第二章 大气污染治理ppt课件.ppt

'第二章大气污染治理 一.大气大气的定义:大气（空气）从自然科学角度来看，空气和大气常常作为同义词，二者没有实质性的差别。按国际标准化组织（ISO）给大气和空气下的定义：大气是指地球环境周围所有空气的总和。环境空气是指暴露在人群、植物、动物和建筑物之外的室外空气。 但在研究近地层的空气污染规律及对空气质量进行评价时，为便于说明问题，有时两个名词分别使用。一般对于居住在室内或特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的气体习惯上称为空气。在大气物理、大气气象、自然地理以及环境科学研究中，常常是以大区域或全球性的气流作为研究对象，因此，就常用大气一词。 大气的组成大气是一个多种气体的混合物，由混合气体、水气和悬浮微粒组成，可分为：恒定组分：O2(20.95%)、N2(78.09%)、氩（0.93%）、惰性气体。上述组分的比例在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的。可变组分：CO2、水蒸汽、O3这些组分在大气中的含量是随季节、气象的变化以及人们的生产、生活活动的影响而发生变化。不定组分:第一环境问题引起的：由自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性灾难所引起的。污染物有尘埃、S、H2S、SOx、NOx等。第二环境问题引起的。 二大气污染1.大气污染的含义：国家标准组织定义（ISO）定义：指自然界中局部的职能变化和人类的生产及生活活动改变大气圈中某些原有成分且向大气中排放有毒害物质，致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏. 2.大气污染源的分类有四种分类法按污染源存在形式：固定污染源、移动污染源；按污染源排放方式：高架源、面源、线源；按污染源排放时间：连续源、间断源、瞬时源；按污染源产生类型：工业污染源、家庭炉灶、汽车排气。进行大气质量评价适宜用第一种分法，研究扩散适宜用第二种分法，分析污染物排放时间规律适宜用第三种分法，解决污染物，控制污染物适宜用第四种分法。 3.大气污染的产生和大气污染源（1）生活性污染源人类由于生活需要燃烧燃料时向大气排放煤烟等污染物的污染源。（2）工业污染源火力电厂、冶金企业、化工厂、建材厂等工矿企业在生产过程中排放各类污染物的污染源（3）交通运输污染源汽车、轮船、飞机等交通工具排放废气造成大气污染，也称移动污染源。（4）农业污染源施用化肥、农药、有机肥时会逸散或经土壤分解而向大气中排放的有毒、有害及恶臭气态污染物，大型禽畜养殖场的粪便、污水散发的气味。 1.二氧化硫和硫化氢气体大气中的硫约2/3来自天然源，以H2S最为主要，SO2除了来自火山爆发和H2S的氧化外，更多地来自于含硫煤和石油的燃烧、石油炼制以及有色金属冶炼和硫酸制造等2.亚硫酸及硫酸（盐）微粒形式4.主要大气污染物及其危害 SO2是一种无色、有刺激气味的不可燃气体，是一种分布广、危害大的主要大气污染物质。它在空气中很不稳定，只能存留几天的时间,其演化途径大体有两种。 （一）SO2的催化氧化（二）SO2的光化学氧化 （一）SO2的催化氧化2SO2+2H2O+O2→H2SO4上述转化在大气中悬浮颗粒物中的铁、镁、锰盐等的催化作用下，其氧化速率可增大10-100倍 （二）SO2的光化学氧化2SO2+O2→2SO3该反应进行得较为缓慢。但含有SO2的大气中同时含有碳氢化物和氮氧化物时，则该转化反应速率将大大提高。 硫氧化物的严重危害1.SO2造成的危害SO2是形成酸雨的主要因素SO2阻止作物生长SO2危害人类健康（刺激上呼吸道甚至肺部，破坏酶的活力，影响碳水化合物及蛋白质的代谢，抑制机体免疫机能。） 