《大气污染控制工程》教案-第一章

1 第一章第一章 概概 论论 第一节第一节 大气与大气污染大气与大气污染 一 大气的组成一 大气的组成 1 1 大气与空气大气与空气 大气 atmosphere 指环绕地球的全部空气的总和 The entire mass of air which surrounds the Earth 环境空气 ambient air 指人类 植物 动物和建筑物暴露于其中的室外空气 Outdoor air to which people plants animals and structures are exposed 从自然科学角度来看 两者并没有实质性的差别 但在环境科学中 为了便 于说明问题 有时两个名词分别使用 一般对于室内和特指某个地方 车间 厂区 等 供给植物生存的气体 习惯上称为空气 对这类场所的空气污染用空气污染 一词 并规定相应的质量标准和评价方法 而对大区域或全球性的气流 常用大气 以词 同时对区域性的空气污染称为大气污染 并有相应的质量标准和评价方法 大气污染控制工程的研究内容和范围 基本上都是环境空气的污染与防治 而且更 侧重于和人类关系最密切的近地层空气 据研究 成年人平均每天需 1 公斤粮食和 2 公斤水 而对空气的需求则大的 多 每天约 13 6 公斤 合 10m3 不仅如此 如果三者同时断绝供给 则引起死亡 的首先是空气 2 2 大气的组成大气的组成 大气是由多种气混合组成 按其成分可以概括为三部分 干燥清洁的空气 水蒸 汽和各种杂质 干洁空气的主要成分是氮 氧 氩和二氧化碳气体 其含量占全部 干洁空气的 99 996 体积 氖 氦 氪 甲烷等次要成分只占 0 004 左右 如表 1 1 所示 2 由于空气的垂直运动 水平运动以及分子扩散 使不同高度 不同地区的大气 得以交换和混合 因而大气的组成比例直到 90 一 100km 的高度还基本保持不变 也就是说 在人类经常活动的范围内 任何地方干洁空气的物理性质是基本相同的 大气中的水蒸气含量平均不到 0 5 而且随着时间 地点 气象条件等不同 而有较大变化 其变化范围可达 0 01 4 大气中的水汽含量虽然很少 但却 导致了各种复杂的天气现象 云 雾 雨 雪 霜 露等 这些现象不仅引起大气 中湿度的变化 而且还引起热量的转化 同时 水气又具有很强的吸收长波辐射的 能力 对地面的保温起着重要的作用 二 大气污染二 大气污染 2 含有上述恒定组分和可变组分的空气 我们认为是洁净的空气 而大气中不 定组分来源有二 一是自然界的火山爆发 森林火灾 海啸 地震等自然灾害 二 是人类的生产生活活动 因此而形成的污染物有尘埃 硫 硫化氢 硫氧化物 氮 氧化物 盐类及恶臭气体等 这些不定组分的最主要来源也就是大气污染得主要根 源 大气污染的定义可概括如下 由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中 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 健康和人们的福利 甚至危害了生 态环境 这种现象就是大气污染 三 全球性大气污染问题三 全球性大气污染问题 1 1 温室效应温室效应 大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷 一氧化二氮 臭氧 氟氯碳 CFCs 水蒸气等 可以使太阳短波辐射几乎无衰减的通过 但却可以吸收地表 的长波辐射 由此引起全球气温升高的现象 称为温室效应 上述那些气体 称为 温室气体 二氧化碳是最重要的温室气体 2 2 臭氧层破坏臭氧层破坏 大气中臭氧含量仅占一亿分之一 主要集中在平流层中 称为臭氧层 导致 臭氧层破坏的主要原因 氟氯碳 氮氧化物等物质向大气排放逐年增多 3 3 酸雨酸雨 pH 小于 5 6 的雨 雪或其他形式的大气降水 如雾 露 霜 称为酸雨 形成原因 化石燃料和汽车尾气排放的硫氧化物和氮氧化物 在大气中形成 硫酸和硝酸 又以雨 雪 雾等形式返回地面 形成 酸沉降 第二节第二节 大气污染物及其来源大气污染物及其来源 大气污染物指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响 的那些物质 大气污染物的种类很多 按其存在状态可概括为 气溶胶状态污染物 气体 状态污染物 1 1 气溶胶状态污染物 气溶胶状态污染物 在大气污染中 气溶胶系指固体粒子 液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体 