1、环境保护概论之大气污染与防治大气污染与防治 1.大气污染: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的现象。 2.人类活动包括生产活动,也包括生活活动,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。 3.大气污染源:向大气排放足以对环境产生有害影响物质的生产过程、设备、物体或场所。 (1)按污染源存在的形式分:固定污染源和移动污染物源; (2)按污染物排放的方式分*:点源、线源、面源、体源; (3)按污染物排放的时间分:连续源、间断源和瞬间源; (4)按
2、污染物产生的类型分*:工业污染源、生活污染源、交通运输源 4.大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人和环境产生有害影响的那些物质。 (1)按存在方式分: 气态污染物:含硫化合物(SO2)、氮氧化物、碳氢化合物、碳氧化物(CO, CO2)、卤素化合物;气溶胶状态污染物(颗粒物);粉尘;烟; 飞灰;黑烟;雾; 几种颗粒物的区分 (a)粉尘(dust)粒径1200 m ,主要机械作用或是土壤、岩石的风化形成的,如粘土粉尘、煤粉等。 (b)烟(fume)粒径0.011 m ,主要由冶金过程熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物,如PbO烟、ZnO烟等。 (c)飞灰(fly ash)燃料燃烧
3、产生的烟气排出的分散的较细的灰分。 (d)黑烟(smoke)燃料燃烧产生的能见气溶胶。 (e)雾(fog)气体中液滴悬浮体的总称,如水雾、酸雾、油雾。 几个重要的指标 (a)总悬浮颗粒物(TSP,Total Suspended Particulate )*:悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于100 m的颗粒物; (b)可吸入颗粒物(PM10)*:悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于10 m的颗粒物; (c)PM2.5:悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于2.5 m的颗粒物; (d)降尘:颗粒粒径大于10 m的颗粒物; (e)飘尘:颗粒粒径小于10 m的颗粒物。 (2)按污染物形成的方式
4、分: 一次污染物:直接由污染源排放的污染物。如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等二次污染物:大气中一次污染物之间或一次污染物与大气的正常成分之间发生化学作用生成的污染物。如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧等 5.煤烟型污染:燃煤是煤烟型污染的主要污染源。燃煤是多种污染物的主要来源。与燃油和燃气相比,相同规模的燃烧设备,燃煤排放的颗粒物和二氧化硫要高得多。燃烧条件影响污染物的形成和排放,但煤的品质是最主要的影响 6.燃煤产生SO2的计算:G= BS80%2 式中:G二氧化硫的产生量,kg/h;B燃煤量,kg/h;S煤的含硫量,%。 燃烧排放的SO2计算:G= BS80%2(1-)
5、式中:SO2的去除率,%; 7. 燃煤烟尘排放量的计算:Y=BAD(1-)式中:Y烟尘排放量,kg/h; B燃煤量,kg/h;A煤的灰分含量,%;D烟气中烟尘占灰分量的百分数,%, 其值与燃烧方式有关;除尘器的总效率,%。 8.光化学烟雾 (1)产生:在阳光照射下,大气中的氮氧化物、碳氢化合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(有时带些紫色或黄褐色)。 (2)主要成分:臭氧(O3)、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛类、酮类等。 (3)危害:(a)刺激眼睛;(b)臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等;(c)臭氧能损害有机物质(如橡胶、棉布、尼龙和聚酯等); (d)可能会引起
