大氣污染控制篇基礎(chǔ)知識(shí)(工程師培訓(xùn)PPt).課件

1、1職業(yè)資格培訓(xùn)工程師級(jí)-大氣污染控制-基礎(chǔ)篇國(guó)家高等職業(yè)教育環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫第1頁，共26頁。2培訓(xùn)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫培訓(xùn)目錄 1 .大氣污染物基礎(chǔ)知識(shí)第2頁，共26頁。31 .大氣污染物1.1大氣污染物的定義通常是由于人類活動(dòng)或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，持續(xù)了足夠的實(shí)踐，并因此危害了人體的舒適健康和福利或危害了環(huán)境。1.2大氣污染物的類型按照其存在狀態(tài)氣溶膠狀態(tài)污染物：氣體狀態(tài)污染物：粉塵、煙、飛灰、黑煙、總懸浮顆粒含硫化合物、含氮化合物、碳氧化物、有機(jī)化合物、鹵素化合物第3頁，共26頁。4按照形成過程我國(guó)大氣污染物主要來源是大氣污染

2、主要來源是工業(yè)污染，而工業(yè)污染主要來源于鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)和電力行業(yè)。從全國(guó)范圍看，我國(guó)大氣污染仍以煤煙型污染為主，大氣污染物主要是煙塵和SO2；但由于城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量的劇增，一些大城市的大氣污染已呈現(xiàn)出以機(jī)動(dòng)車尾氣污染為主的趨勢(shì)。一次污染物：直接從污染源排入大氣的各種氣體、顆粒物質(zhì)等。二次污染物：某些一次污染物在大氣中與其他化學(xué)物結(jié)合而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的新的污染物。第4頁，共26頁。51.3大氣污染物的來源硫氧化物：主要是SO2，是目前大氣污染物中數(shù)量較大、影響范圍廣的一種 氣態(tài)污染物，幾乎所有工業(yè)企業(yè)都可能產(chǎn)生。它主要來自化石燃料的燃燒過程 ，以及硫化物礦石的焙燒、冶煉等熱過程?；鹆Πl(fā)電廠、

3、有色金屬冶煉廠、硫 酸廠、煉油廠以及所有燒煤或油的工業(yè)爐窯等都排放SO2煙氣。第5頁，共26頁。6氮氧化物：用NOx表示，主要是NO、NO2。NO由燃料燃燒直接生成，其毒性不大，但進(jìn)入大氣后可以被緩慢的氧化成NO2，當(dāng)大氣中有O3等強(qiáng)氧化劑存在時(shí)，或在催化劑的作用下，其氧化速度會(huì)加快。當(dāng)NO2參與大氣中的光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧后，其毒性更強(qiáng)。人類活動(dòng)產(chǎn)生的NOx，主要來自火力發(fā)電廠、各種窯爐、機(jī)動(dòng)車和采油機(jī)的排氣，其次是硝酸生產(chǎn)、硝化過程、炸藥生產(chǎn)及金屬表面處理等過程。第6頁，共26頁。7環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫培訓(xùn)資源碳氧化物：CO和CO2是各種大氣污染物中發(fā)生量最大的一類污染物

4、，主要來自燃料燃燒和機(jī)動(dòng)車排氣。CO是一種窒息性氣體，在城市冬季采暖季節(jié)或在交通繁忙的十字路口，當(dāng)氣象條件不利于排氣擴(kuò)散稀釋時(shí)，CO的濃度有可能達(dá)到危害人體健康的水平。 CO2是無毒氣體，但當(dāng)其在大氣中的濃度過高時(shí)，使氧氣含量相對(duì)減小，對(duì)人產(chǎn)生不良影響。地球上CO2濃度的增加，能產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”，迫使各國(guó)政府開始實(shí)施控制。有機(jī)化合物：種類很多，其中包括碳?xì)浠衔铮N類、芳香烴等）、含氧有機(jī)物（醇、醛、酮、酸、醚）以及含有鹵素的有機(jī)物（例如氯仿、三氯乙烯等）。較低分子量的有機(jī)化合物極易揮發(fā)到大氣中，因此這些有機(jī)化合物又稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）。VOCs主要來自化工、石油化工、石油煉制、機(jī)