从大气污染控制的角度 按照气溶胶的来源和物理性质 可将其分为如下几种 1 粉尘 dust 粉尘系指悬浮于气体介质中的小固体粒子 能因重力作用发生 沉降 但在某一殴时间内能保持悬浮状态 它通常是由于固体物质的破碎 研磨 分级 输送等机械过程 或土壤 岩石的风化等自然过程形成的 粒子的形状往往 是不规则的 粒子的尺寸范围 一般为 1 200 m 左右 3 2 烟 fume 一般指由冶金过程形成的固体颗粒的气溶胶 它是由熔融物质 挥发后生成的气态物质的冷凝物 在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应 烟的粒子尺寸很小 一般为 0 01 1 m 左右 3 飞灰 fly ash 指燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细的灰分 4 黑烟 smoke 指由燃料燃烧产生的能见气溶胶 5 雾 fog 指气体中液滴悬浮体的总称 总悬浮颗粒物 TSP 指能悬浮在空气中 空气动力学当量直径 100 m 的颗 粒物 可吸入颗粒物 PM10 指悬浮在空气中 空气动力学当量直径 10 m 的颗粒 物 2 2 气体状态污染物气体状态污染物 以分子状态存在 简称气态污染物 总体上可分为五大类 以 SO2为主的硫 氧化物 以 NO NO2为主的氮氧化物 碳氧化物 有机化合物及卤素化合物 对于气态污染物 又可分为一次污染物和二次污染物 一次污染物是指直接 从污染源排到大气中的原始污染物质 二次污染物是指由一次污染物与大气中已有 组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性 质不同的新污染物质 在大气污染中日前受到普遍重祝的一次污染物主要有硫氧化 物 氮氧化物 碳氧化物以及碳氢化物等 受到普遍重视的二次污染物主要是硫酸 烟雾 Sulfurous smog 和光化学烟雾 Photochemical smog 3 3 气态污染物的来源和特征气态污染物的来源和特征 1 硫氧化物 主要为 SO2 它是目前大气污染物中数量较大 影响范围广的一 种气态污染物 来源 化石燃料的燃烧过程 以及硫化物矿石的焙烧 冶炼等热过程 2 氮氧化物 氮和氧的化台物有 N2O NO NO2 N2O3 N2O4 N2O5 总起 来用氮氧化物 NOX 表示 其中污染大气的主要是 NO NO2 NO 毒性不太大 但 进人大气后可被缓慢地氧化成 NO2 当大气中有 O3等强氧化剂存在时 或在催化 剂作用下 其氧化速度会加快 NO2的毒性约为 NO 的 5 倍 当 NO2参与大气中的 光化学反应 形成光化学烟雾后 其毒性更强 来源 人类活动产生的 NOX 主要来自各种护窑 机动车和柴油机的排气 其次是化工生产中的硝酸生产 硝化过程 炸药生产及金属表面处理等过程 3 碳氧化物 CO 和 CO2是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物 来源 它主要来自燃料燃烧和机动车排气 4 有机化合物 挥发性有机化合物 VOC 是光化学氧化剂 O3和过氧乙酰 硝酸酯 PAN 的主要贡献者 也是温室效应的贡献者之一 来源 主要来自燃料燃烧和机动车排气 以及石油炼制和有机化工生产 5 硫酸烟雾 是大气中的 SO2 等硫化物 在有水雾 含有重金属的悬浮颗粒 4 物或氮氧化物存在时 发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶 胶 6 光化学烟雾 光化学烟雾是在阳光照射下 大气中的氮氧化物 碳氢化合 物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾 有时带些紫色或黄褐色 其主要成分有臭氧 过氧乙酰基硝酸酯 酮类和醛类等 光化学烟雾的刺激性和危 害要比一次活染物强烈得多 二 大气污染物的来源和发生量二 大气污染物的来源和发生量 根据对主要大气污染物的分类统计分析 其主要来源可溉括为三大方面 1 燃料燃烧 2 工业生产过程 3 交通运输 前两类污染源统称为固定源 交通运 输工具 机动车 火车 飞机等 则称为流动源 中国的大气污染仍以煤烟型为主 主要污染物是 SO2和烟尘 三 大气污染概况三 大气污染概况 1 1 国外大气污染概况 国外大气污染概况 各发达的工业国家的大气污染 大致可分为三个阶段 第一阶段 从 18 世纪末到 20 世纪中 大气污染状况随着工业的发展而发展 主要污染物是烟尘 SO2等 