大气污染及防治.ppt

1、大气污染 及其防治,大气污染及其防治,第一节 概 述 第二节 大气污染源及主要污染物的发生机制 第三节 大气中主要污染物对人体的影响 第四节 影响大气污染的气象因素 第五节 大气污染的防治,第一节 概 述,一、大气圈及其结构 二、大气组成 三、大气环境质量保证的重要性 四、大气污染的涵义 五、环境空气质量标准,一、大气圈及其结构,1.大气圈： 概念：在自然地理学上，把由于地心引力而随地球旋转的大气层叫作大气圈. 厚度： 大约有 1 104 km 温度： 随高度的变化 用气温的变化率 r =d T / d Z 表示 2.大气圈结构: 均质层分为: 对流层、平流层和中间层 非均质层中又分: 暖层（

2、电离层）和散逸层（外层）,图 6-1 大气圈的结构,1. 对流层：,对流层是大气圈中最下面的一层，该层的厚度随地球纬度不同有所差别，在极地约为 610km; 在中纬度约为1012km ; 在赤道处可达 1618km 。对流层的平均厚度约为 12km，而其空气质量约占大气层总质量的 75% 左右。 在这一层里除有纯净的干空气外，还含有一定量的水蒸气，适宜的湿度对人和动植物的生存起着重要作用。对流层的温度分布特点是下部气温高 ,上部气温低，所以，其大气易形成较强烈的对流运动。 由于太阳辐射和大气环流的影响，对流层常出现极其复杂的气象现象。 人类活动排放的污染物也大多聚集于对流层，即大气污染主要发生

3、在这一层，特别是靠近地面 12km 的近地层，因此对流层与人类的关系最为密切。,2. 平流层：,平流层位于对流层之上，平流层下部的气温几乎不随高度而变化，为一等温层。该等温层的上界大约距地面为 204O km 。 平流层的上部气温随高度上升而增高。这是因为在平流层的上部存在一厚度约为 20公里的臭氧层。该臭氧层能强烈吸收 20030O nm 的太阳紫外线，致使平流层上部的气层明显地增温。 在平流层中，很少发现大气上下的对流，一般多是处于平流流动，极少出现云、雨、风暴天气。大气透明度好，气流也稳定。 进入平流层中的污染物，停留时间可达数十年之久。氮氧化物、氯化氢以及氟利昂有机制冷剂等能与臭氧层中

4、的臭氧发生光化学反应，致使臭氧浓度降低，严重时臭氧层还可能出现 “ 空洞”。地球表面上的紫外线将增强，从而导致地球上更多的人患有皮肤癌，地球上的生态系统也会受到极大的威胁。,3. 中间层,中间层位于平流层顶之上，层顶高度大约为 8085km， 在这一层里有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降，中间层顶温度可降至 -83-1130C 。 从中间层顶继续升高就进入非均质层了。,4. 暖层,暖层位于中间层的上部，暖层的上界距地球表面有 800 多公里 该层的下部基本上是由分子氮所组成，而上部是由原子氧所组成。原子氧可吸收太阳辐射出的紫外光，因而，暖层中气体的温度是随高度增加而迅速上升的。 由于太

5、阳光和宇宙射线的作用，使得暖层中的气体分子 大量被电离，所以暖层又称为电离层。,5. 外层,这是大气圈的最外层，在热层的上部 这层相当厚，是从大气圈逐步过渡到星际空间的大气层。,二、大气组成：,其组成可认为是由恒定、可变和不定三种类型组分所组成的 恒定组分-系指大气中含有的 N 、0 、Ar 及微量的 Ne 、He 、Kr、Xe 等稀有气体 可变组分-主要是指大气中的 C02 和水蒸气等 不定组分-主要是尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、碳氧化物及恶臭气体等,三、大气环境质量保证的重要性：,洁净的大气对生命来说是至关重要： 一个成年人每天呼吸大约两万次，吸入的空气量大约为 1015m3, 约为每天吃

6、人食物重量的 10 倍。生命的新陈代谢一时一刻也离不开空气，人5 周不吃饭 ,5 天不饮水，尚能生存，而 5 分钟不呼吸就会死亡。 污染的大气对动植物的生长和生存造成危害，严重时还会造成死亡： 在受污染的大气中，常含有 CO、SO2、N0 x 、H2S 、NH3 、Cl2 、HCl 和碳氢化合物（如 ,CH4 、C1OH16 等）、过氧乙酷硝酸脂 (PAN) 以及多种的无机或有机物气体等。悬浮于大气中的污染物,不仅对太阳 -地球间热量收支平衡有影响,造成局部或全球气候和气象的不正常,而且能直接对动植物的生长和生存造成危害,污染严重时还会造成死亡。,四、大气污染的涵义,自然界中局部的质能转换和人

