《环境工程概论》课程教学资源（教案讲义）第四章大气污染控制工程概论.doc_大学文库

环境工程概论第四章大气污染控制工程概论第一节大气污染及其危害、大气污染的基本概念早在英国爱德华二世(1284~132⑦年代,这位国王就曾想通过禁止使用煤来解决燃煤产生的烟气污染问题。他曾颁布了一道法令:“无论是谁被发现燃烧煤,他就是有罪的,都将受到杀头的惩罚”。由此可见,大气污染自古有之。如同其它污染控制一样, 大气污染控制技术和工程、设备也是在大气污染到了一定的程度、顺应时代需要的产物:控制技术的研究与工程应用的主要推动原因是严重的大气污染事件的刺激。美国的 Donora是一座钢铁小城,在1948年仅有3家主要工厂:钢铁厂、电线厂和锌板厂。在1948年的最后一个星期,浓浓的烟雾笼罩着这个小城,逆温层使得工厂排放的烟雾难以从山谷中扩散出去。到星期五,烟雾变得特别浓,据报道碳颗粒几乎一动不动的悬浮在空中,能见度非常低,以致于当地人都迷失了道路,到星期五为止, 卫生部门和医院里充满了需要就诊的呼救。死亡发生在凌晨2点钟,直到半夜有17人死亡,这时人们才意识到问题的严重性,马上组织了医疗救助虽然 Donora事件在美国逼迫人们认识并重视了大气污染,但到英国发生相似的灾难并引起同样的认识之间又相隔了4年。1952年伦敦的“烟雾杀手”事件是在同样的气象条件下发生的,在地面上浓密的烟雾与寒冷以及从煤炉里产生的烟混合引起了少见的黄色烟雾,并且持续了1个多星期,能见度很低,以致公共汽车的售票员不得不到车前步行引导汽车穿过大街,烟雾发生2天以后,当地的死亡人数急剧上升,达到数百人。二氧化硫浓度多上述二个污染事件的发生,人们到70年代才开始关心大气污染问题并试图进行控制,大气污染的公害才得以缓和。我国的大气污染也已经到了十分严重的地步。我国以煤炭为主要一次能源,1996 年生产与消费均占一次能源的75%,这种在相当长的时期内不会发生大的变化。大约 η2%的工业和蒸汽燃料、52%的化工原料和92%的民用燃料来自于煤炭,其中最大的用煤行业是电力,其它为化工、冶金、建材、采矿等行业及民用,它们共占煤炭消耗总量的83%。以煤炭为主的能源结枃给环境带来了严重的威胁,我国大气污染以烟煤型污染为特征,燃煤电力提供了90%以上的热力和电力。但现在氮肥厂和煤气厂大多数造气炉除尘仍然采用较落后的盲肠式惯性除尘器或湿法除尘。前者的除尘效率很低, 造成了严重的环境污染,后者不仅高品位的热能不能回收,浪费了大量水资源,同时造成了二次污染。据统计,因为燃煤1997年我国向大气中排放二氧化硫1852吨、粉尘1565吨。我国汽车工业的飞速发展造成了日益严重的尾气污染问题,1995年我国汽车尾气中CO的排放量为770万吨、HC和CO2排放量为350万吨。上海市主要交通路口的CO和HC的日平均浓度分别达到654mg/m3和0.66mg/m 、大气污染物的种类及其性质大气污染物主要有气态污染物(如二氧化硫和一氧化碳)与颗粒态污染物(如烟尘、飞灰、气雾),其中颗粒分为液体和固体两种,以固体颗粒污染物为主,如粉尘、烟飞灰、黑烟等,液体颗粒污染物如水雾、油雾、碱雾、酸雾等。 1,气态污染物种类及其性质

