第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 第2篇大气污染控制工程 引言 大气是人类和一切生物赖以生存的必需条件。大气质量的优劣,对人体健康和 整个生态系统都有着直接的影响。人类又通过各种生产和生活活动影响和改变着大 气环境,使其质量恶化,甚至造成严重的大气污染事件。因此,大气污染已引起人 们的极大关注,研究和控制大气污染已成为当前十分迫切的环境问题 问题的引入 大气如何被污染,目前现状怎样 如何净化废气,借助何种力量? 净化到何种程度 废气污染控制的技术是否有针对性?可有万能的废气处理技术? 废气处理技术有哪几类? 第2篇教学内容 大气污染的基本知识 颗粒污染物控制★ 气态污染物控制★ 第5章大气质量与大气污染(2学时) 本章教学内容 大气的结构与组成,大气污染物的种类与来源,大气环境质量标准,大气污染 控制的方法概论 本章教学要求 (1)了解大气的结构与组成,了解大气环境质量标准,掌握大气污染物的种类与来源; (2)了解我国乃至全球的大气污染现状,掌握大气污染控制的基本原则和基本方法, 本章教学重点 大气污染物的分类,大气污染物处理的基本原则与方法 本章习题:P3492,5,6 第一节概述 大气污染 1.大气组成 大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基本的环境要素之一,是自然环 境的重要组成部分。 第1页
第 1 页 第2篇 大气污染控制工程 引言 大气是人类和一切生物赖以生存的必需条件。大气质量的优劣，对人体健康和 整个生态系统都有着直接的影响。人类又通过各种生产和生活活动影响和改变着大 气环境，使其质量恶化，甚至造成严重的大气污染事件。因此，大气污染已引起人 们的极大关注，研究和控制大气污染已成为当前十分迫切的环境问题。 问题的引入 ⚫ 大气如何被污染，目前现状怎样？ ⚫ 如何净化废气，借助何种力量？ ⚫ 净化到何种程度？ ⚫ 废气污染控制的技术是否有针对性？可有万能的废气处理技术？ ⚫ 废气处理技术有哪几类？ 第 2 篇教学内容： 大气污染的基本知识 颗粒污染物控制★ 气态污染物控制★ 第 5 章 大气质量与大气污染（2 学时） 本章教学内容： 大气的结构与组成，大气污染物的种类与来源，大气环境质量标准，大气污染 控制的方法概论 本章教学要求： (1) 了解大气的结构与组成，了解大气环境质量标准，掌握大气污染物的种类与来源； (2) 了解我国乃至全球的大气污染现状，掌握大气污染控制的基本原则和基本方法，。 本章教学重点： 大气污染物的分类，大气污染物处理的基本原则与方法 本章习题: P349 2, 5, 6 第一节 概述 一、大气污染 1. 大气组成 大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基本的环境要素之一，是自然环 境的重要组成部分
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 自然环境中的大气通常由干燥洁净的混合气体、水蒸气和悬浮微粒三部分组成。 除水蒸气和悬浮颗粒以外的大气称为空气。地面上干燥洁净的空气主要由N2、O、 Ar和CO四种气体组成,共占大气总容积的99996%。其他气体属于微量成分,含 量不足0.004%海平面附近的干燥洁净空气的组成基本上不变,其物理性质基本稳 定。干燥洁净空气的各种成分见表3—1 表31千燥洁净空气的组成 气体成分 体积分数% 气体成分 体积分数 78.09 甲烷(CH4) 1.5×10 氧(02) 20.94 氪(Kr) 1.0×10-4 氩(Ar) 0.934 氢(H2) 50×10-5 二氧化碳(CO2) 0.032 氧化二氮N20) 50×105 氖(Ne) 18×10-4 氙(Xe 0.8×10-5 氦(He) 5.2×10 臭氧(03) 0.25×105 大气中的悬浮微粒是由大气中的固体和液体颗粒状物质所组成。固体微粒是指 因自然现象如大风、火山爆发、森林火灾、陨石流星烧毁等产生的各种各样的悬浮 物,有尘土、火山灰、烟尘、宇宙尘埃以及飘逸的植物花粉、细菌等等。液体微粒 系指水汽凝结物,如水滴、云雾和冰晶等。这些细小的微粒悬浮物能够影响大气的 能见度,削弱太阳的辐射强度。 干燥洁净大气中的CO和03的成分,含量虽然甚微,但其物理状况变化对大气 温度和对地球上生物的生存起着重要作用。 2.大气污染 大气污染的形成具有一定的条件,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 从自然科学的观点来看,“空气”和“大气”两词并无实质性的差别。空气污染(Ai POllutiOn)和大气污染( AtmOspheric POllutiOn)常常通用,但在研究近地层空气污染规律 时,往往根据研究的范围加以区分。有学者将室外地区性空气污染称为大气污染, 而对室内的空气污染称为空气污染:也有人认为空气污染是指小范围的气体污染, 如室内、城市区域的空气污染,而大气污染则指大区域乃至全球性的空气污染,如 气象学、大气环境讨论涉及的大范围污染。 第2页
