環(huán)境工程學(xué)大氣污染控制解析課件

1、 大氣污染控制工程大氣的組成與結(jié)構(gòu)1、大氣的組成（1）干潔空氣：氮?dú)?、氧氣、氬氣為主要成分，占干潔空氣總體積的99.96%以上。（2）水汽：大氣中的水汽含量隨時(shí)間、地點(diǎn)和氣象條件的不同而有較大的變化（3）懸浮顆粒：自然大氣中，其主要是由自然原因引起，巖石和土壤風(fēng)化，火山噴發(fā)等大氣的組成與結(jié)構(gòu)2、大氣圈的結(jié)構(gòu)由于地球引力的作用，大氣質(zhì)量集中于大氣層的下部，全部質(zhì)量的50%集中在離地面5km以下的范圍；75%的質(zhì)量集中在10km以下；90%集中在30km以下的范圍內(nèi)。換言之，從地面越向上走，大氣質(zhì)量越小，空氣越稀薄。由于大氣質(zhì)量在垂直方向上的不均，結(jié)合大氣的運(yùn)動狀況，考慮到大氣溫度的變化以及電荷等

2、物理性質(zhì)的差異，將大氣圈分為五層。高度(km)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)每升高100m，氣溫降低0.65 N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強(qiáng)烈照射，N2和O2產(chǎn)生不同程度的離解大氣污染的定義國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(1S0)對此作出如下定義：“空氣污染，通常是指由于人類活動和自然過程引起某些物質(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?！庇绊懘髿馕廴拘纬傻闹饕蛩卮髿馕廴臼且粋€(gè)極其復(fù)雜的氣象、物理和化學(xué)的變化過程，最終能否形成大氣污染，主要取決于污染物在大氣中的濃度和滯留時(shí)間。大氣污染物的種類、特牲及危害大氣污染

3、物 是指由于人類的活動或是自然過程所直接排入大氣或在大氣中新轉(zhuǎn)化生成的對人或環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。 大氣污染物的種類 按污染物存在的形態(tài)可分為兩大的類：1. 氣溶膠狀態(tài)（顆粒態(tài)）的污染物（1）粉塵：懸浮于氣體介質(zhì)中的細(xì)小固體粒子（1-200m之間）；大于10m的粒子靠重力作用能在較短時(shí)間內(nèi)沉降到地面降塵；小于10m的粒子能長期漂浮在大氣中-飄塵。(2)煙塵:a 煙：冶金過程中形成的固體粒子氣溶膠（0.01-1m）b飛灰：燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣帶走的灰分中分散得較細(xì)的粒子c黑煙：燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠，不包括水蒸氣（0.05-1m）（3）霧：一般只小液體粒子的懸浮體，有水霧、酸霧、堿霧、油霧等等我

4、國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，按顆粒大小分為：(1)總懸浮顆粒物TSP，Total Suspended particles：指懸浮在空氣中的空氣動力學(xué)直徑100m的顆粒物。(2)可吸入顆粒物PM10，Inhalable Particles ：指懸浮在空氣中的空氣動力學(xué)直徑 10m的顆粒物。2.氣態(tài)污染物:在大氣中以分子狀態(tài)形式存在。依據(jù)與污染源的關(guān)系，可將污染物分為一次污染物和二次污染物。主要的一次污染物有：硫化合物、氮化合物、碳氧化合物、碳?xì)浠衔铮约澳承┬袠I(yè)排放的氧化劑如臭氧、氟化物等，二次污染物有光化學(xué)煙霧、硫酸煙霧等。通常，二次污染物對環(huán)境的危害比一次污染物更大。（1）含硫化合物。主要指S0

5、2、S03和H2S等，其中S02的來源廣、數(shù)量最大，是影響和破壞全世界范圍大氣質(zhì)量的最主要的氣態(tài)污染物，尤其在燃用高硫煤的地區(qū)。含硫化合物是造成二次污染硫酸煙霧的主要物質(zhì)，并參與了酸雨的形成。 （2）含氮化合物。大氣污染物中含氮化合物種類很多，如N0、N02、N20（一氧化二氮）、N203（三氧化二氮），以及NH3(氨)、HCN(氰化物)等，通常用符號N0X 表示這些氮氧化物。其中造成大氣污染的N0X主要是N0和N02。N0X主要來源于化石燃料的燃燒，大約83%的N0X是由燃料的燃燒而產(chǎn)生的。（3）碳氧化合物。污染大氣的碳氧化合物主要有兩種物質(zhì)，即CO和CO2。CO和CO2是各種大氣污染物中排

