第三講大氣污染與控制工程 自我整理 精華版 - 圖文-

1、第三講大氣污染與控制工程內(nèi)容一、大氣與大氣污染二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染物及危害三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型四、顆粒污染物及除塵工藝五、VOCs及凈化工藝六、SOx及脫硫工藝七、NOx及脫氮工藝一、大氣與大氣污染按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO對(duì)大氣和空氣的定義:大氣(atmosphere:是指環(huán)繞地球的全部空氣的總和(the entire mass of air which surrounds the Earth。環(huán)境空氣(ambient air:是指人類、植物、動(dòng)物和建筑物暴露于其中的室外空氣(outdoor air to which people,plants,animals and st

2、ructures are exposed大氣與空氣環(huán)境空氣的重要性和特性環(huán)境空氣的重要性一個(gè)成年人每天呼吸大約兩萬(wàn)次,吸入的空氣量大約1015m3(13.6kg,約食物重量的10倍(食物1.5kg、水2kg。環(huán)境空氣是一種資源,而且是一種可更新的資源。環(huán)境空氣的性質(zhì):環(huán)境空氣是一種混合氣體,平均分子量為28.966,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度為1.293kg/m3。大氣污染大氣污染通常是指由于人類活動(dòng)和自然過(guò)程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達(dá)到了足夠的時(shí)間并因此而危害了人體的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象。大氣污染的一般過(guò)程 幾類典型的大氣污染 4種煤煙型(或還原型污染主要污染源是燃煤。

3、主要污染物是SO2 、NOx 、 CO和微粒物質(zhì),它們遇上低溫、高濕的陰天,且風(fēng)速很小并伴有逆溫存在的情況時(shí),一次污染物擴(kuò)散受阻,易在低空聚積,生成還原型煙霧。石油型(或交通型或氧化型污染污染源主要是機(jī)動(dòng)車(汽油車和柴油車和機(jī)動(dòng)船。主要污染物是CO、NOX 和HC。在相對(duì)濕度較低的夏季睛天,交通污染嚴(yán)重的地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)典型的二次污染光化學(xué)煙霧。它對(duì)人體、動(dòng)植物、材料均會(huì)產(chǎn)生破壞作用,并且嚴(yán)重影響大氣能見(jiàn)度。光化學(xué)煙霧酸雨與酸沉降指大氣中的酸通過(guò)降水(如雨、霧、雪遷移到地表,或在含酸氣團(tuán)氣流的作用下直接遷移到地表。酸沉降的研究始于酸雨研究。酸雨已成為當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的區(qū)域性環(huán)境問(wèn)題之一。直接引起

4、酸沉降的主要物質(zhì)是人為和天然排放的SOX (SO2 和SO3 和NOX (NO和NO2 ,其天然源一般是全球分布的,而人為排放的SOX 和NOX 則具有地區(qū)性分布的特點(diǎn)。酸雨形成機(jī)制 酸雨對(duì)植物的危害損害植物酶的功能組織;影響植物新陳代謝的功能;破壞原生質(zhì)的完整性和細(xì)胞膜。此外,還會(huì)損害根系生長(zhǎng)及其功能;減弱輸送作用與導(dǎo)致生物產(chǎn)量減少。城西的那棵老熔樹(shù)攝影福建省三明市梅列區(qū)檢察院刑保興酸雨的越界遷移與全球化問(wèn)題酸沉降的遷移導(dǎo)致全球化環(huán)境問(wèn)題沙塵暴沙塵暴是一種風(fēng)與沙相互作用的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象,它的形成與地球溫室效應(yīng)、厄爾尼諾現(xiàn)象、森林銳減、植被破壞、物種滅絕、氣候異常等因素有著不可分割的關(guān)系。沙塵

