现代环境科学概论第7章++大气污染及防治.ppt

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1、第七章第七章 大气污染及防治大气污染及防治1.大气污染与气象大气污染与气象l大气污染效应：大气污染效应：污染源排放污染物污染源排放污染物 大气对污染物的稀释、扩散大气对污染物的稀释、扩散 污染物作用于受体污染物作用于受体l气象因素气象因素 动力因子动力因子 风风空气的水平运动空气的水平运动 风向影响污染物扩散方向风向影响污染物扩散方向 用风向用风向16方位图表示方位图表示 风速决定污染物稀释、扩散状况用风力级别表示风速决定污染物稀释、扩散状况用风力级别表示 大气湍流大气湍流大气以不同尺度作无规则运动的流体状态大气以不同尺度作无规则运动的流体状态 风速时大时小、风向上下左右阵性搅动气流风速时大时

2、小、风向上下左右阵性搅动气流 三种湍流基本形式：小尺度、大尺度、复合尺度三种湍流基本形式：小尺度、大尺度、复合尺度 热力因子热力因子 温度层结温度层结地表垂直方向上的气温分布地表垂直方向上的气温分布 逆温逆温气温分布与标准大气压下相反气温分布与标准大气压下相反 气温垂直递减率气温垂直递减率=0.65 oC/100m =0 等温等温 0 逆温逆温 干绝热递减率干绝热递减率温度变化由系统内能引起，与周围无热量交换温度变化由系统内能引起，与周围无热量交换（干燥或不饱和湿空气）（干燥或不饱和湿空气）d=0.98 oC/100m2.主要大气污染物主要大气污染物l颗粒污染物颗粒污染物 空气中分散的固态或液

3、态物质空气中分散的固态或液态物质 粉尘（粉尘（dust）1200 m 固体颗粒固体颗粒 10 m 降尘降尘 10 0 m 环境监测中为总悬浮颗粒物环境监测中为总悬浮颗粒物 用用TSP表示表示 烟（烟（fume）1 m 固体微粒和液滴组成的非均匀系固体微粒和液滴组成的非均匀系气溶胶气溶胶 分散相：固、液微粒分散相：固、液微粒 分散介质：空气分散介质：空气 雾（雾（fog）100 m 液状微粒液状微粒 燃烧中产生的颗粒污染物：燃烧中产生的颗粒污染物：飞灰（飞灰（fly ash）燃烧烟气中灰状细粒燃烧烟气中灰状细粒 煤烟尘（煤烟尘（soot）燃烧时产生的黑色烟尘燃烧时产生的黑色烟尘 120 m 含含

4、C50%黑烟（黑烟（smoke）燃烧中产生的可见气溶胶燃烧中产生的可见气溶胶 0.051 ml 气态污染物气态污染物 一次污染物一次污染物 转化污染物转化污染物 含硫化合物含硫化合物 SO2 H2S SO3 H2SO4 M2SO4 含氮化合物含氮化合物 NO NH3 NO2 HN03 MNO3 碳的氧化物碳的氧化物 CO CO2 碳氢化合物碳氢化合物 CmHn 醛醛 酮酮 PAN PBN 卤素化合物卤素化合物 HF HCl CFCS u一氧化碳（一氧化碳（CO）城市大气最大污染物（城市大气最大污染物（80%来自汽车不完全燃烧）来自汽车不完全燃烧）CO与血红蛋白结合，降低血液携氧能力与血红蛋白结

5、合，降低血液携氧能力 CO+Hb COHb 900PPb 1h 中毒中毒u碳氢化合物（碳氢化合物（HC）C1C8挥发烃类挥发烃类 天然源：生物分解天然源：生物分解CH4、萜烯类萜烯类 人工源：燃料不完全燃烧人工源：燃料不完全燃烧 有机物蒸发有机物蒸发 光化学烟雾的主要污染物光化学烟雾的主要污染物u卤素化合物卤素化合物 以以Cl、F化合物为主化合物为主 CO CO2 HCl来自氯碱工业来自氯碱工业 CH4 C、Cl、F组成氯氟烃（组成氯氟烃（CFCS）“温室气体温室气体”水蒸气水蒸气 CFCS:F-11 CCl3F CFCS F-12 CCl2F2 F-13 CClF3 F-14 CF4 F-2

6、2 CHClF2 F-113 CClF2CCl2F F-114 CClF2CClF2CFCS引起臭氧空洞：引起臭氧空洞：CFCS稳定积聚同温层稳定积聚同温层 UV照射下光解出照射下光解出Cl Cl破坏破坏O3分子分子u硫酸烟雾（伦敦烟雾硫酸烟雾（伦敦烟雾 London Smog）特征特征 燃煤引起的大气污染燃煤引起的大气污染 与冬季雾天伴生与冬季雾天伴生 昼夜连续昼夜连续 污染物污染物 一次污染物一次污染物 SO2 颗粒气溶胶颗粒气溶胶 二次污染物二次污染物 硫酸雾硫酸雾 形成条件形成条件 相对湿度高相对湿度高 气温较低气温较低 24oC 日光强日光强 危害危害 O3为强氧化剂为强氧化剂 刺激

