第三章大气污染与防治ppt课件.ppt

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1、2022年11月29日星期二,第三章大气污染与防治,主要内容,3-1 概述3-2 大气污染物的扩散3-3 大气污染治理技术 3-4 全球性大气环境问题,3-1 概述,大气结构与组成大气污染源及污染物大气污染的类型大气污染的危害大气环境标准,一、大气结构与组成,1、大气结构,散逸层,暖层,中间层,平流层,对流层,地球,2、大气的组成,二、大气污染物及污染源,1、大气污染的定义 大气污染是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。形成大气污染的三大要素: 污染源、 大气状态、 受体,2、大气污染物

2、,（1）按存在形态分：1）颗粒污染物-按颗粒粒径可分为： 降尘- 粒径大于10m，如尘粒、粉尘 飘尘- 粒径小于10m，如烟尘 液滴- 粒径小于100m的液体悬浮体，如水雾、酸碱雾、油雾 几个重要的指标： （a）总悬浮颗粒物（TSP，Total Suspended Particulate ）： 悬浮于空中，粒径小于等于100微米的固体颗粒物； （b）可吸入颗粒物（PM10）： 悬浮于空中，粒径小于等于10微米的固体颗粒物；,2）气态污染物 (1)含硫化合物 SO2、SO3和H2S等。 (2)含氮化合物 NO、NO2、NH3等。 (3)碳氧化合物 CO和CO2。 (4)碳氢化合物 有机废气。 (

3、5)卤素化合物 含氯和含氟化合物（2）按污染物形成的方式分：1）一次污染物： 污染源直接排入大气未发生性质改变的污染物2）二次污染物： 一次污染物之间或一次污染物和大气原有组分发生化学反应后生成的新的污染物如：光化学烟雾和硫酸烟雾,3、大气污染源的分类,（1）工业污染源：火力发电厂、钢铁厂等工矿企业的燃料燃烧；化工厂、石油炼制厂、钢铁厂、焦化厂、水泥厂等各种类型的工业企业，在原材料制成成品的过程中，都会有大量的污染物排入大气中。,火力发电厂,土法炼焦,（2）生活污染源 各种民用炉灶、取暖锅炉的燃料燃烧向大气排放出大量污染物 城市垃圾的堆放（3）农业污染源 农业机械运行时排放的尾气；农药和化肥的

4、使用。（4） 交通运输污染源 车辆行驶产生的扬尘和排放的汽车尾气，轮船、机车燃料燃烧排放的烟尘。也是二次污染物的主要来源.,3、大气污染源的分类,三、大气污染的类型,煤炭型污染 代表污染物： 煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、 SO2、CO2等构成的一次污染物，以及其反应产生的硫酸雾、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。污染源： 主要是工业企业烟气排放物，其次是取暖锅炉和家庭炉灶等的烟气排放，发生地区使用燃料以煤为主，辅以石油燃料。石油型污染代表污染物： 氮氧化物、烯烃、烷烃、醇等碳氢化合物，以及它们在大气中形成的一系列中间产物与最终产物（光化学烟雾）。污染源： 来自汽车排放、石油冶炼以及石油化工厂的排放。

5、发生地区以石油燃料为主。,混合型污染： 以煤炭、石油为燃料的污染源排放的污染物，及各类工厂企业排出的各种化学物质。特殊型污染： 工厂排出的特有污染物造成的污染，该类污染常限于局部地区。如：生产磷肥造成的氟污染；氯碱工厂周围形成的氯气污染。,三、大气污染的类型,四、大气污染的危害 -对人体健康的危害,大气污染引起的主要疾病为慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺癌和各种过敏性疾病。 我国城市的统计资料表明,市区呼吸道疾病的发病率比郊区高2.4倍,而肺癌发病率比郊区高出7.3倍.大气中的有害物质是通过以下三种途径进入人体造成危害的: 通过人的直接呼吸进入人体； 附着在食物或溶解于水，随着饮食饮水而侵

6、入人体； 通过接触或刺激皮肤而进入人体。室内污染主要来自燃料的燃烧、吸烟、室内装修材料等。,大气污染物对植物的影响，随着污染物的性质、浓度和接触时间的不同而异。气体状污染物：经过叶背的气孔进入植物体，然后逐渐扩散到植物体内各组织，破坏叶绿素，使组织脱水坏死，阻碍各种代谢机能，抑制植物的生长。粒状污染物擦伤叶面，阻碍阳光，影响光合作用，从而影响植物的正常生长。,四、大气污染的危害 -对植物的危害,大气污染物对仪器、设备和建筑物等，都有腐蚀作用。如金属建筑物出现的锈斑、古代文物的严重风化等。,四、大气污染的危害 -对物体的腐蚀,美国纽约的自由女神像也饱受酸雨的侵蚀,酸雨温室效应加剧臭氧层破坏,四、