5、暴作為一種高強(qiáng)度風(fēng)沙災(zāi)害,并不是在所有有風(fēng)的地方都能發(fā)生,只有那些氣候干旱、植被稀疏的地區(qū),才有可能發(fā)生沙塵暴。二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染物及危害四大類主要大氣污染物顆粒污染物(Particulates易揮發(fā)有機(jī)廢氣(VOCs硫氧化物(SOx氮氧化物(NOx環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的種類和作用 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣(Ambient air質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是以保障人體健康和一定的生態(tài)環(huán)境為目標(biāo),而對(duì)大氣環(huán)境中各種污染物的允許含量所作的限制規(guī)定。是最基本的大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),是進(jìn)行大氣環(huán)境科學(xué)管理,制定大氣污染防治規(guī)劃和大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù),是環(huán)境管理部門的執(zhí)法依據(jù)。大氣環(huán)境污染物排放標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

6、是為實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),對(duì)污染源排入大氣的污染物允許含量的限制規(guī)定。是控制大氣污染源的污染物排放量和選擇設(shè)計(jì)凈化裝置的重要依據(jù),也是環(huán)境管理部門的執(zhí)法依據(jù)。大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)可分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)引申出來(lái)的輔助標(biāo)準(zhǔn),如燃料、原料使用標(biāo)準(zhǔn),凈化裝置選用標(biāo)準(zhǔn),排氣囪高度標(biāo)準(zhǔn)及衛(wèi)生防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)等。是為保證達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)而從某一方面做出的具體技術(shù)規(guī)定,目的是使生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和管理人員容易掌握和執(zhí)行。警報(bào)標(biāo)準(zhǔn)大氣污染警報(bào)標(biāo)準(zhǔn)是為保護(hù)大氣環(huán)境不致惡化,或根據(jù)大氣污染發(fā)展趨勢(shì)預(yù)防發(fā)生污染事故而規(guī)定的空氣中污染物含量的極限值。超過(guò)這一限值就應(yīng)警報(bào),以便采取

7、必要的預(yù)防措施,盡量減少對(duì)人們的危害。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ambient air quality standard GB3095-1996 (代替GB3095-82 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局1996-01-18批準(zhǔn) 1996-10-01實(shí)施主題內(nèi)容與適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分、標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)、污染物項(xiàng)目、取值時(shí)間及濃度限值,采樣與分析方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)適用于全國(guó)范圍的環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)。環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的分類和標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分類一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地區(qū)。二類區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工

8、業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。三類區(qū)為特定工業(yè)區(qū)。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)(環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)一類區(qū)執(zhí)行一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)二類區(qū)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)三類區(qū)執(zhí)行三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)污染物的濃度限值注:適用于城市地區(qū);適用于牧業(yè)區(qū)和以牧業(yè)為主的半農(nóng)半牧區(qū),蠶桑區(qū);適用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)區(qū)。 空氣污染指數(shù)分級(jí)濃度限值 空氣污染指數(shù)范圍及相應(yīng)的空氣質(zhì)量類別 大氣污染的危害1、人體健康( Human Health2、物品財(cái)產(chǎn)(Properties3、能見(jiàn)度( Visibility4、全球氣候(Global Climate:Global Warming Stratospheric Ozone Depletion 平流層臭氧枯竭1、人體健康( Hum

9、an Health Biological MechanismAnimal experimentLaboratory experiments with humansEpidemiological(流行醫(yī)學(xué)病 studies of human populations2、物品財(cái)產(chǎn)(Properties植物動(dòng)物雕像等建筑物水的低pH值使得魚(yú)的骨骼畸形生長(zhǎng),最終導(dǎo)致死亡引起樹(shù)木的大量不正常死亡嚴(yán)重腐蝕建筑物建筑物的毀壞3、能見(jiàn)度( Visibility Particles between us and the scene scatter sunlight (or moonlight or streetl

10、ight toward us, which prevent us from seeing distant scenes clearly.The longer distance, the more particles between us and the scene,the less clearly4、全球氣候(Global Climate I: Global Warming全球變暖/溫室效應(yīng)大氣層中某些氣體對(duì)短波和可見(jiàn)光吸收很弱,而對(duì)長(zhǎng)波輻射吸收強(qiáng)烈,因此地球表面從太陽(yáng)輻射獲得的熱量相對(duì)多,而散失到大氣層以外的熱量相對(duì)少,地球表面的溫度得以維持,這就是大氣的“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)的產(chǎn)生 溫室氣

