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1、大气污染控制工程,授课教师：宋 磊 E_mail: ,大气污染控制工程,1性质：大气污染控制工程是高等学校环境工程专业的一门必修专业课。本课程主要讨论大气污染控制的基本理论、各种控制方法的过程分析及典型控制设备的工艺设计计算，并培养学生分析和解决大气污染控制工程问题的能力。结合大气污染控制工程实验、课程设计及毕业设计（论文）等其它教学环节，为学生进行大气污染控制工程设计、科研及技术管理打下必要的基础。,大气污染控制工程,2任务：大气污染控制工程课程的主要任务有： 一是了解主要大气污染物及其发生源，大气环境空气质量标准和综合防治措施； 二是了解大气扩散的基本原理，初步学会估算大气污染物浓度和烟囱
2、高度； 三是掌握有关除尘技术的基本理论，具有选用除尘设备、设计除尘系统的能力； 四是掌握气态污染物控制的基本原理及其方法， 能进行一般气态污染物控制系统的设计和典型设备的工艺计算。培养学生工程意识和工程综合能力，进一步培养学生分析和解决工程实际问题的能力。,大气污染控制工程,i. 郭静 阮宜纶主编 大气污染控制工程 化学工业出版社2001。 ii. 钟秦 编著 燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例 化学工业出版社2002。 iii. 郝吉明 等编著 燃煤二氧化硫污染控制技术手册 化学工业出版社2001。 iv. 李广超 傅梅绮 主编大气污染控制技术 化学工业出版社 2004。 V 林肇信 主编大气污
3、染控制工程试验 高等教育出版社 1991。 vi. Noel de Nevers著 大气污染控制工程 清华大学出版社 2000。 vii. 蒲恩奇 主编 大气治理工程 高等教育出版社 1999。,参考资料,大气污染控制,主要内容,污染源测定,大气： 传输 稀释 自净化,影响： 人体健康 材料 全球气候,燃烧、有机物挥发。 第2章,颗粒污染物控制 第5、6章 气态污染物控制 第711章 工艺设计 第1314章,第三章 气象 第四章 模型,大气污染问题 第1、12章,大气污染物控制,污染物生成,高等数学 无机化学 物理化学 环境化学,有机化学 无机化学 分析化学 仪器分析 环境监测,无机化学 有机
4、化学 物理化学,有机、无机、 生物学 物理化学 化工原理 大学物理,大气污染控制工程,第一章 绪论,大气污染及其分类 大气污染物的影响 大气污染防治法规与标准体系 中国的大气污染综合防治 学习 要求 明确大气污染控制工程的学习对象、内容和目的 了解大气的组成，掌握大气污染物的概念，以及主要大气污染物的来源、性质和影响 了解大气污染控制方面的法规和标准体系 建立大气污染综合防治的概念,建议学时数：3学时,内容简介,第一节 大气污染及其分类,1. 大气圈及大气组成（重点对流层和平流层）,平流层,对流层,大气环绕地球全部空气总和， 环境空气动物、植物、建筑物暴露于其中的室外空气。 大气组成：干洁空气
5、（N2、O2、Ar、CO2）P2表11 ， 水蒸气，杂质（悬浮微粒有机、无机）。,环境空气,大气环流,赤道地气压带,副热带高气压带,副极地低气压带,极地高气压带,东北信风,盛行西风,东南信风,极地东风,2. 大气污染的定义,大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平，造成可测的对人体、动物、植被和材料影响的大气状况。 大气污染指大气中某种不良成分达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。 如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生
6、可测量的不利影响，这就是大气污染。 大气污染（世界卫生组织WHO） ： 室外的大气中若存在人为造成的污染物质，其含量与浓度及持续时间可引起多数居民的不适度，在很大范围内危害公共卫生，并使人类、动植物生活处于受妨碍的状态。,3. 空气污染系统（Air Pollution Systems）,空气污染及控制系统,4、全球大气污染问题,第二节大气污染物及其来源,一、大气污染物分类 按存在状态概括为两类： 1气溶胶状态： 固体颗粒 冶金和化学过程：粉尘1200微米， 烟0.011微米， 燃料燃烧过程：飞灰、黑烟 液体粒子：雾,重点,大气污染物分类,2气体状态： 含硫化合物：一次污染：SO2、H2S，二次
7、污染：硫酸烟雾 含氮化合物：一次污染：NO、NH3，二次污染：光化学烟雾 碳的氧化物：一次污染CO、CO2 有机氧化物VOC：一次污染：C1C10化合物，二次污染物：光化学氧化剂臭氧、过氧乙酰硝酸脂PAH 卤素化合物 ：一次污染：氟氯化碳、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿、氟氯烃类，是参与消耗O3。,3. 一次大气污染物:,Pollutants released directly into the atmosphere in their unmodified forms and in sufficient quantities to pose a health risk直接以原始形态排放入大气中并达到
8、足够的排放量从而造成健康威胁的污染物 Sources of Primary Air Pollutants,4. 光化学烟雾:,Secondary air pollutants are compounds that results from the interaction of various primary air pollutants.二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。 Photochemical smog is a mixture of pollutants resulting from the interaction of nitrogen oxides an
9、d hydrocarbons with ultraviolet light.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。 The two most destructive components of photochemical smog are ozone(O3) and peroxyacetylnitrates(PAN，过氧乙酰硝酸酯)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,光化学烟雾形成过程,光化学烟雾实例,二. 大气污染物的来源和发生量:,Anthropogenic sources Transportation Electric
