大气污染及其控制技术.ppt

大气污染的含义： 介入大气中的化学物质 （ 如烟尘 、 CO、 CO2、 SOx、 NOx、 碳氢化合物等各类无机物和有机 物 ） 、 能量 （ 如光 、 声 、 磁 、 热等 ） 和微生物 （ 如病菌 、 病毒等 ） 超过了大气环境容量 ， 从而直 接或间接地对人类的生活 、 生产和身体健康等方面产生不良影响的现象 。 21世纪的新兴学科 -环境工程 大气污染及其控制技术 一、我国大气环境污染现状 二、大气层的结构与组成 根据大气的热状态，大气层自地球海平面上可分为对流层、平流层、中间层和热层。对 流层厚度不均，赤道地区厚，两极地区薄，是大气中最稠密的一层；从对流层顶到离地表 50 55公里高度的范围是平流层，这里基本上没有水汽，晴朗无云，适于飞机航行；从平 流层顶到离地表 85公里高度的范围是中间层，又叫电离层，其温度随高度的增加而下降； 从对流层顶部到离地表 500公里高度的范围是热层，热层温度很高，最高达 1100度。 大气的组成 五种主要气体： N2、 O2、 Ar、 CO2、 H2O 悬浮微粒： 水滴 冰晶 尘埃 煤烟 花粉等 恒定组分 106107年 N2、 O2、 Ar、 Kr、 Xe、 Ne、 He 可变组分 2 10年 CO2、 H2O 不定组分（强可变组分） 几天或更短 H2S、 SOx、 NOx、颗粒物 1. 对流层 特征： 气温随高度升高而下降 集中了大气中空气的 90.9% 云、雾、风、降水主要天气现象的发生地 大气污染物的产生、迁移、转化的主要发生地 下热上冷，造成空气强烈对流 2. 平流层 特征： 温度分布随高度增加而增加； 无上下对流的大气运动，大气稳定， 污染物难以扩散； 平流层 15-35km内，形成了臭氧层。 距地面 5085Km的区域，主要物质 : O2、 N2、 NO+、 O2+ 此层的特点：大气更为稀薄，温度随高度上升而降低（ -2C-92C)， 空气垂直运动相当强 烈 。 3. 中间层 4. 热层 距地面 85800Km的区域，也叫电离层。 大气的主要成分是 O2、 N2 。 此层的特点：大气温度随高度上升而迅速上升。 -92C 1200C O2、 N2 O2+、 O+、 NO+ 等 5. 逃逸层 800Km以上，也叫外大气层。 大气温度随高度上升而略有提高。 三、大气污染及重要污染物 大气污染物的来源 自然源： 自然风尘、火山喷发、森林火灾 人为源： 燃料燃烧 工业排放 交通尾气 城市建设 农业排放 餐馆和家庭厨房排出的油烟 城乡裸露土地和荒漠化地区的扬尘 大气污染物的汇 干沉降 ：重力沉降，指大气污染物被植物、建筑物或地面相碰撞而被捕获（表面吸附或吸收）的 过程。 湿沉降 ：大气污染物通过降水（雨、雾、雪等）落到地面的过程。 化学反应去除 ：大气污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消 失的过程。 大气污染物的分类 初生污染物： SO2 NO NO2等 按来源： 次生污染物： H2SO4 NO2 HNO3等 气态污染物： SO2 、 NO2等 按状态： 颗粒态污染物：硫酸雾、硝酸雾等 有机污染物： 碳氢化合物等 按化学组成： 无机污染物： CO2 、 NOX 、 SOX等 主要大气污染物类型 1. 含碳化合物（碳氧化物 ）： CO、 CO2 2. 含硫化合物： SO2、硫酸及硫酸（盐） 3. 含氮化合物（氮氧化物 ）： NO、 NO2， N2O、 4. 碳氢化合物：烷烃、烯烃和芳烃 5. 光化学氧化剂： O3、过氧化物、 PAN 6. 含卤素化合物： CFCs、 Halon（哈龙）类 7. 