第一章 绪论.docx

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第一章绪论

大气污染控制技术

第一章大气污染控制基本知识

§1大气污染和大气污染物

一、大气污染

1、大气的组成

大气是由多种气体混合组成的，按其成分可以概括为三部分：

干燥清洁的空气、水汽和悬浮微粒。

干洁空气的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳气体，其含量占全部干洁空气的99.99%（体积）；氖、氦、氪甲烷等次要成分只占0.004%左右。

由于空气的垂直运动以及分子扩散，使得干洁空气的组成比例直到90—100km的高度还基本保持不变。

也就是说，在人类经常活动的范围内，任何地方干洁空气的物理性质是基本相同的。

大气中的水汽含量随时间、地点、气象条件等不同而有较大变化，其变化范围可达0.02%—6%。

大气中的水汽含量虽然很少，但却导致了各种各样复杂的天气现象：

云、雾、雨、雪、霜、露等。

这些现象不仅引起大气中湿度的变化，而且还能引起热量的转化。

同时，水汽又具有很强的吸收长波长的能力，对地面的保温起着重要的作用。

大气中的悬浮微粒，除由水汽变成的水滴，冰晶外（云、雾即是由微小的水滴或冰晶组成的），主要是大气尘埃和悬浮在空气中的其他杂质。

它们有的来自流星在大气中燃烧后产生的宇宙灰尘；有的是地面上燃料产生的烟尘，或被风卷起的尘土；有的是海洋中浪花溅起在空中蒸发留下的盐粒；有的是火山喷发后留在空中的火山灰；有的是由细菌、动物呼出的病毒、植物花粉等组成的有机灰尘等。

悬浮微粒对大气中的各种物理现象和过程也有重要影响。

例如，削弱太阳辐射，在大气中形成各种光学现象，影响大气能见度等

2、大气污染

大气污染系指由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。

所谓人类活动不仅包括生产活动，而且包括生活活动，如做饭、取暖、交通等。

自然过程，包括火山活动、山林火灾、海啸、土壤和岩石的风化及大气圈中空气运动等。

一般来说，由于自然环境所具有的物理、化学和生物机能（即自然环境的自净作用），会使自然过程造成的大气污染，经过一定时间后自动消除（即使生态平衡自动恢复），所以可以说，大气污染主要是人类活动造成的。

按照大气污染的范围来分，大致可分为四类：

（1）局限于小范围的大气污染，如受到某些烟囱排气的直接影响；

（2）涉及一个地区的大气污染，如工业区及附近地区或整个城市大气受到污染；（3）涉及到比一个城市更广泛地区的广域污染；（4）必须从全球范围考虑的全球性（或国际性）污染，如大气中的飘尘和二氧化碳气体的不断增加，就成了全球性污染，受到世界各国的关注。

二、大气污染物

大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人或环境产生有害影响的那些物质。

大气污染物的种类很多，按其存在状态可概括为二大类：

气溶胶状态污染物，气体污染物。

1、气溶胶状态污染物

在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。

从大气污染控制角度，按照气溶胶的来源和物理性质，可将其分为以下几种：

粉尘（dust）：

粉尘系指悬浮于气体介质中的小固体粒子，能因重力作用发生沉降，但在某一段时间内能保持悬浮状态。

它通常是由于固体物质的破碎、研磨、分级、输送等机械过程，或土壤、岩石的风化等自然过程形成的。

粒子的形状往往是不规则的。

粒子的尺寸范围，在气体除尘技术中，一般为1—200μm左右。

属于粉尘类的大气污染物的种类很多，如黏土粉尘、石英粉尘、煤粉、水泥粉尘、各种金属粉尘等。

烟（fume）：

烟一般系指由冶金过程形成的固体粒子的气溶胶，它是由熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物，在生成过程中总是拌有诸如氧化之类的化学反应。

烟的粒子尺寸很小，一般为0.01—1μm左右。

产生烟是一种较为普遍的现象，如有色金属冶炼过程中产生的氧化铅烟、氧化锌烟，在核燃料后处理厂中的氧化钙烟等。

飞灰（flyash）：

飞灰系指随燃料产生的烟气飞出的分散较细的灰分。

黑烟（smoke）：

黑烟一般系指由燃料燃烧产生的能见气溶胶。

在某些情况下，粉尘、烟、飞灰、黑烟等小固体粒子气溶胶的界限，和难明显区分开，在各种文献特别是工程中，使用得较混乱，根据我国的习惯，一般可将冶金过程或化学过程形成的固体粒子气溶胶称为烟尘；将燃料燃烧过程产生的飞灰和黑烟，在不需仔细区分时，也称为烟尘。