硫氧化物的严重危害2.SO3造成的危害在大气中可存留一周以上，且能飘移1000km以外，造成远离污染源以外的区域性污染3.SO2与颗粒物的协同作用使其危害作用再增加3-4倍 氮的氧化物NOx包括：N2O,NO,N2O3,NO2,N2O4,N2O5(N:+1→+5价）其中：NO和NO2在大气中存在较多，是污染大气的主要氮氧化物。它们也会对人体产生较大的危害作用。 NO作用于中枢神经系统，产生麻痹，引起痉挛和运动失调；与血红蛋白结合,使血液输氧能力下降。来源天然来源只占大气中NO量的很少一部分，主要是在闪电作用下大气中N2的氧化，土壤中微生物的硝化作用以及大气中氨的氧化等。绝大部分的NO来自于人为来源：高温下燃料燃烧和氨氧化法制备硝酸的中间体。 NO很快被氧化为NO2NO+O32NO22NO+O22NO2NO2是大气中最活泼、最重要的污染物之一，然而更多的NO2则是来自于化石燃料燃烧、交通运输、硝酸工业以及涉及硝酸反应的行业等 NO2毒性约为NO的4-5倍,对人体的危害远比NO严重，对人体的呼吸器官有强烈的刺激作用。经呼吸进入人体的NO2溶于肺泡表面的水后形成HNO2和HNO3，强烈地刺激和腐蚀肺部，是引起肺气肿和肺癌的病因之一。NOx可使织物褪色，损坏棉或尼龙织品，腐蚀金属及建筑物等。 NOx导致形成酸雨和光化学烟雾，对环境造成更大的破坏！ CO是低层大气中最丰富的气态污染物，也是人类向大自然排放量最大的污染物CO是无味无嗅有毒气体，我国规定居民区日平均最高容许浓度为1.00mg/m3大气中绝大部分的CO由自然因素产生，至今大气中CO的浓度未见增加，也无因CO造成的灾害事例，其自然净化机理迄今不完全清楚。CO2是主要温室气体之一 CO对人体的危害Hb+O2HbO2(血红蛋白)Hb+COHbCO 萜烯类9%人为源5%进入大气的烃类绝大部分来自天然源:CH4、萜烯类其它的烃类化合物包括烷烃，烯烃，炔烃，芳烃，多环芳烃等 光化学烟雾的重要组成成分，由此产生的二次污染物会对人体健康和动植物生长产生很大危害一部分多环芳烃有明显的致癌作用，附着在飘尘中通过呼吸进入人体，严重危害人类健康 26 悬浮微粒分散在大气中的固态或液态微粒，包括烟尘、粉尘、气溶胶、雾等。烟尘是燃料或其他物质燃烧的产物，通常有不完全燃烧所形成的煤粉，多环芳烃化合物和飞灰组成。粉尘是固体物质在加工和运输过程中所产生的微小固体颗粒。危害（1）降低能见度，遮挡阳光，使云雾、雨水增加（2）吸附大气中的致癌物质，使肺癌发病率上升（3）粒径为0.1～1µm的微粒直接吸入肺泡，引起呼吸道疾病。 三.大气污染对全球大气环境的影响Visibilityimpairedbyairpollution. （一）温室效应大气中产生和消除CO2之间达成平衡，使其浓度保持在一定的范围内。大气中的CO2和H2O吸收太阳和地球表面发出的长波辐射，仅让很少一部分热辐射散失到宇宙空间，并且吸收的热量多于散失的，最终地球保持相对稳定的气温，这种现象称为温室效应。温室效应是生命赖以生存的必要条件。但是由于人类的生活和生产活动排放大量的CO2，造成温室效应加剧，气候变暖。除CO2以外，CH4、N2O、H2O、CFC也是温室气体。 气体大气中浓度(*10-6)年增长(％)生存期（年）温室效应(CO2=1)现有贡献率主要来源CO23550.550~200155煤、石油、天然气、森林砍伐CFC0.00085420~1023400~1500024发泡剂、气溶胶、制冷剂、清洗剂CH41.7140.912~171115湿地、稻田、化石、燃料系统、牲畜NOX0.310.251202706化石燃料、化肥、森林砍伐人类活动排放的温室气体及特性 研究温室气体对全球变暖的影响时，一是放虑它们在大气中的浓度，二是考虑其浓度变化，三是考虑对红外辐射的吸收能力。浓度年增长率为CO2，0.5%，CH4，0.9%，N2O，0.25%，CFC，4%。CFC的吸收能力是CO2的几千万倍。温室效应的加剧导致气候变暖,对气候、生态环境和人类健康都产生影响。为减缓温室效应的加剧，应减少矿物燃料的排放量，开发新能源，植树造林，特别要控制人口的增长。35 2.酸雨酸雨是指pH＜5.6的降水。