第五章大氣污染及防治本章內容1大氣中的主要污染物以及危害2影響大氣污染的主要氣象因素3除塵裝置的種類以及除塵原理、特性*第一節大氣污染及主要污染物一、大氣圈組成大氣圈約10000km，大氣物理學和污染物氣象學中，大氣圈層的上界為1200~1400km

地球大氣圈的總質量約6000×1012t，占地球總質量的0.0001%左右

大氣質量50％集中在下部5km大氣質量75％集中在下部10km大氣質量90％集中在下部30km*外層：大氣層的最外層暖層：又稱電離層，頂界約800~1000km,下部主要由分子氮組成，上部主要由原子氧組成中間層:層頂高約80~85km，有強烈的垂直對流運動，氣溫隨高度增加而下降。平流層:

頂界約50~65km,進入平流層的化學物質最大的危害是破壞臭氧層。對流層：大氣層最下一層，約6-18km,平均12km。下部氣溫高，向上氣溫降低，空氣對流強烈，出現各種復雜的氣象現象。是人類活動最為密切的大氣層部分。（污染層）*

二大氣的組成及污染物來源干潔空氣水蒸氣大氣污染物**大氣污染物自然界火山爆發、森林火災、海嘯、地震及人類活動進入大氣的各種物質：塵埃、H2S、S、SOX、NOX、鹽類、惡臭氣體、煤煙、粉塵等

*

火山爆發自然源

森林火災等

{

工業企業排放的廢氣農業活動排放的廢氣汽車排放的廢氣等{人工源大氣污染源**三、大氣污染的含義國際標準化組織定義（ISO）定義：指自然界中局部的職能變化和人類的生產和生活活動改變大氣圈中某些原有成分和向大氣中排放有毒害物質，以致使大氣質量惡化，影響原來有利的生態平衡體系，嚴重威脅著人體健康和正常工農業生產，以及對建筑物和設備財產等的損壞.溫室氣體、氣溶膠等排放居高不下

單位：百萬噸*百萬噸CO2當量二氧化碳甲烷*氧化亞氮*沙塵黑碳二氧化硫中國30519595388001.1919.95世界總量231726340357030006.63105中國位次21111120世紀末污染物排放量*四、主要污染物及其危害根據污染物的形態分：氣態污染物/顆粒污染物根據污染物的形成過程分：一次污染物/二次污染物*(一)顆粒污染物和氣態污染物*1顆粒污染物總懸浮顆粒（totalsuspendedparticulate，TSP）：粒徑小于100μm的所有固體顆粒分界點：10μm降塵>10μm飄塵<10μmTSP*1）降塵概念：粒徑大于10μm的顆粒，如水泥粉塵、金屬粉塵、飛塵等。特點：一般顆粒大，比重也大，在重力作用下，易沉降，危害范圍較小*2）飄塵（1）概念：粒徑小于10μm的粒子(PM10/PM2.5)*可吸入顆粒物（PM10）：懸浮在空氣中，空氣動力學直徑小于10um的顆粒物可吸入顆粒物（PM2.5）：懸浮在空氣中，空氣動力學直徑小于2.5um的顆粒物PM0.5數量濃度比在PM2.5中接近90%。PM0.5濃度與居民健康危害的關系最為顯著（2）飄塵特點粒徑小，比重也小，可長期漂浮在大氣中易隨呼吸進入人體，危害健康吸附多種污染物，在大氣中為化學反應提供反應床*總懸浮顆粒物（TSP）中硫酸鹽：約10％（主要為硫酸銨）硝酸鹽：約5％金屬：約5％（三十多種，以鐵為最多）有機物：約5％（脂肪烴多于芳香烴，94％的多環芳烴吸附于小于2.5um的顆粒上）細菌：病毒：3）顆粒污染物危害（1）形成細粒子層，是化學反應床，是多項反應的載體。（2）遮擋陽光、使氣溫降低，或形成冷凝核心，使云霧和雨水增多，影響氣候（陽傘效應）（3）使可見度降低，交通不便，航空和汽車事故增加（4）可見度差，照明電耗增加，燃料隨之增加，空氣污染加劇，形成惡性循環（5）用四乙基鉛作汽油的防爆劑時，排入空氣中的鉛微粒危害大（6）燃煤時產生的SO2

，加之微粒，對人體的呼吸系統危害大*陽傘效應1912年，阿拉斯加火山爆發，使得太陽輻射量減少10％～20％，1963年，阿貢火山爆發后，火山灰繞地球四周，使氣溫下降，氣候異常。1991年，菲律賓皮納圖博火山兩度爆發，推測火山爆發使得全球降溫0.5華氏度。*2氣態狀污染物常見的有：CO、NOx、HC化合物、SOx、光化學煙霧、硫酸煙霧等硫化物（民用爐、熱電站、金屬冶煉、硫酸廠）；氮化物（硝酸廠、氮肥廠、炸藥廠）；氧化物（CO、CO2）；鹵化物（氟化物、氯化物、制堿廠）；有機物質的污染*