11、體主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烴、一氧化二氮等。當(dāng)它們?cè)诖髿庵械臐舛仍黾訒r(shí),大氣的溫室效應(yīng)就會(huì)加劇,引起地球表面和大氣層下部的溫度升高。人類活動(dòng)排放溫室氣體的貢獻(xiàn)(1980-1990 溫室氣體的主要貢獻(xiàn)者-CO2 甲烷的溫室效應(yīng)比CO2 高25倍 溫室效應(yīng)的危害1、地球上的病蟲(chóng)害和傳染疾病增加史前病毒,蟲(chóng)害加劇2、海平面上升專家預(yù)測(cè)2050年全球溫升2-4攝氏度,海平面上升,紐約,上海,東京和悉尼淹沒(méi)3、氣候反常,海洋風(fēng)暴增多;98年洪水;2004年7.9級(jí)強(qiáng)地震,引發(fā)海嘯,印尼23萬(wàn)人死亡或失蹤,50萬(wàn)人無(wú)家可歸4、土地干旱,沙漠化面積增大西部干旱,缺水,黃河斷流,沙漠化厄爾尼諾厄爾尼

12、諾現(xiàn)象又稱厄爾尼諾海流,是太平洋赤道帶大范圍內(nèi)海洋和大氣相互作用后失去平衡而產(chǎn)生的一種氣候現(xiàn)象。正常情況下,熱帶太平洋區(qū)域的季風(fēng)洋流是從美洲走向亞洲,使太平洋表面保持溫暖,給印尼周圍帶來(lái)熱帶降雨。但這種模式每27年被打亂一次,使風(fēng)向和洋流發(fā)生逆轉(zhuǎn),太平洋表層的熱流就轉(zhuǎn)而向東走向美洲,隨之便帶走了熱帶降雨,出現(xiàn)所謂的“厄爾尼諾現(xiàn)象”。厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的海面水溫異常升高,海水水位上漲,并形成一股暖流向南流動(dòng)。它使原屬冷水域的太平洋東部水域變成暖水域,結(jié)果引起海嘯和暴風(fēng)驟雨,造成一些地區(qū)干旱,另一些地區(qū)又降雨過(guò)多的異常氣候現(xiàn)象。在科學(xué)上此詞語(yǔ)用于表示在秘魯和厄瓜多爾附近幾千公里的東

13、太平洋海面溫度的異常增暖現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí),大范圍的海水溫度可比常年高出3-6攝氏度。太平洋廣大水域的水溫升高,改變了傳統(tǒng)的赤道洋流和東南信風(fēng),導(dǎo)致全球性的氣候反常?！岸驙柲嶂Z”一詞來(lái)源于西班牙語(yǔ),原意為“圣嬰”。19世紀(jì)初,在南美洲的厄瓜多爾、秘魯?shù)任靼嘌勒Z(yǔ)系的國(guó)家,漁民們發(fā)現(xiàn),每隔幾年,從10月至第二年的3月便會(huì)出現(xiàn)一股沿海岸南移的暖流,使表層海水溫度明顯升高。南美洲的太平洋東岸本來(lái)盛行的是秘魯寒流,隨著寒流移動(dòng)的魚(yú)群使秘魯漁場(chǎng)成為世界三大漁場(chǎng)之一,但這股暖流一出現(xiàn),性喜冷水的魚(yú)類就會(huì)大量死亡,使?jié)O民們?cè)馐軠珥斨疄?zāi)。由于這種現(xiàn)象最嚴(yán)重時(shí)往往在圣誕節(jié)前后,于是遭受天災(zāi)而又無(wú)可奈何的漁民將

