个崭新的概念进行讨论和1981年莱斯特.R布郎建设一个可持续发展的社会，对“可持续发展”首次进行系统的阐述，并指出解决人口爆炸、经济衰退、环境污染、资源匮乏等世界难题根本出路在：控制人口增长，保护资源基础、开发可再生资源，建立一个可持续发展的社会。认识逐步明朗。,1982年联合国的新的发展观提出“整体的”、“综合的”、“内生的”新发展理论，以及1982年德国、瑞典和挪威三国总理与首相为首的三个高级专家委员会分别发表的共同的危机、共同的安全、共同的未来三个著名的纲领文件，都得出了世界各国必须组织实施可持续发展战略的同样结论。1992年世界环境发展大会将可持续发展写入21世纪议程，从此标志这“可持续发展”理论升华到“可持续法战略”，在全世界范围把可持续理论推向行动。,生态角度：保护和加强环境系统的生产和更新能力；社会角度：改进人类的生活质量，同时不要超出支持发展的生态系统的负荷能力；经济角度：在保护自然资源的质量和其所提供服务的前提下，使经济发展的净效益增加到最大限度；科技角度：转向更清洁、更有效的技术-尽可能接近“零排放”或“密闭式”工艺尽可能减少能源和自然资源的消耗伦理角度：不应当损害后代人维持和改善其生活标准的能力。,从应用的角度来理解可持续发展的概念，则应结合相应的应用领域：,两个基本原则（可持续发展原则的体现）人类从环境中摄取的物质不能超过环境的再生能力。人类排放到环境中的污染物质不能超过环境的自净能力。,1.2大气结构与组成,空气和大气是同义词。一般对于室内或特指某个场所(如车间，会议室和厂区等)供人和动植物生存的气体习惯上称为空气。而在大气物理学、大气气象学、自然地理学以及环境科学的研究中，常常以大区域或全球性的气流为研究对象常用大气。,大气圈及结构,对流层（地表1618km）平流层（对流层顶 5055km）中间层（平流层顶 8085km）暖层或电离层（中间层顶 800km）散逸层（800km 以外）,大气组成,干洁空气主要由N2、O2、Ar、CO2及微量惰性成分构成。各成分有比例是几十亿年演化的结果。这种比例最适宜于人类及各种生物的生存与生长。近年来，由于人类的不当活动，导致大气成分及比例的变化，才引起了一系列大气环境问题。,1.2.3 大气的演化,第一代大气（原始大气）-氢、氦、氖等。第二代大气（还原大气）-氮、二氧化碳、甲烷、氨和水汽。现代大气（氧气大气）-干洁空气、水汽和悬浮微粒。稳定组分：氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙等，这一组分的比例，从地球表面至90公里的高度范围内都是稳定的。不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火灾等和人类活动产生。,1.3大气污染类型,大气污染的概念：由于人类活动或自然力（火山、海啸等）而排放到空气中的大气污染物（有害气体和颗粒污染物等），累积到超过大气的自净过程（稀释、转化、洗净、沉降等）所能降低的程度，在一定的持续时间内有害于生物和非生物。,钢铁厂排放的废气,火力发电厂排烟污染大气,排入大气中的烟尘随风扩散,大山深处的工厂,返回,返回,返回,大气污染的分类：,按影响范围,按污染物特征,局城性污染,地区性污染,广域性污染,全球性污染,煤烟型污染,混合型污染,石油型污染,特殊型污染,按化学性质,氧化型污染,还原型污染,按放射性特征,放射性污染,物理化学污染,煤炭型污染的一次污染物是烟尘和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其盐类所构成的气溶胶。石油型污染又称排气型或联合企业型污染其一次污染物是烯烃、二氧化氮以及烷、醇、碳基化合物等。二次污染物主要是臭氧、氢氧基、过氧氢基等自由基以及醛、酮和PAN(过氧乙酸硝酸脂)。,按污染特征分类：,混合型污染是指以煤炭为主，还包括以石油为燃料的污染源排放出的污染物体系。此种污染类型是由煤炭型向石油型过渡的阶段，它取决于一个国家的能源发展结构和经济发展速度。特殊型污染是指某些工矿企业排放的特殊气体所造成的污染，如氯气、金属蒸汽或硫化氢、氯化氢等气体。,按污染特征分类：,还原型是指以煤、石油等为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的煤炭型和混合型污染。