《大气污染控制工程》第1章 概论(102P)(1).ppt
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1、大气污染控制工程,高等学校环境类专业的一门必修专业课主要讨论大气污染控制的基本理论、各种控制方法、典型控制设备的结构特征,以及典型工艺和设备的设计计算培养学生分析和解决大气污染控制工程问题的能力结合大气污染控制工程实验、课程设计及毕业设计(论文)等其它教学环节,为学生进行大气污染控制工程设计及系统分析、科学研究及技术管理打下必要的基础,课 程 简 介,第1章 概论第2章 燃烧与大气污染第3章 大气污染气象学第4章 大气扩散浓度估算模式第5章 颗粒污染物控制技术基础第6章 除尘装置第7章 气态污染物控制技术基础第8章 硫氧化物的污染控制第9章 固定源氮氧化物污染控制第10章第12章 自学第13章
2、 集气罩第14章 管道系统的设计,目 录,了解大气污染、大气污染物及控制概况。了解大气环境标准、工业企业设计卫生标准和部分大气污染物排放标准。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。掌握除尘技术的基本理论(重力沉降、离心沉降、静电沉降、惯性沉降),学会正确选用除尘设备、设计除尘系统。掌握气态污染物净化的基本原理(吸收法、吸附法、催化转化法),主要污染物的典型净化工艺流程和设备。,课 程 教 学 要 求,郝吉明.大气污染控制工程.北京,高等教育出版社,2002年蒲恩奇.大气污染治理工程.北京,高等教育出版社,1999年林肇信.大气污染控制工程.北京,高等教育出版
3、社,1990年Noel de Nevers.Air Pollution Control Engineering,2nd Ed.任爱玲,蒲恩奇.大气污染治理工程习题集.河北科技大学出版郭静,阮宜纶.大气污染控制工程.化学工业出版社,主要参考书及建议的资料,第一章 概论,1、大气与大气污染 2、大气污染物及其来源3、大气污染概况及其综合防治4、大气环境空气质量控制标准,学习内容,1、了解大气的组成、定义及全球性大气污染问题。2、理解大气污染物的定义、分类及来源。3、了解大气污染的影响。4、理解环境污染综合防治的基本点。5、了解环境空气质量控制标准。,学习要求,空气的重要意义:人是完全靠空气生存的,
4、成年人平均每天约需Kg粮食和2Kg水,但对空气的需求就大得多,每天约13.6 Kg(合10 m3)。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(地域性或全球性的)。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 大气与大气污染,1.1.1 大气污染(一)大气的构造(二)大气的
5、组成(三)大气污染的定义(四)排放源1.1.2 全球性大气污染问题(一)温室效应(二)臭氧层破坏(三)酸雨,1.1 大气与大气污染,(一)大气的构造,均质大气层(均质层)从地球表面向上,大约到90Km高度,大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎无什么变化的大气层。根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化分为:对流层、平流层、中间层、电离层、散逸层。非均质层在均质层以上和外围空间的大气层其气体的组成随高度升高有很大变化。,了解!,(一)大气的构造,占大气圈总厚度的9%,占总质量的75%。适度的水蒸气、温度和氧气对人和动植物的生存起到重要的作用。一般情况下,温度自地表面向高空递减,0.65/上升100米
6、。雨、雪、霜、雾、雷电等自然现象都出现在这一层。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。近地层的大气污染物的扩散能力主要取决于当时的气象条件。温度、湿度等各要素水平分布不均匀。,1、对流层的特点,在这一层里气体的温度差随高度上升有缓慢的增加,3035Km,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。几乎不存在水蒸汽和尘埃,一般处于平流运动。大气很干燥,没有云、雨等现象,是飞机理想的飞行区域。,2、平流层的特点,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。,3
7、、中间层的特点,4、电离层的特点,5、散逸层的特点,气温随高度增加迅速降低,有强烈的垂直对流运动。,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。,大气和空气(ISO)大气(atmosphere)环绕地球的全部空气的总和。环境空气(ambient air)指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气。大气组成可以分为干燥清洁的空气(氮、氧、氩、和二氧化碳气体,占全部干洁空气的99.996(体积);氖、氦、氪、甲烷等只占0.004左右。)水蒸气各种杂质,(二)大气的组成,干洁空气的组成如表所示,清洁空气和被污染空气中的污染物含量如表所示:,Air Pollution m
8、ay be defined as any atmospheric condition in which substances are present at concentrations high enough above their normal ambient levels to produce a measurable effect on man,animals,vegetation,or materials.Air Pollution is the presence of undesirable materials in air,in quantities large enough to