7、眼及呼吸道刺激眼及呼吸道 植物叶片受害植物叶片受害形成机理形成机理 光离解光离解 NO2吸收吸收290700UV 发生三个基本反应：发生三个基本反应：NO2+h(290430nm)NO+O(3)O(3)+O2+M O3+M NO+O3 NO2+O2 HC的作用的作用 R O3 RO RCHO O(3)ROO R 烯烃烯烃 O2 RCO C=O HC +O3 RCOO R 芳烃芳烃 NO HO PAN HO2 PBN 中间污染物中间污染物 最终污染物最终污染物 3.大气污染的防治大气污染的防治l烟尘治理烟尘治理u除尘装置主要性能除尘装置主要性能 分级效率（分级效率（d%）除尘装置对不同粒径除尘装

8、置对不同粒径(d d)烟尘的除尘效率烟尘的除尘效率 d=1ead a、m：含尘气体性质、运行状态参数含尘气体性质、运行状态参数 阻力降（阻力降（P）烟气经除尘装置的压力损失烟气经除尘装置的压力损失 P=G3d G1dU02 2mu除尘技术及装置除尘技术及装置 重力除尘重力除尘 机械除尘机械除尘 惯性力除尘惯性力除尘 离心力除尘离心力除尘 过滤除尘过滤除尘 由滤料截留尘粒由滤料截留尘粒 电除尘电除尘 尘粒在电场中带电、集合、凝聚而分离尘粒在电场中带电、集合、凝聚而分离 声波除尘声波除尘 声波振动使尘粒碰撞、聚集而分离声波振动使尘粒碰撞、聚集而分离 洗涤除尘洗涤除尘 气、固、液三相体系中液滴、液膜

9、、雾沫洗涤含尘气体气、固、液三相体系中液滴、液膜、雾沫洗涤含尘气体 除尘技术性能除尘技术性能 与水反应生成与水反应生成H2SO3 与碱反应：碱过量生成正盐、与碱反应：碱过量生成正盐、SO2过量生成酸式盐过量生成酸式盐SO2化学性质化学性质 与氧化剂反应（与氧化剂反应（O2）与还原剂反应（与还原剂反应（H2、H2S）与重金属氧化物反应与重金属氧化物反应煤炭中的硫：煤炭中的硫：可燃硫可燃硫 无机硫（无机硫（FeS）有机硫有机硫 不燃硫不燃硫 硫酸盐硫硫酸盐硫l排烟脱硫（排烟脱硫（SOx）u燃前脱硫：燃料煤炭采用化学脱硫、物理脱硫、生物脱硫燃前脱硫：燃料煤炭采用化学脱硫、物理脱硫、生物脱硫 微生物脱

10、硫两种途径：微生物脱硫两种途径：直接氧化直接氧化细菌细胞和黄铁矿固体等紧密接触而发生生物化学氧化细菌细胞和黄铁矿固体等紧密接触而发生生物化学氧化 间接氧化间接氧化细菌代谢产物硫酸高铁对黄铁矿等化学氧化细菌代谢产物硫酸高铁对黄铁矿等化学氧化 脱硫菌脱硫菌硫杆菌：硫杆菌：氧化亚铁硫杆菌（硫脱率氧化亚铁硫杆菌（硫脱率50%）、）、氧化硫硫杆菌（硫脱率氧化硫硫杆菌（硫脱率35.8%）以还原态硫为能源同化以还原态硫为能源同化CO2：硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐、亚硫酸盐硫化物、元素硫、硫代硫酸盐、多硫酸盐、亚硫酸盐 还原态硫还原态硫 SO42 u 燃中脱硫：石灰炉内直接喷射法燃中脱硫：石灰炉内直

11、接喷射法 CaCO 3 CaO+CO2 CaO+SO2 CaSO3+1/2O2 CaSO4u 燃后脱硫：烟气脱硫燃后脱硫：烟气脱硫 吸收吸收剂剂 O2 过过量量 基本过程基本过程 含含S烟气烟气 排放或回收排放或回收 2MOH+SO2 M2SO3+H2O SO2过过量量 M2SO3+SO2+H2O 2MHSO3 吸吸 收收氧氧 化化 NH4OH 氨法氨法（NH4）2 SO 4 回收回收 （NH4）2 S O 3 回用于造纸回用于造纸 MOH NaOH 钠法钠法 Na 2SO 4 排放排放 （Na 2CO 3）Na 2SO 3回用于造纸回用于造纸 Ca（OH）2 钙法钙法 石膏沉淀排放石膏沉淀排