伦敦烟雾事件氧化型是指以石油为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的石油型污染。洛杉矶光化学烟雾,按污染物的化学性质分类：,倫敦煙霧(灰煙霧),伦敦曾多次发生煤烟事件，其中最严重的一次是于1962年12月5日发生的，历时5天，死亡4000多人。伦敦型烟雾是由居民、工厂取暖排放的煤烟和冬季早晨的雾相伴而生。构成这次事件的一次污染物是SO2和煤尘，其二次污染物主要是硫酸雾和硫酸盐气溶胶。硫酸雾是大气中的SO2在相对湿度比较高、气温比较低，而且又有煤烟颗粒物存在时所发生的催化反应而形成的。,光化學煙霧【洛杉機煙霧】,光化学烟雾是碳氢化合物和氦氧化物在阳光作用下发生光化学反应生成的。美国洛杉矾光化学烟雾事件发生在1940年，其表现是白色烟雾(有时带紫色或黄褐色)，大气能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜使呼吸困难。其中生成的03。可使橡胶制品开裂，使植物叶片变黄甚至枯萎，烟雾一般发生在相对湿度较低的夏季晴天，出现在中午或刚过中午，夜间消失。大气中光化学氧化剂（03等)浓度很高。,大气污染过程,大气污染源,接受者,大气扩散,大气污染物,发出反溃信息，对污染源进行控制,人、动植物,措施、设备等,中国城市污染概况,绝大多数城市以煤烟型为主，主要污染物为TSP（PM10）、SO2。少数特大城市（北京、上海、广州等）为煤烟与汽车尾气并重型污染，主要污染物为TSP（PM10）、SO2、NOX（NO2）。大气污染南方重于北方。酸雨区分布广泛：长江以南、青藏高原以东的广大地区；四川盆地为酸雨重污染区；华中、华南、西南及华东地区酸雨面积占国土面积的30%。,大气污染可分为自然的和人为的两大类。前者是自然界所发生火山爆发、地震、台风、森林火灾等自然灾害所造成的。后者是人类活动所排放的有毒有害气体所造成的。目前，一般所说的大气污染多指后者。人为造成大气污染的污染源较多，根据不同的研究目的以及污染源的特点，污染源的类型有四种划分方法：,1.4大气污染源,按污染源存在的形式可划分为固定污染源和移动污染源，此划分法适用于进行大气质量评价时绘制污染派分析图。固定源就是位置和地点固定不变的污染源。主要指工矿企业在生产中排放的大量污染物。冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大气环境污染严重的固定源。流动污染源是指交通工具在行驶时向大气中排放的有害气体而形成的污染源,大气污染源的分类：,按污染物排放的高度可划分为高架源和地面源。按污染源的几何形状可分为点源、面源和线源，此划分法适用于大气扩散计算。按污染物排放的时间可划分为连续源、间断源、瞬时源，此划分方法适用于分析大气污染物排放的时间规律。按人类社会活动功能划分，还可以分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源等,大气污染源的分类：,按源的形态,固定源,移动源,工厂烟囱,汽车、飞机、轮船等,按源的几何形状,点源,面源,工厂烟囱,公路、一排烟囱,线源,居民区、车间无组织排放,大气污染源的分类：,按源离地高度,高架源,地面源,30m以上,近地面排放,按源排放时间,连续源,间断源,连续排放,间歇排放,按人类社会活动功能,工业污染源,农业污染源,交通运输污染源,生活污染源,由火力发电、钢铁、化工和硅酸盐等工矿企业在生产过程中所排放的煤烟、粉尘及有害化合物等形成的污染源。此类污染源由于不同工矿企业的生产性质和流程工艺的不同，其所排放的污染物种类和数量大不相同，但有一个共同的特点是，排放源集中、浓度高、局地污染强度高。是城市大气污染的罪魁祸首。,工业污染源,主要是不当施用农药、化肥、有机粪肥等过程产生的有害物质挥发扩散，以及施用后期NOX、CH4、挥发性农药成分从土壤中逸散进入大气等形成的污染源。,农业污染源,由汽车、飞机、火车和轮船等交通运输工具运行时向大气中排放的尾气。这类污染源属流动污染源，主要污染物是烟尘、碳氢化合物、NOX、金属尘埃等，是城市大气环境恶化的主要原因之一。,交通运输污染源,汽 车 排 气一氧化碳碳氢化合物氮氧化物,是指居民日常烧饭、取暖、沐浴等活动，燃烧化石燃料而向大气排放烟尘、SO2、NOX等污染物。这类污染源属固定源，且多为面源排放，具有分布广、排量大、污染高度低等特点，是一些城市大气污染不可忽视的污染源。