第4章 大氣污染與防治

第五章大氣污染與防治

本章主要內(nèi)容一、大氣的組成和結(jié)構(gòu)二、大氣中的主要污染物、來源及危害三、氣象條件對(duì)污染物運(yùn)移的影響四、大氣污染的防治重點(diǎn)

本章教學(xué)目的、重點(diǎn)和難點(diǎn)一、教學(xué)目的1、熟悉大氣的組成和結(jié)構(gòu)；2、掌握大氣中的污染物及對(duì)人體健康的危害；3、熟悉影響大氣污染的氣象因素；4、掌握大氣污染的防治措施。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)氣象因素對(duì)大氣污染程度的控制原理。三、本章教學(xué)安排4學(xué)時(shí)。

大氣的組成和結(jié)構(gòu)第一節(jié)

大氣是一種混合氣體，其組成包括恒定的，可變的和不定的組分。一、大氣的組成

1、恒定組分（不變組分）

指大氣中含有的氮、氧、氬及微量的氖、氦、氪、氙等稀有氣體。其中N、O、Ar三種組分占大氣總量的99.96%。重點(diǎn)

2、可變組分

指大氣中的CO2、O3和水蒸氣等，這些氣體的含量由于受地區(qū)、季節(jié)、氣象以及人們生產(chǎn)和生活的影響而有所變化。

3、不定組分（污染組分）

有時(shí)是由自然災(zāi)害引起的，主要是人類因素造成的。如，顆粒物、H2S、SOX、NOX，鹽類及惡臭氣體等。潔凈大氣的重要性潔凈大氣：由恒定組分及正常狀態(tài)下的可變組分組成的大氣。

潔凈大氣的重要性

一個(gè)成年人每天要呼吸大約2萬次，吸入的空氣質(zhì)量約為10-15立方米，約為每天吃入食物質(zhì)量的10倍。生命的存在一刻也離不開空氣，人1周不吃飯，5天不喝水，尚能生存，而5分鐘不呼吸就會(huì)死亡。

二、大氣的結(jié)構(gòu)1、大氣圈大氣圈：隨著地球旋轉(zhuǎn)的大氣層?？諝饷芏确植继攸c(diǎn)：海平面處空氣密度最大，隨高度的增加，空氣密度逐漸變小。大氣圈層的厚度為:1200-1400km。重點(diǎn)

二、大氣的結(jié)構(gòu)2、大氣圈結(jié)構(gòu)

根據(jù)大氣在垂直方向的上溫度、組成和物理性質(zhì)的差異性，將其分為5層：

對(duì)流層特點(diǎn)1、溫度特點(diǎn)：氣溫隨高度的增加而遞減，↓6℃/1km；2、密度特點(diǎn)：空氣密度大，集中了占大氣質(zhì)量80%的空氣和幾乎全部的水蒸氣；3、對(duì)流運(yùn)動(dòng)顯著，天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變，云、霧、雨、雪等集中在這一層。距地面大約12km.

1、下部氣溫幾乎不隨高度變化而變化，稱為等溫層，上部隨高度上升而增高。（

35-55km處有層臭氧層）2、大氣透明度好，氣流比較穩(wěn)定，平流運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。距地面大約12-55km.

污染物一旦進(jìn)入平流層，滯留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，易造成大范圍以至全球性的影響。特點(diǎn)

平流層

特點(diǎn)高度大約離地面55-80km處。氣溫隨高度的增加而迅速下降，溫度可降至-83～-113℃

。空氣稀薄，有強(qiáng)烈的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)。對(duì)流層、平流層、中間層屬于均質(zhì)層，大氣主要組成的比例幾乎不變。中間層

暖層（電離層）位于中間層的上部，暖層的上界距離地球表面有800多Km

。該層的下部基本上是由分子氮組成，上部由原子氧組成。溫度隨高度的增加而迅速上升。特點(diǎn)

外層（散逸層）特點(diǎn)在大氣圈的最外層。大氣極為稀薄，氣溫高，分子運(yùn)動(dòng)速度快。暖層和外層屬于非均質(zhì)層，大氣的主要組成有很大的變化。