在其他情况，或泛指小固体粒子的气溶胶时，则通称粉尘。

雾（fog）：

雾是气体中液滴悬浮体的总称。

在气象中指造成能见度小于1km的小水滴悬浮体。

在工程中，雾一般泛指小液滴悬浮体，它可能是由于液体蒸发的凝结，液体的雾化及化学反应等过程形成的，如水雾、酸雾、碱雾、油雾等。

在大气污染控制中还根据大气中的粉尘（或烟尘）颗粒的大小，将其分为飘尘、降尘和总悬浮微粒。

2、气体状态污染物

气体状态污染物是以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。

气态污染物的种类很多，大部分为无机气体，常见的有五大类，以二氧化碳为主的含硫化合物，以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳氧化物、碳氢化合物及卤素化合物等。

对于气态污染物，又可分为一次污染物和二次污染物。

一次污染物是指直接从污染源排到大气中的原始污染物质；二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。

在大气污染中目前受到普遍重视的一次污染物主要有硫氧化物（SOx）等、氮氧化物（NOx）、碳氧化物（CO、CO2）以及碳氢化物（HC）等。

受到普遍重视的二次污染物主要是硫酸烟雾（Sulfuroussmog）和光化学烟雾（Photochemicalsmog）。

主要气态污染物的特征、来源的简单介绍：

（1）硫氧化物硫氧化物中主要是SO2，它是目前大气污染物中数量较大、影响面较广的一种气态污染物。

大气中SO2的来源很广，几乎所有工业企业都可能产生。

它主要来自化石燃料（煤和石油）的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼等热过程，火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂以及所有烧煤或油的工业锅炉、炉灶等都排放SO2烟气。

在排放SO2的各种过程中，约有96%来自燃料燃烧过程，其中火电厂排烟中的SO2浓度较低，但总排放量却最大。

（2）氮氧化物氮和氧的化合物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，总起来用氮氧化物（NOx）表示。

其中，污染大气的主要是NO、NO2。

NO毒性不太大，但进入大气可被缓慢地氧化成NO2，当大气中有O3等强氧化剂存在时，或在催化剂作用下，其氧化速度会加快。

NO2的毒性约为NO的5倍。

当NO2参与大气中的光化学反应，形成光化学烟雾后，其毒性更强。

人类活动产生的NOx，主要来自各种炉窑、机动车和柴油机的排气，其次是化工生产中的硝酸生产、硝化过程、炸药生产及金属表面处理等过程。

其中由燃料燃烧产生的NOx约占83%。

（3）碳氧化物CO和CO2是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物,它主要来自燃料燃烧和机动车排气。

CO是一种窒息性气体，排入大气后，由于大气的扩散稀释作用和氧化作用，一般不会造成危害。

但在城市冬季采暖季节或在交通繁忙的十字路口，当气象条件不利于排气扩散稀释时，CO的浓度有可能达到危害环境的水平。

CO2是无毒气体，但当其在大气中的浓度过高时，使氧气含量相对减小，对人便会产生不良影响。

地球上CO2浓度的增加，能产生“温室效应”，使全球气温逐渐升高，生态系统和气候发生变化。

此事早已引起世界各国的密切关注。

（4）碳氢化物碳氢化物主要来自燃料燃烧和机动车排气。

其中的多环芳烃物质（PAH），如蒽、萤蒽、、、苯并芘、苯并蒽、笨并及晕苯等，大多数具有致癌作用，特别是苯并芘是致癌能力很强的物质，并作为大气受PAH污染的依据。

碳氢化物的危害还在于它参与大气中的光化学反应，生成危害性更大的光化学烟雾。

由于近代有机合成工业和石油化学工业的迅速发展，使大气中的有机化合物愈益增多，其中许多是复杂的高分子有机化合物。

例如，含氧的有机化合物有酚、醛、酮等，含氮有机物有过氧乙酰基硝酸脂（PAN）、过氧硝基丙酰（PPN）、联苯胺、腈等，含氯有机物有氯化乙烯、氯醇、有机氯农药DDT、除草剂TCDD等，含硫有机物有硫醇、噻吩、二硫化碳等。

这些有机物大量进入大气中，可能对眼、鼻、呼吸道产生强烈刺激作用，对心、肺、肝、肾等内脏产生有害影响，甚至致癌、致畸，促进遗传因子变异，因而是非常令人担忧的。

（5）硫酸烟雾硫酸烟雾系大气中的SO2等硫化物，在有水雾、含有重金属的飘尘或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。