6、哮喘病的增多,还会引起植物毁坏。 9.环境空气质量功能区划分为三类: 一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区; 二类区为城镇规划中确定的居住区,商业交通居民混合区,文化区,一般工业区和农村地区; 三类区为特定工业区。 10.环境空气质量标准共分为三级:一类区执行一级标准;二类区执行二级标准;三类区执行三级标准。 11.一氧化碳(CO) 性质:无色、无味、无臭的气体;有毒,能与氧气争夺血液中的血色素,使血液携带氧气能力大大降低,使人体缺氧而窒息。 数量:是城市大气中数量最多的污染物(约占大气污染物总量的1/3)。 主要来源:汽车尾气。 氮氧化物(NOx) (1)主要污染物:NO、
7、NO2 (2)性质:棕黄色、有刺激性气味; (3)主要来源:燃料燃烧、汽车尾气、部分生产或使用硝酸的工厂排放的尾气; (4)燃烧过程中NOx的产生情况:热力(热解)NOx、燃料(燃烧)NOx和瞬时NOx。 (5)危害:(a)毁坏棉花,尼龙等织物;(b)损害植物如使柑桔落叶、发生萎黄病和减产;(c)引起急性呼吸道病变。会导致光化学烟雾。 硫氧化合物(SOx) (1)主要污染物:SO2、SO3 (2)性质:有刺激性气味;SO2能与水反应生产亚硫酸;SO3能与水反应生成硫酸。 (2)主要来源:矿物燃料的燃烧; (3)危害: (a)对人体健康造成危害,还有促癌作用; (b)会形成硫酸烟雾,危害更大;(
8、SOx与颗粒物(主要是FeO)的混合物,经过化学反应生成硫酸,如伦敦烟雾事件) (c)对植物造成伤害,破坏叶面结构; (d)腐蚀材料。 12.空气污染指数(Air pollution Index,简称API)就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式,并分级表征空气污染程度和空气质量状况,适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。 13.大气污染的危害 大气污染对人体的危害: (1) 通过直接呼吸进入人体; (2) 附着在食物或溶于水,随饮水、进食侵入人体;(3) 通过接触或刺激皮肤而进入到人体,尤其是脂溶性物质更易从皮肤渗入人体。 急性中毒慢性中毒重要生理机理的变化:
9、致癌、致畸、致突变。 颗粒物:危害取决于化学成分和粒度。 二氧化硫:造成呼吸道内径狭窄。 一氧化碳:碳氧血红蛋白,血液输氧能力降低。 臭氧:危害肺部和气管。 铅:轻度神经衰弱综合征、消化不良; 中度贫血、多发性神经病; 重度肢体麻痹,儿童推迟大脑发育。 大气污染对植物的危害: 损害植物酶的功能组织; 影响植物新陈代谢的功能; 破坏原生质的完整性和细胞膜; 损害根系生长及其功能; 减弱输送作用与导致生物产量减少。 急性危害、慢性危害、不可见危害。 大气污染物对植物的危害程度决定于污染物剂量、污染物组成等因素。 例如,环境中的SO2能直接损害植物的叶子,长期阻碍植物生长;氟化物会使某些关键的酶催化
10、作用受到影响;O3可对植物气孔和膜造成损害,导致气孔关闭,也可损害三磷酸腺苷的形成,降低光合作用对根部的营养物的供应,影响根系向植物上部输送水分和养料。大气污染对材料的危害: 大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织物等物品发生性质的变化,造成直接和间接的经济损失。 SO2与其他酸性气体可腐蚀金属、建筑石料及玻璃表面。SO2可以使纸张变脆、褪色,使胶卷表面出现污点、皮革脆裂并使纺织品抗张力降低。O3和NOX会使染料与绘画褪色,从而对宝贵的艺术作品造成威胁。 大气污染的其他危害:对能见度的影响;城市热岛效应; 全球性影响:全球变暖、臭氧层耗竭;酸雨 14.由于城市下
11、垫面特殊性质、空气中由燃料产生的二氧化碳等较多、加上人为热,城市气温明显高于郊区,这种情况称为“城市热岛效应”。 15.华氏温度和摄氏温度的换算公式: F=(C9/5)+32 ; C=(F-32)5/9 ; 式中F-华氏温度,C-摄氏温度 16. 温室气体能让太阳短波辐射自由通过,同时强烈吸收地面和空气放出的长波辐射,从而造成近地层增温的作用称为温室效应。 17.自然温室效应中主要温室气体:水汽、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、臭氧等。 18.京都议定书中规定了6种主要温室气体:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)氢氟碳(HFCs)、全氟化碳(PFCs)六氟化硫(SF6)。 19.