环境工程概论 64 第四章大气污染控制工程概论第一节大气污染及其危害一、大气污染的基本概念早在英国爱德华二世(1284～1327)年代，这位国王就曾想通过禁止使用煤来解决燃煤产生的烟气污染问题。他曾颁布了一道法令：“无论是谁被发现燃烧煤，他就是有罪的，都将受到杀头的惩罚”。由此可见，大气污染自古有之。如同其它污染控制一样，大气污染控制技术和工程、设备也是在大气污染到了一定的程度、顺应时代需要的产物：控制技术的研究与工程应用的主要推动原因是严重的大气污染事件的刺激。美国的 Donora 是一座钢铁小城，在 1948 年仅有 3 家主要工厂：钢铁厂、电线厂和锌板厂。在 1948 年的最后一个星期，浓浓的烟雾笼罩着这个小城，逆温层使得工厂排放的烟雾难以从山谷中扩散出去。到星期五，烟雾变得特别浓，据报道碳颗粒几乎一动不动的悬浮在空中，能见度非常低，以致于当地人都迷失了道路，到星期五为止，卫生部门和医院里充满了需要就诊的呼救。死亡发生在凌晨 2 点钟，直到半夜有 17 人死亡，这时人们才意识到问题的严重性，马上组织了医疗救助。虽然 Donora 事件在美国逼迫人们认识并重视了大气污染，但到英国发生相似的灾难并引起同样的认识之间又相隔了 4 年。1952 年伦敦的“烟雾杀手”事件是在同样的气象条件下发生的，在地面上浓密的烟雾与寒冷以及从煤炉里产生的烟混合引起了少见的黄色烟雾，并且持续了 1 个多星期，能见度很低，以致公共汽车的售票员不得不到车前步行引导汽车穿过大街，烟雾发生 2 天以后，当地的死亡人数急剧上升，达到数百人。二氧化硫浓度多上述二个污染事件的发生，人们到 70 年代才开始关心大气污染问题并试图进行控制，大气污染的公害才得以缓和。我国的大气污染也已经到了十分严重的地步。我国以煤炭为主要一次能源，1996 年生产与消费均占一次能源的 75％，这种在相当长的时期内不会发生大的变化。大约 72％的工业和蒸汽燃料、52％的化工原料和 92％的民用燃料来自于煤炭，其中最大的用煤行业是电力，其它为化工、冶金、建材、采矿等行业及民用，它们共占煤炭消耗总量的 83％。以煤炭为主的能源结构给环境带来了严重的威胁，我国大气污染以烟煤型污染为特征，燃煤电力提供了 90％以上的热力和电力。但现在氮肥厂和煤气厂大多数造气炉除尘仍然采用较落后的盲肠式惯性除尘器或湿法除尘。前者的除尘效率很低，造成了严重的环境污染，后者不仅高品位的热能不能回收，浪费了大量水资源，同时造成了二次污染。据统计，因为燃煤 1997 年我国向大气中排放二氧化硫 1852 吨、粉尘 1565 吨。我国汽车工业的飞速发展造成了日益严重的尾气污染问题，1995 年我国汽车尾气中 CO 的排放量为 770 万吨、HC 和 CO2 排放量为 350 万吨。上海市主要交通路口的 CO 和 HC 的日平均浓度分别达到 6.54mg/m3 和 0.66mg/m3。二、大气污染物的种类及其性质大气污染物主要有气态污染物(如二氧化硫和一氧化碳)与颗粒态污染物(如烟尘、飞灰、气雾)，其中颗粒分为液体和固体两种，以固体颗粒污染物为主,如粉尘、烟、飞灰、黑烟等，液体颗粒污染物如水雾、油雾、碱雾、酸雾等。 1，气态污染物种类及其性质

环境工程概论气态的污染物是以分子状态存在的污染物。最重要的气态污染物有:碳氧化物(一氧化碳、二氧化碳)、硫氧化物(硫化氢、二氧化硫、三氧化硫)、氮氧化物(一氧化氮、氧化氮)和碳氢化合物,臭氧也应该列入,因为它对大气有潜在的影响大气污染物的浓度通常表示成每立方米多少微克,以及ppm。在25℃、760mmHg(1大气压下),pm和pg/m3的换算公式是:lppm=1体积的污染物/10°体积的气体(污染物+空气) 表4-1主要空气污染物及其特性与危害性名称分子式重要特性危害性氧化硫无色,强烈的窒息气味,极危害作物生长:腐蚀材料:毒害易溶于水形成亚硫酸人体,如造成鼻炎、咽喉炎、嗅觉障碍,严重时导致肺炎和窒息等。形成酸雨,破坏土壤和水体环境及生态三氧化硫溶于水形成硫酸具有强烈的腐蚀性;在大气中遇水成为硫酸酸雾,形成酸雨,导致植物枯死。硫化氢浓度低时有腐蛋味,浓度高刺激眼睛和呼吸道,浓度高时使时无味人中毒死亡二氧化氮无色,相对惰性,在燃烧中刺激呼吸器官,导致咳嗽、头疼不会产生,常在隔绝空气的等,严重时死亡。引发光化学烟瓶中用作载体务一氧化氮无色气体引发光化学烟雾。二氧化氮橙色或棕色气体光化学烟雾组成中的主要成分氧化碳不完全燃烧的产物,无色无CO与血红蛋白结合,导致缺氧、味气体室息;长期呼吸含低浓度的CO 造成慢性中毒二氧化碳无色,无味气体完全燃烧产生,可能会影响全球的气候臭氧危害作物和财产,主要产生于光化学烟雾形成的气候碳氢化合物对人体的危害主要是造成呼吸道和皮肤疾病,如皮炎、呼吸道和眼睛的炎症,以及头晕、乏力咳嗽等。具有致癌作用。引发光化学烟雾乏力、苍白、头疼、食欲不振烟尘及粉尘呼吸道病症、尘肺、肺气肿等。 2,颗粒态污染物的种类及其性质颗粒态污染物的分类如下: (1)尘埃:a,直接由正在传递或处理的物质上带走的固体颗粒如煤、灰和水泥;b,直接从正在机械加工的原材料上散发的固体物质,如木材厂的木屑。c,那些用于机械加工的传递材料如喷砂和砂磨中的砂,从稻谷传送机和煤淸洗工厂发生的灰尘也归于这类。尘埃