5、動(dòng)車和燃料燃燒排氣以及輕工生產(chǎn)等，其他來源也非常廣泛，如油漆涂料和溶劑、黏合劑等等。7第7頁，共26頁。81.4大氣污染物的影響及危害（1）對(duì)人體健康的影響顆粒物：取決于顆粒物的濃度和在其中暴露的時(shí)間。影響上呼吸道感染、心臟病、支氣管炎、氣喘、肺炎、肺氣腫等疾病。暴露在合并有其它污染物（如SO2）的顆粒物中所造成的健康危害，要比分別暴露在單一污染物中嚴(yán)重得多。硫氧化物：人類及其他動(dòng)物對(duì)SO2的反應(yīng)是支氣管收縮?？諝庵蠸O2濃度在0.5ng/m3以上，對(duì)人體健康已有潛在影響，13ng/m3時(shí)多數(shù)人開始受到刺激，10ng/m3時(shí)刺激加劇，個(gè)別人還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的支氣管痙攣。與顆粒物和水分結(jié)合的硫氧化物

6、是對(duì)人類健康影響非常嚴(yán)重的公害（如著名的倫敦?zé)熿F事件）。當(dāng)大氣中的SO2氧化形成硫酸和硫酸煙霧時(shí)，其毒性是SO2的420倍。8第8頁，共26頁。99一氧化碳：高濃度的CO能夠引起人體生理上和病理上的變化，甚至死亡。CO是一種能奪取人體組織所需氧的有毒吸入物。CO與血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白，由于血紅蛋白與CO的親和能力大約為對(duì)氧的親合力的210倍，因而COHb的直接作用是降低血液的輸氧能力。CO達(dá)到一定濃度時(shí)，大多數(shù)人感覺眩暈、頭痛和倦怠，甚至死亡。氮氧化物：NO的毒性僅為NO2的1/5。NO2對(duì)呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激作用，會(huì)迅速破壞肺細(xì)胞，可能是哮喘病、肺氣腫和肺癌的一種病因。NOx與碳?xì)浠?/p>

7、合物混合時(shí)，在陽光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成的光化學(xué)氧化劑，危害更加嚴(yán)重。第9頁，共26頁。10光化學(xué)氧化劑：氧化劑、臭氧（O3）、過氧化乙酰硝酸酯（PAN）、過氧苯酰硝酸酯（PBN）和其它能使碘化鉀的碘離子 氧化的痕量物質(zhì)，都稱為光化學(xué)氧化劑。臭氧和PAN以最高的濃度存在。氧化劑（主要是PAN和PBN）會(huì)嚴(yán)重的刺激眼睛，當(dāng)它和臭氧混合在一起時(shí)，它們還會(huì)刺激鼻腔、喉，引起胸腔收縮，在濃度高達(dá)3.90 mg/m3時(shí)，就引起劇烈的咳嗽和注意力不能集中。 有機(jī)化合物：有很多有機(jī)化合物是可疑的致變物和致癌物，包括鹵代烷烴、氯烯烴、氯芳烴、芳烴、氧化產(chǎn)物和氮化產(chǎn)物等。特別是多環(huán)芳烴（PAH）類，大多數(shù)有致

8、癌作用，其中苯并a芘是強(qiáng)致癌物質(zhì)。苯并a芘主要通過呼吸道侵入肺部，并引起肺癌。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，肺癌發(fā)病率與大氣污染、苯并a芘含量有顯著的相關(guān)性。 第10頁，共26頁。1111（2）對(duì)植物的傷害 大氣污染對(duì)植物的傷害，通常發(fā)生在葉子結(jié)構(gòu)中。最常遇到的毒害植物的 氣體是：二氧化硫、臭氧、PAN、氟化氫、乙烯、氯化氫、氯、硫化氫和氨。（3）對(duì)器物和材料的影響大氣污染對(duì)金屬制品、油漆涂料、皮革制品、紙制品、紡織品、橡膠制品和建筑物的損害也是很嚴(yán)重的。這種損害 包括玷污性損害和化學(xué)性損害兩個(gè)方面。 （4）對(duì)大氣能見度和氣候的影響大氣污染最常見的效應(yīng)是大氣能見度降低。大氣污染對(duì)氣候產(chǎn)生的影響越來越受到重視，