12、放 半水亚硫酸钙（半水亚硫酸钙（CaSO31/2 H2O）半水亚硫酸钙半水亚硫酸钙+合成树脂合成树脂 钙塑材料钙塑材料 双碱法双碱法 2 Na OH+SO2 Na 2SO3+H2O 钠吸收钠吸收 2Na 2SO3+2 Ca（OH）2+O2 2 CaSO4+4NaOH 钙再生钙再生 镁法镁法 O2 焦炭焦炭 MgO MgO+SO2MgSO 4 干燥脱水干燥脱水 SO2 H2SO4l排烟脱氮（排烟脱氮（NO、NO2）较稳定较稳定 不被不被H2O吸收吸收 氧化：氧化：NO+2HNO3 3NO2+H2O NO化学性质化学性质 还原：还原：6NO+4NH3 5N2+6H2O 4NO+CH4 2N2+CO

13、2+2H2O NO/NO2=1（N2O3）易被碱吸收易被碱吸收 易溶于水易溶于水 与碱、强碱弱酸盐反应与碱、强碱弱酸盐反应 NO2化学性质化学性质 2NO2+2NaOH NaNO3+NaNO2+H2O 2NO2+Na2CO3 NaNO3+NaNO2+CO2 与还原剂反应与还原剂反应 2NO2+4H2 N2+4H2O 2NO2+4（NH4）2SO3 N2+4（NH4）2SO4 6NO2+8NH37N2+12 H2O 催化还原法：非选择性催化还原法催化还原法：非选择性催化还原法 还原剂不加选择与废气中还原剂不加选择与废气中NOx、O2反应反应 选择性催化还原法选择性催化还原法脱氮方法脱氮方法 还原

14、剂只选择与废气中还原剂只选择与废气中NOx反应反应 液体吸收法：液体吸收法：NO难吸收，氧化可提高效率难吸收，氧化可提高效率 吸附法：吸附剂吸附法：吸附剂 丝光沸石、分子筛、泥煤丝光沸石、分子筛、泥煤 非选择性催化还原法非选择性催化还原法 NOx+H2 N2+H2O （CH4）（+CO2）温度较高温度较高 废气中废气中O O2 2也参与反应，消耗部分还原剂也参与反应，消耗部分还原剂 放热量大，须有余热回收装置放热量大，须有余热回收装置400500 Oc Pt 选择性催化还原法选择性催化还原法q氨选择性催化还原法氨选择性催化还原法 6NO+4NH3 N2+6H2O 6NO2+8NH3 7 N2+

15、12H2O （可同时脱可同时脱SO2）q硫化氢选择性催化还原法硫化氢选择性催化还原法2 NO+2H2S N2+2S+2H2O 2 NO2+4H2S N2+4S+4H2O （可同时脱可同时脱SO2）150250 oC Pt q氯氯氨选择性催化还原法氨选择性催化还原法 2NO+Cl2 2NOCl NOCl+2 NH3 N2+NH4Cl+H2Oq一氧化碳选择性催化还原法一氧化碳选择性催化还原法 NO2+CO NO+CO2 2 NO+2CO N2+2CO2 （可同时脱可同时脱SO2）还原剂只选择还原剂只选择NOxNOx反应反应 废气中废气中O O2 2很少参与反应很少参与反应 放热少放热少木木 炭炭

16、50 oCCu铝钒土铝钒土 538 oCl酸雾治理酸雾治理 HCl Cl2 酸雾酸雾 H2SO4（SO3）治理方法：水、碱吸收治理方法：水、碱吸收 HN03 HCNl有机废气治理有机废气治理 醇类、醚类、酯类、醛类醇类、醚类、酯类、醛类 酚类、胺类酚类、胺类 有机废气有机废气 芳香烃芳香烃 有机氯、有机磷农药有机氯、有机磷农药 治理方法：高浓度有机废气治理方法：高浓度有机废气冷凝回收冷凝回收 燃烧燃烧回收热量回收热量 直接燃烧、催化燃烧直接燃烧、催化燃烧 低浓度有机废气低浓度有机废气活性炭吸附活性炭吸附再生再生 活性炭富集活性炭富集脱附脱附回收回收l机动车尾气：机动车尾气：CO、HC、SOx、NOx 机内净化：改进发动机燃烧方式机内净化：改进发动机燃烧方式 再燃式净化再燃式净化对象对象CO、HC 机外净化：一段净化机外净化：一段净化催化燃烧催化燃烧CO、HC、O2 二段净化二段净化催化还原催化还原氧化氧化 三元催化三元催化CO、HC氧化氧化 SOx、NOx还原同时完成还原同时完成 燃料改进、替代燃料改进、替代