大气污染控制工程(英文)

AirPollutionControlEngineering

§1IntroductiontoAirPollutionControlConceptofAirPollution

SourcesofAirPollution一、大气污染及其分类1.

大气圈及大气组成（重点对流层和平流层）大气环流Thecompositionoftheatmosphere:78%nitrogen,21%oxygen,1%argon(氩)andothertrace(微量)gases.2.

ConceptofAirPollutionAirPollutionisthepresenceofundesirablematerialsinair,inquantitieslargeenoughtoproduceharmfuleffects.Theundesirablematerialsmaydamagehumanhealth,vegetation,hunman,property,ortheglobalenvironmentaswellascreateaestheticinsultsintheformofbrownorhazyairorunpleasantsmells.Keypoint:(1)Itisharmfultovegetation,bioticorabiotic.(2)Thepollutantconcentrationexceedstheacceptablelever.3.AirPollutionSystems

Emissionsources

Sourcecontrol

Atmosphere

Receptors

Receptors

HumansAnimalsPlantsMaterialsresponseAutomaticcontrolLegislativeaction

EmissionsourcesAtmosphere

Receptors

pollutantsmixedandchemicaltransformationAirPollutionandAirPollutionSystems

Theresearchofairpollution

SourcesofairpollutionPollutioncontroltechnologyAtmosphericbehaviorofairpollutantsEffectsofairpollutantsLegislativeandregulatorymeasures4.SourcesofAirPollution

Anthropogenicsources

TransportationElectricpowergenerationIndustrialprocessesIndustrialanddomesticfuelburningRefuseburningEtc.NaturalsourcesGeological:geyser,volcano,oceanMeteorological:lightningFauna:ruminants,termitesVegetationsEtc.SourcesofairbornepollutioninAsiaaremany:powergeneration,industry,traffic,homecooking,andbiomassburning.Source:DavidStreets.EnergyUse,Emissions,andAirPollutioninAsiaAirPollutantEmissionsAirPollutantEmissions=

Population×Activitylevel×EmissionfactorForexample:Activitylevel:EconomicactivitypercapitaEmissionfactor:PollutantemissionsperunitofeconomicactivityAirPollutantsAirPollutants

PrimaryAirPollutantsPollutantsreleaseddirectlyintotheatmosphereintheirunmodifiedformsandinsufficientquantitiestoposeahealthrisk.SecondaryAirPollutantsSecondary

airpollutantsarecompoundsthatresultsfromtheinteractionofvariousprimaryairpollutants.5.

PrimaryAirPollutantsPollutantsreleaseddirectlyintotheatmosphereintheirunmodifiedformsandinsufficientquantitiestoposeahealthriskSourcesofPrimaryAirPollutantsPollutantSourcesCarbonmonoxideIncompleteburningoffossilfuels,TobaccosmokeHydrocarbonsIncompleteburningoffossilfuels,TobaccoburningParticulatesChemicals,Burningfossilfuels,Farmingoperations,Industrialwastes,BuildingdemolitionSulfurdioxideBurningfossilfuels,SmeltingoreNitrogencompoundsBurningfossilfuelsPhotochemicalsmogAcidDepositionGlobalWarmingandGreenhouseGasesOzoneDepletion6.PhotochemicalsmogSecondary

airpollutantsarecompoundsthatresultsfromtheinteractionofvariousprimaryairpollutants.Photochemicalsmogisamixtureofpollutantsresultingfromtheinteractionofnitrogenoxidesandhydrocarbonswithultravioletlight.The

twomostdestructive

componentsofphotochemical

smogareozone(O3)andperoxyacetylnitrates(PAN，过氧乙酰硝酸酯)光化学烟雾形成过程**光化学烟雾实例7.AcidDepositionAcidDepositionistheaccumulationofpotentialacid-formingparticlesonasurface.Acidsresultfromnaturalcausesandfromhumanactivities.Theacid-formingreactantsareclassifiedaswetordry.Moleculesfromnaturalsources,powerplants,andinternalcombustionenginesreacttoproducethechemicalsthatarethesourceofaciddepositionAcidRainEffect水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物中国酸雨的分布变化主要位于长江以南

pH<5.6

pH<7.0

pH>7.0

N/ATaiwan

Acidraindistributionin80’s

pH>7.0pH<7.0pH<5.6

pH<5.0pH<4.5pH<4.0

Acidraindistributioninmiddle90’s

我国酸雨的化学特征(硫酸型）SO42-NO3-Ca2+NH4+9.GlobalWarmingandGreenhouseGasesMajorGreenhouseGases

GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6全球平均气温的变化大气中二氧化碳含量的变化全球变暖产生的影响碳黑对大气环境的重要影响近年来才引起人们的关注政府间气候变化专门委员会（IPCC）得到的几个重要结论：在过去的100年间，地球的平均温度增加了0.3～0.6℃（1995年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了10～25cm。气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表明，到2010年气温将增加1～3.5℃，海平面上升15～95cm。气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。10.臭氧层破坏:臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子：氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子：氧气分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外线：上述反应过程吸收了99％的来自于太阳的紫外线。氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。这两个反应都造成了臭氧的减少。1979－1986年TOMS测得的总臭氧全球平均值注：Dobson单位－将0°C，标准海平面压力下，10－5m厚的臭氧

定义为一个Dobson单位1979－1986年总臭氧纬向平均值的趋势臭氧浓度减少的百分比Haze如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾（Ash-haze），霾与雾、云不一样，与晴空区之间没有明显的边界，霾粒子的分布比较均匀。由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾，其散射波长较长的光比较多，因而霾看起来呈黄色或橙灰色。

发展趋势：从1980-2014年期间，太原市霾日数急剧增加，太阳总辐射及年日照时数逐年减少，并以市区为中心向周围快速蔓延。霾日成因特点车流量较多燃煤型城市盆地之中易形成气流停滞区灰霾污染的形成灰霾作为一种自然现象，是城市扩散条件不好，冷空气不强，风速不大的情况下，城市中的各种污染物无法得到及时扩散的结果。总的说来，其产生与3个因素有关水平方向的静风现象增多垂直方向的逆温现象悬浮颗粒物的增加灰霾污染的主要成分

有害物质化学成分PM2.5PM10

天然源、人为源（如石化燃料的燃烧、机动车尾气、工业粉尘、废弃物焚烧等）碳化合物元素碳、热分解的一小部分有机碳、半挥发性有机物（颗粒物和气态分离）、吸附的挥发性有机化合物生物质抗原、微生物（病毒）、毒素（内毒素和其他）、植物和动物碎片二次气溶胶硝酸盐、硫酸盐、地壳矿物金属重金属、过渡金属盐或络合物灰霾污染的主要成分颗粒物：黑碳、粉尘、硫酸盐、铵盐、硝酸盐等。灰霾污染天气下的微粒物的粒径主要以小于2.5μm(PM2.5)的气溶胶微粒组成，汽车尾气中的氮氧化物、硫氧化物、有机化合物在阳光等因素的综合作用下，结合成具有复杂颗粒形貌的微粒，悬浮于大气中，构成了灰霾污染中主要的污染源。工业污染排放和生活污染排放，例如烹饪油烟，也是灰霾污染的重要污染源。气态有机污染物：在灰霾污染中，除了微粒污染物和HC(碳氢化合物)、NOX、SOX等一次排放污染物外，还包括醛、酮、PAN(过氧硝酸乙酰)等二次有机污染物，这些二次有机污染物具有强烈的刺激性和生物毒性，其形成与光化学烟雾有关。近地臭氧灰霾天气的形成有利于引发光化学烟雾，光化学烟雾的产生又加剧了灰霾污染的程度。臭氧是光化学烟雾发生过程中的重要副产物。灰霾导致的超出健康安全标准的近地臭氧富集现象变得日益频繁。二、大气污染的影响1.对人体健康的影响CO对人体健康的影响CO（10-6）对人体健康的影响5～10对呼吸道患者有影响30人滞留8h，视力及神经机能出现障碍40人滞留8h，出现气喘1201h接触，中毒，血液中CO—Hb>10%2502h接触，头疼，血液中CO—Hb=40%5002h接触，剧烈心痛，眼花，虚脱300030min即死亡NO2对人体健康的影响NO2（10-6）对人体健康的影响1闻到臭味5闻到强臭味10～1510min眼、鼻受到刺激501min内人呼吸困难803min感到胸痛、恶心100～150在30～60min内死亡250很快死亡臭氧对人体健康的影响注：部分人群接触臭氧后肺功能下降突发性严重大气污染事故1952年12月伦敦烟雾事件中死亡人数与大气中烟尘和二氧化硫浓度的相关性2.对植物的伤害注：二氧化氮浓度和暴露时间与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系Source：Springer-VerlagandProf.D.C.MacLean

暴露时间，h

0.1

0.1

1.0

10

100

1000

NO2浓度，ppm

NO2浓度，mg/m3

暴露时间，d

3.对器物和材料的影响注：平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（1963－1964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）Source：AirandWasteManagementAssociationMeanSO2concentration，ppmWeightlossper100gpanel，g4.对大气能见度的影响对大气能见度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体，包括：总悬浮颗粒物（TSP）SO2和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子NO和NO2，在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子光化学烟雾，反应生成亚微米的气溶胶粒子