大氣中的主要污染物、來源及危害第二節(jié)

一、大氣中的主要污染物（一）大氣污染

由于人類活動(dòng)或自然過程，向大氣中排放的污染物超過了環(huán)境所允許的極限（環(huán)境容量），使大氣質(zhì)量惡化，人們的生活、工作、身體健康和精神狀態(tài)，以及設(shè)備財(cái)產(chǎn)等遭受到影響和破壞的現(xiàn)象。1.概念

2.污染過程

全球性大氣污染廣域性大氣污染局域性大氣污染區(qū)域性大氣污染根據(jù)污染范圍3.污染分類了解

根據(jù)能源性質(zhì)3.污染分類了解混合型大氣污染煤煙型大氣污染石油型大氣污染

根據(jù)污染物的化學(xué)性質(zhì)3.污染分類大氣污染還原型大氣污染氧化型大氣污染

一、大氣中的主要污染物（二）主要污染物重點(diǎn)

濟(jì)源焦化廠排放的廢氣

山西禹王煤炭氣化有限公司

天山水泥廠排放的廢氣

蘭州石化煉油廠

汽車排放的尾氣

當(dāng)前，在我國(guó)大氣環(huán)境中，影響較大的污染物主要有：總懸浮微粒、飄塵、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和總氧化劑等6種。（二）主要污染物

PM2.5（二）主要污染物

美國(guó)及歐盟PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)24小時(shí)PM2.5平均值標(biāo)準(zhǔn)（μg/m3）

空氣質(zhì)量指標(biāo)等級(jí)空氣質(zhì)量指標(biāo)類別0-35一級(jí)優(yōu)35-75二級(jí)良75-115三級(jí)輕度污染115-150四級(jí)中度污染150-250五級(jí)重度污染250六級(jí)嚴(yán)重污染世界衛(wèi)生組織（WHO）：PM2.5

>25μg/m3就對(duì)健康造成危害。

PM2.5的污染狀況2009年全球空氣質(zhì)量地圖

2013年北京空氣質(zhì)量分布圖

二、大氣污染物的主要來源1、工業(yè)污染源2、交通污染源3、生活污染源大氣

二、大氣污染物的主要來源1、工業(yè)污染源燃料燃燒排放的污染物生產(chǎn)中的排氣排放的各類礦物煙塵和金屬粉塵。

二、大氣污染物的主要來源2、交通污染源交通工具由飛機(jī)、船舶、汽車等交通工具（移動(dòng)源）排放的尾氣。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車排放的尾氣己構(gòu)成大氣污染的主要污染源。

汽車尾氣

二、大氣污染物的主要來源3、生活污染源

由于居住密集、燃煤質(zhì)量差、數(shù)量多且燃燒不完全、排放高度低等，其危害性不容忽視。

三、大氣污染的危害（一）大氣污染對(duì)人體健康的危害

a、顆粒物的粒徑>10μm時(shí)，可以被鼻腔和咽喉所捕集，但不進(jìn)入肺泡。b、粒徑<10μm的飄塵，對(duì)人體的危害較大，經(jīng)進(jìn)入人體后，一部分隨呼吸道排出體外，一部分（PM2.5）則沉積于肺泡。沉積在肺部的污染物如被溶解，直接進(jìn)入血液，造成血液中毒；未被溶解的可能被細(xì)胞吸收，造成細(xì)胞破壞，引起塵肺。1.顆粒污染物對(duì)人體健康的危害

煤礦工人，吸入煤灰，形成煤肺；玻璃廠或水泥廠工人，吸入硅酸鹽粉塵，形成矽肺；石棉廠工人多患有石棉肺。

煤塵肺和正常人的肺部

矽肺和矽肺病人

2.二氧化硫?qū)θ梭w健康的危害

3.NOx對(duì)人體健康的危害

5.其他有害的空氣污染物4.碳?xì)浠衔飳?duì)人體健康的危害主要是形成光化學(xué)煙霧。

光化學(xué)煙霧煙塵經(jīng)光化學(xué)作用而形成的再生污染物的煙霧。

巴黎光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧洛杉磯光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧洛杉磯光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧洛杉磯光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧倫敦光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧倫敦光化學(xué)煙霧