随着城市电气化的推进及清洁能源的推广，城市生活污染源将从根本上得到遏制。,生活污染源,1.5 大气污染物,一次污染物：直接从污染源排入大气的各种气体、颗粒物质等。二次污染物：某些一次污染物在大气中与其他化学物结合而发生化学反应产生的新的污染物。,颗粒污染物,粉尘,烟,飞灰,黑烟,雾,气态污染物,含硫化合物,含氮化合物,碳氧化合物,碳氢化合物,卤化物,飘尘,概念颗粒物：悬浮在大气中的微粒之统称。降尘：粒径 10微米的固体颗粒物。飘尘：粒径 10微米的固体颗粒物。,来源天然 人为：燃料燃烧；工业生产；汽车排气。,大气中气态污染物分类,大气污染物对人体的危害,煤烟：引起支气管炎等。如果煤烟中附有各种工业粉尘(如金属颗粒)，则可引起相应的尘肺等疾病。硫酸烟雾：对皮肤、眼结膜、鼻粘膜、咽喉等均有强烈刺激和损害。严重患者如并发胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衷竭或胃脏刺激症状均有生命危险。铅：略超大气污染允许深度以上时，可引起红血球碍害等慢性中毒症状，高浓度时可引起强烈的急性中毒症状。,二氧化硫：浓度为15ppm时可闻到嗅味，5ppm长吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。重者可引起反射性声带痉挛，喉头水肿以至窒息。氧化氮：主要指一氧化氮和二氧化氮，中毒的特征是对深部呼吸道的作用，重者可致肺坏疽；对粘膜、神经系统以及造血系统均有损害，吸入高浓度氧化氮时可出现窒息现象。一氧化碳：对血液中的血色素亲和能力比氧大210倍，能引起严重缺氧症状即煤气中毒。约100ppm时就可使人感到头痛和疲劳。,大气污染物对人体的危害,臭氧其影响较复杂，轻病表现肺活量少，重病为支气管炎等。硫化氢：浓度为100ppm吸入215分钟可使人嗅觉疲劳，高浓度时可引起全身碍害而死亡。氰化物：轻度中毒有粘膜刺激症状，重者可使意识逐渐昏，虽直性痉挛，血压下降，迅速发生呼吸障碍而死亡。氰化物中毒后遗症为头痛，失语症、癫痫发作等。氰化物蒸汽可引起急性结膜充血、气喘等。,大气污染物对人体的危害,氟化物：可由呼吸道、胃肠道或皮肤侵入人体，主要使骨骼、造血、神经系统、牙齿以及皮肤粘膜等受到侵害。重者或因呼吸麻痹、虚脱等而死亡。氯：主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人体发生中毒作用。当空气中氯的浓度达0.040.06毫克/升时，3060分钟即可致严重中毒，如空气中氯的浓度达3毫克/升时，则可引起肺内化学性烧伤而迅速死亡,大气污染物对人体的危害,1.6大气污染控制标准,大气环境质量标准 以保障人体健康和正常生活条件为主要目标，规定出大气环境中某些主要污染物的最高允许浓度。大气污染物排放标准 以实现大气环境质量标准为目标对污染源排放的污染物作出限制。其作用是直接控制污染源排出的污染物浓度或排放物以防止大气污染。,大气污染物控制技术标准 大气污染物排放标准的一种辅助规定。它根据大气污染物排放标准的要求结合生产工艺特点，对必须采取的污染控制措施加以明确规定。如对某种生产设备和窑炉明文规定必须配备何等效率的净化装置或安装多高的排气简，或明确限制某生产过程使用的燃料和原料，以及所必须的卫生防护距离等。大气污染警报标准 大气环境污染恶化到必须向社会公众发出一定警报的标准。,1.6大气污染控制标准,GB3095-1996环境空气质量标准,一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区为特定工业区。,GB16297-1996大气污染物综合排放标准,本标准规定三类指标：通过排气筒排放废气的最高允许浓度；按排气筒高度规定的最高允许排放速率；规定无组织排放的监控点相应的监控浓度限值。对于新老污染源规定了不同的排放限值：1997年1月1日前设立的污染源为现有(老)污染源1997年1月1日起设立的污染源为新污染源,GB16297-1996大气污染物综合排放标准,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。