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： 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； 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。? 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 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。” 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。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。 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。在大气污染控制工程中，主要的研究对象是人工污染源。 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。 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。 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。 三、大气污染的分类 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。 （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。 （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。 （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。 （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。 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。 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。 （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。 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2.10×108t，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C0 2。 （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。? 第五节 大气污染的防治途径 一、我国大气污染治理现状 如前所述，我国的大气污染现状主要是由能源结构决定的，以煤为主的我国能源政策在今后的相当长的时期内不会改变。因此，煤烟型的大气污染是我国大气污染的主要特征，烟尘、S02及N0x为主要污染物。随着我国经济的持续增长，能源消耗量还将继续增长，因此大气污染的治理是一项长期持久的重要任务。 通过上述一系列有效措施，我国的工业废气的治理已经取得了明显的成果，万元产值的排污量大幅度下降，一些地区的大气污染得到控制或缓解，但仍然存在许多问题，主要有：①除一部分新建和扩建企业达到20世纪90年代世界水平外，大部分老企业和乡镇企业的生产技术落后、设备简陋、能源和原料消耗高、废气排放量大，治理的难度很大；②资金不足，不能提供足够的资金用于工业废气治理，有害气体的处理率低；③许多废气治理设施由于技术不过关或企业不愿使用等原因，开工率和运转率低，甚至搁置不用。 大气污染的控制和治理是环境保护的一部分。要改善大气环境质量，就要强调环境的整体性，协调环境保护与经济发展的关系，加强环境管理，通过法规、经济和能源等政策的实施，以及发展大气污染控制工程技术，实现大气污染防治的目的，主要包括综合防治、发展大气污染控制工程技术和制定控制污染物的排放等措施。 ?二、大气污染的综合防治 1. 大气污染的综合防治的原则 一般区域的大气污染综合防治，是相对于单个污染源治理而言。 大气污染综合防治遵循的原则如下： （1）推行清洁生产，控制污染源头。联合国环境署对清洁生产的定义是：清洁生产是指将综合预防的环境策略持续应用于生产过程和产品之中，以期减少对人类和环境的风险。 （2）合理利用环境自净能力与人为措施相结合。 （3）综合防治与分散治理相结合。 （4）按功能区实行总量控制。 （5）技术措施与管理措施相结合。 3. 大气污染的综合防治措施 大气污染控制的内容非常丰富，具有综合性和系统性，涉及环境规划管理、能源利用、污染防治等许多方面。由于各地区(或城市)的大气污染特征、条件以及大气污染综合防治的方向和重点不尽相同，难以找到适合一切情况的综合防治措施，因此需要因地制宜地提出相应的对策。根据上述原则，一般的大气污染控制措施大致可以概括为以下几个方面。 （1）全面规划、合理布局或调整工业结构。 （2）严格的环境管理体制。运用法律、行政、经济和科学技术等环境管理措施，把社会经济建设和环境保护结合起来，使环境污染得到有效控制。 （3）综合利用，提高资源利用率。 （4）合理利用能源。能源利用是造成大气污染的来源，合理利用能源是从根本上减小大气污染物排放的方向。通常采取的措施包括： 1）改变常规能源结构和用能方式。煤炭为我国的第一能源，煤的燃烧产物是大气的主要污染物。因此努力提高常规能源中石油、天然气、水能等的比例，将有助于减轻大气污染。在用能方式方面，提倡城市集中供热，减轻分散、低效率的小型锅炉对大气的严重污染。 2)采用先进的清洁煤技术。 3）节约能源。 4）开发清洁能源。为了同时解决能源短缺和大气污染问题，在大力节能的同时要积极开发可再生、无污染的清洁能源，如：太阳能、风能、水能、地热能、海洋能、潮汐能等等。 5）控制污染源头和废气排放。控制污染源头的措施有，推行清洁生产，合理利用能源，改进产品和生产工艺，严格操作过程，尽可能减少生产过程中的污染物。利用工程技术控制废气排放的措施有两各方面：①安装除尘净化装置。②高烟囱排放。 6）构建绿色生态系统。绿化造林不仅能够美化环境，而且能调节气候、保持水土、防风固沙、净化大气、降低噪声。 ?三、大气环境标准 大气环境标准是为了维护生态平衡，保护人体健康，控制和改善大气质量，制定的大气环境中污染物的最大容许含量和污染源排放污染物的数量及浓度的技术规范，按用途可分为大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准、大气污染警报标准等。 1. 大气环境质量标准 大气环境质量标准是大气环境中污染物质的最大容许浓度的法定限制。它是环境管理的目标和手段，是评价大气环境质量，制定大气污染排放标准和防治大气污染规划的依据。标准制定的原则首先是为保障人体健康和维护生态系统平衡，其次要考虑平衡实现标准的经济代价和所取得的环境效益之间的关系，以及不同区域功能、生态结构和技术经济水平等的差异性。 标准还规定了各项污染的监测分析方法。 2. 大气污染物排放标准 为了保证实现大气环境质量标准的指标，必须对污染物的排放进行控制，制定污染物的排放标准，其制定原则与大气环境质量标准相同。 我国最新制定和目前仍在执行的大气污染物排放标准主要有：①大气污染物排放标准(GBl6297—1996)；②锅炉大气污染物排放标准(GWPB3—1999)；⑧工业炉窑大气污染物排放标准(GB9078—1996)；④火电厂大气污染物排放标准(GBl3223—1996)；⑤水泥厂大气污染物排放标准(GB 4915—1996)；⑥炼焦炉大气污染物排放标准(GB16171—1996)；⑦恶臭污染物排放标准(GB14554—93)；⑧汽车大气污染物排放标准 (GB14761.1～14761.7—93)、摩托车排气污染物排放标准(GB 14621—93)；⑨危险废物焚烧污染控制标准(GWKB2—1999)；⑩生活垃圾焚烧污染控制标准(GWKB3—2000)等，可查阅相关文件。 第四节 大气污染控制的基本方法 废气排放控制系统： 1.污染物的捕集 2.颗粒污染物的控制 3.气态污染物的控制 4.污染物稀释法的控制