大氣污染控制工程(英文)

AirPollutionControlEngineering

§1IntroductiontoAirPollutionControlConceptofAirPollution

SourcesofAirPollution一、大氣污染及其分類1.

大氣圈及大氣組成（重點(diǎn)對流層和平流層）大氣環(huán)流Thecompositionoftheatmosphere:78%nitrogen,21%oxygen,1%argon(氬)andothertrace(微量)gases.2.

ConceptofAirPollutionAirPollutionisthepresenceofundesirablematerialsinair,inquantitieslargeenoughtoproduceharmfuleffects.Theundesirablematerialsmaydamagehumanhealth,vegetation,hunman,property,ortheglobalenvironmentaswellascreateaestheticinsultsintheformofbrownorhazyairorunpleasantsmells.Keypoint:(1)Itisharmfultovegetation,bioticorabiotic.(2)Thepollutantconcentrationexceedstheacceptablelever.3.AirPollutionSystems

Emissionsources

Sourcecontrol

Atmosphere

Receptors

Receptors

HumansAnimalsPlantsMaterialsresponseAutomaticcontrolLegislativeaction

EmissionsourcesAtmosphere

Receptors

pollutantsmixedandchemicaltransformationAirPollutionandAirPollutionSystems

Theresearchofairpollution

SourcesofairpollutionPollutioncontroltechnologyAtmosphericbehaviorofairpollutantsEffectsofairpollutantsLegislativeandregulatorymeasures4.SourcesofAirPollution

Anthropogenicsources

TransportationElectricpowergenerationIndustrialprocessesIndustrialanddomesticfuelburningRefuseburningEtc.NaturalsourcesGeological:geyser,volcano,oceanMeteorological:lightningFauna:ruminants,termitesVegetationsEtc.SourcesofairbornepollutioninAsiaaremany:powergeneration,industry,traffic,homecooking,andbiomassburning.Source:DavidStreets.EnergyUse,Emissions,andAirPollutioninAsiaAirPollutantEmissionsAirPollutantEmissions=

Population×Activitylevel×EmissionfactorForexample:Activitylevel:EconomicactivitypercapitaEmissionfactor:PollutantemissionsperunitofeconomicactivityAirPollutantsAirPollutants

PrimaryAirPollutantsPollutantsreleaseddirectlyintotheatmosphereintheirunmodifiedformsandinsufficientquantitiestoposeahealthrisk.SecondaryAirPollutantsSecondary

airpollutantsarecompoundsthatresultsfromtheinteractionofvariousprimaryairpollutants.5.

PrimaryAirPollutantsPollutantsreleaseddirectlyintotheatmosphereintheirunmodifiedformsandinsufficientquantitiestoposeahealthriskSourcesofPrimaryAirPollutantsPollutantSourcesCarbonmonoxideIncompleteburningoffossilfuels,TobaccosmokeHydrocarbonsIncompleteburningoffossilfuels,TobaccoburningParticulatesChemicals,Burningfossilfuels,Farmingoperations,Industrialwastes,BuildingdemolitionSulfurdioxideBurningfossilfuels,SmeltingoreNitrogencompoundsBurningfossilfuelsPhotochemicalsmogAcidDepositionGlobalWarmingandGreenhouseGasesOzoneDepletion6.PhotochemicalsmogSecondary

airpollutantsarecompoundsthatresultsfromtheinteractionofvariousprimaryairpollutants.Photochemicalsmogisamixtureofpollutantsresultingfromtheinteractionofnitrogenoxidesandhydrocarbonswithultravioletlight.The

twomostdestructive

componentsofphotochemical

smogareozone(O3)andperoxyacetylnitrates(PAN，過氧乙酰硝酸酯)光化學(xué)煙霧形成過程**光化學(xué)煙霧實(shí)例7.AcidDepositionAcidDepositionistheaccumulationofpotentialacid-formingparticlesonasurface.Acidsresultfromnaturalcausesandfromhumanactivities.Theacid-formingreactantsareclassifiedaswetordry.Moleculesfromnaturalsources,powerplants,andinternalcombustionenginesreacttoproducethechemicalsthatarethesourceofaciddepositionAcidRainEffect水的低pH值使得魚的骨骼畸形生長，最終導(dǎo)致死亡引起樹木的大量不正常死亡嚴(yán)重腐蝕建筑物中國酸雨的分布變化主要位于長江以南

pH<5.6

pH<7.0

pH>7.0

N/ATaiwan

Acidraindistributionin80’s

pH>7.0pH<7.0pH<5.6

pH<5.0pH<4.5pH<4.0

Acidraindistributioninmiddle90’s

我國酸雨的化學(xué)特征(硫酸型）SO42-NO3-Ca2+NH4+9.GlobalWarmingandGreenhouseGasesMajorGreenhouseGases

GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6全球平均氣溫的變化大氣中二氧化碳含量的變化全球變暖產(chǎn)生的影響碳黑對大氣環(huán)境的重要影響近年來才引起人們的關(guān)注政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）得到的幾個(gè)重要結(jié)論：在過去的100年間，地球的平均溫度增加了0.3～0.6℃（1995年是記錄上最暖的一年），海平面高度增加了10～25cm。氣溫和海平面高度仍會(huì)持續(xù)上升。眾多模型的模擬結(jié)果表明，到2010年氣溫將增加1～3.5℃，海平面上升15～95cm。氣溫升高和大氣中溫室氣體的濃度具有很強(qiáng)的相關(guān)性。人類活動(dòng)極大地增加了大氣中溫室氣體的含量。10.臭氧層破壞:臭氧分子吸收紫外線分解為一個(gè)氧氣分子和一個(gè)氧原子：氧氣分子可以吸收紫外線分解為兩個(gè)氧原子：氧氣分子和氧原子也可以合并生成臭氧分子，以便吸收更多的紫外線：上述反應(yīng)過程吸收了99％的來自于太陽的紫外線。氟氯烴（CFCs）很大程度上導(dǎo)致了平流層臭氧的減少。這兩個(gè)反應(yīng)都造成了臭氧的減少。1979－1986年TOMS測得的總臭氧全球平均值注：Dobson單位－將0°C，標(biāo)準(zhǔn)海平面壓力下，10－5m厚的臭氧

定義為一個(gè)Dobson單位1979－1986年總臭氧緯向平均值的趨勢臭氧濃度減少的百分比Haze如果水平能見度小于10000米時(shí)，將這種非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視程障礙稱為霾(Haze)或灰霾（Ash-haze），霾與霧、云不一樣，與晴空區(qū)之間沒有明顯的邊界，霾粒子的分布比較均勻。由于灰塵、硫酸、硝酸等粒子組成的霾，其散射波長較長的光比較多，因而霾看起來呈黃色或橙灰色。

發(fā)展趨勢：從1980-2014年期間，太原市霾日數(shù)急劇增加，太陽總輻射及年日照時(shí)數(shù)逐年減少，并以市區(qū)為中心向周圍快速蔓延。霾日成因特點(diǎn)車流量較多燃煤型城市盆地之中易形成氣流停滯區(qū)灰霾污染的形成灰霾作為一種自然現(xiàn)象，是城市擴(kuò)散條件不好，冷空氣不強(qiáng)，風(fēng)速不大的情況下，城市中的各種污染物無法得到及時(shí)擴(kuò)散的結(jié)果。總的說來，其產(chǎn)生與3個(gè)因素有關(guān)水平方向的靜風(fēng)現(xiàn)象增多垂直方向的逆溫現(xiàn)象懸浮顆粒物的增加灰霾污染的主要成分

