環(huán)境保護概論與水處理技術

1、2024/3/25,1,第四章 大氣污染及其防治,4-1 概述一、大氣的組成 1．空氣與大氣 空氣：對于室內或特指某個場所供呼吸用的 大氣：大區(qū)域全球性氣流為研究對象 2．大氣圈的結構（圖4-1） 3．大氣組成 恒定組分: N2、O2、Ar 可變組分: CO2、H2O 不定組分: H2S、SOx、NOx,,,2

2、024/3/25,2,2024/3/25,3,二、大氣的重要性 1．人類生存的要素 2．助燃 3．保護生物 阻止紅外線輻射,地球溫度變化幅度小; 阻止紫外線輻射,地面輻射少,減少皮膚癌的發(fā)生. 4．反射電磁波---傳播消息,,2024/3/25,4,三、空氣污染的概念 GB6919-86：由于人類活動和自然過程引起某種物質進入大氣中,呈現(xiàn)

3、出足夠的濃度,達到足夠的時間,并因此而危害了人體的舒適\健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象，稱為空氣污染。 原因：人類活動-----自然過程 必要條件：足夠的濃度和時間 污染源：污染物排放三個要素和過程 大氣狀態(tài)：大氣運動作用

4、受體：對受體的影響,,2024/3/25,5,4-2 大氣污染源及主要污染物發(fā)生機制,一、大氣污染源 生活污染源 工業(yè)污染源 交通污染源 農業(yè)污染源,,2024/3/25,6,二、大氣主要污染物 1.顆粒污染物(Total Suspended Particle,簡稱TSP) 粉塵 霧塵 塵粒 煤塵

5、 煙塵 2.氣態(tài)污染物 SOx(H2S)：以SO2數(shù)量最多,危害最大. NOx(NH3)：種類較多. COx：主要燃燒和呼吸釋放. CH：主要指有機廢氣,如烴、醇、酮、酯、胺等. 鹵素化合物：主要是含氯化合物及含氟化合物.,2024/3/25,7,3．二次污染物(secondary pollutants) 一次污染物：SO2+煤塵

6、.濕度大,氣溫低，濃度可達4.5mg/m3倫敦型煙霧 二次污染物：硫酸霧和硫酸鹽氣溶膠 洛杉磯型煙霧(photochemical smog)：NOx+ CH + h? 特征：白色或淡棕色煙霧，大氣能見度降低，具有特殊氣味， 刺激眼睛和喉粘膜，使呼吸困難。一般發(fā)生在溫度較高 的夏季晴天，峰值出現(xiàn)在中午或 剛過中午，夜間消失。

7、 機理：①排放大量烴類和氮氧化物； ②光照條件下，形成過氧化物； ③形成光化學煙霧； ④污染質消失，污染終止。 工業(yè)型煙霧：NOx+CH+h?+重金屬顆粒+酸霧. 四日市和蘭州市,,,2024/3/25,8,,2024/3/25,9,三、大氣污染物的轉歸,1．自凈2．轉移3．污染物轉化成二次污染物,,2024/3/2

8、5,10,4-3 大氣污染的危害,一、大氣污染侵入人體的主要渠道 呼吸道(為主) 消化道(食物) 體表接觸侵入(皮膚接觸)二、主要危害 1． 對人體健康的危害,,2024/3/25,11,2．對動植物的危害

9、 3．對材料的損害4．對氣候的影響補充：CO2年增長率：2.39ppm/y 正常值：316ppm 目前：330,2024/3/25,12,三、全球大氣環(huán)境問題 溫室效應：據(jù)估計，如果氣溫上升1℃，海平面要升高10厘

10、 米，而全球3/4的大城市和占40%的人口都集中在 離海岸不過60千米以內的地區(qū)。 摘自《光明日報》2004-11-12（1）劉東生院士文章 臭氧層破壞 酸雨蔓延,,2024/3/25,13,4-4 影響大氣污染物擴散的因素,一、 氣象因素 風：氣壓不同的空氣