14、其稱為上帝之子-圣嬰。拉尼娜拉尼娜是西班牙語(yǔ)“La Nina”-“小女孩,圣女”的意思,是厄爾尼諾現(xiàn)象的反相,指赤道附近東太平洋水溫反常下降的一種現(xiàn)象,表現(xiàn)為東太平洋明顯變冷,同時(shí)也伴隨著全球性氣候混亂,總是出現(xiàn)在厄爾尼諾現(xiàn)象之后。氣象和海洋學(xué)家用來(lái)專門指發(fā)生在赤道太平洋東部和中部海水大范圍持續(xù)異常變冷的現(xiàn)象(海水表層溫度低出氣候平均值0.5以上,且持續(xù)時(shí)間超過(guò)6個(gè)月以上。拉尼娜也稱反厄爾尼諾現(xiàn)象。近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在1998年,持續(xù)到2000年春季趨于結(jié)束。厄爾尼諾與拉尼娜現(xiàn)象通常交替出現(xiàn),對(duì)氣候的影響大致相反,通過(guò)海洋與大氣之間的能量交換,改變大氣環(huán)流而影響氣候的變化。從近50年的監(jiān)測(cè)資

15、料看,厄爾尼諾出現(xiàn)頻率多于拉尼娜,強(qiáng)度也大于拉尼娜。中國(guó)海洋學(xué)家認(rèn)為,中國(guó)在1998年遭受的特大洪澇災(zāi)害,是由“厄爾尼諾拉尼娜現(xiàn)象”和長(zhǎng)江流域生態(tài)惡化兩大成因共同引起的。4、全球氣候(Global Climate II: Stratospheric ozone depletion 臭氧層空洞的危害皮膚癌與白內(nèi)障對(duì)人類健康影響1.增加皮膚癌:臭氧減少1%,皮膚癌患者增加4%-6%,主要是黑色素癌。2.損害眼睛,增加白內(nèi)障患者。3.削弱免疫力,增加傳染病患者。對(duì)生態(tài)影響1.農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)及其品質(zhì)下降。試驗(yàn)200種作物對(duì)紫外線輻射增加的敏感性,結(jié)果2/3有影響,尤其是大米、小麥、棉花、大豆、水果和洋白菜

16、等人類經(jīng)常食用的作物。估計(jì)臭氧減少1%,大豆減產(chǎn)1%。2.減少漁業(yè)產(chǎn)量。紫外線輻射可殺死10米水深內(nèi)的單細(xì)胞海洋浮游生物。實(shí)驗(yàn)表明,臭氧減少10%,紫外線輻射增加20%,將會(huì)在15天內(nèi)殺死所有生活在10米水深內(nèi)的鰻魚(yú)幼魚(yú)。3.破壞森林。據(jù)研究,臭氧減少影響人類健康及生態(tài)系統(tǒng)的主要機(jī)制是紫外線輻射的增加會(huì)破壞核糖核酸(DNA,以改變遺傳信息及破壞蛋白質(zhì)。除了影響人類健康和生態(tài)外,因臭氧減少而造成的紫外輻射增多還會(huì)造成對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響,如使塑料及其他高分子聚合物加速老化。三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型 對(duì)流層至10km-16km穩(wěn)定的氣體組成強(qiáng)流的對(duì)流與湍流穩(wěn)定降低分布6.5/km50-100m

17、,人類活動(dòng)區(qū)域及污染物l-2km以下,邊界層或摩擦層lkm-2km以上,自由大氣層,如雨、雪、雹形成區(qū)域平流層/同溫層對(duì)流層頂向上到50km左右空氣以平流為主,無(wú)對(duì)流同溫層約-55 ,然后逐漸升高至-3 由于逆溫分布,污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)中間層對(duì)流層頂?shù)?5km溫度隨高度的增加迅速降低,至-83 大氣稀薄對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈熱層/暖層/電離層從中間層頂向上到800km在強(qiáng)烈的紫外線和宇宙射線的作用下,大氣中的N2、O2分子電離成了O2+、O+及NO+等離子,該層溫度隨高度的增加而急劇上升,最高可達(dá)1700。逃逸層/逸散層熱層以上的大氣層空氣極其稀薄大部分分子電離粒子收引力小,能進(jìn)入太空主要?dú)庀笠貧庀笠?/p>