是燃煤引起的所谓 煤烟型 污染 第二阶段 在 20 世纪 50 至 60 年代 由于工业高速发展 汽车数量倍增 使 能源消耗特别是石油消耗剧增 发展成为所谓 石油型 污染 飘尘尤其是重金属 SO2 NOX CO 和 HC 等大气污染物普遍存在 造成了厂域的复合污染 闻名世界 的英国伦敦烟雾 日本四日市气喘病 美国洛衫矶烟雾等一系列大气污染典型事件 皆发生在这一年代中 第三阶段 自 70 年代以来 各国花费了大量人力 物力和财力 经过严格控制 综合治理 取得了显著成效 环境质量明显改善 但是 由于汽车数量不断增加 NOX HC 和光化学烟雾等的污染仍是较严重的 2 2 我国大气污染概况我国大气污染概况 我国的大气污染状况是世界上较严重的国家之一 我国的主要大气污染物是烟 尘和 SO2 说明煤烟型污染是我国城市大气污染的普通问题 我国北方城市大气污 染程度比南方城市严重 冬季比夏季严重 我国大气中 NOX和含重金属的烟尘也 普遍存在 兰州和金山等地曾出现国光化学烟雾 此外 我国的酸雨污染也比较严 重 与世界上酸雨污染最严重的欧美国家相差无几 其中最严重的是重庆和贵阳 地区 此外 还有北京市区的 CO 包头的氟 沈阳的铅等皆严重超标 我国大气 中的 SO2污染也是严重的 5 第三节第三节 大气污染的影响大气污染的影响 主要大气污染物的危害如下 1 1 粉尘粉尘 0 01 100 m 0 01 100 m 人们的呼吸系统能有效地清楚直径大于 3 m 的颗粒 直径小于 3 m 的颗粒 可直达肺部 对人类健康威胁最大 直径小于 0 01 m 的颗粒 和气体分子接近 不容易在肺中停留 大气中粉尘的危害作用可简略归纳如下 1 遮挡阳光 使气温降低 或形成冷凝核心 使云雾和雨水增多 以致影响 气候 阳伞效应 2 使能见度降低 交通不便 航空与汽车事故增多 3 某些飘尘如石棉 多环芳烃为致癌物 某些重金属微粒对人体也有很强的 毒害作用如 汽油中的防爆剂四乙基铅 排入大气后分布很广 毒害作用很大 铅 中毒的症状是脑神经麻木和慢性肾病 严重时死亡 2 2 硫氧化物硫氧化物 SO SO2 2 SOSO3 3 主要是 主要是 SOSO2 2 主要危害有 1 SO2能刺激人的呼吸系统 引起和加重呼吸系统和心血管疾病 如气管 炎 肺癌等 严重时死亡 2 SO2可使植物中毒 损伤植物的叶子 降低作物产量 3 能形成酸雨 硫酸烟雾 与粉尘反应生成硫酸盐粉尘 对人类和各种结 构的材料造成很大危害 3 3 氮氧化物氮氧化物 代表氮的各种氧化物 以 NO 和 NO2为主 NO 可与血红蛋白结合 降低血液 的输氧能力 当 NO 的浓度达到 2500ppm 时 可使人死亡 NO 在空气中还可缓慢 的转化为 NO2 NO 的危害如下 1 毁坏棉花 尼龙等织物 破坏染料 使其退色 并腐蚀青铜材料 2 损坏植物 3 引起急性呼吸疾病 4 能发生光化学烟雾 对人类和动植物产生更大的危害 4 4 一氧化碳一氧化碳 一般空气中的一氧化碳水平对植物及有关的微生物无害 但对人体有害 因 为它能与血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白 降低血液的输氧能力 引起缺氧中毒 5 5 光化学氧化剂及光化学烟雾光化学氧化剂及光化学烟雾 氧化剂 臭氧 过氧乙酰硝酸酯 过氧苯酰硝酸酯和其他能使碘化钾的碘离 子氧化的痕量物质 都称为光化学氧化剂 光化学烟雾的危害如下 1 刺激眼睛 2 臭氧引起的胸部压缩 刺激粘膜 头痛 咳嗽 疲倦等症状 6 3 引起哮喘 毁坏植物 4 臭氧能损坏有机物质如 橡胶 棉布 尼龙和聚酰等 第四节第四节 大气污染综合防治大气污染综合防治 大气污染控制是一项综合性很强的技术 影响大气环境质量的因素很多 所 以在建设前必须进行全面环境规划 采取区域性综合防治措施 大气污染的综合防治 实质上就是对多种大气污染控制技术方案的技术可行 性 经济合理性 实施可能性和区域适应性等作最优化选择和评价 从而得出最优 的控制技术方案和工程措施 达到整个区域的大气环境质量控制标准 在借鉴国内外经验教训的基础上 结合我国实际 对控制大气污染的综合防治 措施作一综述 1 1 全面规划 合理布局 全面规划 合理布局 区域环境规划是区域的经济和社会发展现划的重要组成部 分 它一是解决区域的经济发展和环境保护之间的矛盾 二是对已造成的环境污染 和环境问题 提出改善和控制污染的最优化方案 因此 做好城市和大工业区的环 境规划设计工作 采取区域性综合防治措施 是控制环境污染 包括大气污染 的一 个重要途径 现在我国及各工