第 2 页 自然环境中的大气通常由干燥洁净的混合气体、水蒸气和悬浮微粒三部分组成。 除水蒸气和悬浮颗粒以外的大气称为空气。地面上干燥洁净的空气主要由 N2、02、 Ar 和 C02 四种气体组成，共占大气总容积的 99.996%。其他气体属于微量成分，含 量不足 0.004%。海平面附近的干燥洁净空气的组成基本上不变，其物理性质基本稳 定。干燥洁净空气的各种成分见表 3—1。 表 3—1 干燥洁净空气的组成 气体成分 体积分数/% 气体成分 体积分数/% 氮(N2) 78.09 甲烷(CH4) 1.510-4 氧(02) 20.94 氪(Kr) 1.010-4 氩(Ar) 0.934 氢(H2) 5.010-5 二氧化碳(C02) 0.032 一氧化二氮(N20) 5.010-5 氖(Ne) 1810-4 氙(Xe) 0.810-5 氦(He) 5.210-4 臭氧(03) 0.2510-5 大气中的悬浮微粒是由大气中的固体和液体颗粒状物质所组成。固体微粒是指 因自然现象如大风、火山爆发、森林火灾、陨石流星烧毁等产生的各种各样的悬浮 物，有尘土、火山灰、烟尘、宇宙尘埃以及飘逸的植物花粉、细菌等等。液体微粒 系指水汽凝结物，如水滴、云雾和冰晶等。这些细小的微粒悬浮物能够影响大气的 能见度，削弱太阳的辐射强度。 干燥洁净大气中的 C02 和 03 的成分，含量虽然甚微，但其物理状况变化对大气 温度和对地球上生物的生存起着重要作用。 2. 大气污染 大气污染的形成具有一定的条件，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。” 从自然科学的观点来看，“空气”和“大气”两词并无实质性的差别。空气污染(Air P0lluti0n)和大气污染(Atm0spheric P0lluti0n)常常通用，但在研究近地层空气污染规律 时，往往根据研究的范围加以区分。有学者将室外地区性空气污染称为大气污染， 而对室内的空气污染称为空气污染；也有人认为空气污染是指小范围的气体污染， 如室内、城市区域的空气污染，而大气污染则指大区域乃至全球性的空气污染，如 气象学、大气环境讨论涉及的大范围污染
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 3.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。大气中含有的污染物的浓度 愈高,停留时间愈长,污染就愈严重,对污染受体的危害也就越大。污染物质在大 气中浓度,取决于排放源的排放总量,这与源强(单位时间污染物的排放量)与排放时 间的综合效应有关。此外,排放物的污染程度,还与地理位置、地形特征、气象条 件、以及排放源高度等因素有关。 二、大气污染源 大气污染源通常是指造成大气污染的污染物发生源,也就是排放有害物质或对大 气产生有害影响的场所、设备和装置等。如汽车尾气排放出NO,为NO的发生源, 因此就将汽车称为大气污染源。大气污染源也可以理解为大气污染物的来源,如燃 料燃烧产生了大气的污染物,则燃料燃烧为大气污染源。一般我们所说的大气污染 源,其含意指的是前者。 大气污染物质产生于人类活动或自然过程,因此大气污染源为天然污染源与人 工污染源两类。天然污染源是指自然界向大气排放有害物质的场所,如活动火山向 大气的喷发等。人工污染源是指人类在从事各种活动中所形成的污染源。天然污染 源排放污染物所造成的大气污染多为暂时的和局部的,人工污染源排放的污染物是 造成大气污染的主要根源。因此,在大气污染控制工程中,主要的研究对象是人工 污染源。 从总体大气污染的来源考虑,通常人工污染源分为四类:生活污染源、工业污 染源、农业污染源和交通污染源 1.生活污染源 生活污染源主要是生活中的炉灶、热水器、釆暖锅炉等。液体燃料和气体燃料 使用中,或煤的质量差,灰和硫的含量髙,燃烧过程会排放出大量的烟尘和一些有 害气体物质。再由于城市居住人口稠密,燃料使用量多,排放的污染物数量相当可 观,危害有时甚至比工业生产所产生的污染还严重。此外,城市垃圾在焚烧过程中 产生的废气,以及堆放过程中由于厌氧分解排出二次污染物都将污染大气。 2.工业污染源 工业污染源是大气污染的一个重要来源,主要包括工业用燃料燃烧及工业生产 过程排放的废气,对大气的危害最严重。火力发电厂、钢铁工业、石化企业、建材 工业等各种类型的工矿企业,在原材料及产品的运输、粉碎以及由各种原料制成成 品的过程中,排放出的大量废气均含有不同的污染物进入大气中 第3页