颗粒物： TSP、 PM10 1、含碳化合物 CO 来源：森林火灾、叶绿素分解、 海洋生物作用、燃料燃烧等 环境效应：与 O2争夺血红蛋白，使人中毒； 抑制植物光合作用； CO2 来源：火山爆发、动植物呼吸、森林火灾、 燃料燃烧、森林破坏、海洋脱气等 环境效应： CO2浓度 温室效应 冰雪融化 ,海平面上升 全球气候变化：高温、干旱、洪涝、暴风雨 影响生态系统：土壤、湿地、森林生态系统 替换 疾病增加 2、含硫化合物 SO2 来源 ：火山爆发、含 S燃料的燃烧、工业过程 环境效应 ： 无色、有刺激性气味的气体 能刺激人眼、皮肤，损伤呼吸器官，损坏植物叶片，抑制作物生长 对金属、建材有腐蚀作用 通过光化学氧化，最终转变成 H2SO4或硫酸盐 酸雨 H2SO4和硫酸雾 H2SO4的来源： SO2的氧化、工业排放 硫酸雾形成： 污染物（ H2SO4和硫酸盐） 气象条件（气温低、湿度大、逆温） 颗粒气溶 胶（作为凝结核） 酸雾的影响：眼结膜炎、角膜坏死、皮炎 皮肤溃疡、支气管炎、肺炎 案 例：伦敦烟雾事件 硫酸雾、颗粒物协同作用 酸雨的危害 植物生长 土壤生态系统 水生生态系统 腐蚀：建筑物、古文物、雕塑、材 料 人体健康 3、含氮化合物 N2O 化学活性差，是主要温室气体之一； 寿命长，可传输到平流层，发生光解生成 NO。 NOx NO: 无色无刺激性活泼气体，与 CO性质相似。 NO2: 红棕色刺激性臭味气体； 对呼吸器官有强烈刺激作用 , 能引起肺肿、肺癌； 通过光化学氧化，最终转变成 HNO3或硝酸盐。 4、碳氢化合物 种类： 烷烃、烯烃、芳香烃、炔烃、多环芳烃等 危害： 与 NOX协同作用，产生光化学烟雾。 CH4是温室气体，加剧温室效应。 5、光化学氧化剂 大气中氧化性很强的一组化合物，包括 O3、过氧化物、过氧乙酰硝酸酯（ PAN）。 是由 NOx和碳氢化合物等通过光化学反应生成的二次污染物。 6、含卤素化合物 主要类型： CFCs（氟利昂类） 哈龙类 危害： 消耗臭氧，破坏臭氧层。 光化学烟雾 形成条件： 强阳光照射 污染物（ NOX，碳氢化合物） 气象条件（逆温） 化学特征： 有色烟雾、具强氧化性和刺激性、刺激人眼和呼吸器官、植物叶片 变白枯萎、橡胶开裂、大气能见度降低 案例： 洛杉矶光化学烟雾事件 臭氧层破坏的危害 对人体健康的影响 对水生生态系统的影响 影响植物正常生长 对全球气候的影响 7、颗粒物 大气中大于分子尺寸的固体或液体颗粒状物质。 总悬浮颗粒物（ TSP）： 用标准大容量颗粒采样器在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量。其粒 径多在 100m以下，尤以 10m以下最多。 飘尘：其粒径主要是小于 10m的颗粒物。 可吸入粒子（ PM10）： 易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。 ISO将其定为 DP10m。 降尘：其直径大于 10m的颗粒物。 大气污染的危害 对人体健康的危害 对动植物的危害 对材料的危害 对大气的影响 对人体健康的危害 引起鼻粘膜肿胀、支气管发炎、哮喘、呼吸机能障碍。 某些重金属过量吸入人体，导致机体急性中毒。 病毒性污染物进入人体后，诱发各种疾病，甚至诱发 各种癌变和遗传基因突变。 对动植物的危害 对动植物生长造成影响，产生病变 对动植物生存的生态系统造成影响 对材料的危害 如对纺织衣物、皮革、金属制品、建 筑材料、文化艺术品等，造成化学性 损害和玷污损害。 对人体健康的危害 由于空气污染，英国在 60年代初期气管炎死亡率高达 67.8%，美国加利福 尼亚洲 1950-1960年呼吸道疾病增加一倍，肺气肿死亡率增加 9倍。