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環(huán)保——大氣污染及其防治

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第四章  大氣污染及其防治
4-1 概述
一、大氣的組成
    1．空氣與大氣
     空氣：對于室內(nèi)或特指某個場所供呼吸用的
      大氣：大區(qū)域全球性氣流為研究對象
    2．大氣圈的結(jié)構(gòu)（圖4-1）
    3．大氣組成
           恒定組分:  N2、O2、Ar
             可變組分:  CO2、H2O
            不定組分:  H2S、SOx、NOx 
二、大氣的重要性

1．人類生存的要素

2．助燃

3．保護生物
          阻止紅外線輻射,地球溫度變化幅度小;
          阻止紫外線輻射,地面輻射少,減少皮膚癌的發(fā)生.

4．反射電磁波---傳播消息
三、空氣污染的概念
           GB6919-86：由于人類活動和自然過程引起某種物質(zhì)進入大氣中,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達到足夠的時間,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，稱為空氣污染。
          原因：人類活動-----自然過程
            必要條件：足夠的濃度和時間

污染源：污染物排放
三個要素和過程            大氣狀態(tài)：大氣運動作用
                                        受體：對受體的影響
4-2 大氣污染源及主要污染物發(fā)生機制

一、大氣污染源

生活污染源
          工業(yè)污染源
          交通污染源
          農(nóng)業(yè)污染源

二、大氣主要污染物
      1.顆粒污染物(Total Suspended Particle,簡稱TSP)
        粉塵   霧塵
        塵粒   煤塵 
        煙塵

2.氣態(tài)污染物
   SOx(H2S)：以SO2數(shù)量最多,危害最大.
    NOx(NH3)：種類較多.
    COx：主要燃燒和呼吸釋放.
    CH：主要指有機廢氣,如烴、醇、酮、酯、胺等.
    鹵素化合物：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+煤塵.濕度大,氣溫低，濃度可達4.5mg/m3
倫敦型煙霧
                         二次污染物：硫酸霧和硫酸鹽氣溶膠

洛杉磯型煙霧(photochemical smog)：NOx+ CH + h?
    特征：白色或淡棕色煙霧，大氣能見度降低，具有特殊氣味，
           刺激眼睛和喉粘膜，使呼吸困難。一般發(fā)生在溫度較高
           的夏季晴天，峰值出現(xiàn)在中午或 剛過中午，夜間消失。
    機理：①排放大量烴類和氮氧化物； ②光照條件下，形成過氧化物；
                ③形成光化學(xué)煙霧； ④污染質(zhì)消失，污染終止。

工業(yè)型煙霧：NOx+CH+h?+重金屬顆粒+酸霧.
                                        四日市和蘭州市
倫敦?zé)熿F事件
洛杉嘰光化學(xué)煙霧
三、大氣污染物的轉(zhuǎn)歸
                                     
1．自凈
2．轉(zhuǎn)移
3．污染物轉(zhuǎn)化成二次污染物

4-3 大氣污染的危害
一、大氣污染侵入人體的主要渠道

呼吸道(為主)
    消化道(食物)
    體表接觸侵入(皮膚接觸)

二、主要危害
                                                                                 
1． 對人體健康的危害

2．對動植物的危害

3．對材料的損害

4．對氣候的影響

補充：CO2年增長率：2.39ppm/y
                       正常值：316ppm
                       目前：330                       
大氣污染對植物和材料的危害
三、全球大氣環(huán)境問題

溫室效應(yīng)：據(jù)估計，如果氣溫上升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
                        離海岸不過60千米以內(nèi)的地區(qū)。
                   摘自《光明日報》2004-11-12（1）劉東生院士文章
      臭氧層破壞
      酸雨蔓延
4-4 影響大氣污染物擴散的因素
一、 氣象因素
                                 風(fēng)：氣壓不同的空氣流動.
    1．動力因子           氣態(tài)污染物濃度=(污物排量/平均風(fēng)速)
                                 湍流：
   
     2．熱力因子
    1)大氣溫度層結(jié)：地球表面上方大氣T隨h而變的情況.
    ?氣溫垂直遞減率
    ?定義：垂直于地球表面方向上每升高100m氣溫的變化值.                   
    ?取值：在對流層   ?=0.65oC/100m 
    ? >0       正常層(對流層) h?   T?
        原因：?大氣直接吸收太陽輻射能造成的增溫沒有 
            地面輻射造成的增溫顯著,即地面是大氣的主要
           增溫?zé)嵩?
                    ?由于地層大氣中含有吸收地面輻射能較強
            的水蒸氣和固體顆粒物,在大氣中分布是愈往上
            愈少.
    ? = 0     等溫層
    ? < 0     逆溫層
    ?氣溫干絕熱遞減率(dry adiabatic lapse rate)
    意義：干空氣團或未飽和的濕空氣團絕熱上升(膨
              脹,T ?)或者下降(壓縮,T ?),單位高度(100m)
              溫度的變化.
     取值：
    2)大氣穩(wěn)定度
            大氣穩(wěn)定度與氣溫干絕熱遞減率有密切關(guān)系,大氣垂直運動的增強或者減弱取決于(?/?d)：
     ? ??d :處于不穩(wěn)定狀態(tài),上下運動,仍有升降,易于擴
          散稀釋.
   ??=?d :中性狀態(tài),上下運動,推那停那.

例如：某一個氣團處于200m高空,溫度為12 ?C， ? =0.5?C/100m，?d=1 ?C/100m
    若氣團上升至300m,溫度為11?C,則要下降至200m處.
    若氣團下降至100m,溫度為13?C,則要上升至200m處.
大氣穩(wěn)定度判斷圖
二、地理因素
    1．動力效應(yīng)：主要是地形、地物的機械作用改變了
                            氣流的運動.
     地形：主要是谷地、盆地,由于四周群山屏障,減小風(fēng)
               速,阻止空氣流動,易造成逆溫.
     地物：主要指城市各類建筑物(尤指高層)阻礙局部地
               區(qū)氣流運行,降低風(fēng)速,在建筑物背風(fēng)區(qū)形成小
              范圍的渦流,不利于污染物擴散. 
           