12、全球变暖的危害:(1)极地和高山冰川融化,海平面上升;(2)导致气压和风的变化及降水的变化,旱涝灾害加剧;(3)导致温度带变化,自然生态和农业发生难以预料的变化; (4)热天气使传染病传播更广泛,疾病和死亡率增高;(5)经济损失大,社会不安定; 20.气候变暖对中国农业的影响? 我国热带亚热带北界将可能向北变动,种植熟制北界将向北推移,更多的地区适合农业耕作,扩大复种面积,提高复种指数。但一些作物分布区向高纬度地区移动,可能移到现在土壤贫瘠的地区,由于气候变暖地表水蒸发量增大,会加重我国华北和西北的干旱、砂化、碱化、及草原退化等危害。 高温闷热天气会使病虫害变得更严重。 气候变暖将会导致灾害性
13、天气的增加,使农业生产的不稳定性增大。 21.针对全球变暖的防治对策:调整能源战略:提高现有能源利用率;向清洁能源转化; 绿化对策控制人口,提高粮产,限制毁林加强环境意识教育,促进全球合作 22.CO2 捕集和封存(简称CCS,也被译作碳捕获与埋存、碳收集与储存等)技术是指将CO2 从工业或相关能源产业的排放源中分离出来,输送并封存在地质构造中,长期与大气隔绝的一个过程 CCS 技术包括CO2 捕集、运输以及封存三个环节,可以有效地减少来自大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的CO2 排放量。 CO2运输具有运输量大、运输方向明确和技术含量高的特点 23.酸沉降(acid depositio
14、n)指大气中的酸性物质(主要是H2SO4、HNO3及其前体物SOX、NOX等)通过降水(包括雨、雪、霜、雹、雾、露等形式)或在气流作用下直接迁移到地表造成污染的现象。前者称为湿沉降,后者称为干沉降。 湿沉降习称酸雨(acid rain),一般指pH小于5.6的各种形式的降水。近年来,国际上倾向于将酸雨的含义扩大,将干沉降也归于酸雨范畴,使酸沉降的概念与酸雨等同起来。 24.酸雨的成因: 自然物质来源:火山爆发喷出大量之硫化物及悬浮固体物,自然水域表面释放的硫化氢,动植物分解产生有机酸,土壤微生物及海藻释放的硫化氢、二甲基硫及氮化物等,以上所提出的都是偶然将雨水的pH降低至5.0左右的。 人为物
15、质来源:工业化后,燃料大量使用,燃烧过程中产生一氧化碳、氯化氢、二氧化硫、氮氧化物及有机酸及悬浮固体物,排放至大气环境中,经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水pH值降低,形成酸雨。 25.我国酸雨的成因:燃料结构以煤为主森林资源锐减气象条件(太阳光强、蒸汽浓度)大气颗粒物和降尘浓度地理位置 26.酸雨危害 形成酸湖,鱼虾难存 湖水pH降低导致鱼类死亡,在pH5.06.5之间时,鱼卵不容易孵化,鱼苗数量减 少当湖水pH值低过5.0时,大多数鱼类死亡,虾比鱼更早灭绝。 酸雨浸渍土壤,使铝元素、重金属沿基岩裂缝流入附近水体,如水中铝盐浓度达 0.2mg/L,会杀死鱼类。 对浮游植物和其他水生
16、生物起营养作用的磷酸盐由于附着在铝上,难被吸收,营 养价值降低,水生生物初级生产力降低。 土壤酸化,农作物减产 土壤中的金属矿物(K、Na、Ca、Mg)因被酸雨溶解,造成矿物质流失,土壤贫瘠,植物无法获得足够养份,难以正常发育;由于抵抗力差,植物病虫害出现,使农作物减产。 酸雨可抑制某些土壤微生物的繁殖、降低酶活性,土壤中的固氮菌、细菌和放线菌均会到抑制。 危害动植物 酸雨可造成叶面损伤和坏死,造成森林消失。中国的四川盆地受酸雨危害的森林面积占林地总面积的三分之一。马尾松和华山松对酸雨十分敏感,由于发育不良,虫害频生,在香港,马尾松也被虫害灭绝,酸雨亦使竹林消失,竹叶受损。 腐蚀建筑材料 酸雨
17、使非金属建筑材料如混凝土、砂浆和灰砂砖等的水泥溶解,腐蚀建筑物、公共设施、 古迹和金属物质,造成人类经济、财物及文化遗产的损失。 我国故宫的汉白玉雕刻、雅典巴特农神殿和罗马的图拉真凯旋柱,都受到酸雨侵蚀。 影响人类健康 眼角膜和呼吸道粘膜对酸类却十分敏感,受酸雨刺激,导致红眼症和支气管炎,也使皮肤疼痛,甚至令人脱发;引起哮喘等多种呼吸道疾病,降低人的免疫力。 农田土壤的酸化,使土壤矿化物中的有害重金属,如汞及铅等再溶出,由饮水或经食物链的传送,人类食后,中毒死亡。 27.控制和应对酸雨方法:使用清洁能源使用低硫燃料和改进燃烧装置烟道气脱硫脱氮控制汽车尾气排放培植耐酸雨的农作物和树种选用和试制抗