9、如CO2等溫室氣體引起的溫室效應(yīng)、SO2、NOx排放產(chǎn)生的酸雨、氟氯烴等的排放破壞臭氧層等。大氣污染對(duì)全球氣候變化的影響，已是全人類共同面臨的環(huán)境問題。第11頁，共26頁。121.5 煤的脫硫技術(shù) 燃前脫硫技術(shù)：通過物理或物理化學(xué)方法將煤中的含硫礦物和矸石等雜質(zhì)除去以提高煤質(zhì)量并加工成滿足不同需要的商品煤的工藝過程。物理方法 濕法：跳汰選、重介 選、浮游選煤等干法 化學(xué)方法：氧化脫硫、選擇性絮凝、化學(xué)破碎法等 生物方法：堆積浸慮法、空氣攪拌式浸出法、表面氧化法等第12頁，共26頁。131.6煤的潔凈燃燒技術(shù)煤的組成：煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體，構(gòu)成有機(jī)高分子的主要是碳、氫、氧、氮等元素。煤中存在的

10、元素有數(shù)十種之多，但通常所指的煤的元素組成主要是五種元素、即碳、氫、氧、氮和硫。影響煤燃燒過程的主要因素：足夠的空氣量足夠高的燃料溫度燃料與氧氣在爐膛內(nèi)高溫區(qū)停留足夠的時(shí)間燃料與氧氣的充分混合（“三T”因素）。 如果燃燒條件不滿足，則導(dǎo)致不完全燃燒，產(chǎn)生黑煙、CO2、H2O污染氣體。第13頁，共26頁。14燃中固硫技術(shù)：一般有兩種途徑，一是潔凈型煤或潔凈配煤技術(shù)，一般可以減少二氧化硫排放40%-60%；二是采用循環(huán)流化床燃燒脫硫技術(shù)，脫硫率可達(dá)80%-90%。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)：煤進(jìn)入有壓力的氣化爐中，與氧氣和水蒸汽反應(yīng)產(chǎn)生粗煤氣，除去粉塵和氣態(tài)污染物后，送入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。煤炭的轉(zhuǎn)化：將固

11、態(tài)的煤轉(zhuǎn)化成氣態(tài)或液態(tài)的燃料，即煤的氣化和液化。在轉(zhuǎn)換的過程中可以將大部分的硫去除。第14頁，共26頁。151.7大氣污染物的擴(kuò)散主要?dú)庀笠貧鉁氐拇怪狈植迹簹鉁仉S高度遞增、氣溫隨高度遞減、氣溫隨高度基本不變 大氣穩(wěn)定度：穩(wěn)定、中性、不穩(wěn)定重要影響因素當(dāng)大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，煙氣擴(kuò)散迅速；當(dāng)大氣處于強(qiáng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，煙氣不易擴(kuò)散，污染物聚集地面，造成嚴(yán)重污染；風(fēng)速、風(fēng)向：一般來說，污染物在空氣中的濃度與污染物的排放總量成正比，與平均風(fēng)速成反比。 大氣湍流：湍流越強(qiáng)，污染物的稀釋擴(kuò)散速率越快，大氣污染物的濃度越低。15風(fēng)對(duì)污染物濃度分布的影響：整體輸送作用；污染物的沖淡稀釋作用 第15頁，共26頁。

12、1616下墊面的影響城市下墊面：“熱島效應(yīng)”地形：丘陵、山地水陸交界區(qū)：海陸風(fēng)：如果盛行風(fēng)和海風(fēng)方向相反，則靠近岸邊低矮的煙流受該逆溫層頂蓋的控制，污染物不易擴(kuò)散。水陸風(fēng)：活動(dòng)范圍和強(qiáng)度比海陸風(fēng)小。第16頁，共26頁。17。171.8大氣擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式 適用于均一的大氣條件以及地面開闊的平坦地區(qū)。 第17頁，共26頁。式中：C任意點(diǎn)的污染物濃度，mg/m3或g/m3； q源強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)污染物排放量，mg/s或g/s； 側(cè)向擴(kuò)散系數(shù)，污染物在y方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是距離X的函數(shù)； 豎向擴(kuò)散系數(shù)，污染物在z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是距離x的函數(shù)； 排放口處的平均風(fēng)速，m/s； H煙囪的有效高度