第 3 页 3. 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。大气中含有的污染物的浓度 愈高，停留时间愈长，污染就愈严重，对污染受体的危害也就越大。污染物质在大 气中浓度，取决于排放源的排放总量，这与源强(单位时间污染物的排放量)与排放时 间的综合效应有关。此外，排放物的污染程度，还与地理位置、地形特征、气象条 件、以及排放源高度等因素有关。 二、大气污染源 大气污染源通常是指造成大气污染的污染物发生源，也就是排放有害物质或对大 气产生有害影响的场所、设备和装置等。如汽车尾气排放出 N0，为 N0 的发生源， 因此就将汽车称为大气污染源。大气污染源也可以理解为大气污染物的来源，如燃 料燃烧产生了大气的污染物，则燃料燃烧为大气污染源。一般我们所说的大气污染 源，其含意指的是前者。 大气污染物质产生于人类活动或自然过程，因此大气污染源为天然污染源与人 工污染源两类。天然污染源是指自然界向大气排放有害物质的场所，如活动火山向 大气的喷发等。人工污染源是指人类在从事各种活动中所形成的污染源。天然污染 源排放污染物所造成的大气污染多为暂时的和局部的，人工污染源排放的污染物是 造成大气污染的主要根源。因此，在大气污染控制工程中，主要的研究对象是人工 污染源。 从总体大气污染的来源考虑，通常人工污染源分为四类：生活污染源、工业污 染源、农业污染源和交通污染源。 1. 生活污染源 生活污染源主要是生活中的炉灶、热水器、采暖锅炉等。液体燃料和气体燃料 使用中，或煤的质量差，灰和硫的含量高，燃烧过程会排放出大量的烟尘和一些有 害气体物质。再由于城市居住人口稠密，燃料使用量多，排放的污染物数量相当可 观，危害有时甚至比工业生产所产生的污染还严重。此外，城市垃圾在焚烧过程中 产生的废气，以及堆放过程中由于厌氧分解排出二次污染物都将污染大气。 2. 工业污染源 工业污染源是大气污染的一个重要来源，主要包括工业用燃料燃烧及工业生产 过程排放的废气，对大气的危害最严重。火力发电厂、钢铁工业、石化企业、建材 工业等各种类型的工矿企业，在原材料及产品的运输、粉碎以及由各种原料制成成 品的过程中，排放出的大量废气均含有不同的污染物进入大气中
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 3.农业污染源 农业污染源包括施用某些有机氯农药和氮肥分解产生的氮氧化物,以及农用燃 料燃烧的废气对大气的污染。此外,稻田释放的甲烷,也会对大气造成污染。 4交通污染源 交通污染源是指交通运输工具如汽车、摩托、飞机、火车及船舶等。大气污染 的各种排放源及其产生的主要污染物见表3-2。 表3—2大气污染源及污染物 大气污染源 大气污染物 生活生活、取暖用煤烟尘、S02、C02、C0 污染炉 垃圾焚烧 C0、氮氧化物、CO2 吸烟 C0、丙烯醛、气溶胶 工业火力发电 S02、烟尘、CO2、氮氧化物、CO、苯并a芘 污染 钢铁工业 金属粉尘、氟化氢、C0、碳氢化物、S02 有色金属冶炼厂金属粉尘、S02、汞蒸气、C0 炼焦厂 烟尘、S02、C0、H2S、苯、酚、萘、烃类、氨、 苯并[a]芘 人工污染源 炼油工业 C0、氮氢化物、烟尘、SO2、烃类、苯、酚、H2S 石油化工 粉尘、恶臭、S02、H2S、氰化物、氮氧化物、氯 化物、烃类、氨 化肥工业 酸雾、粉尘、氟化硅、SO、氮氧化物、CO、NH3、 氯碱厂 氯气、氯化氢、汞蒸气 农药制造 氯化氢、H2S、硫醇、砷、汞、氯 染料厂 SO2、氮氧化物、H2S 建材工业 (水泥、石棉)粉尘、S02、HS2、C0 制革、印染工业恶臭气体、气溶胶 核试验、核电站放射性尘埃、废气 第4页
第 4 页 3. 农业污染源 农业污染源包括施用某些有机氯农药和氮肥分解产生的氮氧化物，以及农用燃 料燃烧的废气对大气的污染。此外，稻田释放的甲烷，也会对大气造成污染。 4.交通污染源 交通污染源是指交通运输工具如汽车、摩托、飞机、火车及船舶等。大气污染 的各种排放源及其产生的主要污染物见表 3－2。 表 3—2 大气污染源及污染物 大气污染源 大气污染物 人 工 污 染 源 生活 污染 源 生活、取暖用煤 炉 烟尘、S02、C02、C0 垃圾焚烧 C0、氮氧化物、C02 吸烟 C0、丙烯醛、气溶胶 工业 污染 源 火力发电厂 S02、烟尘、C02、氮氧化物、C0、苯并[a]芘 钢铁工业 金属粉尘、氟化氢、C0、碳氢化物、S02 有色金属冶炼厂 金属粉尘、S02、汞蒸气、C0 炼焦厂 烟尘、S02、C0、H2S、苯、酚、萘、烃类、氨、 苯并[a]芘 炼油工业 C0、氮氢化物、烟尘、S02、烃类、苯、酚、H2S 石油化工 粉尘、恶臭、S02、H2S、氰化物、氮氧化物、氯 化物、烃类、氨 化肥工业 酸雾、粉尘、氟化硅、S02、氮氧化物、C0、NH3、 砷、 氯碱厂 氯气、氯化氢、汞蒸气 农药制造 酚、氯化氢、H2S、硫醇、砷、汞、氯 染料厂 S02、氮氧化物、H2S 建材工业 （水泥、石棉）粉尘、S02、HS2、C0 制革、印染工业 恶臭气体、气溶胶 核试验、核电站 放射性尘埃、废气
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 机械加工厂 金属、粉尘 造纸厂 烟尘、硫醇、H2S、S02 仪器仪表厂 氰化物、铬酸 灯泡厂 烟尘、汞 农业农药 有机氯 污染\氮肥 氮氧化物 源 交通汽车 C0、氮氧化物、烃类、铅、苯并[a]芘 污染 火车 SO2、粉尘、C0 飞机 C0、氮氧化物、醛 轮船 SO2、烟尘、氮氧化物 拖拉机等农业机油烟、氮氧化物 械 大风、沙尘暴|沙土、灰尘 火山活动 灰尘、岩浆,S02、H2S 天然污染源 森林火灾 C02、C0、灰尘 森林沼泽生物腐沼气、氨、CO2、恶臭 海水浪花飞溅盐粒、C0、水雾的气溶胶 土壤生物作用氮氧化物 从表3-2中各污染源排放的污染物可以看出,不同行业排放的污染物虽然种类 不同,但主要污染物的来源具有共性,即来自化石燃料的燃烧。我国的资源特点和 经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期保持,控制煤烟型的大气污染,将 是我国大气污染防治的主要任务。目前,我国的机动车辆虽然不算多,但主要集中 在大、中城市,且旧车多,致使排污量也很可观。随着我国能源利用结构逐步改变 和交通运输等事业的发展,液体燃料和气体燃料产生的污染物也将随之增加。燃料 燃烧的一个特点是排放点相对集中,浓度较高,对局部地区的大气污染较严重。 三、大气污染的分类 第5页
