大气污染与控制工程,环境科学与工程学院 胡 辉 杨家宽 Tel:027-87792207, 027-87542224； E-mail: gyhj08sina.com; yjiakuanhotmail.com,环境工程导论,内 容,一、大气污染与环境空气质量标准 二、大气污染气象学及大气污染模型 三、颗粒污染物及除尘工艺 四、 VOCs及净化工艺 五、SOx及脱硫工艺 六、NOx及脱氮工艺,一.大气污染概述,一.为什么要进行大气污染控制 人体健康与大气的关系 人一刻也离不开空气 人的需要量 每天需要的食物约1.5kg 每天需要的空气约15kg 人的极限耐力 断食,断水5天 可以生存 断绝空气5分钟 死亡 获取较洁净的空气比获取较洁净的水就要难得多,二、基本概念 1.大气（atmosphere） 是指环绕地球的全部空气的总和. 2.环境空气（ambient air） 是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气. 3.大气污染（air pollution） 指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。,一.大气污染概述,一.大气污染概述,三.大气污染类型 煤烟型污染 指由于煤燃烧过程中排放的各种污染物而造成的污染。 氧化型污染 指由于机动车尾气排放和燃油锅炉的排气中含有的氮氧化物和碳氢化合物，造成的二次污染 。 混合型污染 指由于燃煤和燃油过程中产生的污染物互相结合在一起造成的污染。,一.大气污染概述,四.大气污染物种类 一) 气溶胶状态污染物 1. 粉尘 是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定的时间内能保持悬浮状态。 2. 烟尘 是燃料和其它物质燃烧的产物 。 3.雾 是气体中液滴悬浮体的总称。,一. 大气污染概况,四.大气污染物种类 二) 气体状态污染物 1.一次污染物： 从污染源直接排入空气中的原始污染物； 2. 二次污染物： 一次污染物进入空气后，经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。,一.大气污染概述,五.大气污染源类型 1按人们的社会活动功能分类 生活污染源 工业污染源 交通污染源 2按污染源的几何形态分类 点污染源 面污染源 线污染源,一.大气污染概述,六.大气污染危害 1. 颗粒物对人体健康的影响 飘尘对人体的危害作用(PM10,PM2.5) 2. 气体状态污染物对人体健康的影响 具有很强的刺激性的SO2气体 NOX的毒性 O3的刺激性作用 挥发性有机化合物(VOCs)中的有毒有害 3.对城市环境中的植物、器物和材料的损失 4.能见度降低,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 一、酸雨 是指pH 5.6的酸性降雨。现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上。 酸雨的危害 1.酸雨使植物淋失 2.酸雨使土壤淋失 3.酸雨对生物的影响 4.酸雨对建筑材料和金属结构的腐蚀 5.影响人体健康,低pH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,严重腐蚀建筑物,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 二、温室效应 地球大气层上的一种物理特性（图）,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 二、温室效应 温室气体的种类（表1）,图 温室效应气体使气温上升所占比例,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 二、温室效应 温室效应的危害 1气候转变：全球变暖； 2海平面升高 3对人类生活的潜在影响 经济的影响； 农业的影响 海洋生态的影响； 水循环的影响 总的影响 地球上的病虫害增加；海平面上升； 气候反常，海洋风暴增多； 土地干旱，沙漠化面积增大。,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 二、温室效应 温暖化对策和措施 1. 国际间的合作； 2.对CO2： 基本对策是能源对策，主要有： 自然能源；低碳能源；核能；节能；CO2固定。 3.对N2O及CH4: 在进行工业排放时进行抑制； 4.对HFC、PFC： 基本对策是防止泄漏，回收再利用代替。,七.几个典型的大气污染现象 三、厄尔尼诺现象 是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。 正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲亚洲，给印尼周围带来热带降雨。但该模式每2-7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。 四、拉尼娜现象 是厄尔尼诺现象的反相，指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象，表现为东太平洋明显变冷，同时也伴随着全球性气候混乱，总是出现在厄尔尼诺现象之后。,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 最近一次拉尼娜现象出现在1998年，持续到2000年春季趋于结束。 厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现，对气候的影响大致相反，通过海洋与大气之间的能量交换，改变大气环流而影响气候的变化。从近50年的监测资料看，厄尔尼诺出现频率多于拉尼娜，强度也大于拉尼娜。 中国海洋学家认为，中国在1998年遭受的特大洪涝灾害，是由“厄尔尼诺拉尼娜现象”和长江流域生态恶化两大成因共同引起的。,一.大气污染概述,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 五、臭氧层破坏 臭氧层（图） 臭氧空洞 指的是因空气污染物质，特别是氟化氮和卤化代烃类等气溶胶污染物的扩散、侵蚀而造成大气臭氧层被破坏和减少的现象。 