6、放量最大的污染物之一，既來源于人工污染源，也來源于天然污染源?；剂系娜紵欧攀侵饕娜斯の廴驹矗?dāng)燃料完全燃燒時(shí)形成CO2；在缺氧條件下的不完全燃燒則形成CO。（4）碳?xì)浠?。大氣中的碳?xì)浠衔?HC)通常是指可揮發(fā)的各種有機(jī)烴類化合物，由碳和氫兩種元素組成，如烷烴、烯烴和芳烴等。大氣中的碳?xì)浠衔锎蟛糠謥碜杂谥参锏姆纸?，人工來源主要是石油燃料的不完全燃燒和石油類物質(zhì)的蒸發(fā)，危害在于碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏墓餐饔脮纬晒饣瘜W(xué)煙霧。 （5）鹵素化合物。對大氣構(gòu)成污染的鹵素化合物，主要是含氯化合物及含氟化合物，如HCl、HF、SiF4等。其來源比較廣泛，鋼鐵工業(yè)、石油化工、農(nóng)藥制造、化肥工業(yè)

7、等工礦企業(yè)的生產(chǎn)過程中都有可能排放鹵素化合物。雖然這些氟氯烴類氣體排放數(shù)量不多，但對局部地區(qū)的植物生長具有很大的傷害；同時(shí)，它也是破壞臭氧層的主要成分之一 （6）硫酸煙霧。硫酸煙霧是大氣中的S02等含硫化合物，在有水霧、顆粒氣溶膠、以及氮氧化合物存在時(shí)，在一定的氣象條件下，發(fā)生一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而形成的硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠。（7）光化學(xué)煙霧。在陽光紫外線照射下，大氣中的氮氧化物、碳?xì)浠衔锖脱趸瘎┲g發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)而生成的淡藍(lán)色(有時(shí)呈紫色或黃褐色)二次污染物，即光化學(xué)煙霧，其主要成分是臭氧、過氧乙酰基硝酸酯(PAN)、醛類及酮類等。光化學(xué)煙霧的危害非常大，如具有特殊的嗆人氣味，刺激

8、眼睛和喉粘膜，造成呼吸困難，使植物葉片變黃甚至枯萎等。 大氣污染物的來源按污染物來源分：自然源、人為源在大氣污染控制工程中，主要的研究對象是人為污染源人為源按空間分布分：點(diǎn)源、面源、線源人為源按社會活動功能分：生活污染源、生產(chǎn)（工業(yè)）污染源、交通污染源；前兩種為固定源，后一種為移動源。大氣污染物的危害對人體健康的影響對植物的傷害對器物和材料的影響對能見度和氣候的影響大氣污染控制的基本方法（1）大氣污染控制的含義一方面是從立法的角度，用法律來限制或者禁止污染物的擴(kuò)散另一方面是有防止的意思，用一些技術(shù)手段來防止污染；其一為控制污染源：采用少污染或者無污染工藝；其二降低大氣污染的程度：對將要排放到大

9、氣中的廢氣進(jìn)行處置，去除廢氣中的污染物。（2）廢氣排放控制A 含有污染物廢氣的收集-集氣罩B 顆粒污染物的控制-除塵C 氣態(tài)污染物的控制-分離法和轉(zhuǎn)化法D 污染物的稀釋控制法采用煙囪，降低“著地濃度”顆粒污染物控制技術(shù)顆粒的大小和密度 顆粒大小影響其在環(huán)境空氣中的滯留時(shí)間、對環(huán)境和健康的影響、被捕集的難易程度；顆粒越小，活性越高，吸附性也越強(qiáng)。實(shí)際顆粒物的粒徑范圍很寬。在環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中單顆顆粒大小用空氣動力學(xué)直徑；計(jì)算顆粒運(yùn)動時(shí)需要用斯托克斯徑。顆粒粒度測定方法很多，不同方法所測得的粒徑制定義不同，而且不同定義的粒徑值多數(shù)難以互相換算。斯托克斯徑：與被研究的顆粒密度相同，且沉降速度相等的球