,在我国现有的大气污染物排放标准体系中，按照综合性排放标准与行业标准不交叉执行的原则：锅炉执行锅炉大气污染物排放标准GWPB3-1999工业炉窑执行工业炉窑大气污染物排放标准GB9078-1996火电厂执行火电厂大气污染物排放标准GBl3223-1996炼焦炉执行炼焦炉大气污染物排放标准GBl6171-1996水泥厂执行水泥厂大气污染物排放标准GB4915-1996恶臭物质执行恶臭污染物排放标准GBl4554-93汽车排放执行汽车大气污染物排放标准摩托车排气执行摩托车排气污染物排放标准GBl4621-93,行业标准,环境保护的发展历程,1限制阶段2“三废”治理阶段3.综合防治阶段4规划管理阶段,全面规划、合理布局利用大气的自净能力发展植物净化减少或防止污染物的排放污染物的治理严格环境管理、保证必要的环保投资,1.7大气污染综合防治措施,大气环境规划是实现大气污染防治的最主要手段。其主要内容是：预测区域经济开发对大气环境质量将带来的影响程度，对区域大气环境进行功能分区，在总量控制的基础上，提出区域经济与环境协调发展的最佳方案。对目前已造成的大气环境污染问题，在经济、社会、环境协调发展的基础上，提出改善和控制污染的最佳方案。,全面规划、合理布局,大气的自净有物理作用(如扩散、稀释和降水洗涤等）和化学作用(氧化、还原)等。在从污染源排出的污染物总量恒定的情况下，污染物的浓度在时间和空间上的分布同气象条件有关，掌握气象变化规律，充分利用大气的自净能力，减少或避免大气污染的危害。,利用大气的自净能力,发展植物净化,植物具有美化环境、调节气候、截留粉尘、吸收大气中有害气体等功能。植物可以在大面积的范围内，长时间、连续地净化大气，尤其是在大气中污染物影响范围广，浓度比较低的情况下，植物净化是行之有效的方法。在城市和工业区有计划、有选择地扩大绿地面积是大气污染综合防治具有长效能和多功能的保护措施。,改革能源结构、采用无污染或少污染能源(如太阳能、风力、水力以及天然气、沼气和酒精等)，燃料进行预处理(煤和石油预先脱硫、煤的液化和气化)以减少燃烧时产生的污染物；改进燃烧装置和燃烧技术，提高燃烧效率和降低有害气体排放量或采用无污染或少污染的工艺生产过程以及闭路循环；节约能源，把排放的污染物作为资源进行综合利用，加强生产管理，减少跑、冒、滴、漏等以此控制或防止对环境的污染。,减少或防止污染物的排放,污染物的治理,燃烧过程和工业生产过程在采取上述措施后，仍有一些污染物排入大气。对这类污染源应控制其排放浓度或排放总量，使之不超过该地区污染物的允许浓度和环境容量。主要的控制方法有：利用除尘装置去除排放废气中的烟尘和各种工业粉尘。采用气体吸收法处理有害气体。如用氨水、氢氧化钠、碳酸钠等碱溶液吸收废气中二氧化硫等。应用冷凝、催化转化、分子筛、活性炭吸附和膜分离等物理、化学和物理化学方法治理排放废气小的主要污染物。,利用法律、行政、经济、技术、教育等手段，对造成大气环境污染的各种行为活动施加影响，以达到保护大气环境的目的。保证必要的环保投资。,严格环境管理、保证必要的环保投资,1.6大气污染控制的研究领域,污染源控制技术大气扩散项目选址计算大气污染物浓度研究大气污染物与动植物的联系,第二章 燃烧与大气污染,燃料的性质燃料燃烧过程烟气体积及污染物排放量计算燃烧过程中污染物的生成与控制,2.1 燃料的性质,燃料：指在燃烧过程中，能够放出能量，且在 经济上可以取得效益的物质。分类：固体燃料（煤）常规燃料 液体燃料（石油）气体燃料（天燃气）非常规燃料,非常规燃料,城市固体废弃物商业和工业固体废弃物农产物及农村废物水生植物和水生废物污泥处理厂废物天然存在的含碳和含碳氢的资源合成燃料,煤的分类 褐煤、烟煤、无烟煤煤的工业分析 水分（外部水分、内部水分）灰分（SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等）挥发分（氢气、碳氢化合物、一氧化碳、硫化氢等）固定碳煤的元素分析 碳、氢、氮、硫、氧等煤中硫的形态 硫化铁硫、有机硫、硫酸盐硫,煤的成分的表示方法 收到基ar、空气干燥基ad、干燥基d、干燥无灰基daf,A,Sty,C,Sr,wn,ww,H,O,N,daf,d,ad,ar,灰分,固定碳,挥发分,水分,固体部分（焦碳）,挥发部分,石油：液体燃料，多种化合物的混合物。（由链烷烃、环烷烃、芳香烃等碳氢化合物组成）比重：0.781.00 比重：发热值 闪点：安全 粘度：温度天燃气：气体燃料。组成：甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%，及其它含碳更高的 碳氢化合物。