环境工程概论 65 气态的污染物是以分子状态存在的污染物。最重要的气态污染物有：碳氧化物(一氧化碳、二氧化碳)、硫氧化物(硫化氢、二氧化硫、三氧化硫)、氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮)和碳氢化合物，臭氧也应该列入，因为它对大气有潜在的影响。大气污染物的浓度通常表示成每立方米多少微克，以及 ppm。在 25℃、760 mmHg(1 大气压下)，ppm 和μg/m3 的换算公式是：1ppm=1 体积的污染物/106 体积的气体(污染物＋空气)。表 4－1 主要空气污染物及其特性与危害性名称分子式重要特性危害性二氧化硫无色，强烈的窒息气味，极易溶于水形成亚硫酸危害作物生长；腐蚀材料；毒害人体，如造成鼻炎、咽喉炎、嗅觉障碍，严重时导致肺炎和窒息等。形成酸雨，破坏土壤和水体环境及生态。三氧化硫溶于水形成硫酸具有强烈的腐蚀性；在大气中遇水成为硫酸酸雾，形成酸雨，导致植物枯死。硫化氢浓度低时有腐蛋味，浓度高时无味刺激眼睛和呼吸道，浓度高时使人中毒死亡二氧化氮无色，相对惰性，在燃烧中不会产生，常在隔绝空气的瓶中用作载体刺激呼吸器官，导致咳嗽、头疼等，严重时死亡。引发光化学烟雾。一氧化氮无色气体引发光化学烟雾。二氧化氮橙色或棕色气体光化学烟雾组成中的主要成分一氧化碳不完全燃烧的产物，无色无味气体 CO 与血红蛋白结合，导致缺氧、窒息；长期呼吸含低浓度的 CO，造成慢性中毒。二氧化碳无色，无味气体完全燃烧产生，可能会影响全球的气候臭氧危害作物和财产，主要产生于光化学烟雾形成的气候碳氢化合物对人体的危害主要是造成呼吸道和皮肤疾病，如皮炎、呼吸道和眼睛的炎症，以及头晕、乏力、咳嗽等。具有致癌作用。引发光化学烟雾。铅乏力、苍白、头疼、食欲不振烟尘及粉尘呼吸道病症、尘肺、肺气肿等。 2，颗粒态污染物的种类及其性质颗粒态污染物的分类如下： (1)尘埃：a,直接由正在传递或处理的物质上带走的固体颗粒如煤、灰和水泥；b，直接从正在机械加工的原材料上散发的固体物质，如木材厂的木屑。c，那些用于机械加工的传递材料如喷砂和砂磨中的砂，从稻谷传送机和煤清洗工厂发生的灰尘也归于这类。尘埃

环境工程概论中含有相对大的颗粒,如水泥尘埃大约粒径为100um。 (2)烟尘:一种固体颗粒,通常是金属的氧化物,在升华、蒸馏和煅烧或化学反应过程中由蒸汽冷凝而成,如锌和铝氧化物来自于高温过程中挥发的金属冷凝和氧化,尘埃的粒径很小,为0.03~0.3um。 (3)雾:通过蒸汽的冷凝或者化学反应所形成的液滴,如硫酸酸雾的形成。二氧化硫气体变成液体是因为其露点为22℃,三氧化硫颗粒是吸湿性的,雾的直径通常为0.5~3.0μm。 (4)烟:由于含碳物质的不完全燃烧而形成的固体颗粒。空气燃烧中,碳氢化合物、有机酸、二氧化硫、二氧化氮也会产生,烟的粒径大约为005~1m (5)水珠:由原始液体的雾化形成的液态颗粒三、大气污染源自然界和人类每天都向大气中排放许多物质,都可能是大气的污染源自然界自身活动过程所产生的颗粒物质如植物花粉、真菌的孢子、森林起火产生的烟雾、火山爆发产生的尘埃以及风将裸露土壤的表层浮土吹起而导致灰尘和微生物细胞向大气中转移等,在一定情况下都有可能成为污染大气、危害人体健康的污染源。另外, 自然界中由于微生物活动产生的硫化氢、氨气、二氧化氮和甲烷以及二氧化碳也是大气污染物的重要组成大气的人为污染源主要有:居民生活(燃烧各种燃料)、工业生产、交通运输三类,其中交通运输具有移动性的特征。由于人口增加、工农业生产的迅速发展等原因,自二次世界大战以来人类的活动成为大气的重要污染源。可以说:大气污染控制就是怎样削减由于人类活动排放到大气中的污染物量以及对排放的大气污染物进行净化工业生产过程中产生的主要大气污染物有: (1)二氧化硫:化石燃料的燃烧、火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂等:排放大量二氧化硫将形成酸雨。通常无污染的降雨pH大约为56,但酸雨的pH能够降低到2甚至更低。低pH不仅影响水体中鱼类的生存,也将导致重金属的溶解释放, 加剧了问题的严重性。酸雨降落到附近的土壤,使得植物枯死。酸雨使得原本酸性的土壤更加不适用于作物的生长,从而成为不毛之地 (2)氮氧化物:机动车尾气和化工生产中以及微生物发酵、农产品加工中都产生大量的氮氧化物。氮氧化物的污染危害性主要来自于二氧化氮,当二氧化氮参与大气的光化学反应时,形成光化学烟雾 (3)碳氢化合物:包括烷烃、烯烃、苯以及多环芳烃等,主要来自于石油化工业、有机合成工业。另外,作物生长过程中也向大气中排放大量的甲烷,作物焚烧过程中产生大量的二氧化碳和烟雾等。污染危害性:许多碳氢化合物具有明显的致癌性,如多环芳烃:碳氢化合物参与大气的光化学反应,生成光化学烟雾 (4)碳氧化物:属于气体污染物中排放量最大的一类污染物,排放源主要有燃料燃烧和机动车以及微生物对有机碳化合物的氧化分解等。其中,二氧化碳是“温室效应”气体 (5)重金属:从汽车排放出来的尾气含有铅颗粒。铅的排放与含铅汽油(使用四乙醚铅作为防爆剂)有关。从运输中来的气体污染物包括一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物主要是由于趋轴箱、化油器和油箱的不完全燃烧及蒸发所产生的

