环境工程学大气污染控制解析课件

1、 大气污染控制工程大气的组成与结构1、大气的组成（1）干洁空气：氮气、氧气、氩气为主要成分，占干洁空气总体积的99.96%以上。（2）水汽：大气中的水汽含量随时间、地点和气象条件的不同而有较大的变化（3）悬浮颗粒：自然大气中，其主要是由自然原因引起，岩石和土壤风化，火山喷发等大气的组成与结构2、大气圈的结构由于地球引力的作用，大气质量集中于大气层的下部，全部质量的50%集中在离地面5km以下的范围；75%的质量集中在10km以下；90%集中在30km以下的范围内。换言之，从地面越向上走，大气质量越小，空气越稀薄。由于大气质量在垂直方向上的不均，结合大气的运动状况，考虑到大气温度的变化以及电荷等

2、物理性质的差异，将大气圈分为五层。高度(km)大气圈垂直结构每升高100m，气温降低0.65 N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解大气污染的定义国际标准化组织(1S0)对此作出如下定义：“空气污染，通常是指由于人类活动和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、健康和福利或危害了环境。”影响大气污染形成的主要因素大气污染是一个极其复杂的气象、物理和化学的变化过程，最终能否形成大气污染，主要取决于污染物在大气中的浓度和滞留时间。大气污染物的种类、特牲及危害大气污染

3、物 是指由于人类的活动或是自然过程所直接排入大气或在大气中新转化生成的对人或环境产生有害影响的物质。 大气污染物的种类 按污染物存在的形态可分为两大的类：1. 气溶胶状态（颗粒态）的污染物（1）粉尘：悬浮于气体介质中的细小固体粒子（1-200m之间）；大于10m的粒子靠重力作用能在较短时间内沉降到地面降尘；小于10m的粒子能长期漂浮在大气中-飘尘。(2)烟尘:a 烟：冶金过程中形成的固体粒子气溶胶（0.01-1m）b飞灰：燃料燃烧后产生的烟气带走的灰分中分散得较细的粒子c黑烟：燃烧产生的能见气溶胶，不包括水蒸气（0.05-1m）（3）雾：一般只小液体粒子的悬浮体，有水雾、酸雾、碱雾、油雾等等我

4、国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为：(1)总悬浮颗粒物TSP，Total Suspended particles：指悬浮在空气中的空气动力学直径100m的颗粒物。(2)可吸入颗粒物PM10，Inhalable Particles ：指悬浮在空气中的空气动力学直径 10m的颗粒物。2.气态污染物:在大气中以分子状态形式存在。依据与污染源的关系，可将污染物分为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、碳氢化合物，以及某些行业排放的氧化剂如臭氧、氟化物等，二次污染物有光化学烟雾、硫酸烟雾等。通常，二次污染物对环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的来源广、数量最大，是影响和破坏全世界范围大气质量的最主要的气态污染物，尤其在燃用高硫煤的地区。含硫化合物是造成二次污染硫酸烟雾的主要物质，并参与了酸雨的形成。 （2）含氮化合物。大气污染物中含氮化合物种类很多，如N0、N02、N20（一氧化二氮）、N203（三氧化二氮），以及NH3(氨)、HCN(氰化物)等，通常用符号N0X 表示这些氮氧化物。其中造成大气污染的N0X主要是N0和N02。N0X主要来源于化石燃料的燃烧，大约83%的N0X是由燃料的燃烧而产生的。（3）碳氧化合物。污染大气的碳氧化合物主要有两种物质，即CO和CO2。CO和CO2是各种大气污染物中排

6、放量最大的污染物之一，既来源于人工污染源，也来源于天然污染源。化石燃料的燃烧排放是主要的人工污染源，当燃料完全燃烧时形成CO2；在缺氧条件下的不完全燃烧则形成CO。（4）碳氢化物。大气中的碳氢化合物(HC)通常是指可挥发的各种有机烃类化合物，由碳和氢两种元素组成，如烷烃、烯烃和芳烃等。大气中的碳氢化合物大部分来自于植物的分解，人工来源主要是石油燃料的不完全燃烧和石油类物质的蒸发，危害在于碳氢化合物和氮氧化合物的共同作用会形成光化学烟雾。 （5）卤素化合物。对大气构成污染的卤素化合物，主要是含氯化合物及含氟化合物，如HCl、HF、SiF4等。其来源比较广泛，钢铁工业、石油化工、农药制造、化肥工业

7、等工矿企业的生产过程中都有可能排放卤素化合物。虽然这些氟氯烃类气体排放数量不多，但对局部地区的植物生长具有很大的伤害；同时，它也是破坏臭氧层的主要成分之一 （6）硫酸烟雾。硫酸烟雾是大气中的S02等含硫化合物，在有水雾、颗粒气溶胶、以及氮氧化合物存在时，在一定的气象条件下，发生一系列化学或光化学反应而形成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。（7）光化学烟雾。在阳光紫外线照射下，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淡蓝色(有时呈紫色或黄褐色)二次污染物，即光化学烟雾，其主要成分是臭氧、过氧乙酰基硝酸酯(PAN)、醛类及酮类等。光化学烟雾的危害非常大，如具有特殊的呛人气味，刺激

