大气污染控制工程第1章绪论

大气污染控制工程第一章概论我国电力情况万千瓦中国发电装机容量现状及预测火电占装机容量的百分数火力发电中，绝大部分为煤电，燃煤发电产业在国民经济和社会发展中的地位十分重要。煤燃烧产生污染物质氮氧化物硫氧化物粉尘痕量有害元素（如汞）等90%的二氧化硫67%的氮氧化物70%的粉尘煤烟型污染是中国大气污染的主要特征。

燃煤主要内容：大气与大气污染大气污染物及其来源大气污染的影响大气污染综合防治环境空气质量控制标准第一节大气与大气污染（一）一、大气的组成1大气与空气大气是指环绕地球的全部空气的总和。环境空气是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气。大气与大气污染（二）2大气的组成干燥清洁的空气水蒸气各种杂质：由自然过程和人类活动排到大气中的各种悬浮颗粒和气态物质形成。杂质中有很多是引起大气污染的物质。二、大气污染的定义大气污染指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现足够的浓度，达到了足够的时间，并因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。

空气污染系统（AirPollutionSystems）

大气污染的范围局部地区污染：小范围地区性污染：一个地区广域污染：更广泛的地区全球性污染：全球范围（国际性）三、全球性大气污染问题温室效应臭氧层破坏酸雨我们的地球最近几十年来，地球日益变暖。地球为什么会变暖？是由于人类大量使用能源而放出的热量使地球变暖的吗？我们的地球人类一年使用的全部能源为80亿t石油，相当于331016kJ的热量如果把这些热量全部用于加热海洋，仅仅可以使海水温度上升610-5℃，即加热1万年，海水温度也只上升到1℃。地球变暖的原因到底是什么？人类使用能源一天所放出的热量＝0.11016kJ；地球一天从太阳获得的热量＝15001016kJ。地球变暖的原因到底是什么？太阳射向地球的光约1/3被云层、冰粒和空气分子反射回去；约25％穿过大气层时暂时被大气吸收起到增温作用，但以后又返回到太空；其余的大约37％则被地球表面吸收。这些被吸收的太阳辐射能大部分在晚间又重新发射到天空。地球变暖的原因到底是什么？如果这部分热量遇到了阻碍，不能全部被反射出去，地球表面的温度就会升高。温室效应普朗克定律温室气体CO2不吸收短波，只吸收长波，于是，地球表面吸收的太阳辐射就散不出去，从而使地表温度升高，地球变暖。像CO2这类会使地球变暖的气体就称为温室气体，温室气体还包括水蒸气、N2O、甲烷、氟利昂等。温室效应的定义是大气中的二氧化碳和其他微量气体可以使太阳等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。重要的温室气体

GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6

主要温室气体的含量与来源CO2与全球变暖/10-6/ºC年份年份Sealevelrise/mYear臭氧层的破坏大气臭氧层仅占以一亿分之一，主要集中在离地面20~25km的平流层。根据卫星和地面观测网的资料，臭氧空洞的面积已经达到2千500万km2。近几十年来，由于人类大量使用含氯、氟等元素的化学合成物质作为制冷剂，导致臭氧空洞的出现和不断扩大。臭氧层吸收紫外线的反应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。臭氧空洞的产生氯氟烃释放到大气中，再上升到高空时，会分解出氯原子。自由的氯原子遇上臭氧分子后，会夺走臭氧分子O3中的一个氧原子，使之变成为普通的氧分子O2。每一个氯原子可以把上万个臭氧分子变成普通氧分子。实验数据显示，平均每一个氯原子可以消灭1万个臭氧分子，其威力惊人。臭氧空洞的产生其结果是高空中由臭氧分子组成的臭氧层就被大大损耗，导致了臭氧层变薄，甚至出现臭氧空洞。臭氧空洞——人类的威胁根据调查显示，自1978年开始的10年内，全球各纬度平流层的臭氧含量降低约1.2%至10%不等，南极上空则是臭氧被破坏最严重的区域，甚至在春季期间更会出现所谓的“臭氧空洞”。臭氧空洞——人类的威胁何谓酸雨简单地说，酸雨就是酸性的雨。被大气中存在的酸性气体污染,pH小于5.65的雨叫酸雨。pH小于5.65的雪叫酸雪。在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH小于5.65时叫酸雾。酸雨的形成现代工业、农业和交通排放更大量，种类更多的污染物(包括酸碱性物质),且与尘埃一起升到高空，与天上的水蒸气相遇，就会形成硫酸或硝酸液滴，使雨水酸化。化石燃料燃烧和汽车尾气排放的SO2和NOx是造成酸雨的主要祸首。酸雨污染来源造成雨水酸化之污染物很多，其污染来源大致可分为两类：一类为自然物质，另一类为人为物质。前者如火山爆发喷出的大量硫化物及悬浮固体物，自然水域表面释放的硫化氢，动植物分解产生的有机酸，土壤微生物及海藻释放的硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨水的pH降至5.0左右。酸雨污染来源后者则为工业化后，燃料的大量使用，燃烧过程中产生CO、HCl、SO2、NOx及悬浮固体物，排放至大气环境中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水的pH降低，形成酸雨。湿沉降干沉降自然来源人为来源酸化污染物酸雨污染来源酸雨的危害导致森林成片死亡，因为酸雨会损坏植物叶面和根部。使湖泊酸化，湖中鱼虾绝迹。破坏农田的土壤成分，使农作物减产甚至死亡。造成地下水酸化，引起对人体的危害。腐蚀建筑物和工业设备，造成重大的经济损失。对露天文物起腐蚀作用，加速文物资源的破坏甚至毁灭。酸雨的危害水的低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酸雨对树木和土壤的影响酸雨对建筑的影响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