7、大气污染的危害 -对全球环境的影响,五、大气环境标准,1、环境空气质量标准标准分三级：一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害影响的空气质量要求。二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的情况下，不发生伤害的空气质量要求。 三级标准：为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外）能正常生长的空气质量要求。环境空气质量功能区分为三类：一类区：如国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等。二类区：为城市规划中确定的居民区、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：为大气污染程度比较重的城镇和工业区以及城市交通枢

8、纽、干线等。,表 各项污染物的浓度限值,2、大气污染物排放标准,（1）本标准设置下列三项指标：1）通过排气筒排放废气的最高允许排放浓度 排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值2）通过排气筒排放的废气，按排气筒高度规定的最高允许排放速率。 指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限值。 任何一个排气筒必须同时遵守上述两项指标，超过其中任何一项均为超标排放。3） 以无组织方式排放的废气，规定无组织排放的监控点及相应的监控浓度限值。 指监控点的污染物浓度在任何1小时的平均值不得超过的限值,（2） 排放速率标准分级 最高允许排放速率，现有污染源分一、二、三级，新污染源分为二、三

9、级。按污染源所在的环境空气质量功能区类别，执行相应级别的排放速率标准，即：位于一类区的污染源执行一级标准(一类区禁止新、扩建污染源，一类区现有污染源改建执行现有污染源的一级标准)；位于二类区的污染源执行二级标准；位于三类区的污染源执行三级标准。,2、大气污染物排放标准,表1 现有污染源大气污染物排放限值,表2 新污染源大气污染物排放限值,3-2 大气污染物的扩散,一个地区的大气污染程度与下列因素有关。 1、源参数 源参数是指污染源排放污染物的数量、组成、排放方式、排放源的密集程度及位置等。决定了进入大气的污染物的量和所涉及的范围。 2、气象条件 气象条件将决定大气对污染物的稀释扩散速率和迁移转

10、化的途径。 3、下垫面状况 下垫面的状况不同会影响到气流的运动，同时也直接影响当地的气象条件。,本节内容,本节内容,一、气象条件的影响,1、风与湍流 （1）风 即空气水平方向的运动。 描述风的两个要素为风向和风速。 风对污染物的扩散有两个作用：一是整体的输送作用，风向决定了污染物迁移运动的方向；二是对污染物的冲淡稀释作用，对污染物的稀释程度主要取决于风速。 （2）湍流 即大气中不同于主流方向的各种不同尺度的旋涡运动。 热力湍流-与大气的垂直稳定度有关； 机械湍流-与近地面的风速和下垫面等因素有关。 污染物的扩散主要依靠大气湍流的作用。 风和湍流是决定污染物扩散快慢的决定性因素。风速愈大，湍流愈

11、强，污染物扩散稀释的速率就愈快。,2、温度层结和逆温,温度层结有下述三种情况： (1)气温随高度的增加而降低； (2)高度增加，气温保持不变； (3)气温随高度的增加而增加。这种现象称为温度逆增，简称逆温。出现逆温的气层叫逆温层。 逆温层的出现将阻止气团的上升运动，使逆温层以下的污染物不能穿过逆温层，只能在其下方扩散，因此可能造成高浓度污染。如伦敦烟雾事件、洛山矶烟雾事件等,温度层结,是指大气的气温在垂直方向上的分布。,3、大气稳定度,即空气团在铅直方向稳定程度。判断：假如一空气团由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动，当外力去除后， 可能发生三种情况： (a)当外力去除后，气团就减

12、速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的； (b)当外力去除后，气团加速上升或下降，称这种大气是不稳定的； (c)当外力去除后 ，气团静止或作等速运动，称这种大气是中性的。,大气稳定度对烟流扩散的影响,(1)波浪型 又称蛇形型，大气不稳定。,(2)锥型 大气处于中性或弱稳定状态。,(3)扇型 又称平展型，大气稳定。,(4)屋脊型 又称爬升型，排放口上层不稳。,(5)漫烟型 又称熏蒸型，排放口下层不稳。,二、下垫面的影响,1、城市下垫面的影响 （1）城市的热力效应。城市温度比周围郊区温度高的现象称为城市热岛效应。,（2）动力效应。通过对气流的阻挡，使得气流的速度与方向复杂化，且造成小尺度的涡