光化學(xué)煙霧

從1873年以來，西方國(guó)家共發(fā)生過19次嚴(yán)重的大氣污染事件，歷史上最重要的有三次。

1.英國(guó)倫敦?zé)熿F事件

5天死亡4000多人，構(gòu)成該事件的一次污染物是SO2和煤塵；二次污染物H2SO4煙霧和H2SO4鹽氣溶膠。2.日本四日市的SO2污染事件

四日市是一個(gè)石油化工城，每年排放SO2和粉塵的總量達(dá)13萬多t，終日黃煙彌漫，SO2超標(biāo)5-6倍，使人們逐漸患上慢性或急性的支氣管炎、哮喘及肺氣腫等呼吸道病，即所謂的“四日市哮喘病”。3.美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧

1946年發(fā)生的，表現(xiàn)為白色煙霧（有時(shí)帶紫色或黃褐色），大氣能見度降低，具有特殊的氣味，刺激眼和喉，使呼吸困難。主要是由汽車排放尾氣中的NOx和C、H化合物在強(qiáng)太陽(yáng)光作用下發(fā)生化學(xué)作用形成。

三、大氣污染的危害（二）大氣污染對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害顆粒污染物由葉背進(jìn)入植物體內(nèi)，破壞葉綠素，使組織脫水壞死；氣態(tài)污染物擦傷葉面，影響光合作用。

三、大氣污染的危害

三、大氣污染的危害

三、大氣污染的危害

三、大氣污染的危害

上節(jié)內(nèi)容回顧問：我國(guó)大氣中具有普通影響的污染物有哪些？

第三節(jié)氣象條件對(duì)污染物運(yùn)移的影響

你認(rèn)為一個(gè)地區(qū)大氣污染的程度與哪些因素有關(guān)？思考：

大氣中污染物的濃度與排放的污染物的總量、氣象因素和地理因素有直接的關(guān)系。

一、氣象動(dòng)力因子對(duì)污染物傳輸擴(kuò)散的影響

氣象動(dòng)力因子主要是指風(fēng)和湍流，風(fēng)和湍流對(duì)污染物在大氣中的擴(kuò)散和稀釋起著決定性作用。

一般來說，污染物在大氣中的濃度與污染物的總排放量成正比，而與平均風(fēng)速成反比，若風(fēng)速增加一倍，則在下風(fēng)向污染物的濃度將減少一半。風(fēng)1一、氣象動(dòng)力因子對(duì)污染物傳輸擴(kuò)散的影響湍流2大氣除了整體水平運(yùn)動(dòng)以外，還存在著風(fēng)速時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的陣性以及風(fēng)的上下左右地?cái)[性。也就是說，風(fēng)存在著不同于主流方向的各種不同尺度的次生運(yùn)動(dòng)或漩渦運(yùn)動(dòng)，這種極不規(guī)則的大氣運(yùn)動(dòng)稱為湍流。

湍流是如何稀釋污染物的？

大氣的湍流運(yùn)動(dòng)造成湍流場(chǎng)中各部分之間的強(qiáng)烈混合。當(dāng)污染物由污染源排入到大氣中時(shí)，高濃度部分污染物由于湍流混合，不斷被清潔空氣摻入，同時(shí)又無規(guī)則地分散到其他方向去，使污染物不斷地被稀釋和沖淡。

風(fēng)和湍流風(fēng)可以使污染物向下風(fēng)向擴(kuò)散，湍流可使污染物向各個(gè)方向擴(kuò)散。風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)，污染物的擴(kuò)散速度就越快，污染物濃度就越低。風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中擴(kuò)散稀釋最直接最本質(zhì)的因素。小結(jié)：