第 5 页 机械加工厂 金属、粉尘 造纸厂 烟尘、硫醇、H2S、S02 仪器仪表厂 氰化物、铬酸 灯泡厂 烟尘、汞 农业 污染 源 农药 有机氯 氮肥 氮氧化物 交通 污染 源 汽车 C0、氮氧化物、烃类、铅、苯并[a]芘 火车 S02、粉尘、C0 飞机 C0、氮氧化物、醛 轮船 S02、烟尘、氮氧化物 拖拉机等农业机 械 油烟、氮氧化物 天 然 污 染 源 大风、沙尘暴 沙土、灰尘 火山活动 灰尘、岩浆，S02、H2S 森林火灾 C02、C0、灰尘 森林沼泽生物腐 败 沼气、氨、C02、恶臭 海水浪花飞溅 盐粒、C02、水雾的气溶胶 土壤生物作用 氮氧化物 从表 3－2 中各污染源排放的污染物可以看出，不同行业排放的污染物虽然种类 不同，但主要污染物的来源具有共性，即来自化石燃料的燃烧。我国的资源特点和 经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期保持，控制煤烟型的大气污染，将 是我国大气污染防治的主要任务。目前，我国的机动车辆虽然不算多，但主要集中 在大、中城市，且旧车多，致使排污量也很可观。随着我国能源利用结构逐步改变 和交通运输等事业的发展，液体燃料和气体燃料产生的污染物也将随之增加。燃料 燃烧的一个特点是排放点相对集中，浓度较高，对局部地区的大气污染较严重。 三、大气污染的分类
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 1.大气污染的类型 依据大气污染的影响范围,污染物的种类、性质,污染区域的气象条件,大气 污染可划分为不同的分类 根据大气污染的影响范围,通常可划分为四种类型 (1)局部性大气污染。由某个污染源如工厂烟囱排放造成的较小范围的污染。 (2)地区性污染。一些工业区及附近地区或整个城市的大气污染。 (3)广域性污染。超过行政区域的广大地域的大气污染,如比一个城市更大区 域范围的酸雨侵害。 (4)全球性大气污染。某些超越国界乃至涉及整个地球大气层,具有全球性影 响的大气污染,如温室效应、臭氧层破坏等。 常规能源利用中排放的工业废气是引起的大气污染的主要原因。若按能源性质 和污染物的种类也可将大气污染划分为四种类型 (1)煤烟型。主要由煤炭燃烧时排放的硫氧化物、烟尘,粉尘等造成的污染, 以及这些污染物发生化学反应而生成的硫酸及其盐类所构成的气溶胶而形成的二次 污染物。早期(8世纪末到20世纪中)的大气污染和目前仍以煤炭作为主要能源的国 家和地区的大气污染属于煤烟型。造成这类污染的污染源主要是工业企业废气排放, 其次是家庭炉灶、取暖设备的烟气排放。 (2)石油型。在石油开采、冶炼,石化企业生产,石油制品使用(如汽车)中 向大气排放的氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等造成的污染,以及这些污染物经 过光化学反应形成的光化学烟雾污染,或在大气中形成的臭氧、各种自由基及其反 应生成的一系列中间产物与最终产物所造成的污染。 (3)混合型。大气污染物的排放具有煤烟型和石油型的综合特征,其污染源包 括以煤碳为燃料的污染源,以石油为燃料的污染源,以及从工厂企业排出各种化学 物质的污染源。例如,日本横滨、川崎等地区发生的污染事件就属于此种污染类型。 (4)特殊型。由工厂排放某些特殊的气态污染物所造成的局部或有限区域的污 染,其污染特征由所排污染物决定。如核工业排放的放射性尘埃和废气,氯碱厂排 放的含氯气体,以及生产磷肥的工厂排放的特殊含氟气体所造成的污染。 煤炭类和石油类燃料排放的废气进入大气,在一定的气象条件下,引起化学或 光化学反应而生成具有强刺激性和毒性的复杂烟雾,形成二次污染。这种二次污染 物形成的大气污染也可划分为两种类型: (1)氧化型大气污染(汽车尾气型)。这种类型的污染物主要来源于汽车排气E 氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物,多发生在以使用石油为燃料的地区。在强烈阳光 第6页