13、流，阻碍烟气的扩散。,2、山区下垫面的影响,（1）过山气流 气流过山时，在山坡、山脚形成的上升、回旋或下沉气流，称之为过山气流。,（2）山风和谷风,海风和陆风；,白天,晚上,3、海陆界面的影响,3-3 大气污染治理技术,颗粒污染物治理技术气态污染物治理技术汽车尾气的治理技术污染物的稀释法控制,一、颗粒污染物的治理技术,1、机械式除尘器（1）重力沉降室 利用粉尘与气体的密度不同，使含尘气体中的尘粒依靠自身的重力从气流中自然沉降下来，达到净化目的。对50m以上的尘粒具有较好的捕集作用，除尘效率低（4060）,（2）旋风除尘器 旋转运动的含尘气流中的粒子借助离心力，从气流中分离出来的装置，也称为旋风

14、除尘器,适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除，对大于5m以上的颗粒具有较高的去除效率，属中效除尘器（85）。 多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。主要缺点是对细小尘粒(5m)的去除效率较低。,2、过滤式除尘器 内部过滤(颗粒层过滤器） 外部过滤（袋式过滤器）,滤袋的捕尘作用机制： 筛滤作用 惯性碰撞作用 扩散作用 静电作用 重力沉降作用 多应用于各种工业废气除尘中，属于高效除尘器（9099）。但不适于处理含油、含水性粉尘以及高温含尘气体。,3、湿式除尘器,又称洗涤除尘。即用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞而被吸收，并随液体排出，气体得到净化。既能净化颗粒污染物，也能同时脱除气体中

15、的气态污染物质。,除尘效率高（大于8095），但是用水量大，易产生腐蚀性液体，产生的废液或泥浆需进行处理，可能造成二次污染，在寒冷地区和季节易发生冻结问题。在湿式除尘器后面都附有脱水装置。,4、静电除尘器,利用高压电场产生的静电力作用实现固体颗粒或液体粒子与气流的分离。粒子荷电粒子沉降粒子清除 优点：对细微粉尘及雾状液滴捕集性能优异，效率达99以上，对于0.1m的粉尘粒子，仍有较高的去除效率。能耗低、处理气量大，可应用于高温、高压场合。缺点是设备庞大，一次性投资费用高。 广泛用于工业除尘，是一种高效除尘器,二、气体污染物的控制技术,1、一般净化技术2、SO2的净化方法3、NOx的净化方法,气体

16、污染物的控制技术很多，根据污染物质的化学和物理性质，分为以下几种不同的治理技术（1）吸收法 （2）吸附法 （3）冷凝法（4）催化法 （5）燃烧法,1、一般净化技术,（1）吸收法 以液体作吸收剂，废气与之接触后被吸收，使气体得到净化。具有设备简单、应用范围广、一次性投资低等特点，易引起二次污染，一般吸收效率不高。,（2）吸附法 让表面多孔性固体物质（吸附剂）与废气接触，吸附其中有害组分，达到净化目的。 分为物理吸附和化学吸附 适宜于低浓度场合，吸附剂需再生。,（3）冷凝法 采用降低废气温度或提高废气压力的方法，使一些易于凝结的有害气体或蒸气态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出来的方法。常作为吸附

17、法、燃烧法等净化法的预处理。,（4）催化法 利用催化剂的催化作用，转化有害组分为无害物或易于去除物质的一种方法。分为催化氧化法和催化还原法。 该法效率较高，无二次污染。（5）燃烧法 混合气体进行氧化燃烧或高温分解，使有害组分转化为无害物质的方法。分为直接燃烧法和催化燃烧法 不能回收任何物质，只能回收燃烧后的能量,2、SO2的净化方法,燃料脱硫 破坏燃料中的C-S 键，使有机硫变成简单的固体或气体的化合物，从燃料中分离出来。 烟气脱硫 湿法（即用液体吸收剂洗涤烟气，吸收所含的SO2） 氨法 钠碱法 钙碱法 干法（即用吸附剂或催化剂脱除废气中的SO2）。 活性炭吸附法 催化氧化法,3、 NOx的净