一次污染物二次污染物直接從各種污染源排放到大氣中的有害物質。一次污染物在大氣中相互作用或它們與大氣中正常組分發生反應所產生的新污染物。（二）一次污染物和二次污染物*二次污染物的形成在物理、化學或生物因素的作用下，或是與環境中其他物質發生反應物理、化學性狀與一次污染物不同的新污染物二次污染物繼發性污染物一次污染物由污染源直接排入環境的、其物理和化學性狀未發生變化的污染物大氣中典型二次污染物光化學煙霧硫酸煙霧提問：光化學煙霧出現條件是什么？O3、過氧乙酰硝酸酯（PAN）、甲醛和酮類光化學煙霧1、大氣中光化學煙霧的形成

靜風低濕度高溫度紫外線光化學反應汽車尾氣：氮氧化物、碳氫化合物hv(290~430nm*光化學煙霧產生機理NO2＋hv(290~430nm)NO+O·

O·＋O2＋MO3＋MO3+NONO2＋O2

O3+HC中間產物醛、酮、PAN、PBZN中間產物：R·、RO·、HO·、RCO·（酰基）、ROO·（過氧烷基）和RCOO·（過氧酰基）O大氣氧化能力不斷增強？*光化學煙霧危害（1）醛類等物質刺激眼睛（2）臭氧引起胸部壓縮、刺激粘膜、頭痛、咳嗽、疲倦等癥狀（3）臭氧能損害有機物質（4）氧化劑增多會使得哮喘增多，植物毀壞**2、硫酸煙霧

提問：硫酸煙霧出現條件是什么？答：SO2、顆粒氣溶膠、相對濕度比較高，氣溫較低、逆溫和大霧天氣。*硫酸煙霧產生機理大氣中顆粒氣溶膠具有凝聚大其中水分和吸收SO2與氧氣的能力。在顆粒氣溶膠表面發生SO2的催化氧化反應（1）SO2＋H2OH+＋HSO3-

（2）HSO3-

＋H+＋O2H2SO4（霧）Fe、Mn時間飄塵濃度SO2濃度死亡人數（mg/m3）（mg/m3）1952.124.463.84000多1962.122.84.1750總懸浮顆粒物中硫酸鹽：約10％（主要為硫酸銨）硝酸鹽：約5％金屬：約5％（三十多種，以鐵為最多）有機物：約5％（脂肪烴多于芳香烴，94％的多環芳烴吸附于小于2.5um的顆粒上）*五、我國（城市）大氣污染變化特征*（一）大氣污染源類型變化煤煙型煤煙型+機動車尾氣*（二）出現大氣復合污染復合型大氣污染指大氣中由多種來源的多種污染物在一定的大氣條件下（如溫度、濕度、陽光等）發生多種界面間的相互作用、彼此耦合構成的復雜大氣污染體系。有害氣體+細粒子+痕量毒害污染物大氣復合污染：非線性/反饋過程OH,O3HO2,RO2顆粒物SO42-,NO3-OC,MHONOH2O2、ehnSO2,NOxVOCNO2VOChnSO2,NOxVOC*1、城市大氣的主要污染物一次污染物大氣氧化劑顆粒物細粒子*2、(城市)大氣復合污染特征1高濃度的顆粒物細粒子使城市大氣能見度下降2大氣氧化能力不斷增強，顆粒物細粒子中二次污染物SO42-、NO3-和有機碳濃度較高；3在一定的氣象條件下可形成以城市為中心的區域性大氣污染4復合大氣污染具有明顯的季節變化、日變化和空間變化*（三）首要空氣污染物:PM10*（四）光化學煙霧污染趨于惡化，室內空氣污染加劇*室內空氣主要污染物甲醛苯氨氣*甲醛來源于膠合板、人造板及家具、貼墻布紙、化纖地毯、泡沫塑料、油漆、涂料等0.1mg/m3，不適感覺有異味0.5mg/m3，刺激眼睛流淚0.6mg/m3，引起咽喉不適或疼痛高濃度對免疫系統、肝臟、神經系統危害*苯來源于各種膠、油漆、涂料、防水涂料的溶劑或稀釋劑危害：輕者頭暈、頭痛、惡心、胸悶、乏力、意識模糊嚴重者可以昏迷以致呼吸循環衰竭而死亡可以破壞造血功能，引起白細胞和血小板減少，導致再生障礙性貧血*氨、氡來自于建筑材料*室內花草吸收有害物質蘆薈、仙人掌、非洲菊、吊蘭、虎尾蘭可以有效吸收甲醛月季、薔薇吸收較多的苯、苯酚、硫化氫、乙醚鐵樹、菊花、常春藤可以減少苯、二甲苯的污染龜背竹、一葉蘭、虎尾蘭能吸收室內80％以上的有害氣體。**六、我國空氣質量日報空氣質量日報的組成：