11、流動. 1．動力因子 氣態(tài)污染物濃度=(污物排量/平均風速) 湍流： 2．熱力因子 1)大氣溫度層結：地球表面上方大氣T隨h而變的情況. ?氣溫垂直遞減率 ?定義：垂直于地球表面方向上每升高100m氣溫的變化值. ?取值：在對流層 ?=0.65oC/10

12、0m,,2024/3/25,14,? >0 正常層(對流層) h? T? 原因：?大氣直接吸收太陽輻射能造成的增溫沒有 地面輻射造成的增溫顯著,即地面是大氣的主要 增溫熱源. ?由于地層大氣中含有吸收地面輻射能較強 的水蒸氣和固體顆粒物,在大氣中分布是愈往上 愈少.

13、 ? = 0 等溫層 ? < 0 逆溫層,,2024/3/25,15,?氣溫干絕熱遞減率(dry adiabatic lapse rate) 意義：干空氣團或未飽和的濕空氣團絕熱上升(膨 脹,T ?)或者下降(壓縮,T ?),單位高度(100m) 溫度的變化. 取值：,2024/3/25,16,2)大氣穩(wěn)定度

14、 大氣穩(wěn)定度與氣溫干絕熱遞減率有密切關系,大氣垂直運動的增強或者減弱取決于(?/?d)： ? ??d :處于不穩(wěn)定狀態(tài),上下運動,仍有升降,易于擴 散稀釋. ??=?d :中性狀態(tài),上下運動,推那停那.例如：某一個氣團處于200m高空,溫度為12 ?C， ? =0.5?C/100m，?d=1 ?C/100m 若氣團上升至300m,溫度為11?C,則要下降至200m處. 若氣團

15、下降至100m,溫度為13?C,則要上升至200m處.,2024/3/25,17,大氣穩(wěn)定度判斷圖,,2024/3/25,18,二、地理因素 1．動力效應：主要是地形、地物的機械作用改變了 氣流的運動. 地形：主要是谷地、盆地,由于四周群山屏障,減小風 速,阻止空氣流動,易造成逆溫. 地物：主要指城市各類建筑物(尤指高層)阻

16、礙局部地 區(qū)氣流運行,降低風速,在建筑物背風區(qū)形成小 范圍的渦流,不利于污染物擴散. 日落后先冷,,,2024/3/25,19,2．熱力效應 由于下墊面性質不同,使得受熱、散熱不均勻,引起溫度場和風場的變化. 例如由于下墊面性質的差異,使地表熱力狀況不均勻受熱,形成局部氣

17、流,對大氣污染物的擴散有著明顯的影響.三、其他因素 1．污染物排放的幾何形狀和排放方式不同 面狀排放 連續(xù)排放(危害最大) 地面排放 2．污染源的 污染物濃度?[源強/源高],,2024/3/25,20,4-5 大氣污染物的綜合防治與技術,一、綜合防治原則 1．控制大氣污染源 2．防止或減少污染物的排放

18、 改革能源結構；提高煤炭品質；對燃料進行處理；改進燃燒裝置和燃燒技術；采用無害工藝；開源節(jié)流綜合利用；加強管理；改進汽車排氣裝置 3．治理排放的主要污染物 4．污染的法制宣傳與管理,2024/3/25,21,二、消煙除塵技術 1．除塵裝置的技術性能指標 ?煙塵濃度的表示方法 ?煙塵的個數(shù)濃度：顆粒物的個數(shù)/單位氣體體積 ?煙塵的質量濃度：g/m3 ?除塵裝置的處理量

19、 含義：單位時間內所能處理煙氣量的大小. 單位：m3/h m3/s ?除塵裝置的效率 除塵效率：除下的煙塵量/含塵煙氣總量 除塵效果：未除煙塵量/含塵煙氣總量 ?除塵裝置的壓力損失(壓力降) 煙氣經(jīng)除塵裝置所消耗的能量,(Pa;mmH2O),,2024/3/25,22,G：煙塵流量, g/s 清凈