二、氣象熱力因子對(duì)污染物傳輸擴(kuò)散的影響氣象的熱力因子主要指大氣的溫度層結(jié)及大氣穩(wěn)定度等。

是指在地球表面上方大氣溫度隨高度變化的情況。氣溫的垂直分布決定著大氣的穩(wěn)定度，而大氣的穩(wěn)定程度又影響著湍流的強(qiáng)度，因而溫度層結(jié)與大氣污染關(guān)系密切。大氣溫度層結(jié)1

（1）氣溫垂直遞減率（γ）概念

是指在垂直于地球表面的方向上，每升高100m氣溫的變化值。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓來說，在對(duì)流層中，不同高度上的γ值不同，一般取平均值：γ=0.6℃/100m。該值表明在對(duì)流層中，每上升100m，大氣氣溫平均下降0.6℃。

實(shí)際上，近地面的大氣層，由于氣象條件的不同，氣溫垂直遞減率γ有時(shí)會(huì)大于零、小于零和等于零。溫度層結(jié)

遞減層結(jié)

γ＞0時(shí)，氣溫隨高度的增加而降低，氣溫垂直分布與標(biāo)準(zhǔn)大氣相同；等溫層結(jié)

γ=

0

時(shí)，氣溫不隨高度的變化而變化；逆溫層結(jié)

γ＜0時(shí)，氣溫隨高度的增加增加，氣溫垂直分布與標(biāo)準(zhǔn)大氣相反。溫度層結(jié)

是指對(duì)于一個(gè)干空氣團(tuán)或未飽和的濕空氣團(tuán)，絕熱上升或絕熱下降時(shí)溫度變化的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值與周圍的溫度無關(guān)。（2）氣溫干絕熱遞減率（γd

）概念：

一個(gè)干空氣團(tuán)或未飽和的濕空氣團(tuán)，在大氣中絕熱上升每100m，溫度就要下降0.98℃；絕熱下降100m,溫度要上升0.98℃，通常近似的取1℃，這個(gè)數(shù)值通常稱為氣溫的干絕熱遞降率。

為什么一個(gè)干空氣團(tuán)或未飽和的濕空氣團(tuán)，絕熱上升溫度會(huì)下降；絕熱下降溫度會(huì)升高？思考：

是指大氣中某一高度上的氣團(tuán)在垂直方向上相對(duì)穩(wěn)定的程度。大氣穩(wěn)定度2概念

氣團(tuán)在上升或下降時(shí)可能出現(xiàn)穩(wěn)定、不穩(wěn)定或中性平衡三種狀態(tài)。

大氣穩(wěn)定的程度取決于氣溫垂直遞減率（γ

）和氣溫干絕熱遞減率（γd

）。

（1）當(dāng)γ＜γd

時(shí)，不論由某種氣象因素使大氣作垂直上下運(yùn)動(dòng)，它都力爭(zhēng)恢復(fù)到原來的狀態(tài)，大氣的這種狀態(tài)，稱為穩(wěn)定狀態(tài)；（2）當(dāng)γ＞γd時(shí)，不論由某種氣象因素使大氣作垂直上下運(yùn)動(dòng)，它都力爭(zhēng)遠(yuǎn)離原來的狀態(tài)，大氣的這種狀態(tài)稱為不穩(wěn)定狀態(tài)；（3）當(dāng)γ＝γd時(shí)，氣團(tuán)內(nèi)部溫度與外部溫度始終保持相等，氣團(tuán)被推到哪里就停在那里，這時(shí)的大氣狀態(tài)稱為中性狀態(tài)。

三、地理?xiàng)l件對(duì)污染物運(yùn)移的影響概述地理?xiàng)l件對(duì)大氣污染物遷移擴(kuò)散的影響其本質(zhì)是通過改變局部地區(qū)（溫度層結(jié)等）的氣象條件來實(shí)現(xiàn)的。

三、地理?xiàng)l件對(duì)污染物運(yùn)移的影響地貌（地面自然物和建筑物）影響風(fēng)速和風(fēng)向，故影響污染物的擴(kuò)散。（一）地形地物的影響山谷盆地，地形屏障影響，靜風(fēng)、小風(fēng)比重大，不利于大氣污染物的擴(kuò)散；城市中的高層建筑物，在局地地區(qū)產(chǎn)生渦流，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。