硫酸烟雾引起的刺激作用和生理反应等危害，要比SO2气体强烈的多。

（6）光化学烟雾光化学烟雾是在太阳光照射下，大气中的氮氧化物、碳氢化物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾（有时带有紫色或黄褐色），其主要成分有臭、氧、过氧乙酰基硝酸脂、酮类和醛类等。

光化学烟雾的刺激性和危害性要比一次污染物强烈的多。

三、大气污染物的来源和发生量

大气中几种主要气态污染物的来源可包括为三大方面：

（1）燃料燃烧；

（2）工业生产过程；（3）交通运输。

前两类污染源统称为固定源，交通运输工具（机动车、火车、飞机等）则称为流动源。

根据我国1981年对烟尘、SO2、NOx、CO四种量大面广的大气污染物发生量的统计表明，燃料燃烧、工业生产过程和机动车产生的大气污染物所占的比例分别约为70%、20%和10%。

在直接燃烧的燃料中，燃煤排放的比例分别约为99%、93%、81%和97%。

可见煤的直接燃烧是我国大气污染物的主要来源。

而美国的大气污染物的主要来源是化石燃料的燃烧（和非直接燃烧）过程，因此可见，大气污染问题与能源结构及利用情况是密切相关的。

各种工业产生过程产生的大气污染物，因工艺、流程、原材料、燃料、操作管理条件和水的不同，其种类、数量、组成成分、特性等差别很大。

排放量虽然仅占大气污染物总排放量的1/5左右，但由于牌坊点较集中，浓度较高，所以对工矿区或局部地区的大气污染较为严重。

机动车等流动源，多集中于大、中城市，因而在交通繁忙的十字路口，可能造成CO、NOx和HC的严重污染。

§2大气污染及其控制概况

一、大气污染概况

1、国外大气污染概况

各发达的工业国家的大气污染，皆有一个发生、发展和演变的过程了。

从18世纪末到20世纪中，大气污染状况随着工业的发展而发展，主要污染物是烟尘、SO2等，是燃煤引起的所谓“煤烟型”污染。

在20世纪50至60年代，由于工业高速发展，汽车数量倍增，使能源消耗特别是石油消耗剧增，发展成所谓“石油型”污染。

飘尘尤其是重金属、SO2、NOx、CO和HC等大气污染物普遍存在，造成了广域的复合污染。

闻名世界的伦敦烟雾、日本四日气喘病、美国洛杉机烟雾等一系列大气污染典型事件，皆发生在这一年代中。

近年来，随着煤炭在一次能源中所占比重的不断增长，烟尘、SO2的控制问题又重新引起了各国的注意。

大气中微粒（指小于3μm的尘粒）的数量仍在不断增加。

由于排放的SO2和NOx造成的酸雨污染，已成为一个重大的国际污染问题。

2、我国大气污染概况

我国的大气污染状况是世界上比较严重的国家之一。

据估算，目前我国每年排放的粉尘量约为2.8×107t，其中燃煤排放的烟尘量约为2.2×107t，占78.6%。

排放SO2量约为1.46×107t，其中燃煤排放SO2量约为1.31×107t，占89.7%。

我国的主要大气污染物是烟尘和SO2，说明煤烟型污染是我国城市大气污染的普遍问题；我国北方城市大气污染的程度比南方城市严重，冬季比夏季严重。

二、几种大气污染物的控制概况

1、粉尘

自50年代以来，国外有些国家通过各种途径，包括改变燃料结构、改进燃烧及安装除尘装置等，使粉尘污染问题得到基本解决。

从70年代以来，随着大气环境质量标准日趋严格，二次烟气和间歇排放的烟气，如炼铁和炼钢过程中，在加料、出铁（出钢）和出渣时排出的大量烟气，扩散到车间内和室外大气中，污染了室内外空气环境。

微粒能长时间悬浮于大气中，能通过呼吸系统深入肺部，特别是含有重金属的微粒对人的危害更大，因而微粒控制问题受到日益重视。

近十几年来，我国在解决城市大气污染问题中，通过窑炉改造、改进燃烧和安装除尘装置，特别是近年来通过对城市的能源政策和能源消费结构的调整，使我国城市的烟尘污染状况有所好转。

