大气污染控制工程：大气污染控制工程

一,课程在培养计划中的作用
?, 大气污染控制工程, 是高等院校环境工程专业
的主干学科，本科生专业必修课之一。本课程系
统地讨论大气污染控制工程的基本知识，大气污
染气象学基础知识，大气污染防治技术的基本理
论、基本概念、基本原理、主要设备和典型工艺
等。培养学生分析和解决大气污染控制工程问题
的基本能力,结合课程实验和毕业设计等教学环节,
为学生毕业后从事大气污染控制工程设计,技术管
理等工作奠定必要的基础。
课程内容的先进性、实用性和特色
? 本课程内容深度和广度适中，适时增加本
学科最新成果和发展趋势，并结合实际问
题有重点的引导学生理论联系实际，体现
学科的前瞻性和实用性。力争使学习者形
成惯性思维、产生创造性构思，其特点是
面向二十一世纪社会对环保技术人才的需
要，满足国家教委环境工程专业教学指导
委员会, 大气污染控制工程, 课程的要求。
课程内容、学时分配及教学基本要求
? (一 ) 基本要求
– 了解大气污染物及其主要污染源,大气环境标准及综合
防治措施。
– 了解大气污染与燃烧的关系。
– 了解大气污染与气象的关系,初步学会大气污染物浓度
分布和烟囱设计的估算方法。
– 基本掌握除尘技术的基本理论,学会正确选用除尘设备、
设计除尘系统。
– 基本掌握气态污染物净化的基本原理,主要污染物的典
型净化工艺流程和设备。
– 基本掌握设计、选择和运行大气污染净化系统。
课程对实践环节及课外作业的要求
? 配合本教学内容,安排了课程设计和课程实验,内容如下,
? 1,主要实验名称、学时及类型
? ① 文丘里 —旋风水膜除尘器的除尘模拟实验 4学时 综
合性
? ② 干法脱硫实验,4学时 验证性
? ③ 粉尘真密度的测定 4学时 性能测试
? ④ 粉尘粒径分布的测定 4学时 定性和定量
? ⑤ 气态污染物的吸收净化实验 4学时 综合性
? 可根据实验条件适当增减部分内容。
? 2,课程设计
? 内容, 某企业烟气净化系统的设计
? 工作量, 设备图、系统布置图各一套 (要求用 CAD制图 );设
计说明书一份。
说 明
? 1、本大纲为环境工程专业本科生编写，在内
容选择上注重理论与实际的结合，拟讲授 70学
时，可根据授课对象酌情增减部分内容。
? 2、授课过程中的重点、难点和大气污染控制
技术的最新动态分别采用多媒体课件和投影仪
教学。
? 3、要求学生在本课程学习过程中随时阅读国
内外有关的公开发表期刊,撰写并提交一篇学术
论文。
主要参考书及建议的资料
? 1.蒲恩奇,, 大气污染治理工程,,北京,高等教育出版
社,1999年,
? 2,林肇信,,大气污染控制工程,,北京,高等教育出版
社,1990年,
? 3.郝吉明,, 大气污染控制工程,,北京,高等教育出版
社,1989年,
? 4.大气污染防治技术研究,科学出版社
? 5.AIR POLLUTION CONTROLL
? 6.任爱玲,蒲恩奇,,大气污染治理工程习题集,,河北科
技大学出版。
? 7.任爱玲,郑自保,,环境工程实验指导书, 河北科技大学
出版。
? 8 郭静，阮宜纶,,大气污染控制工程,, 化学工业出版
社。
第一章 概 论
? 讲授内容：
? 大气圈的构成及大气组成
– 大气圈（各层特点）
– 大气组成（恒定组分、可变组分、不定组分）
? 大气污染的形成
– 大气污染的含义
– 大气污染源的分类
– 一次污染物和二次污染物
– 重要的大气污染物（ CO,NOx,SOx,HC,dust,Mist等）
? 大气的危害
? 大气污染与气象的关系
– 大气污染气象学的研究状况
– 影响大气污染的气象因子（动力因子、热力因子）
? 大气污染的状况
? 大气污染防治途径
? 大气污染质量控制标准
第一章 概 论
? 空气的重要意义：
? 人是完全靠空气生存的，成年人平均每天约需１ Kg粮食和
2Kg水，但对空气的需求就大得多，每天约 13.6Kg（合
10m3）。若三者都断绝供应，引起死亡的首先是空气，
要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸
入肺部，通过血液遍布全身，对人体健康直接产生危害。
大气污染对人的影响不同于土壤和水的污染，它不仅时间
长且范围广 （较多是地域性的，也有全球性的）。地球
上发生的八大“公害事件”，其中五起是因大气污染造成