环境工程概论 66 中含有相对大的颗粒，如水泥尘埃大约粒径为 100µm。 (2)烟尘：一种固体颗粒，通常是金属的氧化物，在升华、蒸馏和煅烧或化学反应过程中由蒸汽冷凝而成，如锌和铝氧化物来自于高温过程中挥发的金属冷凝和氧化，尘埃的粒径很小，为 0.03～0.3µm。 (3)雾：通过蒸汽的冷凝或者化学反应所形成的液滴，如硫酸酸雾的形成。二氧化硫气体变成液体是因为其露点为 22℃，三氧化硫颗粒是吸湿性的，雾的直径通常为 0.5～3.0µm。 (4)烟：由于含碳物质的不完全燃烧而形成的固体颗粒。空气燃烧中，碳氢化合物、有机酸、二氧化硫、二氧化氮也会产生，烟的粒径大约为 0.05～1µm。 (5)水珠：由原始液体的雾化形成的液态颗粒。三、大气污染源自然界和人类每天都向大气中排放许多物质，都可能是大气的污染源。自然界自身活动过程所产生的颗粒物质如植物花粉、真菌的孢子、森林起火产生的烟雾、火山爆发产生的尘埃以及风将裸露土壤的表层浮土吹起而导致灰尘和微生物细胞向大气中转移等，在一定情况下都有可能成为污染大气、危害人体健康的污染源。另外，自然界中由于微生物活动产生的硫化氢、氨气、二氧化氮和甲烷以及二氧化碳也是大气污染物的重要组成。大气的人为污染源主要有：居民生活(燃烧各种燃料)、工业生产、交通运输三类，其中交通运输具有移动性的特征。由于人口增加、工农业生产的迅速发展等原因，自二次世界大战以来人类的活动成为大气的重要污染源。可以说：大气污染控制就是怎样削减由于人类活动排放到大气中的污染物量以及对排放的大气污染物进行净化。工业生产过程中产生的主要大气污染物有： (1)二氧化硫：化石燃料的燃烧、火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂等；排放大量二氧化硫将形成酸雨。通常无污染的降雨 pH 大约为 5.6，但酸雨的 pH 能够降低到 2 甚至更低。低 pH 不仅影响水体中鱼类的生存，也将导致重金属的溶解释放，加剧了问题的严重性。酸雨降落到附近的土壤，使得植物枯死。酸雨使得原本酸性的土壤更加不适用于作物的生长，从而成为不毛之地。 (2)氮氧化物：机动车尾气和化工生产中以及微生物发酵、农产品加工中都产生大量的氮氧化物。氮氧化物的污染危害性主要来自于二氧化氮，当二氧化氮参与大气的光化学反应时，形成光化学烟雾。 (3)碳氢化合物：包括烷烃、烯烃、苯以及多环芳烃等，主要来自于石油化工业、有机合成工业。另外，作物生长过程中也向大气中排放大量的甲烷，作物焚烧过程中产生大量的二氧化碳和烟雾等。污染危害性：许多碳氢化合物具有明显的致癌性，如多环芳烃；碳氢化合物参与大气的光化学反应，生成光化学烟雾。 (4)碳氧化物：属于气体污染物中排放量最大的一类污染物，排放源主要有燃料燃烧和机动车以及微生物对有机碳化合物的氧化分解等。其中，二氧化碳是“温室效应”气体。 (5)重金属：从汽车排放出来的尾气含有铅颗粒。铅的排放与含铅汽油(使用四乙醚铅作为防爆剂)有关。从运输中来的气体污染物包括一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物主要是由于趋轴箱、化油器和油箱的不完全燃烧及蒸发所产生的

环境工程概论 67 (6)氟化物：冶矿行业排放大量的氟化物、烟尘、粉尘、氯气、氯化氢和铅等污染物。 (7)生活、产业等活动产生恶臭物质成为大气污染的一个新的和重要的来源。表 4－2 几种工业生产向大气中排放的主要污染物行业工厂排放的主要污染物电力火力发电厂烟尘、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、苯并芘冶金钢铁厂有色金属冶炼厂炼焦厂烟尘、二氧化硫、一氧化碳、氧化铁尘、氧化锰尘粉尘(含各种重金属)、二氧化硫烟尘、二氧化硫、一氧化碳、硫化氢、酚类、苯、萘、烃类建材水泥厂水泥尘、烟尘机械机械加工烟尘轻工造纸厂仪表厂灯泡厂烟尘、硫尘、硫化氢汞、氰化物烟尘、汞化工石油化工厂氮肥厂氯碱厂化学纤维厂合成橡胶厂农药厂二氧化硫、硫化氢、氰化物、氮氧化物、氯化物、烃类烟尘、氮氧化物、一氧化碳、氨气、硫酸酸雾氯气、氯化氢、汞蒸汽烟尘、硫化氢、氨气、二硫化碳、甲醇、丙酮等。丁间乙烯、苯乙烯、乙烯、异丁烯、异戊二烯、丙烯腈、二氯乙烷砷、汞、氯气、农药第二节环境空气质量标准和大气污染物综合排放标准一、环境大气质量标准表 4－3 各项污染物的浓度限值(mg/Nm3 ) 污染物名称取值时间浓度限值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 0.15 0.06 0.15 0.50 0.10 0.25 0.70 总悬浮颗粒物 TSP 年平均日平均 0.08 0.12 0.20 0.30 0.30 0.50 可吸入颗粒物 PM10 年平均日平均 0.04 0.05 0.10 0.15 0.15 0.25 氮氧化物 NOX 年平均日平均 1 小时平均 0.05 0.10 0.15 0.05 0.10 0.15 0.10 0.15 0.30 二氧化氮 NO2 年平均日平均 1 小时平均 0.04 0.08 0.12 0.04 0.08 0.12 0.08 0.12 0.24 二、大气污染物综合排放标准(排气筒高度为 15 m 时的有组织排放，部分) 表 4-4 现有污染源大气污染物综合排放标准