10、power generation Industrial processes Industrial and domestic fuel burning Refuse burning Etc.,二. 大气污染物的来源和发生量:,Natural sources自然污染源 Geological: geyser间隙泉,volcano,ocean Meteorological气象: lightning 风化: 土壤、岩石 生物、植物腐烂 火灾Etc.,Sources of airborne pollution in Asia are many: power generation, industry, tr
11、affic, home cooking, and biomass burning,Source: David Streets. Energy Use, Emissions, and Air Pollution in Asia,Air Pollutant Emissions = Population(Economic activity per capita) （Pollutant emissions per unit of economic activity),活动水平：人均经济活动量 排放因子：单位经济活动造成的污染物排放量 污染物来源及排放量见表135,第三节 大气污染的影响,对人体健康的影
12、响 1、颗粒物 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,第三节 大气污染的影响,2、CO对人体健康的影响,高浓度CO能够引起人体生理上和病理上的变化，甚至死亡。与血红蛋白亲和力强比氧大200倍，使血红蛋白失去送氧能力，暴露于氧气和CO两种气体混合物中所产生的碳氧血红蛋白和氧合血红蛋白平衡浓度与分压成正比 ：,碳氧血红蛋白,氧合血红蛋白,常数200250,设人体吸入的气体中含CO为2.2X10-4，平均含氧量为19.5%。如果这种浓度保持不变。求COHb浓度最终达到
13、饱和水平的百分率。,例,3。NO2对人体健康的影响,4。臭氧对人体健康的影响,注：部分人群接触臭氧后肺功能下降,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,二. 对植物的伤害,注：二氧化氮浓度和暴露时间与植物死亡、叶器官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系,Source：Springer-Verlag and Prof. D. C. MacLean,三. 对器物和材料的影响,注：平均二氧化硫浓度和不同暴露时间与低碳钢的腐蚀之间的关系（19631964年9月，在芝加哥的七个地点进行的实验）,Source：Air and Waste Manage
14、ment Association,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，一般应是气溶胶粒子、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,能见度与大气中颗粒物浓度的关系,The most widely used equation for estimating visibility is the Koschmeider equation: where Lv is the
15、visual range, the distance at which an average person can barely distinguish a dark object( such as a mountain or skyscraper ) against the sky. This equation is an approximation, based on an average set of atmospheric particles.,能见度与大气中颗粒物浓度的关系,应用最广的估算能见度的方程是Koschmeider方程： LV为能见度范围，即一般人刚刚可以将暗色物体（例如山
16、或高楼）从天空的背景上分辨出来的距离。此方程是估算方程，基于大气颗粒物为一般组成的情况。,注意单位！,Use the equation to estimate the visual range when the particulate concentration is equal to the annual average and to the maximum 24-hour NAAQS for PM10.利用上述方程估算大气颗粒物浓度等于NAAQS的年均和日均PM10标准时的能见度范围。 In the Grand Canyon and the surrounding area, on cle
17、ar days, one can easily see mountains 100 miles away. What is the probable concentration of particles in the atmosphere when one can see that far?美国大峡谷及周围地区在晴朗的天气里非常容易看到160公里以外的山脉。此时大气中颗粒物的浓度可能为多少？,If the particle concentration in the atmosphere is increased by 1 ug/m3, what is the percentage decrea
18、se in the visual range if the initial visual range is 20km? If the initial visual range is 200km,what is the percentage decrease? 思考题：如果大气中颗粒物的浓度增加1g/m3，能见度水平下降的百分比为多少？假定原能见度为20km。如果原来的能见度范围为200km，下降的比例又为多少？,思考题：如果大气中颗粒物的浓度增加1g/m3，能见度水平下降的百分比为多少？假定原能见度为20km。如果原来的能见度范围为200km，下降的比例又为多少？,能见度与自然景观 USEPA
19、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,大气污染的危害,温室气体,破坏臭氧层,光化学烟雾,: 五、全球大气污染问题,酸雨： 酸雨主要来源于二氧化硫和氮氧化物。 危害：水、土壤、农作物、森林、腐蚀建筑材料及金属结构、影响人体健康。,1. 酸沉降,酸沉降:,Acid Deposition is the accumulation of potential acid-forming particles on a surface.酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。 Acids result from