酸雨的形成可用下列化学反应表示：气相反应:液相反应:2SO2+O22SO3SO3+H2OH2SO4SO2+H2OH2SO32H2SO3+O22H2SO42NO+O22NO22NO2+H2OHNO3+HNO2催化剂催化剂气相反应:液相反应:36 酸雨的危害酸化水和土壤，危害植物的叶和芽,使农作物和树木死亡.使土壤、河流和湖泊酸化，破坏食物链（危害渔业生产）。危害人体健康。酸雨还是一种超级腐蚀剂，腐蚀建筑物、古迹。37 3．臭氧层空洞在高空大气中，离地面15~35km处存在厚度为20km的臭氧层，浓度约为10ppm，O2+h2O，O+O2→O3近年来发现臭氧层厚度变薄乃至出现空洞。1985年，南极上空出现空洞，面积与美国大陆相近。1989年又发现北极上空形成另一个空洞。人类活动产生的NO和CFC等是公认的破坏臭氧的物质，反应式如下：2O2（1）O3+NO→NO2+ONO2+O→NO+O2NO催化剂O3O+175＜＜220nm（2）CF2Cl2+hCF2Cl·+ClO3+O2O2ClO3+Cl→ClO+O2ClO+O→O2+Cl催化剂HO·+O3→O2+HO2HO2+O→O2+HO·O3+O2O2HO·（4）O3+hO2+O1987年，为了禁止使用CFC类物质而签定蒙特利尔议定书，然而臭氧层仍在加速变薄。联合国环境规则署（UNEP）对O3的消耗所引起的环境效应进行了估计，每减少1%，具有生理破坏力的紫外线将增加1.3%。（3）＜290nm38 2000年9月的空前臭氧洞39 臭氧层损耗的危害臭氧层损耗使人类和其它地球生物受到有害紫外线辐射的威胁。皮肤癌和其它各种急、慢性皮肤损伤、白内障等眼睛疾病、以及免疫障碍性疾病会大幅度增加。紫外线辐射的增强还将打乱生态系统的平衡，导致某些生物物种绝灭。将使地球上2/3的农作物减产，造成城市的光化学烟雾加重。40 温室效应控制对策：调整能源结构；提高现有能源的利用率；改进农业生产技术，减少甲烷气体排放；保护森林资源，植树造林。臭氧层破坏保护：禁止使用CFCs，替代品主要使氢氯氟烃（HCFC)和氢氟烃（HFC)酸雨防治（1）使用低硫燃料改进燃烧技术（2）烟道气脱硫脱氮（3）控制汽车尾气排放 大气污染防治途径要搞好大气污染的防治，必须掌握大气环境污染的特征。我国大气环境的特征：普遍受到尘、SO2为主的烟煤型污染；在大城市或特大城市要注意NOX的污染来源：主要是汽车；酸雨；局部地区的污染：如氧化物：包头、抚顺、昆明等；铅：沈阳、广州、长春、上海等。 第二节颗粒污染物的治理概述1.颗粒物的来源及分类来源：火山爆发、土壤灰尘、森林火灾等自然污染源；矿物燃料的燃烧过程及工矿企业生产过程中的排放。分类：粉尘＞10µm落尘，＜10µm飘尘烟0.001～1µm之间，各种化学或物理过程（如氧化、升华、冷凝、燃烧等）所形成的固体粒子的气溶胶。雾200µm以下TSP:总悬浮颗粒物，指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称，粒径0.1～100µm，空气质量的一个重要指标。 2.颗粒污染物的去除方法及设备按作用原理分为四类：干法除尘；湿法除尘；过滤除尘；静电除尘。3.除尘效率（1）总除尘效率η除尘装置除下的粉尘量与未经除尘前含尘气体中所含粉尘量的百分比。如进入装置前含尘气体量为Qi(m3/s);粉尘流入量Si(g/s);含尘气体浓度Ci(g/m3),净化后上述量分别为Q0(m3/s);S0(g/s);C0(g/m3),则 如以含尘浓度和气体流量表示时，由于则如果装置严密不露风，Qi=Qo则上式简化为（2）分级效率ηd在某一粒径（或粒径范围）下的除尘效率。即进入除尘装置某一粒径dp或范围dp至△dp的粉尘，经除尘装置后收集下的质量流量为△Sc,与所有粉尘随含尘气体进入装置后收集的质量流量△Si之比： 二.重力沉降法利用含尘气体中颗粒本身的重力而自然沉降，从气流中分离出来的过程。1.沉降速度重力Fg浮力Fb阻力Fd斯脱克斯（stokes)公式沉降速度与颗粒直径d有关，大粒子的沉降速度大易分离 2.