环境工程概论 68 序号污染物最高允许排放浓度 mg/Nm3 最高允许排放速率(kg/h) 一级二级三级 1 二氧化硫 1200(硫、二氧化硫和其它含硫化合物生产) 1.6 3.0 4.1 2 氮氧化物 1700(硝酸、氮肥和火炸药生产) 0.47 0.91 1.4 3 颗粒物 22(碳黑尘、染料尘) 禁排 0.6 0.87 4 氯化氢 150 禁排 0.30 0.46 5 铬酸雾 0.080 禁排 0.009 0.014 6 硫酸雾 1000(火炸药厂) 禁排 1.8 2.8 7 氟化物 100(普钙工业) 禁排 0.12 0.18 8 氯气* 85 禁排 0.60 0.90 9 铅及其化合物 0.90 禁排 0.005 0.007 10 汞及其化合物 0.015 禁排 0.00018 0.00028 11 镉及其化合物 1.0 禁排 0.060 0.090 12 铍及其化合物 0.015 禁排 0.00013 0.00020 13 镍及其化合物 5.0 禁排 0.18 0.28 14 锡及其化合物 10 禁排 0.36 0.55 15 苯 17 禁排 0.60 0.90 16 酚类 115 禁排 0.12 0.18 17 氰化氢* 2.3 禁排 0.18 0.28 18 硝基苯类 20 禁排 0.060 0.090 19 沥青烟 280(吹制沥青) 0.11 0.22 0.34 20 石棉尘 20 禁排 0.65 0.98 *排放筒高度不低于 25 m 表 4-5 新污染源大气污染物综合排放标准序号污染物最高允许排放浓度 mg/Nm3 最高允许排放速率(kg/h) 二级三级 1 二氧化硫 960(硫、二氧化硫和其它含硫化合物生产) 2.6 3.5 2 氮氧化物 1400(硝酸、氮肥和火炸药生产) 0.77 1.2 3 颗粒物 18(碳黑尘、染料尘) 0.51 0.74 4 氯化氢 100 0.26 0.39 5 铬酸雾 0.070 0.008 0.012 6 硫酸雾 430(火炸药厂) 1.5 2.4 7 氟化物 90(普钙工业) 0.10 0.15 8 氯气* 65 0.52 0.78 9 铅及其化合物 0.70 0.004 0.006 10 汞及其化合物 0.012 0.00015 0.00024 11 镉及其化合物 0.85 0.050 0.080 12 铍及其化合物 0.012 0.00011 0.00020 13 镍及其化合物 4.3 0.15 0.24 14 锡及其化合物 8.5 0.31 0.47 15 苯 12 0.50 0.80 16 酚类 100 0.10 0.15 17 氰化氢* 1.9 0.15 0.24 18 硝基苯类 16 0.050 0.080 19 沥青烟 140(吹制沥青) 0.18 0.27 20 石棉尘 10 0.55 0.83 第三节污染物排入大气后发生的物理和化学变化正如废水排放到天然水体中那样，污染物排放到大气后将发生一系列的物理和化学

环境工程概论过程,主要是指污染物在大气中的扩散(稀释)、沉降以及污染物和污染物之间、污染物与大气中其它物质之间发生化学反应。这些物理和化学过程综合的结果使得污染物的浓度发生改变,化学反应产生许多新的化学物质,这些过程可能使得污染的危害性减弱也有可能使得污染的危害性加剧。同时由于大气本身的特殊性(空间容量、雷电、物质组成等),从而造成了污染物在大气中变化过程的独特性。另外,大气不是微生物的良好生存场所,因此大气中微生物对污染物的吸收和转化作用也远不及水体、土壤环境。污染物在大气中的扩散和稀释大气对污染物的稀释扩散是大气环境容量的一个重要方面。在废气浓度较低、危害性相对较小或排放总量小的场合下,常用烟囱将废气或烟尘排放到一定高度的空中,使得污染物向更广范围进行扩散,达到稀释并降低污染危害的目的,这种做法是实用而且合理的。废气或烟尘在烟囱中借助于烟囱对气流的动力和废气本身的热浮力的作用从烟囱口排出,进而继续上升,然后在大气中扩散。废气或烟尘在大气扩散过程中,与周围大气发生能量交换和物质转移,直到与周围大气的速度、温度等基本相近时废气或烟尘便随着大气运动而浮沉和扩散,最后与大气融为一体。废气或烟尘在大气中的扩散与许多因素有关,如废气或烟尘的性质(比重、温度)、气象条件(风力、风向、气温、湿度)、烟囱高度等,其中气象条件是最重要和难以人工控制的因素在大气中扩散,废气或烟尘在外观上往往具有一定的几何形状,此称为烟羽。烟羽的形状通常有五种:波浪形、锥形、扇形、屋顶形、熏烟形,主要与气象条件有关。图4-1烟羽形状、污染物在大气中的化学反应大气污染过程中,原污染物或初级污染物在大气中往往由于一系列的化学反应而形