7、类所从事总类繁多的生活、生产活动，向大气排放出各种污染物，当污染物超过环境所能允许的极限（环境容量）时，大气质量发生恶化，对人们的生活、工作、健康、精神状态、设备财产以及生态环境等遭受到恶劣影响和破坏，此类现象称为大气污染,五、环境空气质量标准,中华人民共和国国家标准环境空气质量标准 (GB3095-1996) 标准规定了总悬浮颗粒物 (TSP) 、可吸人颗粒物 (PM10) 、S02 、NOx、N02 、CO 、03 、Pb 、苯并a芘(BaP )及氟化物( F )10 种污染物的浓度限值及监测采样和分析方法,表： 6-2 各 项 污 染 物 的 浓 度 限 值,注 ： 适用于城市地区 ;

8、适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区 ; 适用于农业和林业区,第二节 大气污染源及主要污染物的发生机制,一、大气污染源 二、主要大气污染物及其发生机制,一、大气污染源：,由自然灾害和人类活动所造成的,一般所说的大气污染问题多是人为因素所引起的 (一)污染物发生的类型: 1.生活污染源 2. 工业污染源 3. 交通污染源 4. 农业污染源 (二)污染源位置的分布 1. 点源 2. 线源 3. 面源,二、主要大气污染物及其发生机制,具有普遍影响的污染物，最主要的来源是燃料燃烧。 (一)颗粒污染物 1. 粉尘 (dust) 2. 烟 (fume) 3. 飞灰 (fly ash) 4. 黑烟

9、(smoke) 5. 雾 (fog) 6. 煤烟尘 (soot) 7. 总悬浮微粒 (TSP) ( 二)气态污染物 气态污染物种类很多。已经过鉴定的大气污染物有 100 多种 一次污染物 - 由污染源直接排人大气的，一次气态污染物主要有以二氧化硫为主的含硫化合物、一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的化合物、碳氢化合物、及卤素化合物等。 二次污染物 - 由一次污染物经过化学或光化学反应生成的二次污染物,表 6-4 某些污染物的发生源及其相关的行业,1. 硫氧化物来源,单体硫燃烧: S+02=SO2 SO2+ 1/2 Oz=S03 硫铁矿的燃烧 4FeS2+1102=2Fe203+8S02 S

10、02 + 1/2 02 = S03 硫醚、硫醇等有机硫化物的燃烧: CH3CH2CH2CH2SH H2S+2H2 十 2 C 十 C2H4 分解出的 H2S 再氧化为 : 2H2S + 302 2SO2 + 2 H20,表 65 地球上全年 S02 的发生量 单位 :106t,S02和氮氧化物一样都是形成酸雨或酸沉降的主要前提物,现在 ,世界酸雨区主要集中于欧洲、北美和中国三个地区。 20 世纪 80 年代初 , 中国酸雨只出现在西南燃高硫煤少数城市地区。1983 年酸雨严重区域是以重庆为中心的四川省 ; 以贵阳为中心的贵州省 ; 以南昌为中心的江西省 , 形成了西南、中南两个明显的酸雨区。而

11、到 1985 年 , 我国已形成四个明显酸雨污染区 , 一是西南地区 , 二是湘赣浙地区 , 三是厦门、福州沿海的东南地区 , 四是青岛地区。此外还发现石家庄、太原地区也在日益酸化。,2. 氮氧化物来源,NOx 类很多 , 它是 NO 、N20 、NO2 、N203 、N204 、N205 等的总称 由燃烧过程生成的 N02 有两类: 一类是在高温燃烧时，助燃空气的风和 02 发生反应而生成的 NO2 另一类是燃料中的吡啶 (C5H5N) 哌啶 (C5H11N) 、咔唑 (C12H9N) 等含氮化合物，经高温分解成 N2 和 O2 后再反应生成的 N02, N2 十 O2 2 NO 2NO +

