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环保——大气污染及其防治

		点击数：	更新时间： 2025年07月16日
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第四章  大气污染及其防治
4-1 概述
一、大气的组成
    1．空气与大气
     空气：对于室内或特指某个场所供呼吸用的
      大气：大区域全球性气流为研究对象
    2．大气圈的结构（图4-1）
    3．大气组成
           恒定组分:  N2、O2、Ar
             可变组分:  CO2、H2O
            不定组分:  H2S、SOx、NOx 
二、大气的重要性

1．人类生存的要素

2．助燃

3．保护生物
          阻止红外线辐射,地球温度变化幅度小;
          阻止紫外线辐射,地面辐射少,减少皮肤癌的发生.

4．反射电磁波---传播消息
三、空气污染的概念
           GB6919-86：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，称为空气污染。
          原因：人类活动-----自然过程
            必要条件：足够的浓度和时间

污染源：污染物排放
三个要素和过程            大气状态：大气运动作用
                                        受体：对受体的影响
4-2 大气污染源及主要污染物发生机制

一、大气污染源

生活污染源
          工业污染源
          交通污染源
          农业污染源

二、大气主要污染物
      1.颗粒污染物(Total Suspended Particle,简称TSP)
        粉尘   雾尘
        尘粒   煤尘 
        烟尘

2.气态污染物
   SOx(H2S)：以SO2数量最多,危害最大.
    NOx(NH3)：种类较多.
    COx：主要燃烧和呼吸释放.
    CH：主要指有机废气,如烃、醇、酮、酯、胺等.
    卤素化合物：主要是含氯化合物及含氟化合物.    
3．二次污染物(secondary pollutants)
                     一次污染物：SO2+煤尘.湿度大,气温低，浓度可达4.5mg/m3
伦敦型烟雾
                         二次污染物：硫酸雾和硫酸盐气溶胶

洛杉矶型烟雾(photochemical smog)：NOx+ CH + h?
    特征：白色或淡棕色烟雾，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。一般发生在温度较高
           的夏季晴天，峰值出现在中午或 刚过中午，夜间消失。
    机理：①排放大量烃类和氮氧化物； ②光照条件下，形成过氧化物；
                ③形成光化学烟雾； ④污染质消失，污染终止。

工业型烟雾：NOx+CH+h?+重金属颗粒+酸雾.
                                        四日市和兰州市
伦敦烟雾事件
洛杉叽光化学烟雾
三、大气污染物的转归
                                     
1．自净
2．转移
3．污染物转化成二次污染物

4-3 大气污染的危害
一、大气污染侵入人体的主要渠道

呼吸道(为主)
    消化道(食物)
    体表接触侵入(皮肤接触)

二、主要危害
                                                                                 
1． 对人体健康的危害

2．对动植物的危害

3．对材料的损害

4．对气候的影响

补充：CO2年增长率：2.39ppm/y
                       正常值：316ppm
                       目前：330                       
大气污染对植物和材料的危害
三、全球大气环境问题

温室效应：据估计，如果气温上升1℃，海平面要升高10厘
                        米，而全球3/4的大城市和占40%的人口都集中在
                        离海岸不过60千米以内的地区。
                   摘自《光明日报》2004-11-12（1）刘东生院士文章
      臭氧层破坏
      酸雨蔓延
4-4 影响大气污染物扩散的因素
一、 气象因素
                                 风：气压不同的空气流动.
    1．动力因子           气态污染物浓度=(污物排量/平均风速)
                                 湍流：
   
     2．热力因子
    1)大气温度层结：地球表面上方大气T随h而变的情况.
    ?气温垂直递减率
    ?定义：垂直于地球表面方向上每升高100m气温的变化值.                   
    ?取值：在对流层   ?=0.65oC/100m 
    ? >0       正常层(对流层) h?   T?
        原因：?大气直接吸收太阳辐射能造成的增温没有 
            地面辐射造成的增温显著,即地面是大气的主要
           增温热源.
                    ?由于地层大气中含有吸收地面辐射能较强
            的水蒸气和固体颗粒物,在大气中分布是愈往上
            愈少.
    ? = 0     等温层
    ? < 0     逆温层
    ?气温干绝热递减率(dry adiabatic lapse rate)
    意义：干空气团或未饱和的湿空气团绝热上升(膨
              胀,T ?)或者下降(压缩,T ?),单位高度(100m)
              温度的变化.
     取值：
    2)大气稳定度
            大气稳定度与气温干绝热递减率有密切关系,大气垂直运动的增强或者减弱取决于(?/?d)：
     ? ??d :处于不稳定状态,上下运动,仍有升降,易于扩
          散稀释.
   ??=?d :中性状态,上下运动,推那停那.

例如：某一个气团处于200m高空,温度为12 ?C， ? =0.5?C/100m，?d=1 ?C/100m
    若气团上升至300m,温度为11?C,则要下降至200m处.
    若气团下降至100m,温度为13?C,则要上升至200m处.
大气稳定度判断图
二、地理因素
    1．动力效应：主要是地形、地物的机械作用改变了
                            气流的运动.
     地形：主要是谷地、盆地,由于四周群山屏障,减小风
               速,阻止空气流动,易造成逆温.
     地物：主要指城市各类建筑物(尤指高层)阻碍局部地
               区气流运行,降低风速,在建筑物背风区形成小
              范围的涡流,不利于污染物扩散. 
           