污染指數API

首要污染物空氣質量級別

*大氣環境自動監測系統監測項目必測項目選測項目二氧化硫、氮氧化物、總懸浮微粒TSP或可吸入顆粒物（PM10）、一氧化碳臭氧、總碳氫化合物*（一）、空氣污染指數（API）根據環境空氣質量標準和各項污染物對人體健康和生態環境的影響來確定污染指數的分級及相應的污染物濃度值。評價因子：SO2、NO2、PM10

、CO、氧化劑O3評價標準：環境空氣質量標準各項污染物對人體健康和生態環境的影響環境空氣質量標準（GB3095-1996）污染物名稱一級(年均/日均/1小時均)二級(年均/日均/1小時均)三級(年均/日均/1小時均)濃度單位SO20.02/0.05/0.150.06/0.15/0.50.10/0.25/0.70mg/m3(標態)TSP0.08/0.120.2/0.30.3/0.5PM100.04/0.050.1/0.150.15/0.25NOx0.05/0.1/0.150.05/0.1/0.150.1/0.15/0.30NO20.04/0.08/0.120.05/0.1/0.120.1/0.15/0.24CO4/104/106/20O30.120.160.2SO2、TSP、PM10、NOx、NO2、CO、O3、Pb、BaP、氟化物等*空氣污染指數（API）計算（1）污染分指數計算：Ii第i種污染參數的污染分指數Ci第i種污染參數的濃度值In第i種污染參數n的轉折點的污染分指數In＋1

第i種污染參數n＋1的轉折點的污染分指數Cnn轉折點上第i種污染參數的濃度值Cn＋1n＋1轉折點上第i種污染參數的濃度值（2）求最大值得API例：[

SO2]＝0.042mg/m3、[NO2]=0.018、[PM10]=0.135，求其API值APISO2NO2PM10COO3描述500.050.080.0550.12優1000.150.120.15100.20良2000.80.280.35600.40輕微<150輕度>1503001.60.560.42900.80中度污染4002.10.750.51201.00重污染5002.620.940.61501.20重污染ISO2=(0.042-0)/(0.05-0)×（50-0）+0=42INO2=(0.018-0)/(0.08-0)×（50-0）+0=12IPM10=(0.135-0.05)/(0.15-0.05)×（100-50）+50=92*Max(ISO2，INO2，IPM10)＝92該市當天API為92首要污染物為PM10*（二）污染描述（空氣質量）50優一級標準100良二級標準200<150輕微污染>150輕度污染300中度污染400重污染500重污染空氣質量評價（API）結果與公眾實際感受存在顯著差異,為什么？奧運會的啟示奧運會的啟示OlympicGames奧運會的啟示中國的大氣環境化學1973 蘭州西固調查光化學煙霧現象，開發PAN測試技術1981-1983 綜合研究，現場觀測，模擬及模式。1984-1987 北京光化學煙霧研究：化學模式，實驗室模擬1985-1995 酸雨研究1990-1995 平流層臭氧損耗機制的模擬和模式，編制ODS淘汰國家方案，微量氣體源匯（CH4,DMS,VOC,NH3,N2O）

1996- 機動車排放污染，區域空氣質量（O3，PM2.5）*第二節大氣污染氣象學*

一、風風向:風向頻率玫瑰圖輸送污染物（影響污染物的擴散方向）*工廠設置在居民區最小風頻的上風地帶或與常年盛行風向垂直的郊外。**風速：決定污染物的擴散和稀釋狀況

污染物在大氣中的濃度與平均風速成反比。風速增大1倍，則下風向污染物濃度將減少一半*二、大氣湍流大氣湍流：在主導方向出現的（上下左右）無規則陣發性攪動的氣流*渦團與污染物擴散a小尺度渦團：擴散緩慢b大尺度渦團：截面變化不大c尺度相仿渦團：很快擴散復合尺度渦團：較快擴散*三溫度的垂直分布1溫度層結：地球表面上方大氣的溫度隨高度變化的情況。（或在垂直地球表面方向上的氣溫分布）*2、氣溫垂直遞減率