环境工程概论 69 过程，主要是指污染物在大气中的扩散(稀释)、沉降以及污染物和污染物之间、污染物与大气中其它物质之间发生化学反应。这些物理和化学过程综合的结果使得污染物的浓度发生改变，化学反应产生许多新的化学物质，这些过程可能使得污染的危害性减弱，也有可能使得污染的危害性加剧。同时由于大气本身的特殊性(空间容量、雷电、物质组成等)，从而造成了污染物在大气中变化过程的独特性。另外，大气不是微生物的良好生存场所，因此大气中微生物对污染物的吸收和转化作用也远不及水体、土壤环境。一、污染物在大气中的扩散和稀释大气对污染物的稀释扩散是大气环境容量的一个重要方面。在废气浓度较低、危害性相对较小或排放总量小的场合下，常用烟囱将废气或烟尘排放到一定高度的空中，使得污染物向更广范围进行扩散，达到稀释并降低污染危害的目的，这种做法是实用而且合理的。废气或烟尘在烟囱中借助于烟囱对气流的动力和废气本身的热浮力的作用从烟囱口排出，进而继续上升，然后在大气中扩散。废气或烟尘在大气扩散过程中，与周围大气发生能量交换和物质转移，直到与周围大气的速度、温度等基本相近时废气或烟尘便随着大气运动而浮沉和扩散，最后与大气融为一体。废气或烟尘在大气中的扩散与许多因素有关，如废气或烟尘的性质(比重、温度)、气象条件(风力、风向、气温、湿度)、烟囱高度等，其中气象条件是最重要和难以人工控制的因素。在大气中扩散，废气或烟尘在外观上往往具有一定的几何形状，此称为烟羽。烟羽的形状通常有五种：波浪形、锥形、扇形、屋顶形、熏烟形，主要与气象条件有关。图 4－1 烟羽形状二、污染物在大气中的化学反应大气污染过程中，原污染物或初级污染物在大气中往往由于一系列的化学反应而形

成二次污染物。众所周知的洛山矶光化学烟雾就是二次污染物形成的结果,如下表所示是光化学烟雾中的重要化学反应。 NO2+光 No+O o-+NO NO,+O2 0-+HC HCO CO3+HO 醛、酮等 HCO3 +NO HC2 +NO HCO3 +O O3+HCO2 HCO+NO 过氧化硝酸盐(4-9) 上述反应的步骤说明了在汽油和其它染料的燃烧过程中所形成并排放到大气中的二氧化氮因为阳光的作用而产生了臭氧,臭氧就是二次污染物,它与碳氢化合物反应形成系列的化合物,包括醛类、有机酸和环氧化合物。这样,大气就能够被看作为一个巨大的反应器,反应过程中不断有新的污染物形成,使得污染情况越来越复杂第四节大气污染控制的基本原理和特点与水污染控制相似,大气污染控制的根本出发点也是提倡清洁生产、改革工艺技术和改造生产设备,尽快能地削减污染物的排放量。同样,在污染物的排放前也应该充分考虑资源和能源的回收利用,如:废气或烟尘中有用物质的收集和回用、废热的回用酸性废气作为碱性废水的中和药剂等。在必须排放时,要采取相应的措施减少污染的危害性,具体方法有:污染源位于居民区的下风向(与污水排放口设置在给水水源地下游一样):合理利用大气的环境容量和自净能力,建造烟囱(如同污水的排放口)实行高空排放在污染源进行废气及烟尘的处理,使其达到一定要求后再排放等。就技术原理来说,废气或烟尘的处理与净化过程中广泛使用到物理方法(如扩散稀释、沉淀、离心、阻隔、吸收)、化学方法(如燃烧、催化氧化)、物理化学方法(如吸附)和生化方法(如生物滤池对废气的净化)以及尘渣和污泥的妥善处置。这些处理方法和净化设备在工程应用中可以单独使用,但往往是有机地组合成一个完整的处理工艺系统,这些方面与污水处理具有很大的共性。与水污染控制不同,大气污染控制具有许多独特之处,表现在:污染物成分的特殊性:许多废气或烟尘的温度较高:污染物在大气中扩散稀释过程较在水体中更为复杂同时受气象因素的影响更为显著:废气或烟尘的处理、净化技术以及设备的选择、设计和制造也与水污染控制有一定的差异。另外,交通运输大气污染的移动性,也是大气污染控制特殊性的一个方面第五节大气污染控制技术与设备

环境工程概论 70 成二次污染物。众所周知的洛山矶光化学烟雾就是二次污染物形成的结果，如下表所示是光化学烟雾中的重要化学反应。 NO2＋光 NO＋O (4－1) O＋O2 O3 (4－2) O＋NO NO2＋O2 (4－3) O＋HC HCO. (4－4) HCO.＋O2 HCO3 . (4－5) HCO3 .＋HC 醛、酮等 (4－6) HCO3 .＋NO HC2 .＋NO2 (4－7) HCO3 .＋O2 O3＋HCO2 . (4 －8) HCOx .＋NO2 过氧化硝酸盐 (4－9) 上述反应的步骤说明了在汽油和其它染料的燃烧过程中所形成并排放到大气中的二氧化氮因为阳光的作用而产生了臭氧，臭氧就是二次污染物，它与碳氢化合物反应形成一系列的化合物，包括醛类、有机酸和环氧化合物。这样，大气就能够被看作为一个巨大的反应器，反应过程中不断有新的污染物形成，使得污染情况越来越复杂。第四节大气污染控制的基本原理和特点与水污染控制相似，大气污染控制的根本出发点也是提倡清洁生产、改革工艺技术和改造生产设备，尽快能地削减污染物的排放量。同样，在污染物的排放前也应该充分考虑资源和能源的回收利用，如：废气或烟尘中有用物质的收集和回用、废热的回用、酸性废气作为碱性废水的中和药剂等。在必须排放时，要采取相应的措施减少污染的危害性，具体方法有：污染源位于居民区的下风向(与污水排放口设置在给水水源地下游一样)；合理利用大气的环境容量和自净能力，建造烟囱(如同污水的排放口)实行高空排放；在污染源进行废气及烟尘的处理，使其达到一定要求后再排放等。就技术原理来说，废气或烟尘的处理与净化过程中广泛使用到物理方法(如扩散稀释、沉淀、离心、阻隔、吸收)、化学方法(如燃烧、催化氧化)、物理化学方法(如吸附)和生化方法(如生物滤池对废气的净化)以及尘渣和污泥的妥善处置。这些处理方法和净化设备在工程应用中可以单独使用，但往往是有机地组合成一个完整的处理工艺系统，这些方面与污水处理具有很大的共性。与水污染控制不同，大气污染控制具有许多独特之处，表现在：污染物成分的特殊性；许多废气或烟尘的温度较高；污染物在大气中扩散稀释过程较在水体中更为复杂，同时受气象因素的影响更为显著；废气或烟尘的处理、净化技术以及设备的选择、设计和制造也与水污染控制有一定的差异。另外，交通运输大气污染的移动性，也是大气污染控制特殊性的一个方面。第五节大气污染控制技术与设备