日本、 西欧各国 20年里，呼吸道疾病增加 9倍。 目前世界各国的肺癌发病率和死亡率都已经上升，特别是一些工业发达国 家的情况更为明显，而且城市的肺癌发病率和死亡率都高于农村。这种状 况足可以说明，环境中的污染物是肺癌发病和致死率升高的主要因子。 对大气的影响 对气候产生影响 如二氧化碳等温室气体的增多会导致地球大气增暧，导致全球天气灾害增多。 又如烟尘等气溶胶粒子增多，使大气混浊度增加，减弱太阳辐射，影响地球长 波辐射，可能导致气候异常。 造成酸性降雨 对农业、林业、淡水养殖业等产生不利影响。 破坏高空臭氧层 形成臭氧空洞，对人类和生物的生存环境产生危害。 四、大气污染控制 发展历程 起步阶段 1973-1981 发展阶段 1982-1991 综合治理的发展 单项 SO2， NOX，粉 尘治理的发展 开拓阶段 工 业 污 染 源 城 市 废 气 区 域 酸 雨 国 际 公 约 大气污染控制技术概况 污 染 控 制 技 术 颗粒污染物控制技术 气态污染物控制技术 机械式除尘器 湿式除尘器 电除尘器 过滤式除尘器 吸收法 吸附法 催化法 燃烧法 大气污染的防治对策 控制大气污染源：合理布局，科学规划 防止或减少污染物的排放：改革能源结构； 提高燃料的品质；对燃料进行处理；改进燃烧装臵和燃烧工艺；采用 清洁生产工艺；节约能源，开展资源综合利用；加强管理，减少事故 性排放；改进汽车排气装臵，更换汽车的燃料类型。 污染物治理 大气污染控制技术 颗粒污染物控制技术 颗粒污染物控制技术常称除尘技术，除尘技术的方法和设备种类很多，各具 不同的性能和特点，在治理颗粒污染物时要选择一种合适的除尘方法和设备， 除需考虑当地大气环境质量，尘的环境容许标准、排放标准、设备的除尘效率 及有关经济技术指标外，还必须了解尘的特性，如粒径、粒度分布、形状、密 度、比电阻、亲水性、粘性、可燃性、凝集特性以及含尘气体的化学成分、温 度、压力、湿度、粘度等。 颗粒污染物控制技术 重力沉降 旋风除尘 湿式除尘器除尘 过滤式除尘器除尘 电除尘器除尘 气态污染控制技术 气态污染物控制技术很多，主要有 吸收、吸附、催化、燃烧、冷凝、 生物、膜分离、电子束等 气态污染物控制技术 吸收法 吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂 发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。 吸附法 气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子 引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上。 催化法 催化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，将废气中的气体有害物 质转变为无害物质或转化为易于去除的物质的一种废气治理技术。 燃烧法 燃烧法是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害物质的方法。 例如含烃废气在燃烧中被氧化成无害的 CO2和 H2O。 