大气污染及其控制技术课件.pptx
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1、1,大气是指包围在地球表面并随地球旋转的空气层,也称大气圈。可分为:对流层 平流层 中间层 电离层 散逸层,4.1.1 大气环境结构,2,对流层:是大气圈的最低一层,厚度随纬度和季节而变化,平均为12km。整个大气圈的质量约有8095来自这一层。主要特征:1)一般情况下,温度随高度增加而递减,垂直降温率0.65/100m。2)大气对流运动强烈,云、雾、雨、雪等主要天气现象都发生在这一层。3)受地面状况和人为活动影响最为显著,大气的温度、湿度等气象要素水平分布差异大,从而形成不同的大气环境和产生各种大气污染现象。,3,平流层:从对流层顶到50km左右这一层称为平流层。主要特征是:1)温度先随高度
2、升高缓慢升高,从3035km起,温度随高度增加升温迅速。2)大气多为平流运动,整个大气层比较平稳。3)水汽和尘埃的含量很少,云也很少。在对流层顶以上O3开始增加,至2225km附近臭氧浓度达极大值,然后减少,到50km处O3就极微了,因此主要的O3带包含在平流层内。,4,中间层:自50km85km左右这一层称为中间层。中间层的温度随高度迅速降低。顶界温度下降至约-100附近时,再次出现空气的对流运动。电离层:从中间层顶至800km高度这一层称为电离层。此层的温度随高度迅速升高,大气处于高度电离状态,具有反射无线电波的能力,故有电离层之称。散逸层:高度800km以上的大气层。大气向星际空间的过渡
3、地带。空气极其稀薄,气温很高,并随高度增加而继续升高。地球引力作用很小,空气质点经常散逸至星际空间。,5,4.1.2 大气组成,自然状态下的大气由干燥清洁的空气、水蒸气和悬浮微粒三部分组成。在85km以下的低层大气中,干洁空气的组成基本上是不变的。主要成分是N2、O2和Ar,体积分数分别为78.09、20.95、0.93,三者合计为99.97以上。其他还有少量的CO2、H2、He、Ne、Kr、O3等,总和不超过0.03。,6,4.1.3 环境空气质量标准,环境空气质量标准:规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值,采样与分析方法及数据统计的有效性规定。2012年2
4、月,国务院发布空气质量新标准,增加了PM2.5值监测。,7,本次修订的主要内容:调整了环境空气功能区分类,将三类区并入二类区;增设了颗粒物(粒径小于等于2.5 m)浓度限值和臭氧8 小时平均浓度限值;调整了颗粒物(粒径小于等于10 m)、二氧化氮、铅和苯并a芘等的浓度限值;调整了数据统计的有效性规定,将有效数据要求由50%-75%提高至75%90%;更新了二氧化硫、二氧化氮、臭氧、颗粒物等的分析方法标准,增加自动监测分析方法。,8,第4章 大气污染及其控制技术,1 大气概述2 大气污染3 影响污染物在大气中扩散的气象因素4 大气污染物控制技术,9,4.2.1 大气污染的含义,大气污染:是指由于
5、人类活动和自然过程引起某种进入大气层的污染物的含量超过环境所能允许的极限,使大气质量恶化,从而危害生物的生活环境,影响人类健康,给正常的工农业生产带来不良后果的现象。根据大气污染影响所及的范围可分为四类:局部性污染 地区性污染 广域性污染 全球性污染,10,根据能源性质和大气污染物的组成和反应将大气污染划分为:煤炭型、石油型、混合型和特殊型污染。根据污染物的化学性质及其存在的大气环境状况将大气污染划分为:还原型和氧化型污染。,11,造成大气污染的原因:一是人类活动,人类在从事生产和生活过程中,要向大气排放各种污染物。二是自然过程,如火山爆发、森林火灾、岩石风化等也会向大气释放各种污染物质。大气
6、污染的形成过程由三个部分组成:污染源,大气运动,接受者。由污染源排放污染物进人大气中,经过混合、扩散、化学转化等一系列大气运动过程,最后到达接受者,对接受者施加作用。缺少任何一个环节,就构不成空气污染。,12,4.2.2 大气污染源,大气污染源分为自然源和人工源两大类。自然源是指火山喷发、森林火灾、土壤风化等自然原因产生的沙尘、二氧化硫、一氧化碳等。人工源是指任何向大气排放一次污染物的工厂、设备、车辆或行为等。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,人工源又可分为不同的类型。,13,人工源的分类,14,4.2.3 大气污染物,人类活动排出的污染物扩散到室外空气中称为大