三、地理?xiàng)l件對(duì)污染物運(yùn)移的影響（二）局地環(huán)流的影響山谷風(fēng)海陸風(fēng)城市風(fēng)自學(xué)P52-53本質(zhì)上是通過改變氣象條件來影響污染物的遷移擴(kuò)散。

大氣污染的防治措施第四節(jié)

討論：1、水泥工業(yè)對(duì)大氣所產(chǎn)生影響的污染物有哪些？其污染源是什么？

討論：主要污染物粉塵廢氣

粉塵主要是由于水泥生產(chǎn)過程中原料、燃料和水泥成品儲(chǔ)運(yùn)，物料的破碎、烘干、粉磨、煅燒等工序產(chǎn)生的。

討論：主要污染物粉塵廢氣廢氣主要包括SO2、NOx、CO2等。CO2由生料CaCO3分解、燃料燃燒產(chǎn)生的；SO2由生料、燃料中含硫成分燃燒生成的；NOx是空氣中的N2在高溫有氧燃燒條件下產(chǎn)生的。

討論：2、你認(rèn)為應(yīng)該如何治理？

要想有效的控制大氣污染，人們必須從整個(gè)區(qū)域的大氣污染情況出發(fā)，統(tǒng)一規(guī)劃并綜合運(yùn)用各種防治措施和手段，積極采用新技術(shù)、新設(shè)備、新方法和新工藝等，即堅(jiān)持綜合防治的原則。

一、大氣污染的防治原則

1、控制大氣污染源

為控制大氣污染源，應(yīng)對(duì)工業(yè)進(jìn)行合理布局，對(duì)城市進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

（1）改革能源結(jié)構(gòu)；（2）對(duì)化石燃料進(jìn)行預(yù)處理；（3）改善燃燒裝置和燃燒技術(shù)；（4）采用清潔生產(chǎn)工藝；（5）加強(qiáng)企業(yè)管理。2、防止或減少污染物的排放

3、治理排放的主要污染物（1）利用各種除塵設(shè)備去除煙塵和各種工業(yè)粉塵。（2）采用氣體吸收塔處理有害氣體。（3）及時(shí)清理和妥善處理工業(yè)、生活和建筑廢渣，減少地面揚(yáng)塵。（4）發(fā)展植物凈化技術(shù)，植樹造林，綠化環(huán)境。（5）利用環(huán)境的自凈能力。

4、污染的法制宣傳與管理

污染的法制管理十分重要，要向群眾做好廣泛的宣傳工作。要堅(jiān)持以法管理環(huán)境，對(duì)破壞環(huán)境的人和事，要教育、處罰以致拘役判刑。

大氣污染綜合治理的重點(diǎn)是：消煙除塵；排煙脫硫；排煙脫氮。

大氣污染的綜合防治重點(diǎn)

二、消煙除塵技術(shù)是為了保護(hù)環(huán)境避免空氣污染而采取的減少煙塵排放的措施。1、概述定義

含義消煙除塵從廢氣中去除有害無用的顆粒物，使廢氣達(dá)標(biāo)排放，此為除塵。從廢氣中回收有用物質(zhì)，提高資源利用率，此為收塵。

除塵裝置俗稱除塵器，是除去或降低煙氣中飛灰含量的裝置。選擇除塵裝置時(shí)，除考慮煙塵的特性外，還要對(duì)除塵裝置的性能有所了解。2、除塵裝置

（1）除塵裝置的主要性能除塵裝置的主要性能指標(biāo)有三個(gè)：處理量、效率和阻力降。

指除塵裝置在單位時(shí)間內(nèi)所能處理的含塵氣體量，用Q表示，單位是，取決于除塵裝置的型號(hào)和結(jié)構(gòu)尺寸。式中:G-粉塵流量，g/s;C-含塵濃度，g/Q-標(biāo)準(zhǔn)狀況下單位時(shí)間粉塵量，處理量1