12、 02=2N02,表 6-6 全世界由人为和天然污染源向大气 排放 NOx 的估算最 单位 216t/a,热致 NO 的化学总反应式可写为 : N2 十 O2 2 NO （67） 其平衡常数可用下式表示： 式中 : kp 平衡常数 ; NO、N2、O2 分别为生成物和反应物的浓度 ; R 气体常数 ,R=8.3143KJ / (kmol.k); T 绝对温度 ,K 。,由燃烧过程生成的 N02,由图可以看出 ,生成 NO 的平衡浓度随着温度和氧气浓度的升高而增高。 因此，为了减少燃烧生成的热 NO, 应尽可能降低燃烧温度和燃烧时气体中的氧气浓度（降低过剩空气系数 ), 并缩短在高温区的停滞时间

13、。 燃料中的氮化合物经燃烧，大约有 20%70% 转化成燃料NO 。燃料 NO 的生成机制到目前为止还不甚清楚。有人认为燃料中氮化合物在燃烧时，首先是发生热分解形成中间产物，然后经氧化生成 NO 。,在一般情况下 NO2 的排放率按煤、燃料油、天然气顺序而减小,3. 一氧化碳来源,C + 1/2 02 CO C + C02 2CO 烷烃 OH 自由基氧化形成的 CO 海水中 CO 的释放 萜烯类物质在大气中被自由基氧化生成 CO 植物叶绿素光分解产生的 CO 汽车尾气排放的 CO,4. 碳氢化合物来源,大气中的碳氢化合物 (HC) 通常是指 C1-C8 可挥发的所有碳氢化合物，属于有机烃类 表

14、 610 地球上每一年间碳氢化合物的发生量,5. 硫酸烟雾来源,硫酸烟雾是大气中 S02 在相对温度比较高，气温比较低，并有颗粒气溶胶存在时而发生的。大气中颗粒气溶胶具有凝聚大气中水分和吸收 SO2与氧气的能力。在颗粒气溶胶表面上发生 S02 的催化氧化反应，生成亚硫酸和硫酸，即 S02 洛解于水滴时发生的化学反应为 : SO2+H20 H + HS03 2HS032- + 2H + 02 2H2S04( 雾 ) 最严重的一次硫酸烟雾事件，发生在 1962 年 12 月 5 日，历时 5 天，死亡 4000 多人,6. 光化学烟雾来源,引起光化学烟雾的是 NO2 危害：城市上空笼罩着白色烟雾（

15、有时带有紫色或黄色 ), 大气能见度降低，具有特殊气味，剌激眼睛和喉帖膜，造成呼吸困难。生成的强氧化剂臭氧 (03) 可使橡胶制品开裂，植物叶片受害、变黄甚至枯萎。 引起光化学烟雾的 NO2 气体可吸收 29070O nm 波长的光,在波长 29043O nm 紫外光照射时，可使 NO2按下式进行光离解。 N02 十hv(290-430 nm) NO + O(3P) O(3P) +O2+M 03+M 03+NO NO2十 02,第三节 大气中主要污染物对人体的影晌,一、颗粒污染物对人体健康的影响 二、二氧化硫对人体健康的影响 三、氮氧化物对人体健康的影响 四、光化学氧化剂对人体健康的影响 五、

16、一氧化碳对人体健康的影响 六、碳氢化合物对人体健康的影响 七、其他有害物质对人体健康的影响,一、颗粒污染物对人体健康的影响,大于 10m 的粒子-沉降；小于 10 m 颗粒物-称作飘尘。飘尘中0.01-0.1m 的粒径数目最多 对人体健康危害最大的是 10 m 以下悬浮的颗粒物一一飘尘。飘尘经过呼吸道沉积于肺泡 沉积在肺部的污染物如被搭解，就会直接侵人血液，造成血液中毒 表 6-11 工业粉尘及其可能引起的疾病,二、二氧化硫对人体健康的影晌,S02 是无色具有恶臭剌激性气体，对鼻腔和呼吸道粘膜产生剌激，如果吸人浓度超过 10mL/m3, 人们不仅有强剌激感，而且还会发生鼻腔出血、呼吸受阻等现象

17、。 S02 还可增强致癌物苯并 (a) 芘的致癌作用,三、氮氧化物对人体健康的影晌,NO2 主要是指 NO 和 N02. 它对人的生理影响还不十分清楚。如果动物与高浓度 NO 相接触，可出现中枢神经病变。 NO 与血红蛋白 (Hb) 亲和力强，比CO 大几百倍。对动物作高浓度 NO 试验，证实有变性血红素 Met.Hb 和一氧化氮血红蛋白(NOHb) 生成。使动物血压降低、血管扩张、血液中生成变性血红素，以及对神经系统有一定的麻醉作用等 NO2 对人体的影响还与其他污染物的存在有关。N02 的浮游微粒最容易侵人肺部，沉积率很高，可导致呼吸道及肺部病变，出现气管炎、肺气肿及肺癌等症。,表 612