7、气污染物。这些物质是那些能在大气中传播的天然的或人造的元素或化合物。在化学性质上可以是有毒的也可以是无毒的,关键是能够引起可以测量的有害影响。大气污染物,尤其是城市大气污染物,主要有PM、SO2、CO、CO2、NOx、O3及CmHn和一些有毒重金属等。,15,4.2.4 大气污染物的物理状态,大气污染物以气体形式和气溶胶形式存在,其中气体形式约占90(CV),气溶胶形式约占10(CV)。气体形式污染物气体形式污染物是指在常温常压下以气体形式分散在大气中的污染物质。常见的气态污染物有:CO、NOx、Cl2、HCl、HF、O3等。它们的运动速度较快,扩散快、易受气流影响。,16,气溶胶形式污染物任
8、何固态或液态物质当以小的颗粒物形式分散在气流或大气中时都称为气溶胶。气溶胶颗粒的粒度范围大体在0.0002500 m 之间。由于其粒度大小不同,所以这些气溶胶颗粒的化学和物理性质有很大的差异。我们常见的雾、烟、粉尘和烟雾,就是不同形式的气溶胶。,17,4.2.5 大气污染物的类别,大气中的污染物可分为一次污染物和二次污染物两类。大气一次污染物直接从各类污染源排出进入大气的各种物质,如气体、蒸汽及尘埃。常见的有HC、CO、NO、SO2和PM等。一次污染物又可以分为反应性污染物和非反应性污染物两类。1)反应性污染物的性质不稳定,在大气中常与某些物质产生化学反应,或作为催化剂促进其他污染物发生化学反
9、应。2)非反应性污染物的性质较为稳定,它不发生化学反应,或反应速度很缓慢。,18,一次污染物在大气中的物理作用或化学反应可分为以下几种:1)气体污染物之间的化学反应(可在有催化剂或无催化剂作用下发生)。常温下,有催化剂存在时,H2S和SO2气体污染物之间的反应是其中的一例:2H2S+SO23S+2H2O,大气一次污染物,19,2)空气中颗粒状污染物对气体污染物的吸附作用,或颗粒状污染物表面上的化学物质与气体污染物之间的化学反应。例如尘粒中的某些金属氧化物与SO2直接反应,生成硫酸盐:4MgO十4SO23MgSO4十MgS3)气体污染物在气溶胶中的溶解作用。4)气体污染物在太阳光作用下的光化学反
10、应。,20,大气二次污染物大气二次污染物由进入大气的一次污染物互相作用或与大气正常组分经过一系列的化学反应生成的,以及在太阳辐射线的参与下引发光化学反应而产生的新的污染物。常见的有臭氧、过氧化乙酰硝酸酯(PAN)、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶,以及一些活性中间产物,如过氧化氢基(HO2)、羟基(OH)、过氧化氮基(NO3)和氧原子(O)等。,21,例如二次污染物硫酸烟雾(又称硫酸气溶胶)就是通过下面变化过程而形成的:生成物(H2SO4)m(H2O)n气溶胶,继续吸附大量的SO2、SO3和H2SO4H2O,长成较大的粒子,这些小微粒分散在空气中,即形成硫酸气溶胶。SO2在干燥空气中,其
11、质量浓度达2285mg/m3时,人还可以忍受。但形成硫酸气溶胶后,其质量浓度仅2.28mg/m3人即不可忍受,因此大气中的二次污染物对环境危害很大。,22,4.2.6 大气污染物简介,PM空气中分散的液态或固态物质,直径约0.0002500m之间。颗粒污染物可分为以下几类:1)尘粒。一般是指d75m的颗粒物。这类颗粒物由于粒径较大,在气体分散介质中具有一定的沉降速度,因而易于沉降到地面。2)粉尘。一般是指d10m,可沉降到地面。飘尘:粒径小于d10m,不易沉降,长期飘浮。3)烟尘。烟尘一般是指粒径小于1m的固体颗粒。,23,4)雾尘。雾尘是小液体微粒悬浮于大气中的悬浮物总称,其粒子粒径小于10