18、蚀性优良材料 28.臭氧洞:臭氧的柱浓度小于200D.U.即臭氧的浓度较臭氧洞发生前减少超过30%的地区。 29.臭氧层破坏的危害:损害人类健康:导致皮肤癌和白内障,削弱免疫功能 破坏生态平衡:影响陆生生态和水生生态系统,导致粮食减产,破坏海洋食物链 带来经济损失:因平流层臭氧损耗,近地面紫外线增强会加速建筑物、喷涂、包装及电线电缆等所用材料,尤其是高分子材料的分解、老化和变质,使其变脆,缩短使用寿命。特别在高温和阳光充足的地方,破坏作用更严重。 30.室内环境主要指居室,广义上讲是人类生存和活动的重要场所,包括办公室、教室、医院、候车室等及火车、轮船、飞机等交通工具。 31.由于室内引入能释
19、放有害物质的污染源或室内环境通风不佳而导致室内空气有害物质无论从数量上还是种类上不断增加,并引起人的一系列不适应症状,称为室内空气污染。32.室内空气污染的来源和种类 来源:室外空气污染;建筑、装饰、装修材料和室内设备。人类自身活动 种类:化学污染:甲醛、苯系物、氯乙烯、臭氧、氨等;生物污染:细菌、真菌、花粉、螨虫等;物理污染:放射性污染和电磁辐射。 33.室内空气污染的特点:影响范围广、接触时间长污染物种类多、浓度高 污染物排放周期长危害表现时间不一 34.室内主要污染物及其危害 挥发性有机物(VOCs)* 定义:指沸点范围在50260间,室温下饱和蒸气压超过133.3Pa,常温下以蒸气形式
20、存在于空气中的一大类有机物。(醛类、酮类、烷类、芳烃类、烯烃类、卤烃类、酯类等) 危害:刺激眼睛和呼吸道,皮肤过敏、头痛、咽痛和乏力,其中的苯、氯乙烯和多环芳烃等为致癌物质。 控制:采用烘烤法,因高温可加速VOCs挥发;加强通风;使用空气净化器,如用活性炭吸附VOCs能取得较好效果。 甲醛(HCHO) 来源于人造板、地毯等合成织品、燃料和烟叶的不完全燃烧、藏书、化妆品、清洁剂、杀虫剂、防腐剂等。 危害:刺激作用;致敏作用;致突变作用; 烟草烟雾 定义:烟草燃烧后形成的一种混合烟气,含3000多种成分,主要由大量气体和少量颗粒物组成。气体主要有CO、CO2、挥发性硫化物、挥发性亚硝胺、酚类、醛类
21、等;颗粒物主要是尼古丁、焦油、多环芳烃、铀、镉、镍重金属等。 分类:主流烟雾:吸烟者从烟尾将烟草的燃烧产物直接吸入体内的烟雾; 侧流烟雾:烟草点燃后直接排入环境的烟雾; 环境烟雾:侧流烟雾和主流烟雾的总称; 烟草烟雾严重危害呼吸系统、心血管系统、神经系统、生殖系统、免疫系统;破坏线粒体、酶和蛋白质正常功能,引起DNA损伤,染色体畸变和基因结构变化,加速人体衰老 35.室内空气污染控制对策: 制定室内空气质量标准加强室内空气质量的监测和监督 室内污染源控制加强通风换气,空气消毒开发室内空气净化技术 36.烟气的治理(一)烟气治理基本流程 (二)烟气中颗粒物的消除 袋式除尘器 除尘机理:含尘空气通
22、过滤料时,粉尘被滤料捕集使清洁空气滤出。 滤料通常由棉、毛、人造纤维制成,布袋除尘器除尘初期因截留、惯性碰撞、静电荷扩散等作用捕集颗粒,形成粉尘初层,之后主要由该层发挥主要捕集作用。 优点:效率高、性能稳定可靠、操作简单、应用广泛。 多用于大型火电厂、大型水泥厂等。 静电除尘器 除尘机理:利用静电力将固体或液体颗粒从气流中分离并被捕集。 优点: (a)除尘效率高(可达99%); (b)能耗低(0.20.8kWh/1000m3烟气); (c)阻力小(100300Pa); (d)耐高温(350); (e)处理烟气量大(105106m3/h); (f)可以处理0.1m的颗粒。 缺点: (a)一次性投
23、资大、占地面积大; (b)除尘效率受电阻等物理性质限制; (c)不适用直接处理高浓度含尘气流。 (三)烟气脱硫 从排烟中去除二氧化硫的技术简称烟气脱硫。一般以吸收剂或吸附剂的形态和处理过程将回收法分为干法和湿法两类。 干法烟气脱硫,是用固态吸附剂或固体吸收剂去除烟气中二氧化硫的方法,主要有活性炭吸附法、接触氧化法等。 湿法烟气脱硫,是用液态吸收剂吸收烟气中二氧化硫的方法主要有石灰/石灰石法、钠碱法、氨法、氧化镁法。 (四)烟气脱硝 从烟气中去除氮氧化物(NOx)的过程简称烟气脱氮或氮氧化物控制技术,俗称烟气脱硝。 它与烟气脱硫相似,也需要应用液态或固态的吸收或吸附剂来吸收吸附(NOx)以达到脱氮的目的。 37.大气污染综合防治对策: 改变能源结构,开发清洁能源 优化工业结构和工业布局 采用区域集中供暖和供热; 减少交通废气污染; 绿化造林; 加强对大气污染物的治理