20、氣體 C：含塵濃度, g/m3 G2、C2、Q2 Q：單位時間的煙塵量, m3/s 含塵氣體 G1、C1、Q1除塵效率：除塵效果：多級除塵效率：

21、 捕集塵粒 G3、C3、Q3,,,,,,,,,2024/3/25,23,2．除塵設備簡介（表4-4、表4-5） 機械式除塵器 按機制分類 過濾式除塵器

22、 濕式除塵器 靜電除塵器 濕式除塵器 是否用液體分類 干式除塵器

23、 高效除塵器 除塵效率高低分類 中效除塵器 低效除塵器附：各種除塵裝置實用性能比較,,,,,2024/3/25,24,,2024/3/25,25,,2024/3/25,26,三、排煙脫硫 氣態(tài)酸

24、性氧化物(同堿、鹽反應) 1．原理 SO2 中間價態(tài) 溶于水 2．方法 1）干法 優(yōu)點：排煙溫度高,易擴散. 缺點：效率低,設備龐大. ?活性炭吸附法 ?催化氧化法,,2024/3/25,27,2）濕法 優(yōu)點：方

25、法簡單,流程短,建設費用省 缺點：溫度低,濕度大,煙氣上升高度低,難擴散.? 氨法：2NH3.H2O+SO2?(NH4)2SO3+H2O(工藝成熟,簡單操作方便,重點掌握) 回收(NH4)2SO4： (NH4)2SO3+(1/2)O2 ?(NH4)2SO4 回收石膏： (NH4)2SO4+Ca(OH)2 ? CaSO4.2H2O+2NH3? 回收硫磺： (NH4)2SO3 ? 2NH3+SO2 + H2O

26、 SO2 + H2S ? 3S? + 2H2O,2024/3/25,28,? 鈣法 Ca(OH)2 + SO2 ? CaSO3 + H2O CaSO3 + SO2 + H2O ? Ca(HSO3)2回收石膏：CaSO3 + (1/2)O2 + 2H2O ? CaSO4.2H2O Ca(HSO3)2 + NO + H2O ? CaSO4.2H2O +(1/2)N2 ?

27、2Ca(HSO3)2 + NO2 + 2H2O? 2CaSO4.2H2O +(1/2)N2 ? + 2SO2 ?(此法同時除去NOx)? 堿法(鈉法) NaOH? 鎂法 MgxMnOy 和MgO Grillo法 MgxMnOy ? 副產(chǎn)物H2SO4濃度可達98%. Chemical法(MgO),2024/3/

28、25,29,四、排煙脫硝（氮） NOx為氣態(tài)酸性氧化物 1．原理 中間價態(tài),有氧化還原性,氧化性為主 NO難溶于水,常需變成NO2 2．方法 堿液吸收 NaOH、Na2CO3、NH3水 NO +

29、NO2+2MOH?2MNO3+H2O?吸收法 2MOH + 2NO2 ? MNO2 + MNO3 + H2O 熔融鹽吸收 濃硫酸吸收 活性炭?吸附法 絲光沸石分子篩,,,,2024/3/25,30,?非選擇性催化還原法 定義

30、：在催化劑的作用下,還原劑不加選擇地與廢氣 中的NOx與O2同時發(fā)生反應. 溫度：400~500?C 催化劑：Pt、Cu、Co、Ni、Cr、Mn等的氧化物 主要反應：CH4 + 4NO ? CO2 + 2H2O + 2N2? CH4 + 4NO2 ? 4NO + CO2 + 2H2O ?選擇性催化還原法 定義：在催化劑作

31、用下,還原劑只選擇性地與廢氣中 的NOx發(fā)生反應. 還原劑氣體：NH3、H2S、 Cl2 - NH3等. 主要反應： 2NO + Cl2 ? 2NOCl 2NOCl + 2NH3 ? NH4Cl + H2O + N2 ?,2024/3/25,31,?氧化還原法 高錳酸鉀氧化法： 亞硫酸銨吸收法：,2024/3/25,32,五、典型廢氣