第 6 页 1. 大气污染的类型 依据大气污染的影响范围，污染物的种类、性质，污染区域的气象条件，大气 污染可划分为不同的分类。 根据大气污染的影响范围，通常可划分为四种类型： （1）局部性大气污染。由某个污染源如工厂烟囱排放造成的较小范围的污染。 （2）地区性污染。一些工业区及附近地区或整个城市的大气污染。 （3）广域性污染。超过行政区域的广大地域的大气污染，如比一个城市更大区 域范围的酸雨侵害。 （4）全球性大气污染。某些超越国界乃至涉及整个地球大气层，具有全球性影 响的大气污染，如温室效应、臭氧层破坏等。 常规能源利用中排放的工业废气是引起的大气污染的主要原因。若按能源性质 和污染物的种类也可将大气污染划分为四种类型： （1）煤烟型。主要由煤炭燃烧时排放的硫氧化物、烟尘，粉尘等造成的污染， 以及这些污染物发生化学反应而生成的硫酸及其盐类所构成的气溶胶而形成的二次 污染物。早期(18 世纪末到 20 世纪中)的大气污染和目前仍以煤炭作为主要能源的国 家和地区的大气污染属于煤烟型。造成这类污染的污染源主要是工业企业废气排放， 其次是家庭炉灶、取暖设备的烟气排放。 （2）石油型。在石油开采、冶炼，石化企业生产，石油制品使用（如汽车）中 向大气排放的氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等造成的污染，以及这些污染物经 过光化学反应形成的光化学烟雾污染，或在大气中形成的臭氧、各种自由基及其反 应生成的一系列中间产物与最终产物所造成的污染。 （3）混合型。大气污染物的排放具有煤烟型和石油型的综合特征，其污染源包 括以煤碳为燃料的污染源，以石油为燃料的污染源，以及从工厂企业排出各种化学 物质的污染源。例如，日本横滨、川崎等地区发生的污染事件就属于此种污染类型。 （4）特殊型。由工厂排放某些特殊的气态污染物所造成的局部或有限区域的污 染，其污染特征由所排污染物决定。如核工业排放的放射性尘埃和废气，氯碱厂排 放的含氯气体，以及生产磷肥的工厂排放的特殊含氟气体所造成的污染。 煤炭类和石油类燃料排放的废气进入大气，在一定的气象条件下，引起化学或 光化学反应而生成具有强刺激性和毒性的复杂烟雾，形成二次污染。这种二次污染 物形成的大气污染也可划分为两种类型： （1）氧化型大气污染(汽车尾气型)。这种类型的污染物主要来源于汽车排气中一 氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物，多发生在以使用石油为燃料的地区。在强烈阳光
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 作用下,这些污染物发生一系列的光化学反应后形成生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯类 等氧化性二次污染物,强烈刺激人的眼睛、上呼吸道等粘膜。发生时的气象条件为, 较强烈的阳光照射,气温高于23℃以上,湿度低于75%,风速小于3m/s,通常发生 在夏、秋季节的白天,以中午污染最严重。这种光化学烟雾最初出现在美国洛杉矶 市,因此也称作洛杉矶型或石油型大气污染。 (2)还原型大气污染(煤炭型)。这种类型的污染物主要来源于煤炭橪烧排气中 的烟尘、二氧化硫和一氧化碳,多发生于煤炭和石油混合使用的地区。主要是刺激 上呼吸道,老幼病者受害严重。当天气为多云,气温低于8℃以下,湿度高于85% 基本无风并伴有逆温存在情况下,一次污染物受阻,容易在低空聚积,生成还原性 硫酸烟雾。通常发生在冬季,以早晨污染最严重。伦敦烟雾事件就属于这类还原型 污染,故还原型大气污染又称为伦敦型大气污染或煤炭型大气污染。 从发展趋势来看,由于汽车数量逐年增加以及燃料的更换,因而氧化型大气污 染有增加的趋势,应当引起高度重视。 2.我国的大气概况和特点 我国的能源消费以煤炭为主,且大部分直接燃烧,大气污染物主要是SO2和烟尘,大 气污染的特征属于煤烟型。目前,由于我国能源利用方式相对落后、能耗髙,利用 率低、低空排放,以及城市畸形发展,人口、经济、交通过分集中,是世界上大气 污染状况比较严重的国家之一,城市大气污染尤为突出。北方城市的污染水平高于 南方城市,冬季高于夏季,早晚高于中午。南方城市是S02造成的酸雨和高硫煤地 区的S02污染,北方城市的突出问题是冬季采暖期的烟尘和S0污染,非采暖期由于 风沙和扬尘的作用,大气中颗粒物浓度也较高。 近几年,我国通过调整能源结构,降低原煤产量和消费量,对燃煤炉窑进行节 能环保改造,加大了工业废气的治理力度,取得了一定的成效,使我国主要大气污 染物的排放量有所降低。 据2001年中国环境状况公报报道,全国城市空气质量基本稳定,城市空气质量 满足国家《环境空气质量标准》二级、三级和劣于三级的城市比例各占三分之 颗粒物仍是影响我国城市空气质量的主要污染物,64.1%的城市颗粒物年均浓度 超过国家《环境空气质量标准》二级。其中101个城市颗粒物年均浓度超过三级, 占统计城市数的292%。颗粒物浓度高的城市主要分布西北,华北等省区 二氧化硫年均浓度未达到国家《环境空气质量标准》二级的城市占统计城市的 194%。其中超过国家国家《环境空气质量标准》三级的城市占统计城市的9.7%, 比2000年降低2个百分点。二氧化硫污染严重的城市主要分布在山西、河北、贵州 重庆及甘肃、陕西、四川、湖南、广西、内蒙古的部分地区。 第7页