除塵裝置的效率，指除塵裝置除下的煙塵量（G3）與未經(jīng)除塵前含塵氣體中所含煙塵量（G1）的百分比。用η表示。效率2

又稱壓力降（壓力損失），用ΔP表示。它代表煙氣經(jīng)過除塵裝置所消耗能量大小的一個(gè)主要指標(biāo)。

ΔP大

消耗能量多

運(yùn)行費(fèi)用高

阻力降3

（2）除塵裝置的類型①根據(jù)除塵過程中是否使用潤(rùn)濕劑，分為濕式和干式除塵裝置。②根據(jù)除塵過程中的粒子分離原理，分為重力、慣性力、離心力、洗滌式、過濾式（袋式除塵器）、電除塵和聲波除塵裝置。③根據(jù)除塵裝置的機(jī)制，分為機(jī)械式、過濾式、濕式、靜電除塵裝置四種。了解水泥廠應(yīng)用較多水泥廠應(yīng)用較多通讀教材

（1）若塵粒的粒徑較小，可選用濕式、過濾式或電除式除塵器；若粒徑較大，可以選用機(jī)械式除塵器。（2）若氣體含塵濃度較高時(shí)，可用機(jī)械式除塵；若含塵濃度低時(shí)，可采用文丘里洗滌器。（3）對(duì)于黏附性較強(qiáng)的塵粒，最好采用濕式除塵器，不宜采用過濾式除塵器，因?yàn)橐嗽斐蔀V布堵塞。（３）除塵裝置的選擇原則總結(jié)

注意：

氣體成分中如果含有易燃易爆的氣體，如CO等，應(yīng)將CO氧化成CO2后再進(jìn)行除塵。

三、排煙脫硫技術(shù)

目前有80多種技術(shù)，對(duì)于低濃度的SO2（含量<3.5%）煙氣的治理，研究進(jìn)展較緩慢（吸附劑的選用、副產(chǎn)品的處理和利用較難）。

將含硫的氧化物從廢氣煙塵中處理掉的技術(shù)簡(jiǎn)稱為“排煙脫硫”技術(shù)。其中以SO2為最主要的污染物，SO2為氣態(tài)酸性氧化物，可以溶于水，其中S的氧化態(tài)為4，處于中間價(jià)態(tài)，可以進(jìn)行氧化或者還原反應(yīng)，可以同堿、鹽等物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。原理1

（1）經(jīng)濟(jì)；（2）工藝原理及過程簡(jiǎn)單緊湊，操作和管理簡(jiǎn)便；（3）不造成二次污染，且可以回收硫資源。原則2

排煙脫硫方法干法脫硫濕法脫硫方法3

干法脫S用固體吸收劑或吸附劑，吸收或吸附煙氣中SO2的方法。優(yōu)點(diǎn)是排煙溫度高，易擴(kuò)散。缺點(diǎn)是效率低，設(shè)備龐大。干法脫硫（1）概述

干法脫硫活性炭吸附法分類催化氧化法

①活性炭吸附法

是利用活性炭的活性和較大的比表面積使煙氣中的SO2在活性炭表面上與氧及水蒸氣反應(yīng)生成硫酸的方法，即：

②催化氧化法

利用SO2在硅載體中，用V2O5或KMnO4為催化劑，將其氧化成SO3，然后用水吸收，制成稀H2SO4。

濕法脫S是用水或水溶液作吸收劑，吸收煙氣中SO2的方法。優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，流程短，建設(shè)費(fèi)用少。缺點(diǎn)是處理時(shí)溫度低，易行成白煙，而且煙氣上升的高度較低，不易擴(kuò)散。濕法脫硫（2）概述

濕法脫硫氨法鈣法鈉法分類

a氨法

用NH3·H2O做吸收劑，吸收煙氣中的SO2的方法。b鈉法用NaOH、Na2CO3或Na2SO3水溶液做吸收劑。此法吸收速度快，設(shè)備不易堵塞，應(yīng)用較廣泛。

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