能见度与大气中颗粒物浓度的关系

应用最广的估算能见度的方程是Koschmeider方程：

LV为能见度范围，即一般人刚刚可以将暗色物体（例如山或高楼）从天空的背景上分辨出来的距离。此方程是估算方程，基于大气颗粒物为一般组成的情况。利用上述方程估算大气颗粒物浓度等于NAAQS的年均和日均PM10标准时的能见度范围。美国大峡谷及周围地区在晴朗的天气里非常容易看到160公里以外的山脉。此时大气中颗粒物的浓度可能为多少？如果大气中颗粒物的浓度增加1μg/m3，能见度水平下降的百分比为多少？假定原能见度为20km。如果原来的能见度范围为200km，下降的比例又为多少？ 能见度与自然景观

USEPA在1999年宣布，将在未来几十年内致力于提高国家公园和旷野地区的空气质量

例：美国大烟雾山国家公园（北卡罗莱纳州）照片

晴天

雾天三、大气污染防治法规与标准体系1.中华人民共和国大气污染防治法1987年9月5日由第六届全国人大常委会第22次会议通过，1988年6月1日起执行1995年8月29日，第八届全国人大常委会第15次会议对该法进行了修订2000年对该法再次修订1995年8月29日修改后的大气污染防治法，在控制大气污染，改善大气环境质量方面起到了积极的作用：强化了酸雨和二氧化硫污染控制推动了煤炭的清洁利用加快了淘汰严重污染大气的落后工艺和设备的步伐开始生产和使用无铅汽油法规实施后，一些地区依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善但未能有效地遏制大气环境质量的恶化：

大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；大中城市机动车排气污染正在迅速增加；大多数城市扬尘污染突出；大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；现行法律的法律责任部分内容偏少，力度不够。

2000年第二次修订的指导思想面对现实，对我国以煤为主的能源结构短期难以改变的现状以及经济条件给予了充分考虑；针对要害，主要是针对燃煤、机动车、扬尘等造成的大气污染；抓住重点，主要是抓住重点城市、重点区域；在禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证方面取得了重大突破；强化法律责任，加强执法监督。2.大气环境质量标准体系GB3095－1996 环境空气质量标准GB16297－1996 大气污染物综合排放标准GWPB3－1999 锅炉大气污染物排放标准GB4915－1996 水泥厂大气污染物排放标准GB9078－1996 工业炉窑大气污染物排放标准GB16171－1996 炼焦炉大气污染物排放标准GB13223－1996 火电厂大气污染物排放标准GB14554－93 恶臭污染物排放标准GWPB1－1999

轻型汽车污染物排放标准

GB14761.2－93 车用汽油机排气污染物排放标准GB14761.5－93 汽油车怠速污染物排放标准GB14761.6－93 柴油车自由加速烟度排放标准GB14761.7－93 汽车柴油机全负荷烟度排放标准GB14621－93 摩托车排气污染物排放标准GWPB5－2000 饮食业油烟排放标准GB5468－91 锅炉烟尘测试方法GB11642－89 轻型汽车排气污染物测试方法GB/T14762－93 车用汽油机排气污染物试验方法GB/T14763－93 汽油车燃油蒸发污染物的测量 收集法GB11340－89 汽车曲轴箱排放物测量方法GB/T3845－93 汽油车排气污染物的测量 怠速法GB/T3846－93 柴油车自由加速烟度的测量 滤纸烟度法GB3847－83 汽油柴油机全负荷烟度测量法GB/T5466－93 摩托车排气污染物的测量

怠速法GB/T14622－93 摩托车排气污染物的测量

工况法

3.中华人民共和国国家标准

环境空气质量标准

Ambientairqualitystandard

GB3095－1996

(代替GB3095－82)

国家环境保护局1996-01-18批准 1996-10-01实施主题内容与适用范围

本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定。

本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。

环境空气质量功能区的分类和标准分级环境空气质量功能区分类一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区为特定工业区。环境空气质量标准分级（环境空气质量标准分为三级）一类区执行一级标准二类区执行二级标准三类区执行三级标准各项污染物的浓度限值注：①适用于城市地区；②适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区；③适用于农业和林业区。污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准三级标准二氧化硫

SO2年平均

日平均

1小时平均0.02

0.05

0.150.06

0.15

0.500.10

0.25

0.70mg/m3

(标准状态)总悬浮颗粒物TSP年平均

日平均0.08

0.120.20

0.300.30

0.50mg/m3

(标准状态)可吸入颗粒物PM10年平均

日平均0.0