18、化方法,吸收法 常用的吸收剂有碱液（氢氧化钠、碳酸钠、氨水）、稀硝酸溶液和浓硫酸等。吸附法 常用的吸附剂有活性炭和沸石分子筛催化还原法 在催化剂的作用下，用还原剂（ H2 、 CH4 、 NH3、H2S、CO）将废气中的NOx还原为无害的N2和水。,三、汽车尾气净化方法,1、汽车排放的污染物 汽车尾气含有CO2、水蒸气、过剩的氧气和氮气，除此以外，还含有CO、碳氢化合物、NOx、SOx、醛、有机铅化合物、无机铅等多种有害物。2、汽车排气净化方法 控制方法有三种：燃料处理技术：对现有燃料的处理、采用代用燃料机内净化：改进发动机的燃烧方式，减少发动机内有害气体的生成。（电控汽油喷射、 稀薄燃烧、

19、改进点火技术）机外净化：利用装在发动机外部的净化设备，对排出的废气进行净化治理。主要方法是催化净化法，让未燃的烃类物质和CO继续燃烧生成CO2和水,催化净化法,一段净化法：利用氧化反应器，让未燃的碳氢化合物和CO继续燃烧生成CO2和水。二段净化法：利用两个催化反应器或在一个反应器中装入两段性能不同的催化剂，完成净化反应。废气先通过第一段催化反应器，利用废气中的CO将NOX还原为N2，从还原反应器中排出的气体进入第二段反应器，在引入空气的作用下，将碳氢化合物和CO继续燃烧生成CO2和水。三元催化法：在反应器中利用催化剂同时将碳氢化合物、CO和NOX净化的方法。,四、污染物的稀释法控制,采用烟囱排

20、放污染物，通过大气的输送和扩散作用降低“着地浓度”，使污染物的地面浓度达到规定的环境标准。特点： 本身并不减少排入大气的污染物量。,3-4 全球性大气环境问题,酸雨温室效应与全球变暖臭氧层空洞,一、酸雨,1、什么是酸雨？ pH值小于5.6的雨雪或其他各种形式的降水2、酸雨的现状与趋势 20世纪50年代，酸雨只在局部地区出现；60年代，北欧出现了酸雨；60年代到80年代初，酸雨范围由北欧扩大到中欧，北美也出现了大面积的酸雨区；80年代以后，世界各地相继出现了酸雨。 当前酸雨最集中、面积最大的地区是北欧、北美和中国。在我国，20世界80年代初，酸雨主要发生在重庆、贵阳为代表的西南地区。90年代中期

21、，迅速发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区，形成了华中、西南、华东、华南4大酸雨区，区域面积达到全国面积的40%左右。,两控区,包括175个地级以上城市和地区，总面积109万km2，其中酸雨控制区为80万km2；二氧化硫控制区为29万km2；两控区内总人口占全国人口的39，国内生产总值占全国的67。两控区面积占国土面积的11.4%，但是SO2排放量却约占全国排放总量的60%以上。,3、酸雨的危害有哪些？（1）使大片森林死亡，农作物枯萎。（2）使湖泊河流酸化，引起水生生物的死亡。（3）使土地贫瘠，农作物减产。 （4）酸雨还能加速建筑物和文物的腐蚀和风化过程（5）酸雨对人体的健康也有直

22、接和潜在的影响。,4、酸雨的形成（1）SO2的氧化途径途径一（催化氧化）：,途径二（光化学氧化）：,（2）NOx的氧化途径,途径二（NO氧化成HONO和HNO3）,途径一（NO氧化成NO2）：,（a）NO的氧化途径,（b）NO2的氧化途径,途径一（NO2转化成HNO3）,途径二（NO2转化为PAN和过氧硝酸HO2NO2）,（3）酸雨的形成 SO2和NOx等污染物在大气中经历了以上的复杂反应后,形成了硫酸、硝酸以及其他酸性成分。 这些酸性污染物可以被吸收到云内（云中致酸），云下的酸性污染物在降雨初期被雨水吸收（云下致酸）。 如果某地区局地源强，主要为云下致酸；局地源弱的地区，主要为云中致酸。,5

23、、缓解酸雨加剧的措施,（1）国际行动 控制长距离越境空气污染公约 -1979年11月，联合国欧洲经济委员会的环境部长会议在日内瓦举行，通过了该公约。1983年，欧洲和北美32个国家在公约上签字，公约生效。 赫尔辛基议定书 -1985年，联合国欧洲经济委员会的21个国家签署了，该议定书在1987年生效。该议定书规定到1993年底，各国需要将SO2排放量比1980年降低30%（2）控制措施 1）使用低硫燃料或改进燃烧装置； 2）烟气脱硫脱氮； 3）控制汽车尾气排放 4）使用清洁燃料、开发新能源和节能,二、温室效应加剧,1、什么是温室效应？2、温室效应加剧的危害3、缓解温室效应加剧的措施,1、什么是