                 日落后先冷

2．熱力效應(yīng)
            由于下墊面性質(zhì)不同,使得受熱、散熱不均勻,引起溫度場和風(fēng)場的變化.
             例如由于下墊面性質(zhì)的差異,使地表熱力狀況不均勻受熱,形成局部氣流,對大氣污染物的擴散有著明顯的影響.

三、其他因素
    1．污染物排放的幾何形狀和排放方式不同
          面狀排放
          連續(xù)排放(危害最大)
          地面排放
    2．污染源的

污染物濃度?[源強/源高]
4-5 大氣污染物的綜合防治與技術(shù)
一、綜合防治原則

1．控制大氣污染源
    2．防止或減少污染物的排放
             改革能源結(jié)構(gòu)；提高煤炭品質(zhì)；對燃料進行處理；改進燃燒裝置和燃燒技術(shù)；采用無害工藝；開源節(jié)流綜合利用；加強管理；改進汽車排氣裝置
    3．治理排放的主要污染物
    4．污染的法制宣傳與管理   
二、消煙除塵技術(shù)
    1．除塵裝置的技術(shù)性能指標
    ?煙塵濃度的表示方法
    ?煙塵的個數(shù)濃度：顆粒物的個數(shù)/單位氣體體積
    ?煙塵的質(zhì)量濃度：g/m3
    ?除塵裝置的處理量
    含義：單位時間內(nèi)所能處理煙氣量的大小.
    單位：m3/h   m3/s 
    ?除塵裝置的效率
       除塵效率：除下的煙塵量/含塵煙氣總量
        除塵效果：未除煙塵量/含塵煙氣總量 
    ?除塵裝置的壓力損失(壓力降)
       煙氣經(jīng)除塵裝置所消耗的能量,(Pa;mmH2O)
    G：煙塵流量, g/s                                  清凈氣體
    C：含塵濃度, g/m3                        G2、C2、Q2
    Q：單位時間的煙塵量, m3/s
                                                      含塵氣體
                                             G1、C1、Q1
除塵效率：

除塵效果：

多級除塵效率：                                    捕集塵粒
                                                                        G3、C3、Q3      
    2．除塵設(shè)備簡介（表4-4、表4-5）
                                   機械式除塵器
    按機制分類           過濾式除塵器
                                   濕式除塵器
                                   靜電除塵器
                                          濕式除塵器
    是否用液體分類
                                         干式除塵器
                                            高效除塵器 
    除塵效率高低分類        中效除塵器
                                            低效除塵器
附：各種除塵裝置實用性能比較     
三、排煙脫硫             
                                        氣態(tài)酸性氧化物(同堿、鹽反應(yīng))
    1．原理         SO2       中間價態(tài)
                                             溶于水
    2．方法
    1）干法  
      優(yōu)點：排煙溫度高,易擴散.
       缺點：效率低,設(shè)備龐大.
    ?活性炭吸附法
        
   
     ?催化氧化法
    2）濕法 
     優(yōu)點：方法簡單,流程短,建設(shè)費用省
     缺點：溫度低,濕度大,煙氣上升高度低,難擴散.

? 氨法：2NH3.H2O+SO2?(NH4)2SO3+H2O(工藝成熟,簡單操作方便,重點掌握)
  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
? 鈣法
    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 ?
(此法同時除去NOx)
	
? 堿法(鈉法)  NaOH

? 鎂法   MgxMnOy 和MgO
  Grillo法 MgxMnOy ? 副產(chǎn)物H2SO4濃度可達98%.
  Chemical法(MgO)
四、排煙脫硝（氮）
                         NOx為氣態(tài)酸性氧化物
    1．原理          中間價態(tài),有氧化還原性,氧化性為主
                            NO難溶于水,常需變成NO2
    2．方法
                       堿液吸收  NaOH、Na2CO3、NH3水  
                          NO + NO2+2MOH?2MNO3+H2O
?吸收法          2MOH + 2NO2 ? MNO2 + MNO3 + H2O
                       熔融鹽吸收
                       濃硫酸吸收
                       活性炭
?吸附法 
                       絲光沸石分子篩
?非選擇性催化還原法
    定義：在催化劑的作用下,還原劑不加選擇地與廢氣
               中的NOx與O2同時發(fā)生反應(yīng).
        溫度：400~500?C
    催化劑：Pt、Cu、Co、Ni、Cr、Mn等的氧化物
    主要反應(yīng)：CH4 + 4NO ? CO2 + 2H2O + 2N2?
                      CH4 + 4NO2 ? 4NO + CO2 + 2H2O

?選擇性催化還原法
    定義：在催化劑作用下,還原劑只選擇性地與廢氣中
              的NOx發(fā)生反應(yīng).
    還原劑氣體：NH3、H2S、 Cl2 - NH3等.
    主要反應(yīng)： 2NO + Cl2 ? 2NOCl
                      2NOCl + 2NH3 ? NH4Cl + H2O + N2 ?
?氧化還原法
    高錳酸鉀氧化法：
    亞硫酸銨吸收法：
五、典型廢氣的治理技術(shù)實例（圖4-15  活性炭吸附SO2工藝流程圖）
   1-噴管；2-復(fù)檔脫水器；3-澄清池；4-風(fēng)機；5-吸附塔；6-中間酸箱；7-酸洗泵；8-放空管；9-半成品酸箱；10-酸槽

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