第二节大气污染物及其来源大气污染物是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。分为气溶胶状态污染物和气体状态污染物气溶胶状态污染物气溶胶是由气体介质和悬浮在其中的分散粒子所组成的系统。气溶胶系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体系。气溶胶状态污染物分类：粉尘（dust）烟（fume）飞灰（flyash）黑烟（smoke）霾（haze）大气中悬浮的大量微小尘粒使空气混浊，能见度降低到10km以下的天气现象。雾（fog）气体中液滴悬浮体的总称。能见度小于1km的小水滴悬浮体。Gettingtothecriticalnucleusofaerosolformation.Science,2010Directobservationsofatmosphericaerosolnucleation.Science,2013霾与雾的差别相对湿度：雾主要是以水汽为主，雾的相对湿度一般在90%以上，而霾在80%以下。相对湿度介于80-90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。颜色：从辨别颜色来讲，纯洁的雾应该是白色或者是灰色的；霾有点发黄的颜色。霾雾尘粒大小的分类总悬浮颗粒物（TSP）：D≤100μm可吸入颗粒物（PM10）：D≤10μm，又称为可吸入颗粒物或飘尘。PM-Particulatematter细颗粒物对人体健康和大气环境质量造成的危害要远比粗颗粒物大细颗粒物本身可能是有毒、有害物质细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体细颗粒物污染可导致低能见度显著降低PM2.5：D≤2.5μm，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。细微颗粒物污染Reference:

A.VanDonkelaar,etal..EnvironHealthPerspectives.

June2010;

118(6):847–855.Globalsatellite-derivedPM2.5averagedover2001–2006.WHO年均标准PM2.5浓度每增加103μg/m3时，居民全部死因的超额死亡风险会增加2.29%，滞后时间在1-2天。心脑血管疾病增加的超额死亡风险更高，为3.08%。

Weihuang,etal..AmericanJournal

ofEpidemiology.June2012,175(12)

.中国部分省市PM2.5年均浓度时间走势图（2001-2010）PM2.5排放问题已引发高度关注北京南京杭州我国部分城市PM2.5来源针对PM2.5的环保政策相继推出2011年9月，火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)发布。2011年11月，环境空气PM10和PM2.5的测定重量法（HJ618-2011）开始实施。2011年12月，国务院以国发[2011]42号印发《国家环境保护“十二五”规划》。平均时间一级二级年平均153524小时平均3575单位：μg/m32012年3月，环境空气质量标准（GB3095-2012）发布，首次增加PM2.5监测指标。气体状态污染物以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。分类1含硫化合物含氮化合物碳氧化物有机化合物卤素化合物分类2一次污染物：直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物。二次污染物：一次污染物+大气的物质通过反应生成。气态污染物来源:污染物来源硫氧化物化石燃料燃烧，硫化物矿石焙烧氮氧化物主要为化石燃料燃烧，约占83%COCO2化石燃料的不完全燃烧，汽车排气，吸烟有机化合物机动车和燃料燃烧排气，石油和化工生产硫酸烟雾光化学烟雾硫氧化物或氮氧化物等经过化学或光学反应生成。光化学烟雾光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。光化学烟雾的刺激性和危害性比一次污染物强烈的多。光化学烟雾实例大气污染物排放源自然污染源：自然原因向环境释放污染物的地点。自然过程地质：如温泉、火山、海洋气象：如闪电动物群：如反刍动物，白蚁植被等等大气污染物排放源人为污染源：人类生活活动和生产活动形成的污染源。人类活动