但总的来说还没有得到根本改善。

尚有大量炉窑或没有安装除尘装置或除尘效率不高，使用管理不善，仍达不到国家或地方的排放标准。

特别是遍地皆是的小型炉窑和民用炉灶，更是较难解决的问题，但已引起了各级环保部门的重视。

2、二氧化硫

控制SO2污染的主要技术措施有：

燃料脱硫、烟气脱硫和高烟囱扩散稀释等。

（1）燃料脱硫采用低硫燃料是控制SO2污染的一项根本性措施。

但由于天然的低硫燃料有限，因而燃料脱硫问题日益重要起来。

燃料脱硫主要是重油和煤的脱硫。

目前，重油脱硫存在脱硫率低，费用高的问题，据国外报道，若将硫份降到0.5%，重油价格将增加35%—50%。

因此还要进一步研究更经济有效的脱硫技术。

煤通过洗选可将其中无机盐硫，只有通过煤的汽化和液化的方法来实现。

近年来由于国际上石油价格起伏较大，来源不稳定，因。

而煤耗量不断增加，煤的气化和液化问题又受到重视。

现已发展出一些成本较低、可以和石油产品竞争的技术。

（2）烟气脱硫由于一般的烟气中SO2浓度较低（大多在0.5%以下），烟气量受到限制。

但近年来，为了控制SO2污染，美国、日本、联邦德国等工业发达国家，制订了更严格的SO2排放标准，限制排入大气的SO2总量，于是安装烟气脱硫装置的越来越多。

如据日本环境厅调查，日本从1970至1979年，脱硫装置由90套增至1197套，总处理烟气量由

增至

。

对于SO2浓度较高的有色金属冶炼烟气，一般采用催化氧化法生产硫酸。

这与专门建硫酸厂用磺铁矿制酸相比，不仅投资小，成本低，而且回收了硫资源、控制了大气污染。

因此，利用冶炼烟气制酸在国内外皆发展很快。

我国利用冶炼烟气制酸在国内外皆发展很快。

我国的烟气制酸产量，1952年只有

，现在年产量已超过106t，使进厂硫的利用律达到60%以上。

3、氮氧化物

氮氧化物控制，主要指对汽车、锅炉和工业生产排出的NOx的控制。

目前某些化工厂、金属表面处理厂装有脱硝（即脱NOx）装置外，在汽车和燃料燃烧排气方面主要是采取预防措施，尽量减少NOx的生成量。

烟气脱硝装置，目前国内投入生产的还不普遍。

日本制订出世界上最严格的NOx排放标准，并大量采用氨催化还原法脱硝，从1972至1979年，脱硝装置由5套增至122套，总处理烟气量由

增至

。

我国，一些较大的化肥厂的硝酸生产尾气都设置了催化还原脱硝装置。

4、机动车排气

机动车排气的污染主要是来自未完全燃烧的汽油、柴油，部分是由于曲轴箱的漏气和油的蒸发损失。

它的主要污染物是CO、HC、NOx、黑烟和醛类等，它们进入大气后可导致生成光化学烟雾。

国外对此进行了一个时期的净化研究，现在已重点转入研究燃料及汽车设备结构的改革，以及发展高效无公害的交通系统。

§3大气污染的综合防治措施

一、全面规划、合理布局

大气污染控制是一项综合性很强的技术，影响大气环境质量的因素很多，所以在建设前必须进行全面环境规划，采取区域性综合防治措施。

区域环境规划是区域的经济和社会发展规划的重要组成部分。

它的主要任务，一是解决区域经济发展和环境保护之间的矛盾；二是对已造成的环境污染和环境问题，提出改善和控制污染的最优方案。

因此，做好城市和大工业区的环境规划设计工作，采取区域性综合防治措施，是控制环境污染的一个重要途径。

二、严格环境管理

我国的环境管理体制正在逐步建立和完善。

1979年公布了《中华人民共和国环境保护法（试行）》，而后又相继制定了海洋环境保护法（1982年）、水污染防治法（1984年）、森林保护法（1984年）、草原法（1985年）、大气污染防治法（1987年）等法律，以及各种环境保护方面的条例、规定和标准。

与此同时，从中央到地方以至各工业企业，也逐步建立了相应的环境保护管理机构及监测中心、站、点，为环境法的实施和严格环境管理提供了保证。

三、控制大气污染的技术措施

（1）改革生产工艺，优先采用无污染或少污染的工艺，是防治环境污染的根本途径。

（2）严格生产工艺操作，选配合适的原材料，有利于减轻污染或对所产生的污染物进行处理。

（3）合理利用能源，改革能源构成，改进燃烧设备和燃烧条件，是节约能源和控制大气污染的重要途径。

（4）建立综合性工业基地，开展综合利用，使废气、废水、废渣资源化，减少污染物的总排放量。

四、控制环境污染的经济政策

保证必要的环境保护设施的投资。

对治理环境污染从经济上给予鼓励，如低息长期贷款，对综合利用产品实行利润留成和减免睡政策。

贯彻“谁污染谁治理”的原则，并把排污收费，赔偿损失和罚款，追究行政责任以致刑事责任。

五、高烟囱扩散稀释

采用高烟囱扩散稀释的方法，可以使大气污染物向更高、更广的范围扩散，减轻局部地区大气污染。

但是这种高烟囱扩散的发方法，只能减轻局部地区大气污染，排放污染物绝对量并没有减少，而且烟囱越高造价越高，所以在实际工作中，还应根据各地区大气污染情况，确定合适的烟囱高度，同时控制污染物的总排放量。