,2.2燃料燃烧过程,燃烧 可燃混合物的快速氧化过程，并伴随着能量（光和热）的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。燃料完全燃烧的条件 空气条件 温度条件 时间条件 燃料与空气的混合条件（满足“3T”要求：Temperature、Time、Turbulence）,燃料燃烧的理论空气量单位质量的燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。建立燃烧化学方程式的基本假定空气仅由氮、氧组成，其中氮79%、氧21%。燃料中的固定态氧可用于燃烧燃料中的硫主要被氧化成SO2（无SO3）燃料中的氮主要转化为N2（无NOX）,煤：C、S、N、H、0、H2O、灰分 CO2、SO2、N2、H2O,以1kg煤为基准进行燃烧计算：煤成分 含量（kg）需O2量(m3)C WC 1.867 WC S WS 0.7WS N WN 0 H WH 5.6WH O WO-0.7WO H2O W H2O 0 灰分 W灰 0,2.3煤的燃烧计算,1kg煤的需O2量：V O 2*=1.867 WC+0.7WS+5.6WH+（-0.7WO）1kg煤需要的理论空气量：V空*=V O2*/0.21设 为空气过剩系数，则1kg煤需要的实际空气量为：V空=V空*,烟气量计算：1kg煤生成的烟气成分 烟气量(m3)CO2 1.867 WC SO2 0.7WS N2 0.8 WN+0.79V空*H2O 11.2 W H+1.24 W H2O+1.24V空*da,烟气中的水蒸气由三部分组成：燃料中的氢生成的水蒸气：11.2 W H燃料自身所含的水蒸气：1.24 W H2O 空气中的水蒸气：1.24V空*da（其中，da为空气湿度，单位kg水/m3干空气）,其中，烟气中的氮气由两部分组成：燃料氮生成的氮气：0.8 WN空气中的氮气：0.79V空*,1kg煤产生的理论烟气量为：V烟*=1.867 WC+0.7WS+0.8 WN+0.79V空*+11.2 W H+1.24 W H2O+1.24V空*da1kg煤产生的实际烟气量为：V烟=V烟*+（-1）V空*+1.24（-1）V空*da,污染物浓度计算：烟气中SO2的浓度:C SO2=1062ws/V烟（mg/m3）烟气中NOX的浓度:CNOX=106wNOX/V烟（mg/m3）烟气中灰分的浓度:C 灰=106w灰a%/V烟（mg/m3）,过剩空气校正奥氏烟气分析仪当燃烧过程中碳完全燃烧，无CO生成时：当燃烧过程中碳不完全燃烧，有CO生成时：,2.4燃烧过程中污染物的生成与控制,燃烧过程中SO2的生成与控制燃烧过程中NOX的生成与控制燃烧过程中颗粒物的生成与控制,燃烧过程中SO2的生成与控制SO2的危害燃烧过程中SO2的形成 气体燃料中S以H2S形式存在 液体燃料中S以有机硫形式存在 固体燃料中S以三种形式存在：（FeS、硫单质、有机硫）,A、前控制 分选、洗选 气化 液化B、中控制 煤炭 型煤 沥青 固硫剂 循环流化床：煤炭与固硫剂混合均匀后进入燃烧室，并在其中以流化态进行燃烧。C、后控制 末端控制,燃烧过程中NOx的控制NOX的危害燃烧过程中NOX的形成 燃料型NOX：与燃料中氮元素的含量成正比 与供氧量成正比 热力型NOX：与温度的关系密切 t1500时，热力型NOX生成很少；t1500时，热力型NOX生成量显著增加。,A、前控制 燃煤中的N以环状、链状有机化合物形式存在，前处理较难。B、中控制 两个原则：控制空气量 控制温度 过程控制：两段式燃烧 烟气再循环燃烧C、后控制 末端控制,燃烧过程中颗粒物的生成与控制颗粒物的危害燃烧过程中颗粒物的形成 碳粒子的形成 燃煤烟尘的形成 影响燃煤烟气中飞灰排放物征的因素 煤质、燃烧方式、烟气流速、炉排和炉膛的热负荷、锅炉运行负荷及锅炉结构等。燃烧过程中颗粒物的控制 减小煤炭的粒度 控制良好的燃烧状态（充分燃烧）,几种燃烧方式的烟尘占灰分比,手烧炉链条炉抛煤机炉(机械风动)沸腾炉煤粉炉,燃烧方式,占燃料中的灰分/%,15 2 015 2024 40 40 6075 85,几种燃烧方式的烟尘颗粒概况,飞灰颗粒组成149m的含量,手烧炉排/5 8 30 40 49 51,链条炉/7 15 25 38 57 43,抛煤机炉/11 23 42 56 73 27,煤粉炉/25 49 79 92 98 2,沸腾炉/4 10 20 26 74 26,