有害物質(zhì)化學(xué)成分PM2.5PM10

天然源、人為源（如石化燃料的燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣、工業(yè)粉塵、廢棄物焚燒等）碳化合物元素碳、熱分解的一小部分有機(jī)碳、半揮發(fā)性有機(jī)物（顆粒物和氣態(tài)分離）、吸附的揮發(fā)性有機(jī)化合物生物質(zhì)抗原、微生物（病毒）、毒素（內(nèi)毒素和其他）、植物和動(dòng)物碎片二次氣溶膠硝酸鹽、硫酸鹽、地殼礦物金屬重金屬、過渡金屬鹽或絡(luò)合物灰霾污染的主要成分顆粒物：黑碳、粉塵、硫酸鹽、銨鹽、硝酸鹽等。灰霾污染天氣下的微粒物的粒徑主要以小于2.5μm(PM2.5)的氣溶膠微粒組成，汽車尾氣中的氮氧化物、硫氧化物、有機(jī)化合物在陽光等因素的綜合作用下，結(jié)合成具有復(fù)雜顆粒形貌的微粒，懸浮于大氣中，構(gòu)成了灰霾污染中主要的污染源。工業(yè)污染排放和生活污染排放，例如烹飪油煙，也是灰霾污染的重要污染源。氣態(tài)有機(jī)污染物：在灰霾污染中，除了微粒污染物和HC(碳?xì)浠衔?、NOX、SOX等一次排放污染物外，還包括醛、酮、PAN(過氧硝酸乙酰)等二次有機(jī)污染物，這些二次有機(jī)污染物具有強(qiáng)烈的刺激性和生物毒性，其形成與光化學(xué)煙霧有關(guān)。近地臭氧灰霾天氣的形成有利于引發(fā)光化學(xué)煙霧，光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生又加劇了灰霾污染的程度。臭氧是光化學(xué)煙霧發(fā)生過程中的重要副產(chǎn)物?；姻矊?dǎo)致的超出健康安全標(biāo)準(zhǔn)的近地臭氧富集現(xiàn)象變得日益頻繁。二、大氣污染的影響1.對人體健康的影響CO對人體健康的影響CO（10-6）對人體健康的影響5～10對呼吸道患者有影響30人滯留8h，視力及神經(jīng)機(jī)能出現(xiàn)障礙40人滯留8h，出現(xiàn)氣喘1201h接觸，中毒，血液中CO—Hb>10%2502h接觸，頭疼，血液中CO—Hb=40%5002h接觸，劇烈心痛，眼花，虛脫300030min即死亡NO2對人體健康的影響NO2（10-6）對人體健康的影響1聞到臭味5聞到強(qiáng)臭味10～1510min眼、鼻受到刺激501min內(nèi)人呼吸困難803min感到胸痛、惡心100～150在30～60min內(nèi)死亡250很快死亡臭氧對人體健康的影響注：部分人群接觸臭氧后肺功能下降突發(fā)性嚴(yán)重大氣污染事故1952年12月倫敦?zé)熿F事件中死亡人數(shù)與大氣中煙塵和二氧化硫濃度的相關(guān)性2.對植物的傷害注：二氧化氮濃度和暴露時(shí)間與植物死亡、葉器官損傷和新陳代謝或生長影響之間的關(guān)系Source：Springer-VerlagandProf.D.C.MacLean

暴露時(shí)間，h

0.1

0.1

1.0

10

100

1000

NO2濃度，ppm

NO2濃度，mg/m3

暴露時(shí)間，d

3.對器物和材料的影響注：平均二氧化硫濃度和不同暴露時(shí)間與低碳鋼的腐蝕之間的關(guān)系（1963－1964年9月，在芝加哥的七個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)）Source：AirandWasteManagementAssociationMeanSO2concentration，ppmWeightlossper100gpanel，g4.對大氣能見度的影響對大氣能見度或清晰度有影響的污染物，一般應(yīng)是氣溶膠粒子、能通過大氣反應(yīng)生成氣溶膠粒子的氣體或有色氣體，包括：總懸浮顆粒物（TSP）SO2和其它氣態(tài)含硫化合物，在大氣中以較大反應(yīng)速率生成硫酸鹽和硫酸氣溶膠粒子NO和NO2，在大氣中反應(yīng)生成硝酸鹽和硝酸氣溶膠粒子光化學(xué)煙霧，反應(yīng)生成亞微米的氣溶膠粒子

能見度與大氣中顆粒物濃度的關(guān)系

應(yīng)用最廣的估算能見度的方程是Koschmeider方程：

LV為能見度范圍，即一般人剛剛可以將暗色物體（例如山或高樓）從天空的背景上分辨出來的距離。此方程是估算方程，基于大氣顆粒物為一般組成的情況。利用上述方程估算大氣顆粒物濃度等于NAAQS的年均和日均PM10標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的能見度范圍。美國大峽谷及周圍地區(qū)在晴朗的天氣里非常容易看到160公里以外的山脈。此時(shí)大氣中顆粒物的濃度可能為多少？如果大氣中顆粒物的濃度增加1μg/m3，能見度水平下降的百分比為多少？假定原能見度為20km。如果原來的能見度范圍為200km，下降的比例又為多少？ 能見度與自然景觀