γ在垂直于地球表面方向上，每升高100米氣溫的變化值γ=dT/dH

T：溫度H：離地面高度

γ平均＝0.65（對流層）*γ平均＝0.65（對流層）*3氣溫的干絕熱遞減率γ

d

絕熱變化：系統與周圍物體沒有熱量交換而進行狀態變化

絕熱降溫:1℃/100m

干絕熱遞減率：γ

d＝14溫度層結種類正常分布層結：

氣溫隨高度增加而遞減，即γ＞0中性層結

γ＝γ

d＝

1等溫層結

氣溫不隨高度變化，即γ＝0逆溫

氣溫隨高度增加而增加，即γ＜0*5逆溫大氣溫度垂直遞減率小于零時，上層溫度高于下層溫度**逆溫的種類：

輻射性逆溫地形逆溫下沉逆溫湍流性逆溫鋒面逆溫

*（1）輻射逆溫晴朗、少云無風的夜間，風速＜3m/s(二級)時，地面因強烈的有效輻射而很快冷卻，近地面氣溫下降快，較高氣層冷卻慢，氣溫下降慢，形成自地面向上發展的逆溫層，稱為輻射逆溫。條件：晴朗、微風、無云或云層很薄很高，使地面失去保溫層，散熱快又多，因而降溫激烈，微風有助逆溫層向上擴散，但風速＜2~3m/s。如風大，上下層空氣間的湍流交換加強，熱量下傳，不利于逆溫層的形成。*(a)正常溫度層結(b)逆溫開始生成，隨地面輻射增強，迅速冷卻，逐漸向上發展(c)輻射達到最強時為黎明前(d)日出后，地面增溫，空氣自上而下增溫，逆溫逐漸消失(e)上午10時左右，逆溫消失幾十至幾百米,它多出現在冬季冷高壓控制下（2）地形逆溫當日落進入夜晚后，由于山坡散熱快，使得坡面上溫度比谷底、盆地中溫度低，坡面冷空氣沿著斜坡下沉，使得谷底、盆地中溫度較高的暖氣抬升。*四、溫度層結與煙型*不同溫度層結下的煙型翻卷型錐型平展型爬升型熏蒸型*弱晴夜晚和早晨晴朗中午日出后日落后

多云或陰天的白天r＜rd排出上方：r＜0，r＜rd排出口下方：r＞0，r＞rdr≈rdr＞rd排放口上方：r＞rd排口下方：r＜rd。*第三節大氣污染治理技術除塵技術脫硫技術氮氧化物治理技術氟化物治理技術*除塵技術除塵裝置的主要性能（Q、η、△P）除塵器分類各種除塵器性能比較慣性力除塵器重力沉降室旋風除塵器濕式除塵器布袋除塵器電除塵器*除塵裝置的主要性能

（Q、η、△P）1處理量Q單位時間內所能處理的含塵氣體量*2效率η總效率η：除塵器除去煙塵的量與進入除塵器煙塵的比值。*3除塵裝置的阻力△P

△P=1/2ζρυ02ζ除塵器的阻力系數Ρ煙氣密度υ0密度煙氣進口流速《流體力學》理想的除塵器：Q大、η高、△P小二、除塵器分類*1重力沉降室原理*重力沉降室原理示意圖(斯托克斯公式)

υg=d2(ρs-ρ)g/18μ降低υ0氣溶膠力學加長L降低h如何提高處理效率**運行特性捕集顆粒物粒徑>50μm△P：98~147Paη：40~60%υ0：1~2m/s*優點：簡單、投資少、易維護缺點：占地大，除塵效率低應用：初級除塵*2旋風除塵器*（1）除塵原理含塵氣流沿某一定方向作連續的旋轉運動，粒子在隨氣流旋轉中獲得離心力，使粒子從氣流中分離出來

*（2）運行特性捕集顆粒物粒徑d>20~30μmη：

85～95％切線進入式：υ0：7~15m/s

△P：980Pa軸向進入式：υ0：10m/s

△P：784～980Pa（軸向反轉式）392～490Pa（軸向直流式）*優點：簡單、投資少、易操作缺點：磨損嚴重，旋風子易堵應用：多級除塵的預除塵3濕式除塵器除塵效率：90％以上水膜除塵器、文丘里式除塵器應用：中、小型機組采用，大型機組一般不采用*水膜除塵器原理

濕式除塵和旋風除塵結合起來，提高效率，減少磨損溢流水槽的設計使內壁水膜均勻設計特點：*文丘里式效率：95％以上△P：2942~14709Pa液氣比：0.26~1.30kg/m3d液/d塵=150霧化液滴*缺點能耗大，耗水量大有廢液、泥漿處理問題在寒冷地區使用需防凍可同時除塵和除有害氣體結構簡單，造價低能處理濕度大、溫度高的氣體優點*4布袋除塵器*a內部過濾

以松散多孔的濾料為濾料層，塵粒在濾料內部進行捕集b外部過濾：以濾布為濾料，以最初粘附在濾料表層上的粒層（初層）為過濾層過濾方式*工作步驟：1.過濾2.清灰布袋除塵器原理示意圖布袋除塵器外觀實例*濾布的要求：耐酸堿、耐熱、有一定的機械強度*運行特性捕集顆粒物d>0.1～20μm△P