18、 空气中 NO2 浓度对人体的影晌,四、光化学氧化剂对人体健康的影晌,光化学氧化剂对人体的影响类似NOx，但比 NOz 的影响更强。光化学氧化剂有臭氧和过氧乙酰基硝酸醋等多种物质，臭氧是其中主要氧化剂之一 。 与浓度为1mL/m3 臭氧接触 1h 能使肺细胞蛋白质发生变化 ; 接触 4h, 在 24h 后出现肺水肿 ; 臭氧可直接侵人呼吸道深处；使眼睛产生剌激感；使哮喘病患者发作频率增加 ; 使患慢性呼吸器官疾病患者病情恶化。,五、 一氧化碳对人体健康的影晌,CO 是无色、无嗅的气体。 由呼吸道吸入的 CO 容易与血红蛋白 (Hb) 相结合生成碳氧血红蛋白 (COHb) 。碳氧血红蛋白阻碍血红

19、蛋白向体内供氧 当人与浓度大于 1200mL/m3 的 CO 接触时，可使神经麻痹，发生生命危险。,六、碳氢化合物对人体健康的影晌,碳氢化合物 - 以碳元素 (C) 和氢元素 (H) 形成的化合物总称 它与氮氧化物一样同是形成光化学烟雾的主要物质 光化学反应产生的衍生物丙烯醛、甲醛等都对眼睛有剌激作用。多环芳短中有不少是致癌物质，如苯并 (a) 芘就是公认的强致癌物,七、其他有害物质对人体健康的影响,铬及铬化物 - 铬及铬化物侵人人体，可蓄积于肝脏、肾脏和肠粘膜上。铬污染的积累性中毒可引起疼痛病 铅及铅化物 - 铅进入人体后，大部分蓄积于骨髓中。但是由含铅汽油中所产生的四乙基铅进入人体后，多蓄

20、积于肝脏和肾脏。无机铅中毒可使四肢肌肉麻木面色苍白。有机铅中毒能引起严重的神经狂或神经错乱等病症。 氟及氟化物 - 氟及氟化氢对眼睛及呼吸道有强烈的剌激作用。吸入高浓度的氟及氟化氢气体时，可引起肺水肿和支气管炎 氯及氯化氢 - 氯是有毒的气体，其浓度在 5lO mL/ 旷时对人的上呼吸道发生剌激作用 ; 在 50100 mL/m3 时可引起肺水肿,第四节 影响大气污染的气象因素,大气污染可看作是由污染源所排放出的污染物、对污染物起着扩散稀释作用的大气、以及承受污染的物体三者相互关联所产生的一种效应。 影响大气扩散稀释能力的主要因素有： 一、气象的动力因子（主要是指风和揣流） 二、气象的热力因子

21、 (是指大气的温度层结及大气稳定度等),一、气象的动力因子,气象的动力因子主要是指风和揣流，风和揣流对污染物在大气中的扩散和稀释起着决定性作用。 风 风在不同时刻有着相应的风向和风速。 风不仅对污染物起着输送的作用，而且还起着扩散和稀释的作用 一般说来，污染物在大气中的浓度与污染物的总排放量成正比，而与平均风速成反比，若风速增加一倍，则在下风向污染物的浓度将减少一半。这是因为在单位时间内通过烟团断面的空气量增多，从而增加了大气揣流扩散稀释作用的结果。,表 6-13 凤 力 级 别 表,大气湍流:,大气的揣流是指大气以不同的尺度作元规则运动的流体状态。风速有大有小，具有阵发性，并在主导风向上也还

22、出现上下左右无规则的阵发性搅动，这种无规则阵发性搅动的气流称为大气揣流。 大气污染物的扩散，主要是靠大气揣流的作用。烟云向下风向漂移时，除其本身的分子扩散外，还受大气揣流作用，从而使得烟团周界逐渐扩张 大气揣流作用污染物的扩散三种状态(下图): a 是当烟团处于比它尺度小的大气揣流中的扩散状态 b 是烟团处于比它尺度大的大气揣流作用下的扩散状态 c 表示在实际大气中同时存在着不同尺度的涡团时的烟云状态,二、气象的热力因子,气象的热力因子主要是指大气的温度层结及大气稳定度等 (一) 温度层结与逆温 (二) 气温的干绝热递减率 (三) 大气稳定度 (四）稳定度的判断,(一)温度层结与逆温,温度层结