的。当然，空气污染的原因不只是人类的活动，还有像森
林、火灾和火山爆发一类的天然事件。不过后者通常在空
气污染中起次要作用。本章仅讨论有关认为污染方面的问
题，并简略介绍一些控制污染的技术措施。
§ 1-1 大气圈的构成及大气组成
? 大气圈
? 随地球引力而转的大气层叫大气圈。大气圈的最外层
的界限是很难确切划分的，但大气也不能认为是无限
的。在地球场内受引力而旋转的气层高度可达
10?000Km。有的学者就以 10?000Km作为大气圈的最
外层。一般情况下认为，从地球表面到
1?000~1?400Km的气层作为大气圈的厚度，超出
1?400Km以外气体非常稀薄，就是宇宙空间了。
? 大气圈中的空气分布是不均匀的，海平面上的空气最
稠密。在近地层的大气层里，气体的密度随高度的上
升而迅速的变稀。但是在 400~1?400Km大气层里空气
是渐渐变稀薄的。大气圈的总质量约为 6000万亿吨，
约为地球质量的百万分之一。
A,大气的构造：
? 根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直
高度上的温度变化，划分大气圈层的结构
如下：
星际空间
外层（散逸层）
星际空间
中间层
非均质层
平流层
地球
对流层
约 20 00 K m 以上
800 ~ 10 00 K m
80 ~ 85 K m
50 ~ 65 K m
12 K m ( 平均 ) 赤道地区为 18 K m
均质层
原子氧层
分子氮层
热层（电离层）
B．大气层的特点：
? 对流层,１）相对于整个大气圈厚度而言很薄，按最厚处
计，占总厚度的６－ 9%,其质量占总质量的 75%。在这一
层中除了有纯净的干空气以外，还含有一定量的水蒸气，
适度的湿度度对人和动植物的生存起到重要的作用。
? ２）一般情况下，温度自地表面向高空递减，
0.65℃ /上升 100米。
? 在对流层中，由于太阳的辐射以及下垫面特性和
大气环流的影响，使得在该层中出现极其复杂的自然现象，
有时形成易于扩散的气象特征，有时形成对生态系统产生
危害的逆温气象条件，雨、雪、霜、雾、雷电等自然现象
也都出现在这一层。
? ３）大气有较强的对流运动，大气污染也主要发生在
这一层，特别是在靠近地面 1-2Km的近地层更易造成污染。
近地层大气污染物的扩散能力主要取决于当时的气象条件。
? ４）温度、湿度等各气象要素水平分布不均匀。
? 平流层,１）在这一层里气体的温度先随高度上升有缓慢
的增加 [在 30-35Km处,T=-55℃ ]，
? 然后上升（气温）较快。这是因为在该层中的臭氧强烈吸
收太阳紫外线所致。
? ２）几乎不存在水蒸汽和尘埃，一般处于平流运动。
? ３）大气很干燥，没有云、雨等现象，是飞机理想的
飞行区域。
? 中间层,气温随高度增加迅速降低，有强烈的垂直对流运
动。
? 电离层,气温随高度增加迅速上升，空气处于高度电离状
态，发电报是靠这层反射回来。
? 散逸层,气体温度很低，气体粒子能克服地球引力而逸向
星际空间。星际空间内每 m3空间有数十个离子存在。
? 研究重点,对流层，平流层
2.大气组成
? 大气的定义,
? 大气（空气）从自然科学角度来看，空气和大气常
常作为同义词，二者没有实质性的差别。按国际标
准化组织（ ISO）给大气和空气下的定义,大气是
指地球环境周围所有空气的总和。环境空气是指暴
露在人群、植物、动物和建筑物之外的室外空气。
但在研究近地层的空气污染规律及对空气质量进行
评价时，为便于说明问题，有时两个名词分别使用。
一般对于居住在室内或特指某个地方（如车间、厂
区等）供动植物生存的气体习惯上称为空气 。在大
气物理、大气气象、自然地理以及环境科学研究中，
常常是以大区域或全球性的气流作为研究对象，因
此，就常用大气一词。
大 气 的 组 成
? 大气是一个多种气体的混合物，由混合气体、水气和悬
浮微粒组成，可分为：
? 恒定组分, O2(20.95%),N2(78.09%)、氩（ 0.93%）、
惰性气体。上述组分的比例在地球表面上任何地方几乎
是可以看作不变的。
? 表 1-1,P1 干洁空气的组成。
? 可变组分, CO2、水蒸汽,O3这些组分在大气中的含量
是随季节、气象的变化以及人们的生产、生活活动的影
响而发生变化。
? 不定组分,
? 第一环境问题引起的：由自然界的火山爆发、森林