环境工程概论除尘设备按其起作用的技术原理划分主要有:重力除尘设备、离心除尘设备、惯性除尘设备、洗涤除尘设备、阻隔除尘设备、静电除尘设备等。 (1)重力除尘设备重力除尘设备类似于污水处理中的沉淀池(如图4-2所示),其核心部分是重力沉降室,按气流方向分为:平流式沉降室和垂直式沉降室两种。烟气中的固体颗粒物由于比重相对较大,在重力沉降过程中逐渐与烟气主体分离开来,并沉淀到除尘设备的尘斗。影响颗粒物重力沉降分离效率的因素主要有:烟气的过流速度、颗粒的大小和比重、布气效果等。烟气过流速度越小,则除尘效率越高,但过流速度太小则除尘设备的长度太大,投资费用增高。一般控制烟气过流速度为1~2m/s,除尘效率为40~60%。除尘设备的进气和出气口要注意防止气流的短流和偏流问题,必要时安装气流分布板,并控制设备的总阻力损失为50~130Pa为合适。与污水处理的沉淀池相似,有时在重力沉降室的高度上增加几块水平隔板,以提高烟气过流量和除尘效率。特点:结构简单、投资少、压力损失小(50~150Pa),维修管理容易:体积大、效率低,适用于除去100μm以上的尘粒,一般作为预处理设备图4-2含尘烟气的重力沉降室示意图含尘烟气涂尘气体 (2)离心除尘设备通过烟气在设备中的回转造成离心力场,尘粒由于离心力聚集在除尘器内壁,并在重力作用下沉降到灰斗,气流在除尘器中心形成内涡旋,从而将尘粒从烟气中分离出来又称为离心除尘器、旋风除尘器如图4-3所示是通用型离心除尘器内气流状态图4-3通用型离心除尘器内气流状态 × 离心除尘器具有结构简单、造价较低、没有运动部件等特点,适用于去除粒径为10 微m以上的尘粒,许多情况下是作为预除尘装置出现的,除尘效率为70%以上,压力损失为500~1500Pa,设备的入口速度为8~12ms左右。适当增加筒体高度、较小筒体直径都有利于提高除尘效率(增加气流在圆筒内的旋转圈数和强化离心力场),但直径过小

环境工程概论 72 除尘设备按其起作用的技术原理划分主要有：重力除尘设备、离心除尘设备、惯性除尘设备、洗涤除尘设备、阻隔除尘设备、静电除尘设备等。 (1)重力除尘设备重力除尘设备类似于污水处理中的沉淀池(如图 4－2 所示)，其核心部分是重力沉降室，按气流方向分为：平流式沉降室和垂直式沉降室两种。烟气中的固体颗粒物由于比重相对较大，在重力沉降过程中逐渐与烟气主体分离开来，并沉淀到除尘设备的尘斗。影响颗粒物重力沉降分离效率的因素主要有：烟气的过流速度、颗粒的大小和比重、布气效果等。烟气过流速度越小，则除尘效率越高，但过流速度太小则除尘设备的长度太大，投资费用增高。一般控制烟气过流速度为 1～2m/s，除尘效率为 40～60％。除尘设备的进气和出气口要注意防止气流的短流和偏流问题，必要时安装气流分布板，并控制设备的总阻力损失为 50～130Pa 为合适。与污水处理的沉淀池相似，有时在重力沉降室的高度上增加几块水平隔板，以提高烟气过流量和除尘效率。特点：结构简单、投资少、压力损失小(50～150Pa)，维修管理容易；体积大、效率低，适用于除去 100µm 以上的尘粒，一般作为预处理设备。图 4－2 含尘烟气的重力沉降室示意图 L u0 含尘烟气 v H 除尘气体 (2)离心除尘设备通过烟气在设备中的回转造成离心力场，尘粒由于离心力聚集在除尘器内壁，并在重力作用下沉降到灰斗，气流在除尘器中心形成内涡旋，从而将尘粒从烟气中分离出来，又称为离心除尘器、旋风除尘器。如图 4－3 所示是通用型离心除尘器内气流状态。图 4－3 通用型离心除尘器内气流状态离心除尘器具有结构简单、造价较低、没有运动部件等特点，适用于去除粒径为 10 微 m 以上的尘粒，许多情况下是作为预除尘装置出现的，除尘效率为 70％以上，压力损失为 500～1500Pa，设备的入口速度为 8～12m/s 左右。适当增加筒体高度、较小筒体直径都有利于提高除尘效率(增加气流在圆筒内的旋转圈数和强化离心力场)，但直径过小