臭氧层破坏物质 是破坏平流层臭氧层物质的总称，这些物质有氟利昂、灭火剂、洗涤剂、CCl4以及甲基溴等。,臭氧层破坏形成原因,一.大气污染概述,七.几个典型的大气污染现象 五、臭氧层破坏 臭氧层破坏的后果 1对人体健康的影响； 2对陆生植物的影响 3对水生生态系统的影响；4对生物地球化学循环的影响 5对城市空气质量和建筑材料的影响 臭氧层保护对策 1. 国际间的合作； 2.对臭氧层破坏物质 用替代品取代臭氧层破坏物质 ；设备取代方法； 抑制排放方法,二. 环境空气质量标准,一.基本概念 1. 环境空气质量标准 以保障人体健康和一定的生态环境为目标，对大气环境中各种污染物的含量所作的限制规定。是进行大气环境科学管理，制定大气污染防治规划和大气污染物排放标准的依据，是环境管理部门的执法依据。 2.大气污染物排放标准 是为实现大气环境质量标准，对污染源排入大气的污染物允许含量的限制规定。 分为国家标准、地方标准和行业标准。,二. 环境空气质量标准,一.基本概念 3.大气污染控制技术标准 根据污染物排放标准引申出来的辅助标准，如燃料、原料使用标准，净化装置选用标准，排气囱高度标准及卫生防护距离标准等。 目的是使生产、设计和管理人员容易掌握和执行。 4.大气污染警报标准 根据大气污染发展趋势预防发生污染事故而规定的空气中污染物含量的极限值。超过这一限值就应警报，以便采取必要的预防措施，尽量减少对人们的危害。,二. 环境空气质量标准,二.环境空气质量功能区分类 1.一类区:自然保护区、风景名胜区和其它需特殊保护的地区。 2.二类区: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。 3.三类区:特定工业区。 三.环境空气质量标准分级 1.一类区执行一级标 2.二类区执行二级标准 3.三类区执行三级标准,注： CEPB：中国空气质量标准（2000-1-6修订，2000-1-6实施3）； 年平均浓度是指年日均浓度的平均值(mgm-3)。PM10以CEPB II为标准， PM2.5以WHO为标准，。WHO：世界卫生组织；,表3 空气质量相关标准,表4 空气污染指数分级浓度限值,表5 空气污染指数范围及相应的空气质量类别,如何计算API ？,PM10=0.215mg/m3,Concentration of PM10 (mg/m3),API,三.大气污染气象学及大气污染模型,一.大气圈层与气象要素 1.大气圈层（图） 按大气温度的垂直结构，大气圈分为： a. 对流层（表）; b. 平流层 c. 中间层; d. 热层； e. 逃逸层 2.主要气象要素 气象要素: 表示大气状态的物理量和物理现象. 种 类: 气温、气压、气湿、风向、风速、云况和能见度,对流层的主要特征： 1.集中整个大气质量的3/4和几乎全部水蒸气； 2.大气温度随高度的增加而降低； 3.空气具有强烈的对流运动； 4.温度和湿度的水平分布不均匀。,二.气象的动力因子 风和湍流 1.风 : 空气的水平运动 1）风向 a.风向频率和主导风向 b.风玫瑰图；c.污染系数；d.最多风向。 2) 风速: 平均风速、最大风速，各级风速出现的频率 2.湍流 :无规则阵性搅动的气流,三.大气污染气象学及大气污染模型,图3.1 风向的十六方位图,风向和风速风玫瑰图,风速,m/s,某地区1998年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11，其中风速大于10.82m/s的频率约为1，风速在3.355.41m/s的频率为3.5左右。,三.气象的热力因子 温度层结与逆温、大气稳定度 温度层结与逆温 1干绝热直减率d和气温垂直递减率 A.干绝热直减率d 干空气快（包括未饱和的湿空气）绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值。 B.气温垂直递减率 气温随高度的变化,三.大气污染气象学及大气污染模型,三.气象的热力因子 温度层结与逆温、大气稳定度 温度层结与逆温 2温度层结 气温垂直分布一般有四种情况 气温随高度的增加而降低。此时0 ， d 气温基本上不随高度变化。此时，=0（等温层结） 气温随高度增加而上升。此时0 气温垂直递减率接近于1K/100m，即= d （中性层结）,三.大气污染气象学及大气污染模型,三.气象的热力因子 温度层结与逆温、大气稳定度 温度层结与逆温 2逆温 近地层空气温度随高度的增加而上升的一种现象. 逆温类型 辐射逆温（如图) 平流逆温 下沉逆温（如图) 锋面逆温 (如图),三.大气污染气象学及大气污染模型,三.大气污染气象学及大气污染模型,图 海风入侵时的锋面与扩散,下沉逆温： 由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温（图3-11）。 锋面逆温： 在对流层中：锋面上，冷暖空气团相遇时，如果冷暖空气的温差很大 时，就可以出现锋面逆温。,图 下沉逆温的形成,三.大气污染气象学及大气污染模型,三.气象的热力因子 温度层结与逆温、大气稳定度 大气稳定度 大气稳定度是表示空气块在铅直方向的稳定程度 1.大气稳定度的判别 不稳定类（d ）;中性类（=d ）; 稳定类（ d ） 2.大气稳定度的分类(表3.2 ) 稳定类：E和F 中性类：D 不稳定类：A、B 、C,三.大气污染气象学及大气污染模型,四.大气污染湍流扩散模型 作用及建模条件 1. 预测大气污染物排放后，在不同时间与空间的浓度分布 2. 所有的模型都采用必要的假设条件 3. 模型基于质量守恒定律 高斯烟羽模型,四.颗粒污染物及除尘工艺,一.颗粒物粒径与沉降速度,四.颗粒污染物及除尘工艺,二.除尘装置概述 除尘装置： 从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备。 除尘装置类型： 1. 机械式除尘器 重力沉降室；惯性除尘器；旋风除尘器 2. 湿式除尘器 3. 过滤式除尘器 4. 电除尘器,四.颗粒污染物及除尘工艺,干式机械除尘器 一) 重力沉降室 利用粉尘与气体的密度不同, 依靠自身的重力从气 流中自然沉降下来，达到净化目的的装置. 类 型 a. 水平气流沉降室； b. 垂直气流沉降室。 优 点 简单，价低，便于维护，压力损失小，可处理高温气体. 缺 点 沉降小颗粒的效率低，一般只能除去50m以上的大颗粒 .,图 水平气流简易重力沉降室