火灾、海啸、地震等暂时性灾难所引起的。污染物有尘
埃,S,H2S,SOx, NOx等。
? 第二环境问题引起的。
§ 1-2 大气污染
? 1.大气污染的含义：
? 国家标准组织定义（ ISO）定义：
? 指自然界中局部的职能变化和人类的生
产和生活活动改变大气圈中某些原有成
分和向大气中排放有毒害物质，以致使
大气质量恶化，影响原来有利的生态平
衡体系，严重威胁着人体健康和正常工
农业生产，以及对建筑物和设备财产等
的损坏,
2.大气污染源的分类
? 有四种分类法
– 按污染源存在形式：固定污染源、移动污染源；
– 按污染源排放方式：高架源、面源、线源；
– 按污染源排放时间：连续源、间断源、瞬时源；
– 按污染源产生类型：工业污染源、家庭炉灶、汽车排
气。
? 进行大气质量评价适宜用第一种分法，研究扩散
适宜用第二种分法，分析污染物排放时间规律适
宜用第三种分法，解决污染物，控制污染物适宜
用第四种分法。
3．一次污染物和二次污染物
? 一次污染物：指直接从各类污染源排出的物质。
? 可分为：非反应物质，其性质较稳定；反应性物质，性质
不稳定，在大气中常与某些其它物质产生化学反应或作为
催化剂促进其它污染物产生化学反应。
? 二次污染物：反应性的二次污染物与大气中的其它组分反
应形成的物质。如二次污染物硫酸烟雾（又称硫酸气溶胶）
形成过程。
? 往往二次污染物比一次污染物的危害大得多 。
往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。
? ? ? ? 气溶胶催化或光化学反应 ??????? ????? ???? ????????? ?? ??? OHSOHsosonmOHOH OHSOHSOHSOSO 2423222 2424232
往往二次污染物比一次污染物的危害大得多。
4．主要大气污染物
? 按其存在状态可概括为气溶胶状污染物和
气态状污染物。
? （ 1）气溶胶状污染物
? （ 2）气态状污染物
(1)气溶胶状污染物
? 分类, 气溶胶中 0.1—1μm 微粒
? 烟 0.1—1μm 降尘（ >10μm）
? 尘 10—100μm 飘尘（ <10μm）
? 雾 1—10μm TSP <100μm 的颗粒
? 危害：①引起呼吸道疾病；②致癌作用；
③造成烟雾事件（硫酸等,SO2之所以在大
气中造成危害是由于大气中微尘带有一些
Mn2+,Fe2+等催化剂使
?
4232
22 SOHSOSO en FM ?????? ?? ??,
（ 2）气态状污染物
? 常见的有,CO,NOx,HC化合物,SOx、微粒、
光化学烟雾等
? 粉尘（钢铁厂、冶炼厂、水泥厂、建筑材料厂等）；
? 硫化物（民用炉、热点站、金属冶炼、硫酸厂）；
? 氮化物（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂）；
? 氧化物（ CO,CO2）；
? 卤化物（氟化物、氯化物、制碱厂）；
? 有机物质的污染。
? 1） CO 占总污染量的 30%
? 主要来源：汽车排气占 50%
? 危害：与血红蛋白结合危害人体，排量多
会使空气中 O2量降低。
? 2） NOx,NO,NO2
? 本身含氮变成游离氮原子和氧作用（燃料 NO）
? 来源：①石化燃料的燃烧
? 高温下，大气中的氮和氧结合（热解 NO）
? NOx生成量与燃烧温度有关
? ②各种工业过程（硝酸厂、氮肥厂、炸药厂等）
? 危害：①光化学烟雾的主要成分；
? ②对动植物体有强的腐蚀性。
? 3）碳氢化合物（ HC）
? 来源：燃料燃烧不完全排放 HC化合物，汽车尾气中有
10%HC化合物。美国 70年
? 统计，在总 HC尾气中，汽车排气占 48%。
? 危害,光化学烟雾的主要成分。
? 4）硫氧化物
? 来源,①燃料燃烧；
? ②有色金属冶炼；
? ③民用燃烧炉灶。
? SO2浓度,3.5%以上 高浓度烟气
? 3.5%以下 低浓度烟气
? 危害,①产生酸雨；②腐蚀生物的机体；③产生
化学烟雾。
? 硫酸烟雾的代表事件：伦敦烟雾事件
? 6）其他有害物质（石棉、铍、汞）
? 7）光化学烟雾
? 光化学烟雾早在 1946年最早在洛杉矶发现，
故又叫“洛杉矶烟雾”。这种烟雾经常发
生在夏季和早秋季节，每次事件给人造成
很大的灾难。
? 大气中的一次污染物如汽车、工厂等排放
的燃烧生成物和未燃烧物质经过太阳光的