重力沉降设备－重力沉降室含尘气体除尘气体粉尘沉降室的设计：假设沉降端面的水平气流速度分布均匀，呈层流状态；在沉降室入口端面上粉尘分布均匀；颗粒水平移动速度等于气流速度;LWH体积大，分离效率低，40％～70%,一般分离粒径75µm以上粗大尘粒，作预除尘器使用 沉降时间和沉降速度计算水平气流的速度为u0，则气流通过沉降室的时间为：t1=L/u0(s)沉降速度为ug的颗粒从顶部落到底部的时间t2=H/ug(s)使颗粒在沉降室全部沉降，必须保证t1≥t2,即L/u0≥H/ug（2-5)ug可按（2-2）计算，u0可取0.2～2m/s沉降室尺寸的确定根据（2-5）确定最小的L或最大高度H.当处理气体量Q（m3/s)一定时，可以求出沉降室的宽度WW=Q/Hu0=Q/LugWH 练习:欲利用重力沉降室来捕集沉降速度为0.1m/s的粒子,假定气流速度为0.5m/s,沉降室高2m,试求当粒子被完全捕集时的沉降室最小长度(理论).解: 三.惯性除尘惯性除尘的原理利用气流方向急剧改变时，尘粒因惯性力作用而从气体中分离出来的一种除尘方法。u1d1T1R1ug1R2d2T2u2ug2挡板B1挡板B2惯性除尘原理示意图 2.惯性除尘器冲击性惯性除尘器以含尘气体粒子冲击挡板来收集粉尘反转式惯性除尘器是通过改变含尘气体气流方向来回收粉尘惯性除尘器可直接安装在风道上处理高温含尘气体。一般用作高效除尘器的前期除尘，可除去20～30µm的尘粒。含尘气体在冲击或方向转变前的速度越高，方向转变的曲率半径越小，除尘效率越高，但阻力也会增大。 四.离心力除尘是利用旋转的含尘气流所产生的离心力，将颗粒物从气体中分离出来的过程。离心力除尘器应用较广泛的除尘设备，可作为锅炉消烟除尘和多级除尘、预除尘设备旋风除尘器（1）内旋流和外旋流旋转方向相同（2）外旋流造成的离心力将颗粒甩向器壁，内旋流由于较大的旋转角速度，可将小颗粒向外抛出，起着分离作用。净化气体排尘含尘气体外旋内旋旋风除尘器结构简单、造价低；操作条件范围广可用于高温含尘气体净化；分离效率高。但它阻力损失比较大，对于小于5µm的粉尘粒子，捕集效率不高。 五.过滤除尘是用多孔过滤介质来分离捕集气体或液体的处理方法。袋式除尘器让含尘气体通过用棉、毛或人造纤维等制成的过滤袋来滤去粉尘的分离装置。除尘效率高（99％）；适用范围广，可处理不同类型的颗粒污染物；操作弹性大；结构简单，运行可靠。主要的三大类滤布：天然纤维、无机纤维、合成纤维 颗粒层除尘器是以硅砂、砾石、矿渣、焦炭等粒状颗粒物作为滤料，去除含尘气体中粉尘粒子的一种内滤式除尘装置。它适用于高温、易腐蚀、易燃、易爆的含尘气体，除尘效率高，并且可同时除去气态污染物。阻力损失大，且不适于过滤粘性大的粉尘。 六.静电除尘静电除尘是利用静电力的作用分离气体中固体与液体粒子的气体净化过程。1、静电除尘的原理当含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来。 污染空气干净空气1234561-电晕极；2-集尘极；3-粉尘层4-未荷电粉尘；5-荷电粉尘；6-电晕区 3.电除尘器（平板式和管式）1)压力损失小，一般为200～500Pa；2)处理烟气量大，可达105～106m3/h；3)能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m34)捕集粒径0.01～100µm，对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％；5)可在高温或强腐蚀性气体下操作但造价高，安装、维护、管理要求严格。 七.湿法除尘利用喷淋液体，通过液滴、液膜或鼓泡通过液层等方式来洗涤含尘气体，使气体净化的方法。 2.湿法除尘器主要有三类：喷洒式除尘器；泡沫洗涤除尘器；压力喷射除尘器。文丘里除尘器：高效压力喷射除尘器，常用在高温烟气降温和除尘上。含尘气流洗涤液接旋风分离器进气管收缩管喷嘴喉管扩散管连接管 八.