12、0m。这种小液体粒子一般是由于蒸汽的凝结、液体的喷雾、雾化以及化学反应过程中形成的。5)煤尘。煤尘一般是指粒径大约在120m的粉尘。例如煤在燃烧过程中未被完全燃烧的粉尘,大、中型煤码头的煤扬尘以及露天煤矿的煤扬尘等。其中最重要的是粉尘污染物。粉尘的危害,不仅取决于它的暴露含量,还在很大程度上取决于它的组成成分、理化性质、粒径和生物活性等。,24,硫化合物SOx、H2S主要是指SO2和SO3。硫以多种形式进入大气,特别作为SO2和H2S气体进入大气,但也有以亚硫酸、硫酸以及硫酸盐微粒形式进人大气的。人类活动释放到大气中的硫以SO2最为重要,其主要由含S燃料在燃烧过程中作为废气被排出的。冶炼厂和石
13、油精炼厂也可以排出大量的SO2。SO2是一种无色的中等强度刺激性气体。在低浓度下,主要影响呼吸道。含量较高时,造成支气管炎、哮喘病,严重的可以引起肺气肿,甚至死亡。,25,氮氧化物NOxNOx种类很多,它是NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等的总称。造成大气污染的NOx主要是NO、NO2。人为的NOx大部分来源于矿物燃料的燃烧过程,也有来自生产或使用硝酸的工厂排放的尾气等。NO是无色、无刺激、不活泼的气体,在阳光照射下,并有碳氢化合物存在时,能迅速地氧化为NO2。NO2是红棕色气体,对呼吸器官有强烈刺激,能引起急性哮喘病。在大气环境中,NO2除与碳氢化合物反应生成光化学烟雾外,
14、同时也能与SO2、CO等污染物并存,在这种情况下将加剧NO2的危害性。,26,碳氧化物大气中的碳氧化物主要是CO和CO2。CO是大气的主要污染物之一,是一种无色、无臭、有毒的气体。CO是某些过程包括含碳物质不完全燃烧的产物。天然源相对比较少,主要的人为源为内燃机。CO是一种特别稳定的气体,它可以氧化成CO2或被海洋所吸收。燃料燃烧产生CO2。植物和海洋是CO2的天然源。但是现今它们的消耗量已经无法和人为产生的CO2增加速率相平衡,因此全球CO2含量一直在增加。,27,碳氢化合物CmHn大气中的CmHn 通常是指C1C8可挥发性的所有碳氢化合物。自然界中的碳氢化合物,主要是由生物的分解作用产生的
15、。人为的碳氢化合物的来源有二,即不完全的燃烧和有机化合物的蒸发。,28,臭氧有特殊的臭味,是已知的仅次于氟(F2)的最强氧化剂。O3的质量浓度在0.214mg/m3时,呼吸2h将使肺活量减少20;质量浓度在0.623mg/m3时,对鼻子和脑部有刺激;质量浓度达14.29mg/m3时,呼吸12h后,眼和呼吸器官发干,有急性烧灼感,头痛,中枢神经发生障碍,时间再长,思维还会紊乱。,29,多环芳烃PAH指多环结构的碳氢化合物,其种类很多,如笓、蒽、菲、萤蒽、苯并蒽、苯并b萤蒽及苯并a笓等。这类物质大多数有致癌作用,其中苯并a笓是国际上公认的致癌能力很强的物质,并作为计量大气PAH污染的依据。城市大气
16、中的苯并a笓主要来自煤、油等燃料的不完全燃烧,以及机动车的排气。大气中的苯并a笓主要通过呼吸道侵入肺部,并引起肺癌。实测数据说明,肺癌与大气污染、苯并a笓含量的相关性是显著的,从世界范围来看,城市肺癌死亡率约比农村高2倍,有的城市高达9倍。,30,第4章 大气污染及其控制技术,1 大气概述2 大气污染3 影响污染物在大气中扩散的气象因素4 大气污染物控制技术,31,4.3.1 风对大气污染物扩散的影响,风是空气的水平运动。风对大气污染扩散的影响包括风向和风速两个方面:1)风向影响着污染物的扩散方向,决定着污染物排放以后所遵循的路径。2)风速常用风压表示,在气象服务中,常用风力等级(分为十三级)
17、表示风速大小。风速大小决定着污染物的扩散和稀释的速度,以及污染物输送距离。最大的污染潜势经常出现在风力微弱的时候,因为风速小,水平输送和湍流扩散都很微弱,有利于污染物的积累,浓度上升。,32,通常采用风向频率和污染系数来表示风向和风速对空气污染物扩散的影响。1)风向频率:是指某方向的风占全年各风向总和的百分率。2)污染系数:风向、风速联合作用对空气污染物的扩散影响。污染系数=风向频率/该风向的平均风速 显然,不同方向的污染系数不尽相同,某方向污染系数的大小正好表示该方向空气污染的轻重不同。,33,4.3.2 湍流对大气污染物扩散的影响,大气湍流:大气成无规则的杂乱无章的运动。大气中各种不同尺度
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