20、natural causes and from human activities.致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的 The acid-forming reactants are classified as wet or dry.致酸物质按存在形态分为干和湿两种。,Molecules from natural sources, power plants, and internal combustion engines react to produce the chemicals that are the source of acid deposition自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染
21、物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。,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,中国酸雨的分布变化,我国酸雨的化学特征,2.温室效应,温室气体CO2、ODS(CFC)、CH4、N2O、O3。 使全球气候变暖；同时气溶胶有制冷作用。,全球变暖和气候变化:,Major Greenhouse Gases,全球平均气温的变化,大气中二氧化碳含量的变化,全球变暖产生的影响,The importance of black carbon has only recently been recognized碳黑对大气环境的重要影响近年来才引
22、起人们的关注,The IPCC (Intergovernmental panel on Climate Change ) has reached several important conclusions:,The average temperature of the earth has increased 0.3-0.6 (1995 was the warmest year on record) and sea level has risen 10-25cm in the last 100 years. A continued increase in temperature and sea
23、level will occur. Various models suggest an increase in temperature of 1-3.5and a sea level rise of 15-95cm by the year 2100. There is a strong correlation between the increase in temperature and the amount of greenhouse gases present in the atmosphere. Human activity greatly increases the amounts o
24、f these greenhouse gases.,政府间气候变化专门委员会（IPCC）得到的几个重要结论：,在过去的100年间，地球的平均温度增加了0.30.6 （1995年是记录上最暖的一年），海平面高度增加了1025cm。 气温和海平面高度仍会持续上升。众多模型的模拟结果表明，到2010年气温将增加13.5 ，海平面上升1595cm。 气温升高和大气中温室气体的浓度具有很强的相关性。 人类活动极大地增加了大气中温室气体的含量。,温室效应的危害,沿海地区海岸线变化。 气候带移动。温度带北移。低纬度降雨增加、高纬度降雪增加。 对植物分布影响，森林生态崩溃。 对农业生产影响：产量增加但质量下降
25、，病虫害增加。 土地利用影响：增加排水设施、低洼积水或土壤盐化。,3.臭氧层破坏（全球大气污染问题）,臭氧层具有较强的吸收紫外线的功能，可以吸收紫外线中对生物有害的部分UV-B。 破坏臭氧层的Y物种包括：奇氢家族HOx，奇氮家族NOx，奇卤家族XOx。它们消耗能使氧氧化成臭氧的氧原子。 南极形成直径上千千米的臭氧空洞。,1。臭氧层破坏机理:,Ozone absorbs ultraviolet light and is split into an oxygen molecule and an oxygen atom:臭氧分子吸收紫外线分解为一个氧气分子和一个氧原子： Oxygen molecul
26、e is also split by ultraviolet light to form oxygen atoms:氧气分子可以吸收紫外线分解为两个氧原子： Recombination of oxygen atoms and oxygen molecules allow ozone to be formed again and to be available to absorb more ultraviolet light: 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：,This series of reactions results in the absorption of
27、 99% of the ultraviolet light energy coming from the sun.上述反应过程吸收了99的来自于太阳的紫外线。 Chlorofluorocarbons (CFCs) are strongly implicated in the ozone reduction in the up atmosphere.氟氯烃（CFCs）很大程度上导致了平流层臭氧的减少。 These reactions both destroy ozone. 这两个反应都造成了臭氧的减少。,臭氧层破坏的危害,对人类健康的影响：导致白内障和皮肤癌增加。 对陆生生态的影响：紫外线对长寿
28、命植物有积累作用，严重影响森林的生态平衡，影响植物防治昆虫和病菌袭击的能力。 对水生生态影响，减少浮游生物的产量，进而影响食物链和整个水生系统，导致温室效应加剧。 对城市空气质量和建筑材料的影响：引起城市光化学烟雾污染，建筑材料老化。 改变大气结构,19791986年TOMS测得的总臭氧全球平均值,注：Dobson单位 将0C，标准海平面压力下，105m厚的臭氧 定义为一个Dobson单位,19791986年总臭氧纬向平均值的趋势,六. 室内空气污染,吸烟的危害,六. 中国城市的大气污染概况,1999年全国重点城市主要大气污染物分布,全国城市空气质量分级比例,2002年，监测的343个城市中，