交通运输电力生产工业过程工业和家庭的燃料燃烧废物焚烧SourcesofairbornepollutioninAsiaaremany:powergeneration,industry,traffic,homecooking,andbiomassburningSource:DavidStreets.EnergyUse,Emissions,andAirPollutioninAsia人类污染源空间分布点源：污染物集中于一点或相当与一点的小范围排放源面源：在相当大的面积范围内有许多个污染物排放源社会活动功能生活污染源工程污染源交通运输污染源人类污染源大气污染物的分类统计分析燃料燃烧工业生产交通运输我国空气质量状况全国1/5的城市空气污染严重。2006年43.4%城市空气质量不达标。达到或优于二级(达标)56.6%三级34.9%劣三级8.5%机动车排气中主要污染物排放情况2012年不同类型的污染物比例2012年，全国机动车排放一氧化碳3471.7万吨，碳氢化合物438.2万吨，氮氧化物640.0万吨，颗粒物62.1万吨。第三节大气污染的影响对人体健康的影响进入途径表面接触食入含污染物的食物和水吸入被污染的空气（最重要）对植物的伤害对器物和材料的影响对大气能见度和气候的影响1.对人体健康的影响颗粒物硫氧化物一氧化碳氮氧化物光化学氧化剂有机化合物颗粒物颗粒物的浓度和时间。粒径大小，粒径越小，危害越大。粒径越小，越不易沉积，长时间漂浮在大气中容易被吸入体内，且容易深入肺部。粒径越小，粉尘比表面积越大，物理、化学活性越高。成为其他有害物质的载体。2012年工业行业烟（粉）尘排放情况硫氧化物大气中的二氧化硫会刺激人们的呼吸道，减弱呼吸功能，并导致呼吸道抵抗力下降，诱发呼吸道的各种炎症，危害人体健康。由二氧化硫产生的硫酸烟雾危害更强。2012年工业行业二氧化硫排放情况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一氧化碳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即死亡氮氧化物NO：易和血液中的血色素结合，其危害是CO的100倍；

NO2：有恶臭、0.1ppm即可闻到，3.5ppm持续一小时，对人有害，尤其是肺部，毒性大于SO2。也可形成酸雨；N2O：在高空可破坏臭氧层。可产生光化学烟雾、致癌、伤害眼睛和呼吸系统。1952年美国洛杉机光化学烟雾，一夜之间蔬菜变黄6.5万公顷森林受损。2012年工业行业氮氧化物排放情况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很快死亡四、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定义气象学定义：在指定方向上仅能用肉眼看见和辨认的最大距离在白天能看见地平线上直指天空的一个显著的深色物体在夜间，能看见一个已知的、最好未经聚焦的中等强度的光源 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 雾天校园俯瞰全国环境统计煤炭、燃料油消耗量

单位：万吨

项目年度煤炭消耗量燃料油消费量（不含车船用）合计工业生活合计

燃料煤原料煤重油柴油20011422179123430571204122646203438720021528129726436524190242773204349520031724301107284262419078262421413432004195611125972500261961327342295365200522616414362760796217413447241238320062504521620896798720376266620495712007285377187815786421892032072613557200829766319986280307193282335185047520093146872101408508119466201615854062010356368240534974651836920871159885增长率（%）13.314.514.6-5.73.5-26.9118.0全国二氧化硫排放量年际变化全国氮氧化物排放量年际变化全国烟尘和工业粉尘排放量年际变化第四节大气污染综合防治1.能源利用情况注：中国正在不断提高能源使用的效率，但还未达到美国的水平（1980-1995年数据）3.控制大气污染的技术措施清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品可持续发展的能源战略改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例提高能源利用效率和节约能源推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术积极开发利用新能源和可再生能源建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量对SO2、NOx、Hg、粉尘实施总量控制第五节环境空气质量控制标准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年对该法再次修订立法宗旨：为防治大气污染，保护和改善生活环境和生态环境，保障人体健康，促进经济和社会的可持续发展。

3.中华人民共和国国家标准

环境空气质量标准

GB3095－1996

国家环境保护局1996-01-18批准 1996-10-01实施

2000年1月6日国家环保总局修订并即日起实施

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