第 7 页 作用下，这些污染物发生一系列的光化学反应后形成生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯类 等氧化性二次污染物，强烈刺激人的眼睛、上呼吸道等粘膜。发生时的气象条件为， 较强烈的阳光照射，气温高于 23℃以上，湿度低于 75%，风速小于 3m/s，通常发生 在夏、秋季节的白天，以中午污染最严重。这种光化学烟雾最初出现在美国洛杉矶 市，因此也称作洛杉矶型或石油型大气污染。 （2）还原型大气污染(煤炭型)。这种类型的污染物主要来源于煤炭燃烧排气中 的烟尘、二氧化硫和一氧化碳，多发生于煤炭和石油混合使用的地区。主要是刺激 上呼吸道，老幼病者受害严重。当天气为多云，气温低于 8℃以下，湿度高于 85%， 基本无风并伴有逆温存在情况下，一次污染物受阻，容易在低空聚积，生成还原性 硫酸烟雾。通常发生在冬季，以早晨污染最严重。伦敦烟雾事件就属于这类还原型 污染，故还原型大气污染又称为伦敦型大气污染或煤炭型大气污染。 从发展趋势来看，由于汽车数量逐年增加以及燃料的更换，因而氧化型大气污 染有增加的趋势，应当引起高度重视。 2. 我国的大气概况和特点 我国的能源消费以煤炭为主，且大部分直接燃烧，大气污染物主要是 S02 和烟尘，大 气污染的特征属于煤烟型。目前，由于我国能源利用方式相对落后、能耗高，利用 率低、低空排放，以及城市畸形发展，人口、经济、交通过分集中，是世界上大气 污染状况比较严重的国家之一，城市大气污染尤为突出。北方城市的污染水平高于 南方城市，冬季高于夏季，早晚高于中午。南方城市是 S02 造成的酸雨和高硫煤地 区的 S02 污染，北方城市的突出问题是冬季采暖期的烟尘和 S02 污染，非采暖期由于 风沙和扬尘的作用，大气中颗粒物浓度也较高。 近几年，我国通过调整能源结构，降低原煤产量和消费量，对燃煤炉窑进行节 能环保改造，加大了工业废气的治理力度，取得了一定的成效，使我国主要大气污 染物的排放量有所降低。 据 2001 年中国环境状况公报报道，全国城市空气质量基本稳定，城市空气质量 满足国家《环境空气质量标准》二级、三级和劣于三级的城市比例各占三分之一。 颗粒物仍是影响我国城市空气质量的主要污染物，64.1%的城市颗粒物年均浓度 超过国家《环境空气质量标准》二级。其中 101 个城市颗粒物年均浓度超过三级， 占统计城市数的 29.2%。颗粒物浓度高的城市主要分布西北，华北等省区。 二氧化硫年均浓度未达到国家《环境空气质量标准》二级的城市占统计城市的 19.4%。其中超过国家国家《环境空气质量标准》三级的城市占统计城市的 9.7%， 比 2000 年降低 2 个百分点。二氧化硫污染严重的城市主要分布在山西、河北、贵州、 重庆及甘肃、陕西、四川、湖南、广西、内蒙古的部分地区
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 2001年,341个城市空气中二氧化氮浓度年均值均达到国家环境空气质量二级 标准。广州、北京、上海等特大城市,二氧化氮浓度相对较髙。 虽然自1997年以来,我国烟尘、二氧化硫和工业粉尘排放总量呈下降趋势,但 排放数量仍然巨大;另一方面,随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高, 石油消费和机动车辆急剧增加,大、中城市氮氧化物污染的上升趋势不容忽视。因 此,要进一步加强大气污染的控制。 第二节大气污染物 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或环境产生有害影 响的物质。随着经济和环境保护的发展,大气污染物的名单越来越长。目前已经认 定的约有100种。进入大气的污染物的种类很多,根据大气污染物的存在的形态可 分为气溶胶态污染物和气态污染物两大类。 、气溶胶态污染物 气溶胶是指沉降速度可以忽略的固体或液体颗粒在气体介质中的悬浮体。按气 溶胶产生的来源和存在的相态,以及物理化学特性等条件,气溶胶可以细分为10多 种类型。这里,从大气污染控制的角度,将气溶胶态污染物分为以下三种形式。 (1)粉尘(dus)。指分散悬浮于气体介质中的较小固体颗粒,尺寸为1~200um。 粉尘的种类很多,如煤粉、水泥、金属粉尘、粘土粉尘、石棉等。在国际化标准组 织(1S0)的定义中,将粒径小于75um的固体颗粒的悬浮体称为粉尘,而将在空气或 烟道中能传输的固体颗粒(在英国指大于75μm的粒子)称为粗尘(grit) (2)烟尘。指气溶胶态物系中由燃烧、冶金过程形成的细微颗粒物,通常包括 三种类型:①烟炱(rume),在冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。它是熔融物质的 挥发过程产生的气态物质的冷凝物,在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反 应。烟的粒径非常微小,一般小于1μm。如金属铝、锌、铅的冶炼过程中,在髙温 熔融状态下,这些物质能够迅速挥发,并氧化生成氧化铝、氧化锌和氧化铅等烟尘 ②飞灰(yash),燃料燃烧中产生的呈悬浮状的非常分散的细小灰粒,包括燃料完全 燃烧和不完全燃烧后残留的固体残渣,尺寸一般小于10μm,主要在炉窑中产生,尤 以粉煤为燃料燃烧时排岀的飞灰比较多:③黑烟( smoke),燃烧产生的能见气溶胶 主要是化石燃料燃烧时,在高温缺氧条件下,烃类物质热分解生成的碳黑颗粒,粒 径尺寸一般为001~1pum (3)雾(fg)。大气中微小液体颗粒悬浮体的总称,泛指蒸气凝结、液体雾化和 化学反应而形成的液滴,如水雾、油雾、酸雾、碱雾等,粒径尺寸小于100μm。在 气象学中则是指造成能见度小于lkm的小水滴悬浮体。 第8页