六、绿化造林

绿化造林，不仅能美化环境，调节空气温度、湿度及城市小气候，保持水土，防风防沙，而且在净化大气、减低造成方面也有显著作用。

七、安装废气净化装置

在充分考虑环境规划、合理布局、改革燃料原料及大气和绿地的自净能力的情况下，若污染物排放浓度（或排放量）或地面浓度仍达不到大气环境标准时，则必须安装废气净化装置。

对污染源进行治理，安装净化装置，是控制大气环境质量基础，也是实行环境规划等项综合防治措施的前提。

§4大气环境标准

一、大气环境标准的种类和作用

大气环境标准按其用途可分为，有大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制标准及大气污染警报标准等。

按起适用范围可分为，有国家标准、地方标准和行业标准。

二、大气环境质量标准

制订大气环境质量标准，首先要考虑保障人体健康和保护生态环境这一大气质量目标，为此，需要综合研究这一目标与大气中污染物浓度之间关系的资料，并进行定量的相关分析，以确定符合这一目标的污染物的容许浓度。

世界卫生组织1963年提出的空气质量分为四级水平：

第一级：

在处于或低于所规定的浓度和接触时间内，观察不到直接或间接的反应（包括反射性或保护性反应）。

第二级：

在达到或高于所规定的浓度或接触时间内，对人的感觉器官有刺激、对植物有损害或对环境产生其它有害作用。

第三级：

在达到或高于所规定的浓度和接触时间内，可以使人的生理功能发生障碍或衰退，引起慢性病和寿命缩短。

第四级：

在达到或高于所规定的浓度和接触时间内，对敏感的人发生急性中毒或死亡。

我国于1982年制订出《大气环境质量标准》GB3095-82列入了总悬浮微粒（TSP）、飘尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、光化学氧化剂（O3）六种污染物的浓度标准。

根据环境质量基准、各地大气污染状况、国民经济发展规划和大气环境的规划目标，按照分级分区管理原则，规定我国大气环境质量标准分为三级：

一级标准：

为保护自然生态和人群身体健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。

二级标准：

为保护人群健康和城市、乡村的动、植物，在长期和短期的接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。

三级标准：

为保护人群不发生急、慢性中毒和城市一般动、植物（除敏感者以外）正常生长的空气质量要求。

以上述标准分为一类区、二类区和三类区。

三、工业企业设计卫生标准

我国于1962年颁发并于1979年修订的《工业企业设计卫生标准》TJ36-79，规定了“居住区大气中有害物质的最高容许浓度”标准和“车间空气中有害物质的最高容许浓度”标准。

居住区大气中有害物质的最高容许浓度的数值，是以居住区大气卫生学调查资料及动物实验研究资料为依据而制订的。

鉴于居民中有老、幼、病、弱，且有昼夜接触有害物质的特点，故采用了较敏感的指标。

这一指标是以保障居民不发生急性或慢性中毒，不引起黏膜的刺激，闻不到异常气味和不影响生活卫生条件为依据而制订的。

多年来起到替代大气环境质量标准的作用。

车间空气中有害物质最高容许浓度的数值，是以工矿企业现场卫生学调查、工人健康状况的观察以及动物实验研究资料为主要依据而制订的。

最高容许浓度是指工人在该浓度下长期进行生产劳动，不致引起急性和慢性职业性危害的数值。

在具有代表性的采样测定中均不应超过的数值。

四、大气污染物排放标准

制订大气污染物排放标准应遵循的原则是，以大气环境质量标准为依据，综合考虑控制技术的可能性和经济合理性以及地区的差异性，并尽量做到简明易行。

排放标准的制订方法，大体上有两种：

按最佳适用技术确定的方法和按污染物在大气中的扩散规律推算的饿方法。

我国于1973年颁布了《工业“三废”排放试行标准》GBJ4-73，暂订了13类有害物质的排放标准。

它是以居住区大气中有害物质最高容许浓度标准为依据，按大气扩散模式推算的不同烟囱高度时污染物容许排放量和排放浓度的标准。