24、温室效应？,包括CO2、CH4、N2O、臭氧（O3） CFCs（氯氟烃）等在内的温室气体就象一道无形的“玻璃墙”，虽然太阳的短波辐射可以顺利通过这道“玻璃墙”，但是，地面对太阳光的反射，是一种长波辐射，难以逾越“玻璃墙”，并被不断反射回来，使地球增温。,2、温室效应加剧的危害,（1）使气候带发生偏移，对陆地生态系统产生严重影响。 气候变暖会使生活在赤道的种群扩展到温带，温带物种向极地方向扩散，一些脆弱的生态物种在变化的环境中容易死去，引起物种多样性的减少。 尤其是生活在极地和高山地区的生物常成为受害最重的物种，寒冷地区的生物将逐渐灭亡，导致冻原生态系统则可能从北欧地区完全消失。,（2）引起冰山

25、融化，海平面上升。 全球海平面，在过去的百年里平均上升了14.4cm，我国沿海的海平面平均上升了11.5cm。 淹没许多沿海城市，造成大批世界性的生态难民。 使沿海城市土地盐碱化，不适于耕作，影响农业生产。（3）易于形成自然灾害，并引起疾病的流行。 会使海水温度升高，加快热气流的形成和飘移速度，易形成飓风、台风和其他风暴灾害。如“厄尔尼诺”现象的发生。 许多在潮湿气候下发生的疾病如：疟疾、霍乱、登革热等可能在部分地区蔓延。（4）使穷国和富国在农业上的差距加大.,2、温室效应加剧的危害,3、缓解温室效应加剧的措施,（1）国际行动气候变化框架公约 -1992年，在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发

26、展大会，大会通过了该公约。提出到20世纪90年代末发达国家温室气体的年排放量控制在1990年的水平。京都议定书该议定书是于1997年在日本京都由141个政府签订。根据该议定书，工业国家在20082012年的五年内将主要的温室气体的综合排放量减少到低于1990年6-10的水平；到2010年，温室气体排放量比1990年的水平低5.2%，其中,美国减少7%，欧盟减少8%，日本、加拿大等国减少6%，对发展中国家不设置新的限排义务。中国已于2002年8月核准了该议定书，成为第37个签约国。,该条约规定，必须有占全球温室气体排放量55%以上的至少55个国家和地区核准之后，才能成为具有法律约束力的国际公约。

27、2001年,美国-到目前为止世界最大的温室气体排放国(21%)退出该议定书。美国出尔反尔，令条约几乎变废纸，俄罗斯(17%)遂成为京都议定书的唯一希望。虽然俄罗斯近年立场摇摆不定，但最终于2004年11月签订条约，京都议定书才能于2005年2月16日生效。（2）控制方法 能源对策：节约能源，提高能源效率，改变能源结构 绿色对策：充分利用森林和植被调节温室效应 固碳对策：研究CO2的固定技术,3、缓解温室效应加剧的措施,三、臭氧层破坏,1、臭氧层破坏的原因 2、臭氧层破坏的危害 3、保护臭氧层的行动,1、臭氧层破坏的原因,（1）氟氯烃类物质（CFCs）： 如氟利昂，在阳光的照射下释放氯原子，氯原

28、子破坏臭氧层的平衡。 Cl + O3 ClO +O2 ClO +O Cl+O2 （2）甲基溴 ： 释放溴化物，对臭氧层造成破坏。臭氧层损耗的10%是由溴化物造成的。（3）氮氧化物（NOx） 平流层内超音速飞机排放的大量NOx NO + O3 NO2 +O2 NO2 +O NO+O2 （4）哈龙 属于卤代烷,主要用作灭火剂（5）N2O、CCl4、CH4,2、臭氧层破坏的危害,（1）使皮肤癌和白内障的发病率增加。 臭氧层从整体上减少10%，地球上的非黑瘤皮肤癌的发病率就上升26%，如果臭氧层的臭氧分子减少1%，世界白内障患者就增加150万人。,（2）影响地球的气象，加剧温室效应，危害农业生产。,（3）危及海洋浮游生物 的生存。 许多研究证实，若大气中臭氧减少10，将会使许多水生生物的幼体变畸率增加18，同时还可使浮游植物光合作用减少5左右。,（4）加速材料的降解和变质 加速建筑、喷涂、包装以及电线电缆等所用材料的降解和老化变质，尤其是聚合物材料的降解和老化。全球每年因此而受到的损失达数十亿美元。,