29、117个城市空气质量达到国家二级标准 119个城市空气质量为三级 107个城市空气质量劣于三级 与上年相比，空气质量达到二级标准的城市比例略有增加，劣于三级的城市比例下降了2个百分点,不同空气质量状况下人口比例,特大、超大型城市空气污染明显重于中小城市，尤以人口规模在100200万的特大型城市空气污染最重 空气中主要污染物二氧化硫和颗粒物浓度超标的特大、超大城市比例明显高于中小城市,不同规模城市空气污染程度（2002年）,经济水平和污染状况的综合比较,TSP concentrations in selected cities in various years from 1990 to 1995
30、 and national GNP per capita,Annual TSP concentration(g/m3),第四节、大气污染防治法规与标准体系,大气污染综合防治的含义：为了达到区域环境空气质量控制目标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性进行优化选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。,一、大气污染综合防治措施：,1.全面规划、合理布局；环境规划 2.严格环境管理（狭义污染物排放、传输、承受；广义环境经济（发展全面规划）、环境资源（合理利用）、（保护）环境生态），方法运用法律、经济、技术、教育和行政手段； 3.控制大气污染的技术措施（清洁
31、生产、可持续发展战略、建立综合性工业基地）； 4.控制污染的经济政策（保证必要的环保投资我国0.70.8GNP发达国家12，排污费，排污许可证制度）； 5.绿化造林； 6.安装废气净化装置。,二、大气污染防治法规与标准体系,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年对该法进行了再次修订,1995年8月29日修改后的大气污染防治法，在控制大气污染，改善大气环境质量方面起到了积极的作用：,强化了酸雨和二氧化硫污染控制 推动了煤炭的清洁利用
32、加快了淘汰严重污染大气的落后工艺和设备的步伐 开始停止生产和使用无铅汽油 法规实施后，一些地区依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善,但未能有效地遏制大气环境质量的恶化：,大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度； 缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制； 大中城市机动车排气污染正在迅速增加； 大多数城市扬尘污染突出； 大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施； 现行法律的法律责任部分内容偏少，力度不够。,2000年第二次修订的指导思想,面对现实，对我国以煤为主的能源结构短期难以改变的现状以及经济条件给予了充分考虑； 针对要害，主要是针对燃
33、煤、机动车、扬尘等造成的大气污染； 抓住重点，主要是抓住重点城市、重点区域； 在禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证方面取得了重大突破； 强化法律责任，加强执法监督。,2. 大气环境质量标准体系,GB30951996 环境空气质量标准 GB/T 18883-2002 室内空气质量标准 GB162971996 大气污染物综合排放标准 GB 132712001 锅炉大气污染物排放标准 GB49152004 水泥厂大气污染物排放标准 GB90781996 工业炉窑大气污染物排放标准 GB161711996 炼焦炉大气污染物排放标准 GB132232003 火电厂大气污染物排放标准 G
34、B145541993 恶臭污染物排放标准 GWPB 11999 轻型汽车污染物排放标准 GB14761.22001 车用汽油机排气污染物排放标准 GB14761.52001 汽油车怠速污染物排放标准 GB14761.62001 柴油车自由加速烟度排放标准 GB14761.72001 汽车柴油机全负荷烟度排放标准,GB146212001 摩托车排气污染物排放标准 GB 184832001 饮食业油烟排放标准 GB546891 锅炉烟尘测试方法 GB1164289 轻型汽车排气污染物测试方法 GB/T147622001 车用汽油机排气污染物试验方法 GB/T147632001 汽油车燃油蒸发污染物
35、的测量 收集法 GB1134089 汽车曲轴箱排放物测量方法 GB/T384593 汽油车排气污染物的测量 怠速法 GB/T384693 柴油车自由加速烟度的测量 滤纸烟度法 GB384783 汽油柴油机全负荷烟度测量法 GB/T546693 摩托车排气污染物的测量 怠速法 GB/T1462293 摩托车排气污染物的测量 工况法,3. 中华人民共和国国家标准 环境空气质量标准 Ambient air quality standard GB30951996 (代替GB309582) 国家环境保护局1996-01-18批准 1996-10-01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
36、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,空气污染指数分级标准(试行),2000年4月27日发布 来源：北京市环境保护局主页（http:/）,空气污染指数
37、分级浓度限值,计算公式：当第k种污染物浓度为 时，其分指数为,注：各变量含义参看教材,三、中国的大气污染综合防治,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）,2. 主要污染物排放,注：近年来GDP持续增长，主要污染物排放却有所下降 来源：中国统计年鉴，中国环境状况公报,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
38、互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量,4.控制污染的经济政策,必要的环境保护投资 环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为0.51，发达国家为12 我国目前比例为0.70.8，希望能达到1.5 实行“污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手段： 建立市场（排污许可证制度等） 税收手段（污染税、资源税等） 收费制度（排污费等） 财政手段（生态环境基金等） 责任制度（赔偿损失和罚款等）,大气污染的研究内容,Sources of air pollutants Control methods Atmospheric behavior of air pollutants Effects of air pollutants Legislative and regulatory measures,作业：,1.3 、 1.6 、 1.7,