照射，各种污染物之间发生反应形成二次
污染物 ——烟雾，被称为光化学烟雾。
§ 1~3 大气污染的危害
? 大气污染物侵入人体途径,①表面接触；②食入
含有大气污染物的食物；③吸入被污染的空气。
? 危害：
? ①人体健康危害
? ②对植物的危害：叶萎缩、枯烂、吸入到果实中。
? ③局部气候的影响
? ④对金属制品、油漆、涂料、建筑、古物等的危害（重
庆 长江大桥的桥梁）
? ⑤对臭氧层的破坏
§ 1~4 大气污染与气象的关系
? 大气污染可看作是污染源所排放出的污染物和对
污染物起着扩散稀释作用的大气，以及承受污染
的物体三者相互关联所产生的一种效应。一个地
区的大气污染情况是与该地区的污染源所排放出
的污染物总量有关的。这个总量是不因气象条件
的影响而发生变化的。但是，排放出的污染物的
浓度在时空分布上却是受到气象条件的控制。由
于气象条件的不同，污染物作用于承受者的污染
程度也就不一样。近几十年来，世界上发生了多
次大气污染事件，每次污染事件都是在一定地形
和一定气象条件下发生的。
§ 1-5．大气污染防治途径
? 一,要搞好大气污染的防治，必须掌握大
气环境污染的特征。
? （ 1）我国大气环境的特征：
– 普遍受到尘,SO2为主的烟煤型污染；
– 在大城市或特大城市要注意 NOX的污染来源：
主要是汽车；
– 酸雨；
– 局部地区的污染：如氧化物：包头、抚顺、
昆明等；铅：沈阳、广州、长春、上海等。
? （ 2）大气污染的特征：
? 污染物微量（百万分之一计算），浓度用
ppm,mg/m3计算；
? 污染物量变化（风经常影响其浓度）；
? 污染物质变化（如 NOX和有机物在光的作用
下会产生 O3、甲醛（ PAN） 3等。
二, 大气污染防治技术
? （ 1）颗粒状污染物
? 除尘净化技术，包括：
? 重力沉降；
? 旋风除尘；
? 袋式除尘；
? 过滤法；
? 湿式除尘；
? 静电除尘等。
?
（ 2）气态污染物的净化
? 吸收法；
? 吸附法；
? 催化氧化；
? 催化还原；
? 生物净化；
? 电子束照射；
? 燃烧法；
? 冷凝法；
? 膜分离技术等。
三．大气污染的控制途径
? 控制污染源，改革工艺，合理的工业布局
? 优化、改善能源结构
? 积极采用清洁生产工艺
? 控制污染源之后的排放的污染物，应用各种各样的治理技
术
? 可持续发展，走综合防治的途径，
? 综合防治的含义：从全局出发，综合考虑生产
生活等方面的诸因素，围绕经济社会发展目标，
运用多科学、多途径、多种手段进行防治，达
到经济效益和环境效益的统一。
综合防治的基本原则
? 1）防与治相结合，以防为主。
? 2）回收资源与净化处理相结合，以回收资
源为主
? 3）企业治理与区域治理相结合
? 4）人工净化与自然净化相结合
§ 1-6 大气环境质量控制标准
? 大气环境质量标准按其用途分为：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及大气污染警报
标准等。按其适用范围分为国家标准、
地方标准和行业标准。
? 大气环境质量标准
? 大气污染物排放标准
石家庄市污染现状及防治对策
?1.市区大气环境的基本情况
? 2001年数据, 石家庄市二类区大气环境
TSP.SO2.NOX达标天数百分率分别为
30%.59%.98%,三类区大气环境 TSP.SO2.NOX达
标天数百分率分别为 66%.79%.94%.
?2.影响市区大气环境质量的因素
?自然因素
?人为因素
自 然 因 素
? 1.大区域环境对市区空气质量的影响
? 2.市区周边环境对市区空气质量的影响
? 3.气候因素对空气质量的影响
? 逆温天气频率高
? 气候干旱少雨
人 为 因 素
? 1.热岛效应
? 2.燃煤带来的污染
? 3.燃烧设施及污染物排放情况
? 4.靠燃煤供应能源的企业与居民区,生产区,商业区
的分布混杂
? 5.能源结构不合理
? 6.机动车尾气排放
? 7.城市环境基础设施欠账较多
? 8.城市生活对空气质量的影响
? 三,大气污染综合防治对策
? 1.加强城市环境管理
? 2.改变市区生态环境
? 3.加强建筑工地管理
? 4.治理工业污染源
? 5.治理机动车尾气
? 6.采取切实有效措施,综合防治扬尘污染
? 7.产业结构和能源结构调整
? 8.加强宣传教育,全民动员,共同推动大气污染防治
工作