环境工程概论则除尘容易逃逸,高度太大,阻力损失加大。一般筒体总高度(包括灰斗)为直径的5倍为宜。离心除尘器的卸灰部分应保证严密无缝(保证灰斗部分处于负压状态),否则将严重影响除尘效率(灰都中尘粒被气流重新带走)。注意及时排灰。适当提高进气速度:防止细、软、潮、粘的颗粒在除尘器内壁结块,降低除尘效率、增加阻力损失。 (3)惯性除尘设备:使含尘烟气急剧改变气流风向,尘粒因为惯性力而偏离流线(尘粒的惯性力对于气流的惯性力)并撞击在挡板上,实现尘粒与气流分离的一种除尘设备。主要有弯管式、百叶窗式和多层填料隔板式三种,如下图4-4所示是各种惯性除尘设备的工作原理示意图。图4-4惯性除尘器工作原理碰撞即为阻力损失,故这种除尘设备的压力损失较大,为200~1000Pa(取决于设备型式),但除尘效率较高,为50-70%。在实际应用中,这种设备一般作为预处理设备, 用来分离较大、较重的颗粒,对25微m以上的尘粒除尘效率为65-85%。对于粘结性和纤维性粉尘,因为堵塞不宜使用惯性除尘器。 (4)湿式除尘设备:在湿式除尘器中水与含尘气体的接触有三种形式,即:水滴、水膜和气泡,使用湿法除尘的前提条件是粉尘的亲水性好。湿式除尘器型式包括喷淋式(水流自上向下喷成雾状,尘粒和液滴之间的碰撞、拦截和凝聚等作用使得尘粒随液滴降落下来)、旋风式(又称为水膜式除尘器,水流经喷嘴沿切线方向在圆筒内壁形成薄膜,含尘烟气也沿切线进入圆筒,但两种流体的方向相反尘粒在离心力作用下紧緊贴筒壁运动并被水膜粘附,从烟气中分离出来) 湿式除尘器的特点:除尘的同时也能清除废气中气态污染物:捕集的粉尘不会产生飞扬;设备结构简单、阻力小(喷淋式和旋风式)、操作方便;能够处理高湿和有爆炸危险的气体。缺点是设备庞大、效率较低,对髙温烟气中的热能不能进行回收利用,造成能源的浪费,并且洗涤除尘后排放大量的含尘污水,需要进行妥善处置;设备腐蚀问题和冬季防冻问题湿式除尘器的除尘效率:阻力损失为250~500Pa,停留时间为20~30s,对10um

环境工程概论 73 则除尘容易逃逸，高度太大，阻力损失加大。一般筒体总高度(包括灰斗)为直径的 5 倍为宜。离心除尘器的卸灰部分应保证严密无缝(保证灰斗部分处于负压状态)，否则将严重影响除尘效率(灰都中尘粒被气流重新带走)。注意及时排灰。适当提高进气速度：防止细、软、潮、粘的颗粒在除尘器内壁结块，降低除尘效率、增加阻力损失。 (3)惯性除尘设备：使含尘烟气急剧改变气流风向，尘粒因为惯性力而偏离流线(尘粒的惯性力对于气流的惯性力)并撞击在挡板上，实现尘粒与气流分离的一种除尘设备。主要有弯管式、百叶窗式和多层填料隔板式三种，如下图 4－4 所示是各种惯性除尘设备的工作原理示意图。图 4－4 惯性除尘器工作原理碰撞即为阻力损失，故这种除尘设备的压力损失较大，为 200～1000Pa(取决于设备型式)，但除尘效率较高，为 50－70％。在实际应用中，这种设备一般作为预处理设备，用来分离较大、较重的颗粒，对 25 微 m 以上的尘粒除尘效率为 65－85％。对于粘结性和纤维性粉尘，因为堵塞不宜使用惯性除尘器。 (4)湿式除尘设备：在湿式除尘器中水与含尘气体的接触有三种形式，即：水滴、水膜和气泡，使用湿法除尘的前提条件是粉尘的亲水性好。湿式除尘器型式包括喷淋式（水流自上向下喷成雾状，尘粒和液滴之间的碰撞、拦截和凝聚等作用使得尘粒随液滴降落下来）、旋风式(又称为水膜式除尘器，水流经喷嘴沿切线方向在圆筒内壁形成薄膜，含尘烟气也沿切线进入圆筒，但两种流体的方向相反，尘粒在离心力作用下紧贴筒壁运动并被水膜粘附，从烟气中分离出来)。湿式除尘器的特点：除尘的同时也能清除废气中气态污染物；捕集的粉尘不会产生飞扬；设备结构简单、阻力小(喷淋式和旋风式)、操作方便；能够处理高湿和有爆炸危险的气体。缺点是设备庞大、效率较低，对高温烟气中的热能不能进行回收利用，造成能源的浪费，并且洗涤除尘后排放大量的含尘污水，需要进行妥善处置；设备腐蚀问题和冬季防冻问题。湿式除尘器的除尘效率：阻力损失为 250～500Pa，停留时间为 20～30s，对 10µ m

《环境工程概论》课程教学资源（教案讲义）第四章 大气污染控制工程概论

《环境工程概论》课程教学资源（教案讲义）第四章大气污染控制工程概论