9、 produce harmful effects.The undesirable materials may damage human health,vegetation,human property,or the global environment as well as create aesthetic insults in the form of brown or hazy air or unpleasant smells.,(三)大气污染的定义(试比较其差别),如果大气中的物质达到一定浓度,并持续足够的时间,以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响,这就
10、是大气污染。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。,(三)大气污染的定义(试比较其差别),局限性和局部地区大气污染。如受某个工厂烟囱排气的直接影响;涉及一个地区的区域性大气污染。如工矿区域及其附近地区或整个城市大气受到污染;涉及更广域的大气污染。在大城市、大工业地带可以看到的广域污染;从全球范围考虑的全球性大气污染。如大气中硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳和飘尘的不断增加,造成跨国界的酸性降雨和温室气体效应。,按大气污染的范围
11、来说,大致可分为四类:,TransportationElectric power generationIndustrial processesIndustrial and domestic fuel burningRefuse burningEtc.,(四)排放源,Sources of airborne pollution in Asia are many:power generation,industry,traffic,home cooking,and biomass burning,人类活动包括:生活活动;生产活动造成大气污染的主要因素首先是工业生产活动。交通和取暖、空调等也起重要作用。
12、自然过程指火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石风化及大气圈的空气运动等。由于自然环境所具有的物理、化学和生物机能,即自然环境的自净作用,会使自然过程造成的大气污染,经过一段时间后自动消除,从而使生态平衡自动恢复。,(四)排放源,所以可以说,大气污染主要是人类活动造成的。,大气污染的研究内容,Sources of air pollutantsControl methodsAtmospheric behavior of air pollutantsEffects of air pollutantsLegislative and regulatory measures,(一)温室效应大气中的二氧化碳
13、和其它微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳、水蒸气等,可以使太阳短波几乎无衰减的通过,但却可以吸收地表的长波辐射,由此引起全球气温升高的现象,成为温室效应。上述那些微量气体,则称为温室气体。二氧化碳是最重要的温室气体。,1.1.2 全球性大气污染问题,Major Greenhouse Gases,全球变暖和气候变化,全球平均气温变化,大气中三种温室气体含量的变化,全球变暖产生的影响,全球变暖产生的影响,(二)臭氧层破坏大气中臭氧含量仅占一亿分之一,主要集中在离地面2025km的平流层中,并称为臭氧层。臭氧层具有强烈吸收太阳紫外线的功能,从而保护地球上各种生命的存在、繁衍和发展。氟氯碳、NO
14、X等物质向大气排放逐渐增多,是导致臭氧层破坏的主要原因。,1.1.2 全球性大气污染问题,Ozone absorbs ultraviolet light and is split into an oxygen molecule and an oxygen atom:Oxygen molecule is also split by ultraviolet light to form oxygen atoms:Recombination of oxygen atoms and oxygen molecules allow ozone to be formed again and to be ava
15、ilable to absorb more ultraviolet light:,(二)臭氧层破坏,This series of reactions results in the absorption of 99%of the ultraviolet light energy coming from the sun.Chlorofluorocarbons(CFCs)are strongly implicated in the ozone reduction in the up atmosphere.These reactions both destroy ozone.,(二)臭氧层破坏,注:D
16、obson单位将0,标准海平面压力下,105m厚的臭氧定义为一个Dobson单位,(三)酸雨pH小于5.6的雨、雪或其它形式的大气降水(如雾、露、霜)称为酸雨。酸雨的形成主要是因为化石燃料燃烧和汽车尾气排放的SOX、NOX,在大气中形成硫酸和硝酸,又以雨、雪、雾等形式返回地面,形成“酸沉降”。,1.1.2 全球性大气污染问题,酸雨的来源,Molecules from natural sources,power plants,and internal combustion engines react to produce the chemicals that are the source of