二氧化硫控制技术 二氧化硫控制技术 燃烧前脱硫 燃烧中脱硫 烟气脱硫 (FGD) 烟气脱硫技术原理 烟气脱硫技术 SO2的吸收过程 SO2吸附净化 SO2的催化净化 燃烧前脱硫技术 燃煤脱硫 燃油脱硫 燃气脱硫 物理方法 重介质选煤 跳汰选煤 浮选法 干法选煤 化学方法 碱法脱硫 气体脱硫 氧化脱硫 其它脱硫方法 生物脱硫 微波脱硫 高梯度磁选脱硫 超临界醇萃取脱硫 型煤固硫 影响型煤固硫率的因素 ,P286-288 （ 1）原煤含硫率 （ 2）固硫剂粒径 （ 3）添加剂 （ 4）其他影响因素：成型工艺、煤种、燃烧温度等 炉内喷钙脱硫技术 影响炉内喷钙脱硫的因素 (p291-294) （ 1）固体吸收剂的分解温度 （ 2）反应温度 （ 3） “ 烧僵 ” 与脱硫剂的最佳喷射位置 （ 4）脱硫剂 炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫 该技术的特点是：炉膛喷钙作为一级脱硫，在烟气流过反应器时向反应 器内喷水将烟气增湿作为二级脱硫。增湿使烟气中 CaO和 H2O反应生成 Ca(OH)2，与 SO2快速反应，提高钙利用率和脱硫效率。 炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫工艺主要有三种： （ 1） LIFAC工艺 （ 2） LIMB方法 （ 3） LIDS方法 烟气脱硫技术及装置 烟气脱硫技术 按脱硫剂的形态 干法 半干法 湿法 按反应产物的处理方法 抛弃法 回收法 按脱硫剂是否可再生 再生法 不可再生法 按气体净化原理 吸收法 吸附法 催化转化法 湿法烟气脱硫 石灰石石膏湿法烟气脱硫 海水烟气脱硫 双碱法烟气脱硫 氨法烟气脱硫 磷铵肥法烟气脱硫 氧化镁法烟气脱硫 氧化锌法烟气脱硫 氧化锰法烟气脱硫 碱式硫酸铝法烟气脱硫 钠碱吸收法烟气脱硫 有机酸钠石膏法烟气脱硫 半干法烟气脱硫技术 喷雾干燥烟气脱硫 干法烟气脱硫技术 炉内喷钙烟气脱硫 炉内喷钙尾部烟气增湿活化脱 硫 管道喷射烟气脱硫 荷电干式吸收剂喷射脱硫 电子束照射烟气脱硫 脉冲电晕烟气脱硫 烟气脱硫技术及装置 石灰石 /石灰湿法 双碱法 氨法 喷雾干燥法 金属氧化物吸收法 石灰石 /石灰湿法烟气脱硫的设备 由三部分组成 （ 1）脱硫剂制备系统 （ 2）吸收塔 （ 3）脱硫废物处理系统 石灰石石膏法 主要设备 吸收塔选择的依据为： 气液相对速度高； 压降低； 持液量适当； 操作弹性好； 液相表面积大； 液气分布好 。 内部构件少； 吸收塔： 文丘里、喷淋塔、填料塔、 湍球塔、板式塔等 氧化塔： 回转筒式雾化器 影响脱硫效率的主要因素 浆液的 pH值 吸收温度 液气比 烟气流速：逆流喷淋塔内气速一般为 2.443.66m/s，典型值为 3m/s 添加剂 石灰石 /石灰抛弃法 与石灰石膏法的区别在于：吸收过程 产生的固体废渣 (亚硫酸钙和一部分硫 酸钙的混合物 )不再回收利用 脱硫固体废物的处理 回填法 不渗透的池存储法。 湿式石灰石 /石灰 -石膏法 双碱法 结垢和堵塞 双碱法分浓碱法和稀碱法两 个流程。浓碱法适于氧化率 低的场合。 稀碱法系统中采用 “ 碳酸盐 软化法 ” 保持低的钙离子浓 度，可避免石膏结垢。而在 浓碱法系统则不存在这个问 题。 氨法 氨法 氨 -酸法 氨 -亚硫酸铵法 氨 -硫铵法 喷雾干燥法 脱硫原理 质量传递过程 生石灰制浆： SO2被灰浆液滴吸收： 脱硫剂与 SO2反应： 液滴中 CaSO3过饱和沉淀析出： 部分 CaSO3(液 )被溶于 液滴中的氧气所氧化： 脱硫浆液的制备 脱硫浆液的雾化 雾滴与烟气接触 SO2吸收和水分的蒸发 灰渣再循环与排除 工艺流程 工艺流程 吸收剂的用量为理论用量的 1.5 2.0，一 般脱硫效率可达 70 85%。吸收剂除采用 石灰乳外，还可采用碱液或氨水 。 烟气同时脱硫脱硝技术 随着烟气脱硫和烟气脱硝技术的发展，各国都开展了烟气同时脱硫脱硝技术的研究，目的是开发 具有低于传统 FGD和 SCR组合工艺费用的新的 SOx NOx联合脱除技术，目前大多数新工艺处在 开发阶段，尚未得到商业应用。 