8、眼睛和喉粘膜，造成呼吸困难，使植物叶片变黄甚至枯萎等。 大气污染物的来源按污染物来源分：自然源、人为源在大气污染控制工程中，主要的研究对象是人为污染源人为源按空间分布分：点源、面源、线源人为源按社会活动功能分：生活污染源、生产（工业）污染源、交通污染源；前两种为固定源，后一种为移动源。大气污染物的危害对人体健康的影响对植物的伤害对器物和材料的影响对能见度和气候的影响大气污染控制的基本方法（1）大气污染控制的含义一方面是从立法的角度，用法律来限制或者禁止污染物的扩散另一方面是有防止的意思，用一些技术手段来防止污染；其一为控制污染源：采用少污染或者无污染工艺；其二降低大气污染的程度：对将要排放到大

9、气中的废气进行处置，去除废气中的污染物。（2）废气排放控制A 含有污染物废气的收集-集气罩B 颗粒污染物的控制-除尘C 气态污染物的控制-分离法和转化法D 污染物的稀释控制法采用烟囱，降低“着地浓度”颗粒污染物控制技术颗粒的大小和密度 颗粒大小影响其在环境空气中的滞留时间、对环境和健康的影响、被捕集的难易程度；颗粒越小，活性越高，吸附性也越强。实际颗粒物的粒径范围很宽。在环境空气质量标准中单颗颗粒大小用空气动力学直径；计算颗粒运动时需要用斯托克斯径。颗粒粒度测定方法很多，不同方法所测得的粒径制定义不同，而且不同定义的粒径值多数难以互相换算。斯托克斯径：与被研究的颗粒密度相同，且沉降速度相等的球

10、体直径。 如果忽略空气密度值，则 式中，vs 颗粒沉降速度，m/s； p 气体密度，kg/m ；m g 颗粒密度， kg/m ；m 气体动力粘度，Pas； g 重力加速度，m/s 。m332空气动力学当量直径：与被研究的颗粒沉降速度相同，且密度为单位密度(u =1000kg/m )的球体的直径。 我国环境空气质量标准规定了总悬浮物( TSP )、可吸入颗粒物( PM10 )的浓度限值。其粒径为空气动力学当量直径。 TSP 总悬浮颗粒物,空气动力学当量直径100m的颗粒物； PM10 可吸入颗粒物，空气动力学当量直径10m 的颗物； PM2.5 空气动力学当量直径2.5m的颗粒物。u 颗粒群大小

11、的表达：实际的颗粒物一般由不同大小的颗粒组成。其大小的表达方式有多种，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和当量值表达，也可用颗粒粒径组成百分数表达，更准确的表达方式是粒径分布函数。颗粒群自然状态的密度为堆积密度。其他影响颗粒物去除的性质 影响颗粒去除的性质因素有粘附性（影响除尘器清灰）、导电性（对电除尘影响很大）、亲水性（与是否适合湿式除尘有较大关系）、化学活性（腐蚀性与材质选取，对可燃颗粒物必须考虑安全问题）。 颗粒物捕集设备的性能处理能力 单位时间允许通过的气流量（ m3/s 或 m3/h）。 除尘效率 单台设备的除尘效率表达方式有全效率和分级效率2种。除尘器全(总)效率()：被捕集的颗

12、粒物质量(m1)占进入除尘器颗粒物总质量(m2)的百分数 = (m1 / m2) 100 %除尘器的分级效率(d):被捕集的某种粒径（或粒径区间）颗粒物的质量(md1)占进入除尘器的同种粒径（或粒径区间）颗粒物物总质量(md2)的百分数 d= ( md1 / md2 ) 100 % 3除尘器的组合效率：除尘器串联可提高净化效率，n级设备（各级的效率n）串连后的总效率 1-n=1-(1 -1 )(1 -2 )(1-n ) 气流阻力单个除尘器的阻力:影响设备运转能耗的重要参数。 P=v2g/2除尘器串联阻力: 各级阻力叠加 PT=Pi 除尘装置概述从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置

13、 按分离原理分类 ：重力除尘装置（机械式除尘装置） 惯性力除尘装置（机械式除尘装置）离心力除尘装置（机械式除尘装置）洗涤式除尘装置过滤式除尘装置电除尘装置机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置。常用的有：重力沉降室；惯性除尘器； 旋风除尘器重力沉降室重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置 气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 重力沉降室的优点：结构简单；投资少；压力损失小（一般为50100Pa）；维修管理容易重力沉降室的缺点：体积大；效率低；仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒

14、子惯性除尘器惯性除尘器机理沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离 2.惯性除尘器结构形式冲击式惯性除尘器气流冲击挡板捕集较粗粒子单级型多级型冲击式惯性除尘装置反转式惯性除尘器改变气流方向捕集较细粒子反转式惯性除尘装置弯管型百叶窗型多层隔板型3.惯性除尘器应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘，净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集1020m以上的粗颗粒，压力损失1001000Pa旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 。用来分离粒径大于510m以上的的颗粒物。工业上已有100多年的历史。特点：结构简单、占地面积小，投资低，操作维修方便，压力损失较大，动