18、素(因子:表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量,氣象學(xué)中統(tǒng)稱為。與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有:氣溫氣壓空氣濕度(氣濕、風(fēng)(風(fēng)向、風(fēng)速云量云狀能見(jiàn)度降水蒸發(fā)、日照時(shí)數(shù)、太陽(yáng)輻射、地面輻射、大氣輻射等。風(fēng)向和風(fēng)速主要?dú)庀笠厮?horizontal方向的空氣運(yùn)動(dòng)稱為風(fēng)。(垂直方向-升降氣流風(fēng)的來(lái)向叫風(fēng)向(16個(gè)方位圓周等分風(fēng)速:單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)距離(2 或10min平均(km/h F-風(fēng)力級(jí)(012級(jí) 大氣穩(wěn)定度及氣團(tuán)垂直運(yùn)動(dòng)模型 逆溫(Temperature inversion1、輻射逆溫2、平流逆溫暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成3、鋒面逆溫冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫暖氣上爬

19、,形成鋒面大氣穩(wěn)定度與溫度分布關(guān)系 混合高度(Mixing height地面排放的大氣污染物,將上升到一個(gè)極限高度,并在這個(gè)極限高度范圍內(nèi)混合均勻。這個(gè)極限高度就稱為混合高度大氣污染湍流擴(kuò)散模型用來(lái)預(yù)測(cè)大氣污染物排放后,在不同時(shí)間與空間的濃度分布所有的模型都采用必要的假設(shè)條件模型基于質(zhì)量守恒定律the Gaussian plume idea(高斯煙羽模型四、顆粒污染物及除塵工藝顆粒物粒徑與沉降速度 除塵裝置概述 重力沉降室 慣性除塵器 旋風(fēng)除塵器 電除塵器外觀圖寬間距臥式電除塵器HHD型寬間距臥式電除塵器電除塵器布袋除塵器原理-粉塵過(guò)濾層 兩類清灰方式shake-deflate bag hou

20、se(震動(dòng)反吹清灰袋式除塵器pulse-jet bag house(脈沖噴吹清灰袋式除塵器五、VOCs及凈化工藝VOCs的來(lái)源和特性常溫下是液體或固體,平衡蒸汽較高,沸點(diǎn)較低,易于揮發(fā)到空氣中形成氣態(tài)污染物汽車制造業(yè)、自行車、摩托車、家用電器、電線電纜、漆包線、電機(jī)及電機(jī)絕緣處、電器、儀表、電子、石油化工、涂料、化工、印鐵、印刷、家具、皮革、鞋業(yè)、玻璃、建材等行業(yè)等VOCs凈化工藝 常用吸附劑特性 吸附劑再生(a吸附(b解吸氣體吸收 一般催化燃燒流程 六、SOx及脫硫工藝SOx的來(lái)源與脫硫途徑煤燃燒中煤炭中伴生的硫產(chǎn)生的低濃度的SO2煙氣是主要來(lái)源鉛鋅冶煉廠及硫酸廠排放的高濃度SO2燃燒前脫硫(低硫煤,煤的分選與預(yù)處理燃燒中脫硫(爐內(nèi)脫硫燃燒后脫硫(煙氣脫硫Flue gas desulfurization (FGD (煙道廢氣脫硫 (石灰石 煙氣脫硫工藝比較 七、NOx及脫氮工藝NOx 的形成機(jī)理燃料型NOx:燃料中的固定氮生成的NOx熱力型NOx:高溫下N2與O2反應(yīng)生成的NOx瞬時(shí)NOx:低溫火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx 三種NOx的隨溫度的變化 NOx的控制技術(shù)燃燒控制減少高溫區(qū)停留燃燒后煙氣凈化催化燃燒還原總結(jié) 大氣污染過(guò)程一般包括排放，擴(kuò)散，危害受體三個(gè)環(huán)節(jié) 典型的大氣污染包括煙煤型污染、石油型污染、酸雨、沙塵暴