13、，簡(jiǎn)稱有效源高，m； x污染源排放點(diǎn)至下風(fēng)向上任一點(diǎn)的距離，m； y煙氣的中心軸在直角水平方向上到任意點(diǎn)的距離，m； z從地表到任一點(diǎn)的高度，m。第18頁，共26頁。19高斯模式的有關(guān)假定 四點(diǎn)假設(shè) 1、污染物濃度在y、z軸上的分布符合高斯（正態(tài)分） 2、在整個(gè)空間中風(fēng)速是遠(yuǎn)均勻的、穩(wěn)定的； 3、污染源強(qiáng)是連續(xù)均勻的； 4、在擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的（污染物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，地面對(duì)其起反射作用，不發(fā)生吸收和吸附作用）；第19頁，共26頁。201.9煙囪高度的設(shè)計(jì)有效源高的計(jì)算：煙囪的有效高度簡(jiǎn)稱有效源高。由于煙氣的抬升作用，相當(dāng)于煙囪的幾何高度增加了。因此，煙囪的有效高度等于煙囪的幾何高

14、度與煙氣的抬升高度之和。若用H表示煙囪的有效高度， Hs表示煙囪的幾何高度， H表示煙氣的抬升高度，則：H = Hs + H 其中，煙氣抬升高度可按中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的公式：當(dāng)QH2100kW和（TsTa）35K時(shí)：式中：n1,n2,n3系數(shù)，按表格查?。?Pa大氣壓力，hPa，取鄰近氣象站年平均； Qv實(shí)際排煙量，m3/s。第20頁，共26頁。2121QH2093.5kW和（TsTa）35K時(shí):煙囪高度設(shè)計(jì)原則 確定煙囪高度時(shí)既要滿足大氣污染物的稀釋要求，又要考慮節(jié)省投資，最終 的是保證地面濃度不超過環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。煙囪設(shè)計(jì)要求可參照煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50051-2013）中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)

15、。煙囪高度設(shè)計(jì)方法目前應(yīng)用最普遍的是按高斯模型的簡(jiǎn)化公式。由于對(duì)地面濃度的要求不同，用煙囪高度的計(jì)算方法有：（1）地面最大允許濃度計(jì)算法（2）P值法（3）按一定保證率計(jì)算法第21頁，共26頁。22（1）按地面最大允許濃度計(jì)算法該法是保證污染物的地面最大濃度不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)淮規(guī)定的濃度限值來確定煙囪的高度。設(shè)國(guó)家大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的污染物濃度為Co，該地區(qū)的背景濃度為C b，在設(shè)計(jì)煙囪高度下，排放污染物所生的地面最大濃度為CmaxCoCb，根據(jù)污染物地面 濃度的高斯模式，則煙囪的最低高度可由下式求得：22第22頁，共26頁。23按地面絕對(duì)最大濃度計(jì)算法地面最大濃度高斯模式是在風(fēng)速不變的情況下

16、導(dǎo)出的，實(shí)際上風(fēng)速是變化的，風(fēng)速對(duì)地面最大濃度Cmax有雙重影響，增大時(shí)，Cmax減小，而增大時(shí)，拾升高度H減小，Cmax反而增大，這兩種相反作用的結(jié)果，定會(huì)在某一風(fēng)速下出現(xiàn)地面最大濃度。地面最大濃度極值稱為絕對(duì)地面最大濃度，此時(shí)的風(fēng)速稱為危險(xiǎn)風(fēng)速，以c表示。一般煙流抬升公式可簡(jiǎn)化為HB（式中B為抬升高度公式中除以外一切量的計(jì)算值）。按保證地面絕對(duì)最大濃度不超過環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)推規(guī)定的濃度限值Co，可得到另一煙囪高度計(jì)算式：23第23頁，共26頁。24（3）按P值法按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T13201-91中規(guī)定的氣態(tài)污染物和電站煙塵排放源允許排放量計(jì)算式。即可得到按點(diǎn)源排放控制系數(shù)P計(jì)算煙囪高度的式： 24第24頁，共26頁。251.10大氣擴(kuò)散與廠址選擇的關(guān)系1選址所需要的氣候資料（1）