就我国而言 ,NOx的治理开始提上了日程，目前，开发符合我国国情的投资较少、运行费用较低的 联合脱除技术将是大气污染控制领域的重点课题 燃煤 NOx控制方法 燃料脱氮 改进燃烧方式和生产工艺 低氧燃烧法、二段燃烧法、烟气再循环法 烟气脱硝 干法：选择性催化还原法、吸附法、高能电子活化氧化法 湿法：水吸收法、络合吸收法、稀硝酸吸收法、氨吸收法、 亚硫酸铵法、弱酸性尿素吸收法等 干 -湿结合法：催化氧化和相应的湿法结合而成的脱硝方法 含有机污染物废气的治理方法有： 吸收 吸附 冷凝 催化燃烧 热力燃烧 直接燃烧 以上方法的组合 恶臭处理技术 控制臭气的物理方法 （ 1）掩蔽法（中和法） （ 2）稀释扩散法 控制恶臭的化学方法 （ 1）空气氧化（燃烧）法 （ 2）水吸收法 （ 3）化学吸收法 （ 4）吸附法 （ 5）联合法 常见的有机污染物净化方法 方法 废气来源与污染物 净化方法要点 冷凝法 喷涂胶液废气中的苯、 二甲苯及醋酸乙酯 用直接冷凝法冷凝废气 冷凝 / 吸收法 苯酐生产废气中萘二甲酸、 萘醌、顺丁烯二酸 用湍球塔以水直接冷凝并进行吸收 葵二腈生产中产生的高温含葵二腈蒸气 用引射式冷凝器冷凝并吸收 吸收法 氯乙烯精馏塔尾气中的氯乙烯 用氯苯做吸收剂喷淋吸收 汽油蒸气 低压压缩后以汽油、重油做吸收剂吸 收 吸附法 凹板印刷废气中的苯、甲苯、二甲苯 用活性炭在固定床吸附器中吸附 氯乙烯精馏塔尾气中的氯乙烯 用活性炭在固定床吸附器中吸附 喷漆废气中的有机溶剂 用活性炭在固定床吸附器中吸附 常见的有机污染物净化方法 （续） 方法 废气来源与污染物 净化方法要点 吸附 /冷 凝法 粗乙烯精制时产生的含乙醚气体 用活性炭吸附乙醚，脱附后将浓集的 乙醚冷凝为液体进行回收 直接燃烧 法 石油裂解尾气中的低碳烃 用火炬燃烧 烘箱废气中的有机溶剂 在锅炉或燃烧炉内燃烧 油贮槽排气中的低碳烃 至加热炉作为辅助燃料燃烧 催化燃烧 法 漆包线烘干时产生的有机废气 用催化燃烧热风循环烘漆机催化燃烧 环氧乙烷生产尾气中的乙烯 用铂钯镍铬带状催化剂进行燃烧 有机溶剂苯酚、甲醛蒸气 用铜催化剂栽在型分子筛上催化燃 烧 含铅废气处理技术 铅污染的来源与危害： 铅烟及铅尘是大气铅污染的主要型式。铅污染主要来自于铅矿的采掘、冶炼和含铅汽 油的燃烧，含铅燃煤的燃烧，以及含铅产品生产及使用中的高温作业过程 铅是一种蓄积性毒物，可以引起急性中毒，最主要的危害是会造成慢性损害 酸性溶液吸收净化 吸收液可采用醋酸、硝酸或草酸，化学吸收的结果生成相应的铅盐一醋酸铅、硝酸铅 或草酸铅。酸性溶液吸收具有设备简单、操作方便、除铅效率高、不堵塞等特点，但 仍存在污水污泥处理和腐蚀问题 由于醋酸铅的毒性比铅及其氧化物更大，因而更换吸收液时必须对醋酸铅进行化学沉 淀过滤处理 碱性溶液吸收净化 当铅烟温度在 330 500 时，生成的三氧化二铅和四氧化三铅中都 有二氧化铅的成份。二氧化铅可与碱溶液反应生成铅酸钠，最后与水 加合，生成 Na2Pb(OH)6沉淀 PbO2 + 2NaOH Na2PbO3 + H2O 2Na2PbO3 +6H2O 2Na2Pb(OH)6 酸雾处理技术 酸雾形成的主要机理 （ 1）酸溶液表面蒸发，酸分子进入空气，吸收水分并凝并，形成雾滴 （ 2）酸溶液内有化学反应，形成气泡，气泡上浮到液面后爆破，将液滴 带出 常见的酸雾：硫酸雾、盐酸雾、铬酸雾、磷酸雾 酸雾的净化方法 1、吸收法 （ 1）水吸收：简单但效率低，且废水要处理 （ 2）碱液吸收：吸收剂常用 10碳酸钠、 4 6 氢氧化钠和氨等的水 溶液 2、过滤 雾滴较大的情况下可使用过滤法，铬酸雾、硫酸雾常用过滤法净化