第 8 页 2001 年，341 个城市空气中二氧化氮浓度年均值均达到国家环境空气质量二级 标准。广州、北京、上海等特大城市，二氧化氮浓度相对较高。 虽然自 1997 年以来，我国烟尘、二氧化硫和工业粉尘排放总量呈下降趋势，但 排放数量仍然巨大；另一方面，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高， 石油消费和机动车辆急剧增加，大、中城市氮氧化物污染的上升趋势不容忽视。因 此，要进一步加强大气污染的控制。 第二节 大气污染物 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或环境产生有害影 响的物质。随着经济和环境保护的发展，大气污染物的名单越来越长。目前已经认 定的约有 100 种。进入大气的污染物的种类很多，根据大气污染物的存在的形态可 分为气溶胶态污染物和气态污染物两大类。 一、气溶胶态污染物 气溶胶是指沉降速度可以忽略的固体或液体颗粒在气体介质中的悬浮体。按气 溶胶产生的来源和存在的相态，以及物理化学特性等条件，气溶胶可以细分为 10 多 种类型。这里，从大气污染控制的角度，将气溶胶态污染物分为以下三种形式。 （1）粉尘(dust)。指分散悬浮于气体介质中的较小固体颗粒，尺寸为 1～200μm。 粉尘的种类很多，如煤粉、水泥、金属粉尘、粘土粉尘、石棉等。在国际化标准组 织(1S0)的定义中，将粒径小于 75μm 的固体颗粒的悬浮体称为粉尘，而将在空气或 烟道中能传输的固体颗粒(在英国指大于 75μm 的粒子)称为粗尘(grit)。 （2）烟尘。指气溶胶态物系中由燃烧、冶金过程形成的细微颗粒物，通常包括 三种类型：①烟炱(fume)，在冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。它是熔融物质的 挥发过程产生的气态物质的冷凝物，在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反 应。烟的粒径非常微小，一般小于 1μm。如金属铝、锌、铅的冶炼过程中，在高温 熔融状态下，这些物质能够迅速挥发，并氧化生成氧化铝、氧化锌和氧化铅等烟尘； ②飞灰(flyash)，燃料燃烧中产生的呈悬浮状的非常分散的细小灰粒，包括燃料完全 燃烧和不完全燃烧后残留的固体残渣，尺寸一般小于 10μm，主要在炉窑中产生，尤 以粉煤为燃料燃烧时排出的飞灰比较多；③黑烟(sm0ke)，燃烧产生的能见气溶胶。 主要是化石燃料燃烧时，在高温缺氧条件下，烃类物质热分解生成的碳黑颗粒，粒 径尺寸一般为 0.01～1μm。 （3）雾(f0g)。大气中微小液体颗粒悬浮体的总称，泛指蒸气凝结、液体雾化和 化学反应而形成的液滴，如水雾、油雾、酸雾、碱雾等，粒径尺寸小于 100μm。在 气象学中则是指造成能见度小于 lkm 的小水滴悬浮体
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 悬浮于大气中的固态和液态气溶胶态污染物的粒径尺寸通常小于500μum,大于 l00μm的颗粒易于沉降,对大气造成的危害较小。在大气污染控制中,对小于100um 的气溶胶固体颗粒物,又分为①飘尘,粒径小于oμm的固体颗粒物,它的粒度小, 质量轻,不易沉降而能长期飘浮于空气中;②降尘,粒径大于⑩μm的固体颗粒物, 靠重力作用,能在较短时间内沉降到地表面上;③总悬浮微粒(ISP),粒径小于l00um 的所有固体颗粒物。 二、气态污染物 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S02、S03和H2S等,其中SO2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NO、NO2、N20( 氧化二氮)、N203(三氧化二氮),以及NH(氨)、HCN(氰化物)等,通常用符号NOx 表示这些氮氧化物。其中造成大气污染的NOx主要是NO和NO。N0x主要来源于化 石燃料的燃烧,大约83%的NOx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C0和CO2。C0 和C02是各种大气污染物中排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C02;在缺氧条件下的不完全燃烧则形成C0。全世界C0每年排放量约为2.10×10, 排放量为大气污染物之首,主要来源于燃料的燃烧和汽车尾气。虽然CO氧化成CO 的速率很慢,但多年来地球上CO的浓度并未持续增加,始终保持在大气本底浓度大 约为0.1×10-6m3/m3的水平,这表明自然界肯定存在着抑制Co增长的机制,如士 壤微生物的代谢作用和H0自由基的氧化作用能将CO转化为CO2。 (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 第9页