23、是指在地球表面上方大气的温度随高度变化的情况，或者说是在垂直地球表面方向上的气温分布 气温的垂直分布决定着大气的稳定度，而大气的稳定程度又影响着端流的强度，因而温度层结与大气污染有十分密切的联系。 在大气圈的对流层内，气温垂直变化的规律是随高度的增加而逐渐降低的。 气温随高度的变化通常以气温垂直递减率 (r) (是指在垂直于地球表面方向上，每升高 10O m 气温的变化值)。对于标准大气来说，在对流层下层的 Y 值为 0.30.4/10Om；中层为0.50.6/100m ； 上层为0.650.75/100 m。整个对流层的气温垂直递减率平均值为 0.65 /100 m。,逆温层:,等温层-当气

24、温垂直递减率(r)大于零表示气温随高度增加而降低 z 等于零表示气温不随高度而变化（或叫等温层 ）; 当气温垂直递减率(r)小于零表示气温随高度增加而增加。 逆温-当气温垂直递减率(r)小于零时，大气层的温度分布与标准大气情况下气温分布相反时称为温度逆增，简称逆温。 逆温强度-出现逆温的大气层叫逆温层，逆温层至地面的距离下限称为逆温高度，上下限的温度差称为逆温强度。 分类 根据逆温层出现的高度不同，可分为接地逆温层与上层逆温层 根据逆温层发生的原因可分为辐射性逆温、揣流性逆温、沉降性逆温、锋面逆温和地形逆温 5 种。,逆温层发生的原因分类,辐射性逆温 - 多发生在对流层的接地层 下沉逆温 -

25、由于空气下沉压缩增温形成的逆温 揣流性逆温 - 朝山坡方面吹去上升的气流上升处形成 锋面逆温 - 冷、热两种气团相遇时，暖气团位于冷气团之上而形成 地形逆温 - 局部地区的地形而形成,(二)气温的干绝热递减率,绝热变化在物理学上，若一系统在与周围物体没有热量交换而进行状态变化时，称为绝热变化。 理论和实践都证明，对一个干燥或未饱和的温空气气块，在大气中绝热上升每 10O m 要降温 0.98， 通常可近似取为 1 。 气温的干绝热递减率 用 rd (1/10O m) 表示,(三)大气稳定度,大气稳定度与气温垂直递减率和干绝热递减率有着密切的关系。 大气稳定度取决于气温垂直递减率 (r) 与干绝

26、热递减率 (rd) 之对比 。 当 r rd 时 - 称为稳定状态 当 r rd 时 - 称为不稳定的状态 当 r = rd 时 - 称为中性状态,(四）稳定度的判断,近地层大气垂直稳定度可简单用下述方法来判断 当 r 0 时，即大气的垂直温度随高度增高而降低时，大气为不稳定状态 当 r 0 时，即大气的垂直温度随高度增高而增加时，呈现出逆温，这时大气是稳定的 当 r = 0 时，温度不随高度而变化，可认为大气是处于中性状态 大气的污染状况与大气稳定度有着密切的关系。 高架源排烟的烟云可有 5 种类型，见图 6-7 。 这些烟云发生的特点如表 6-14 所示。,第五节 大气污染的防治,一、烟尘

27、治理技术 二、主要气体污染物的治理技术 三、大气污染综合防治技术,一、烟尘治理技术,(一)了解除尘装置的主要性能 (二)除尘装置的工作原理和特性,(一)了解除尘装置的主要性能,在选择除尘装置时除了要考虑所处理的烟尘特性外，还要对除尘装置的性能有所了解。 除尘装置的性能通常是以其处理量、效率、阻力降三个主要技术指标来表示。,(二)除尘装置的工作原理和特性,除尘（集尘）装置 由燃料及其他物质燃烧或以电能为热源加热等过程产生的烟尘，以及对固体物料破碎、筛分和输送等机械过程所产生的粉尘，都是以固态或液态的粒子存在于气体中，从气体中除去或收集这些固态或液态粒子的设备，称为除尘（集尘）装置、有时也叫除尘（集尘）器。 几种除尘装置的工作原理和性能 1. 重力除尘装置 2. 惯性力除尘装置 3. 离心力除尘装