                 日落后先冷

2．热力效应
            由于下垫面性质不同,使得受热、散热不均匀,引起温度场和风场的变化.
             例如由于下垫面性质的差异,使地表热力状况不均匀受热,形成局部气流,对大气污染物的扩散有着明显的影响.

三、其他因素
    1．污染物排放的几何形状和排放方式不同
          面状排放
          连续排放(危害最大)
          地面排放
    2．污染源的

污染物浓度?[源强/源高]
4-5 大气污染物的综合防治与技术
一、综合防治原则

1．控制大气污染源
    2．防止或减少污染物的排放
             改革能源结构；提高煤炭品质；对燃料进行处理；改进燃烧装置和燃烧技术；采用无害工艺；开源节流综合利用；加强管理；改进汽车排气装置
    3．治理排放的主要污染物
    4．污染的法制宣传与管理   
二、消烟除尘技术
    1．除尘装置的技术性能指标
    ?烟尘浓度的表示方法
    ?烟尘的个数浓度：颗粒物的个数/单位气体体积
    ?烟尘的质量浓度：g/m3
    ?除尘装置的处理量
    含义：单位时间内所能处理烟气量的大小.
    单位：m3/h   m3/s 
    ?除尘装置的效率
       除尘效率：除下的烟尘量/含尘烟气总量
        除尘效果：未除烟尘量/含尘烟气总量 
    ?除尘装置的压力损失(压力降)
       烟气经除尘装置所消耗的能量,(Pa;mmH2O)
    G：烟尘流量, g/s                                  清净气体
    C：含尘浓度, g/m3                        G2、C2、Q2
    Q：单位时间的烟尘量, m3/s
                                                      含尘气体
                                             G1、C1、Q1
除尘效率：

除尘效果：

多级除尘效率：                                    捕集尘粒
                                                                        G3、C3、Q3      
    2．除尘设备简介（表4-4、表4-5）
                                   机械式除尘器
    按机制分类           过滤式除尘器
                                   湿式除尘器
                                   静电除尘器
                                          湿式除尘器
    是否用液体分类
                                         干式除尘器
                                            高效除尘器 
    除尘效率高低分类        中效除尘器
                                            低效除尘器
附：各种除尘装置实用性能比较     
三、排烟脱硫             
                                        气态酸性氧化物(同碱、盐反应)
    1．原理         SO2       中间价态
                                             溶于水
    2．方法
    1）干法  
      优点：排烟温度高,易扩散.
       缺点：效率低,设备庞大.
    ?活性炭吸附法
        
   
     ?催化氧化法
    2）湿法 
     优点：方法简单,流程短,建设费用省
     缺点：温度低,湿度大,烟气上升高度低,难扩散.

? 氨法：2NH3.H2O+SO2?(NH4)2SO3+H2O(工艺成熟,简单操作方便,重点掌握)
  回收(NH4)2SO4： (NH4)2SO3+(1/2)O2 ?(NH4)2SO4
   回收石膏： (NH4)2SO4+Ca(OH)2 ? CaSO4.2H2O+2NH3?
   回收硫磺： (NH4)2SO3 ? 2NH3+SO2 + H2O
                    SO2 + H2S ? 3S? + 2H2O
? 钙法
    Ca(OH)2 + SO2 ? CaSO3 + H2O
    CaSO3 + SO2 + H2O ? Ca(HSO3)2
回收石膏：CaSO3 + (1/2)O2 + 2H2O ? CaSO4.2H2O
   Ca(HSO3)2 + NO + H2O ? CaSO4.2H2O +(1/2)N2 ? 
   2Ca(HSO3)2 + NO2 + 2H2O? 2CaSO4.2H2O +(1/2)N2 ?
                                                    + 2SO2 ?
(此法同时除去NOx)
	
? 碱法(钠法)  NaOH

? 镁法   MgxMnOy 和MgO
  Grillo法 MgxMnOy ? 副产物H2SO4浓度可达98%.
  Chemical法(MgO)
四、排烟脱硝（氮）
                         NOx为气态酸性氧化物
    1．原理          中间价态,有氧化还原性,氧化性为主
                            NO难溶于水,常需变成NO2
    2．方法
                       碱液吸收  NaOH、Na2CO3、NH3水  
                          NO + NO2+2MOH?2MNO3+H2O
?吸收法          2MOH + 2NO2 ? MNO2 + MNO3 + H2O
                       熔融盐吸收
                       浓硫酸吸收
                       活性炭
?吸附法 
                       丝光沸石分子筛
?非选择性催化还原法
    定义：在催化剂的作用下,还原剂不加选择地与废气
               中的NOx与O2同时发生反应.
        温度：400~500?C
    催化剂：Pt、Cu、Co、Ni、Cr、Mn等的氧化物
    主要反应：CH4 + 4NO ? CO2 + 2H2O + 2N2?
                      CH4 + 4NO2 ? 4NO + CO2 + 2H2O

?选择性催化还原法
    定义：在催化剂作用下,还原剂只选择性地与废气中
              的NOx发生反应.
    还原剂气体：NH3、H2S、 Cl2 - NH3等.
    主要反应： 2NO + Cl2 ? 2NOCl
                      2NOCl + 2NH3 ? NH4Cl + H2O + N2 ?
?氧化还原法
    高锰酸钾氧化法：
    亚硫酸铵吸收法：
五、典型废气的治理技术实例（图4-15  活性炭吸附SO2工艺流程图）
   1-喷管；2-复档脱水器；3-澄清池；4-风机；5-吸附塔；6-中间酸箱；7-酸洗泵；8-放空管；9-半成品酸箱；10-酸槽

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