第 9 页 悬浮于大气中的固态和液态气溶胶态污染物的粒径尺寸通常小于 500μm，大于 100μm 的颗粒易于沉降，对大气造成的危害较小。在大气污染控制中，对小于 100μm 的气溶胶固体颗粒物，又分为①飘尘，粒径小于 l0μm 的固体颗粒物，它的粒度小， 质量轻，不易沉降而能长期飘浮于空气中；②降尘，粒径大于 l0μm 的固体颗粒物， 靠重力作用，能在较短时间内沉降到地表面上；③总悬浮微粒(TSP)，粒径小于 l00μm 的所有固体颗粒物。 二、气态污染物 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 S02、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 C0 和 C02。C0 和 C02 是各种大气污染物中排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 C02；在缺氧条件下的不完全燃烧则形成 C0。全世界 C0 每年排放量约为 2.10×108 t， 排放量为大气污染物之首，主要来源于燃料的燃烧和汽车尾气。虽然 C0 氧化成 C02 的速率很慢，但多年来地球上 C0 的浓度并未持续增加，始终保持在大气本底浓度大 约为 0.1×10-6 m3／m3 的水平，这表明自然界肯定存在着抑制 C0 增长的机制，如土 壤微生物的代谢作用和 H0 自由基的氧化作用能将 C0 转化为 C02。 （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
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 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S0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,刺溦眼睛和喉粘膜,造成呼吸困难 使植物叶片变黄甚至枯萎等。 第四节大气主要污染物的种类及危害 、烟尘 气溶胶态污染物包括粉尘、烟尘和雾三大类型,其中,固体粉尘属于粒径尺寸 较大的颗粒物,易于沉降和控制。雾是大气中微小液体颗粒悬浮体,其造成局部地 区的大气污染。而排放量最大、对大气污染最严重的是燃料燃烧过程中生成的烟尘, 这里进行重点讨论。 烟尘的危害:大气固体颗粒物包括粉尘和烟尘,其大粒径大于100μm,最小粒 径仅有103μm。其中大于10um的降尘在重力的作用下,能迅速沉降至地面;而小 于loμm飘尘能在空气中长期悬浮并做布朗运动,容易进入人的呼吸系统。由于飘尘 几乎不能被上呼吸道表面体液截留并随痰排出,很容易直接进入肺部并在肺泡内沉 积,因此对人体的危害最大,其危害程度取决于固体颗粒物的粒径、种类、溶解度 以及吸附的有害气体的性质等 侵入肺部没有被溶解的沉积物会被细胞所吸收,损伤并破坏细胞,最终侵入肺 组织而引起尘肺,如吸入煤灰形成的煤肺,吸入金属粉尘形成的铁肺、铝肺,吸入 硅酸盐粉尘形成矽肺等。如果沉积物被溶解,则会侵入血液,并送至全身,造成血 液系统中毒。例如妨碍血红蛋白生成的铅烟尘可以引起急性中毒或慢性中毒,其症 状是精神迟钝、大脑麻痹、癫痫,甚至死亡 燃烧和金属冶炼过程,以及汽车排气产生的烟尘具有很复杂的的化学组成,其 中有如镍、镉、铬、铍、钒、铅、砷等有毒化合物。特别是致癌物质苯并a]芘、苯 芘蒽等,通过呼吸道或皮肤进入人体,引起肺癌或皮肤癌。 二、硫氧化合物 第10页
第 10 页 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，刺激眼睛和喉粘膜，造成呼吸困难， 使植物叶片变黄甚至枯萎等。 第四节 大气主要污染物的种类及危害 一、烟尘 气溶胶态污染物包括粉尘、烟尘和雾三大类型，其中，固体粉尘属于粒径尺寸 较大的颗粒物，易于沉降和控制。雾是大气中微小液体颗粒悬浮体，其造成局部地 区的大气污染。而排放量最大、对大气污染最严重的是燃料燃烧过程中生成的烟尘， 这里进行重点讨论。 烟尘的危害：大气固体颗粒物包括粉尘和烟尘，其大粒径大于 100μm，最小粒 径仅有 10－3μm。其中大于 10μm 的降尘在重力的作用下，能迅速沉降至地面；而小 于 10μm 飘尘能在空气中长期悬浮并做布朗运动，容易进入人的呼吸系统。由于飘尘 几乎不能被上呼吸道表面体液截留并随痰排出，很容易直接进入肺部并在肺泡内沉 积，因此对人体的危害最大，其危害程度取决于固体颗粒物的粒径、种类、溶解度 以及吸附的有害气体的性质等。 侵入肺部没有被溶解的沉积物会被细胞所吸收，损伤并破坏细胞，最终侵入肺 组织而引起尘肺，如吸入煤灰形成的煤肺，吸入金属粉尘形成的铁肺、铝肺，吸入 硅酸盐粉尘形成矽肺等。如果沉积物被溶解，则会侵入血液，并送至全身，造成血 液系统中毒。例如妨碍血红蛋白生成的铅烟尘可以引起急性中毒或慢性中毒，其症 状是精神迟钝、大脑麻痹、癫痫，甚至死亡。 燃烧和金属冶炼过程，以及汽车排气产生的烟尘具有很复杂的的化学组成，其 中有如镍、镉、铬、铍、钒、铅、砷等有毒化合物。特别是致癌物质苯并[a]芘、苯 芘蒽等，通过呼吸道或皮肤进入人体，引起肺癌或皮肤癌。 二、硫氧化合物