除尘装置的选择合理选择除尘装置必须全面考虑:a.除尘装置的有关性能，b.污染源的情况和排放要求。1.粉尘的性质比重小的粉尘，捕集较困难，易二次飞扬；粘附性大的粉尘易粘结在除尘器表面，不易干法除尘；比电阻过大过小不宜静电除尘。 类别名称适用粒径(µm)效率(％)压力损失(Pa)设备费运行费机械重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器>5020~505~15<6050~7060~9050~130300~800800~1500少少少少少中湿式静电过滤文丘里除尘器电除尘器袋式除尘器0.5～1.00.5～1.00.5～1.090～9890～9895～994000～1000050～1301000～1500少大中上大中上大除尘装置的性能 含尘气体的浓度和流量含尘气体浓度高时，先用重力除尘或离心除尘去除粗大颗粒，然后再用过滤或电除尘等方法使气体得到进一步净化，充分发挥不同类型除尘器作用。流量低时除尘效果降低：惯性，离心和文丘里除尘器；流量高时效果低：重力沉降室，振动清灰的袋式除尘器，填料洗涤塔，电除尘等。气体的性质高温高湿气体不易用袋式除尘器；电除尘必须在500℃以下操作；废气中含CO必须转换成CO2再进入除尘装置（防爆）；含SO2和NOx等污染物气体如用湿式除尘，应考虑对设备的腐蚀和排出废水的进一步处理。 应用实例—煤气的净化工艺及主要设备气化煤气的净化处理一般包括除尘、除焦油和脱硫等工艺。热煤气工艺采用旋风除尘器干式除尘外，一般冷煤气净化冷却工艺中冷却和除尘是同时进行的，常见的冷却洗涤塔既是冷却设备又是湿法除尘设备。干式除尘设备是在不降低煤气温度的前提下，分离气化煤气中的粉尘颗粒，它的积极意义在于不影响煤气显热利用，而达到除尘的目的。干式除尘设备的原理有的是依靠离心力的作用，将煤气中的粉尘分离；有的是用过滤的方法，达到分离的目的；也有的是利用电场的电离作用，分离煤气中的颗粒杂质。 一、旋风除尘器（干法）旋风除尘器为一圆筒形结构，由外筒和内筒组成，下部为一锥形底。煤气由除尘器的切线方向进入，在旋风除尘器中作旋转运动，悬浮于煤气中的尘粒在离心力的作用下被抛向器壁，又在重力作用下落至分离器的锥形底部，由排尘管排出。经除尘分离后的煤气在内外圆筒之间作旋转运动至圆筒下部，然后沿内筒旋转上升而引出。 二、湿法冷却除尘设备气化煤气的湿法冷却有直接冷却和间接冷却.直接冷却：用水直接喷淋煤气不但有显著的冷却效果，而且可以冲刷煤气中的飞灰颗粒和焦油等杂质，当然副作用也是严重的，用于喷淋煤气的循环水直接和粗煤气接触，有害杂质可能溶于水中，恶化水质。间接冷却：采用冷却介质和煤气不直接接触的间接冷却法，不会发生冷却介质循环水被污染的问题，但当煤气中夹带大量的飞灰颗粒和焦油杂质时，冷却设备中煤气流一侧的换热壁上煤尘颗粒与焦油粘和，造成设备换热热阻上升，影响传热，严重时甚至会堵塞气流通道。 (一)直接冷却设备（1）空塔空塔是一种直冷式煤气冷却净化设备。冷却循环水喷淋洗涤煤气，煤气增湿降温，同时净化除尘。空塔的上部煤气出口管下方布置一个或若干个喷嘴，高压循环水从喷嘴喷出，呈细小水滴或雾化状，煤气从空塔下部进入，与自上而下的喷淋水作逆向运动，发生传热、传质过程。一般发生炉煤气在空塔中的温度约降低300oC，甚至更高，粉尘、大颗粒焦油的去除量为50-60%，空塔底部有清灰门，用来清除空塔底部积沉的灰泥。 （2）填料塔填料塔也是一种直冷式煤气冷却净化设备。和空塔相比，洗涤塔作为二级冷却净化设备。煤气一级处理后气流中的杂质细小，需要进一步的洗涤除尽，温度还要降低。为了实现这两个目的，要加强洗涤面、换热面的作用，通过加设填料来实现。 （3）间冷器如果煤气中不含焦油、粉尘，也经过初级除尘的话，间接冷却作为二级冷却当然是理想的选择。因为煤气、冷却水直接接触多少会影响循环水水质，溶解在水中的酚极不利于环境的保护。水煤气净化工艺流程中，粗煤气经档板式集尘器、洗气箱初步分离粉尘后，较多采用间冷器冷却煤气的方法。'