USEPA在1999年宣布，將在未來幾十年內(nèi)致力于提高國家公園和曠野地區(qū)的空氣質(zhì)量

例：美國大煙霧山國家公園（北卡羅萊納州）照片

晴天

霧天三、大氣污染防治法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系1.中華人民共和國大氣污染防治法1987年9月5日由第六屆全國人大常委會(huì)第22次會(huì)議通過，1988年6月1日起執(zhí)行1995年8月29日，第八屆全國人大常委會(huì)第15次會(huì)議對該法進(jìn)行了修訂2000年對該法再次修訂1995年8月29日修改后的大氣污染防治法，在控制大氣污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量方面起到了積極的作用：強(qiáng)化了酸雨和二氧化硫污染控制推動(dòng)了煤炭的清潔利用加快了淘汰嚴(yán)重污染大氣的落后工藝和設(shè)備的步伐開始生產(chǎn)和使用無鉛汽油法規(guī)實(shí)施后，一些地區(qū)依法強(qiáng)化環(huán)境管理，大氣環(huán)境質(zhì)量確實(shí)得到了改善但未能有效地遏制大氣環(huán)境質(zhì)量的惡化：

大氣污染形勢仍然十分嚴(yán)峻，大多數(shù)城市還處于比較嚴(yán)重的污染程度；缺少推動(dòng)煤炭清潔利用的法律措施，燃煤污染仍然沒有得到有效遏制；大中城市機(jī)動(dòng)車排氣污染正在迅速增加；大多數(shù)城市揚(yáng)塵污染突出；大氣污染物排放總量居高不下，缺少有效的法律措施；現(xiàn)行法律的法律責(zé)任部分內(nèi)容偏少，力度不夠。

2000年第二次修訂的指導(dǎo)思想面對現(xiàn)實(shí)，對我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期難以改變的現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)條件給予了充分考慮；針對要害，主要是針對燃煤、機(jī)動(dòng)車、揚(yáng)塵等造成的大氣污染；抓住重點(diǎn)，主要是抓住重點(diǎn)城市、重點(diǎn)區(qū)域；在禁止超標(biāo)排放、按排污量收費(fèi)，以及總量控制和排污許可證方面取得了重大突破；強(qiáng)化法律責(zé)任，加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)督。2.大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系GB3095－1996 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB16297－1996 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GWPB3－1999 鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB4915－1996 水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB9078－1996 工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB16171－1996 煉焦?fàn)t大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB13223－1996 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB14554－93 惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GWPB1－1999

輕型汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

GB14761.2－93 車用汽油機(jī)排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB14761.5－93 汽油車怠速污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB14761.6－93 柴油車自由加速煙度排放標(biāo)準(zhǔn)GB14761.7－93 汽車柴油機(jī)全負(fù)荷煙度排放標(biāo)準(zhǔn)GB14621－93 摩托車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GWPB5－2000 飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)GB5468－91 鍋爐煙塵測試方法GB11642－89 輕型汽車排氣污染物測試方法GB/T14762－93 車用汽油機(jī)排氣污染物試驗(yàn)方法GB/T14763－93 汽油車燃油蒸發(fā)污染物的測量 收集法GB11340－89 汽車曲軸箱排放物測量方法GB/T3845－93 汽油車排氣污染物的測量 怠速法GB/T3846－93 柴油車自由加速煙度的測量 濾紙煙度法GB3847－83 汽油柴油機(jī)全負(fù)荷煙度測量法GB/T5466－93 摩托車排氣污染物的測量

怠速法GB/T14622－93 摩托車排氣污染物的測量

工況法

3.中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

Ambientairqualitystandard

GB3095－1996

(代替GB3095－82)

國家環(huán)境保護(hù)局1996-01-18批準(zhǔn) 1996-10-01實(shí)施主題內(nèi)容與適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分、標(biāo)準(zhǔn)分級、污染物項(xiàng)目、取值時(shí)間及濃度限值，采樣與分析方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于全國范圍的環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)。

環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)的分類和標(biāo)準(zhǔn)分級環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分類一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地區(qū)。二類區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。三類區(qū)為特定工業(yè)區(qū)。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級（環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級）一類區(qū)執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)二類區(qū)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)三類區(qū)執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)污染物的濃度限值注：①適用于城市地區(qū)；②適用于牧業(yè)區(qū)和以牧業(yè)為主的半農(nóng)半牧區(qū)，蠶桑區(qū)；③適用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)區(qū)。污染物名稱取值時(shí)間濃度限值濃度單位一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)二氧化硫

SO2年平均

日平均

1小時(shí)平均0.02

0.05

0.150.06

0.15

0.500.10

0.25

0.70mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))總懸浮顆粒物TSP年平均

日平均0.08

0.120.20

0.300.30

0.50mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))可吸入顆粒物PM10年平均

日平均0.0