10、體直徑。 如果忽略空氣密度值，則 式中，vs 顆粒沉降速度，m/s； p 氣體密度，kg/m ；m g 顆粒密度， kg/m ；m 氣體動力粘度，Pas； g 重力加速度，m/s 。m332空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑：與被研究的顆粒沉降速度相同，且密度為單位密度(u =1000kg/m )的球體的直徑。 我國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總懸浮物( TSP )、可吸入顆粒物( PM10 )的濃度限值。其粒徑為空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑。 TSP 總懸浮顆粒物,空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑100m的顆粒物； PM10 可吸入顆粒物，空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑10m 的顆物； PM2.5 空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑2.5m的顆粒物。u 顆粒群大小

11、的表達(dá)：實(shí)際的顆粒物一般由不同大小的顆粒組成。其大小的表達(dá)方式有多種，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和當(dāng)量值表達(dá)，也可用顆粒粒徑組成百分?jǐn)?shù)表達(dá)，更準(zhǔn)確的表達(dá)方式是粒徑分布函數(shù)。顆粒群自然狀態(tài)的密度為堆積密度。其他影響顆粒物去除的性質(zhì) 影響顆粒去除的性質(zhì)因素有粘附性（影響除塵器清灰）、導(dǎo)電性（對電除塵影響很大）、親水性（與是否適合濕式除塵有較大關(guān)系）、化學(xué)活性（腐蝕性與材質(zhì)選取，對可燃顆粒物必須考慮安全問題）。 顆粒物捕集設(shè)備的性能處理能力 單位時(shí)間允許通過的氣流量（ m3/s 或 m3/h）。 除塵效率 單臺設(shè)備的除塵效率表達(dá)方式有全效率和分級效率2種。除塵器全(總)效率()：被捕集的顆

12、粒物質(zhì)量(m1)占進(jìn)入除塵器顆粒物總質(zhì)量(m2)的百分?jǐn)?shù) = (m1 / m2) 100 %除塵器的分級效率(d):被捕集的某種粒徑（或粒徑區(qū)間）顆粒物的質(zhì)量(md1)占進(jìn)入除塵器的同種粒徑（或粒徑區(qū)間）顆粒物物總質(zhì)量(md2)的百分?jǐn)?shù) d= ( md1 / md2 ) 100 % 3除塵器的組合效率：除塵器串聯(lián)可提高凈化效率，n級設(shè)備（各級的效率n）串連后的總效率 1-n=1-(1 -1 )(1 -2 )(1-n ) 氣流阻力單個(gè)除塵器的阻力:影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)能耗的重要參數(shù)。 P=v2g/2除塵器串聯(lián)阻力: 各級阻力疊加 PT=Pi 除塵裝置概述從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置

13、 按分離原理分類 ：重力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置） 慣性力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）洗滌式除塵裝置過濾式除塵裝置電除塵裝置機(jī)械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置。常用的有：重力沉降室；慣性除塵器； 旋風(fēng)除塵器重力沉降室重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置 氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降 重力沉降室的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；投資少；壓力損失?。ㄒ话銥?0100Pa）；維修管理容易重力沉降室的缺點(diǎn)：體積大；效率低；僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒

14、子慣性除塵器慣性除塵器機(jī)理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離 2.慣性除塵器結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式慣性除塵器氣流沖擊擋板捕集較粗粒子單級型多級型沖擊式慣性除塵裝置反轉(zhuǎn)式慣性除塵器改變氣流方向捕集較細(xì)粒子反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置彎管型百葉窗型多層隔板型3.慣性除塵器應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵，凈化效率不高，一般只用于多級除塵中的一級除塵，捕集1020m以上的粗顆粒，壓力損失1001000Pa旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置 。用來分離粒徑大于510m以上的的顆粒物。工業(yè)上已有100多年的歷史。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，投資低，操作維修方便，壓力損失較大，動