17、acid deposition.,酸雨的危害,水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长,最终导致死亡,引起树木的大量不正常死亡,德国雕像60年前后对比,中国酸雨的分布变化主要位于长江以南,1.2.1 污染物的种类1.2.2 大气污染物的来源和发生量1.2.3 大气污染的影响1.2.4 我国大气污染的现状及特点,1.2 大气污染物及其影响,1.2.1 污染物的种类,按其存在状态:颗粒污染物;气态污染物大多数人的本能认识:颗粒污染物就像沙子、砾石或尘土一样,由很多小颗粒组成。这仅说对了一部分。一些工业粉尘可能是由于机械过程产生的,但是大部分粉碎和研磨过程不产生粒径小于10 m的颗粒物。大部分细粒子(0.1
18、l0m)是燃烧、蒸发或冷凝过程产生的。香烟燃烧烟气包含有碳氢化合物(油类、焦油)冷凝后形成的0.01 10m的液滴。燃烧部分上方是1 2 mm的透明区域:高温足以使这些碳氢化合物以透明的气态分子状态存在。再向上是烟羽:烟气在上升过程中与温度比较低的空气混合,达到凝结温度,此时气态碳氢化合物形成非常细小的液滴。,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。根据气溶胶的来源和物理性质,可将其:粉尘(dust)烟(fume)飞灰(fly ash)黑烟(smoke)液滴(droplet),1、颗粒污染物,粉尘(dust)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、
19、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200m。烟(fume)指由冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。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0.011m。,飞灰(fly ash)由燃料燃烧产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子。黑烟(smoke)由燃烧产生的能见气溶胶。黑烟的粒度范围为0.051m。液滴(droplet)在静止条件下能沉降、在紊流条件下能保持悬浮这样一种尺寸和密度的小液体粒子,主要粒径范围在200m以下。,根据大气中尘颗粒的大小可分为总悬浮颗粒物():能悬浮在空气中,空气动力学
20、当量直径小于100m的颗粒物。可吸入颗粒物(PM10):悬浮在空气中,空气动力学当量直径小于10m的颗粒物。,空气动力学当量直径是指在低雷诺数的气流中与单位密度球具有相同终末沉降速度的颗粒直径。也就是指在较平静的气流中被测颗粒的直径相当于与其具有相同终末沉降速度的密度为1的球形标准颗粒物的直径。这种表示法可以直接表达出颗粒物在空气中的停留时间、沉降速度、进入呼吸道的可能性、在呼吸道中的沉积部位等等,故最为合理。,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、碳氢化合物及卤素化合物等,如下表所示(注:M代表金属离子)。,2、气态污染物,一次污染物:
21、从污染源直接排出的原始物质。Pollutants released directly into the atmosphere in their unmodified forms and in sufficient quantities to pose a health riskSources of Primary Air Pollutants,全球SO2,NH3,NOX排放量,1999年全国重点城市主要大气污染物分布,中国城市的大气污染概况,二次污染物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。受到普遍重视的二次污染物主要有
22、硫酸烟雾和光化学烟雾。传统大气污染物有:二氧化硫,总悬浮微粒,氮氧化物,一氧化碳,以及光化学氧化剂。目前大气污染物名单加入了许多新化学物质,包括铅、石棉、汞、砷、酸类卤素类、呋喃、聚氯联苯等。,光化学烟雾形成过程,发生光化学烟雾污染时,无光化学烟雾时,大气污染物的来源可分为:自然污染源指自然原因向环境释放的污染物,如火山爆发、森林火灾、飓风、海啸、土壤和岩石的风化及生物腐烂等自然现象形成的污染源。人为污染源指人类生活活动和生产活动形成的污染源。,1.2.2 大气污染物的来源和发生量,按污染源的空间分布:点源污染物集中于一点或相当于一点的小范围排放源,如工厂的烟囱排放源。面源在相当大的面积范围内
23、有许多污染源,如一个居住区或商业区内有学多大小不同的污染物排放源。按人们的社会活动功能不同生活污染源工业污染源交通污染源,人为污染源,(一)对人体健康的影响大气污染物侵入人体的途径:表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气。大气污染对人体健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。几种主要大气污染物危害人体健康的毒理,1.2.3 大气污染的影响,大气污染物对人体健康、植物、器物和材料及大气能见度和气候皆有重要影响。,几种主要大气污染物危害人体健康的毒理,颗粒物颗粒物对人体健康的影响,取决于颗粒物的浓度和在其中暴露的时间。研究数据表明,因上呼吸道感染、心脏病等与大气中颗粒物浓度的增加是相关的。
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