大气污染控制重点
第一章绪论
一、大气组成成分
1.大气层组成
干洁的空气（N2、O2、Ar、CO2、微量惰性气体）、水蒸气、少量悬浮微粒
2.定常组分
氮、氧、氩、氖、氦、氯、氢、命等，这一组分的比例，从地球表面至90公里的高度范围内都是稳定的。
3.可变组分
二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火灾等和人类活动等。
二、大气层结构
（1）温度随高度变化
按大气温度和组成随高度的变化分为五层：对流层、平流层、中间层、暖曾、散逸层。
①对流层特点：温度随高度的升高而降低，每上升米大约下降0.65℃；空气强烈对流，上下层水汽、尘埃、热量不断交换混合；75%的大气和90%的水汽集中在对流层；云、雾、雨、雪等天气现象发生在对流层。
②平流层特点：平流层分为同温层和逆温层，地面30~35km，气温几乎不随高度而变化，称为同温层，同温层之上为逆温层，温度随高度的升高而升高；平流层的下部存在厚度约为20km的臭氧层，能强烈吸收太阳紫外线使温度升高，对地面的生物起到保护作用；平流层中的空气处于平流状态，不利于污染物的扩散；飞机、无线电探空气球在此层作业。
（2）按受近地面影响的大小
大气边界层、自由大气
三、大气污染及大气污染物
1.大气污染
来源于人类活动或自然过程所排放到空气中的大气污染物，累积到超过大气的自净过程所能降低的程度，在一定的持续时间内有害于生物及非生物
2.大气污染物分类
（1）按污染物形态：
①气溶胶态污染物：粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾
②气态污染物：含硫化合物、含氮化合物、碳的氧化物、碳氢化合物、卤素化合物
（2）气溶胶态污染物来源：
①粉尘：煤、矿石等固体物料的运输、筛分、碾磨、加料和卸料等机械处理过程中形成，或者是由风扬起的灰尘（粉尘是由除燃料燃烧之外的过程产生）
②烟：冶金过程形成的固体粒子的气溶胶
③飞灰：随燃料燃烧过程产生的随烟气排出的分散的较细灰分
④黑烟：由燃料燃烧产生的能见气溶胶
⑤雾：由于液体蒸气的凝结、液体的雾化及化学反应等过程形成的
（3）气态污染物按污染物的种类分为：一次污染物、二次污染物
补充：
一次污染物：直接来自污染源的直接排放的。如著名的八大公害中的伦敦烟雾和马斯河谷事件就是颗粒物和二氧化硫共同造成的（由于都是一次污染物，没有被大气氧化，所以称为还原型污染）
二次污染物：前体物（如，二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物）在大气中经物理化学变化生成的污染物，如，细颗粒物中（PM2.5）的硫酸盐、硝酸盐、有机颗粒物；氮氧化物中的NO2；光化学烟雾（臭氧、PAN）。如八大公害中的洛杉矶烟雾就是挥发性有机物、氮氧化物在大气中经光化学、自由基氧化反应生成的臭氧、硝酸盐（过氧乙酰硝酸酯PAN）共同造成的（一次污染物的光化学氧化产物，所以称为氧化型污染）
四、大气标准
1.大气标准分类
大气环境质量标准、大气污染物排放标准、大气污染物技术标准、大气污染警报标准
（1）环境空气质量标准：功能区划分：一类区（自然保护区、风景名胜区、其他需要特殊保护的区域）、二类区（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、农村地区等其它区域。）
污染物浓度标准分级（两级）；污染因子（10个）；污染因子不同时间段的浓度限值；污染因子监测方法；数据统计有效性。
（2）大气污染物综合排放标准：规定的三类指标：①通过排气筒排放的最高允许浓度；②按排气筒高度规定的最高允许排放速率；③规定无组织排放的监控点相应的监控浓度限值
（3）在我国要遵守综合性排放标准与行业标准不交叉执行，行业标准优先执行。
五、空气质量评价方法
1.空气质量指数（AQI）的计算方法
2.如何用AQI表达空气污染状况
AQI值越高，空气质量指数级别就越高，空气污染程度就越严重。
六、全球大气环境问题
1.温室效应
（1）成因：大气中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、臭氧，可使太阳短波辐射几乎无衰减的通过，但却强烈吸收地球的长波辐射。随着它们在大气中的浓度的升高，吸收的热量就越多，大气温度就会相应升高。
（2）影响及危害：海平面上升、水资源问题、全球变暖、虫害增加、气候反常
（3）治理措施：①减少大气中过多的二氧化碳，需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤〕，少开汽车。②保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。③植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材〕，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
2.臭氧层破坏
（1）高空25千米附近臭氧密集层中臭氧被损耗、破坏而稀薄的现象。人为活动产生大量氮氧化物、氯氟烃化合物，与臭氧发生化学反应;而使臭氧消除，降低臭氧层中的浓度。
（2）影响及危害：①地面受到过量紫外线，危害人类健康；②平流层温度发生变化，导致地球气候异常，影响植物生长和生态平衡。
（3）治理措施：①减少破坏大气上空臭氧层有害气体的无度排放,如冰箱制冷剂氟利昂的排放,（改为无氟制冷剂）,②减少CH4,N2O,PFCs,NFCs,SF6,等化学物质的排放,对替代品的研制要加大力度,而在使用过程中逐步或完全取代这些产品。
3.酸雨（（PH5.6）
（1）成因：属于空气污染，是指PH值小于5.6的雨雪或其他形式的降水。①自然成因：火山爆发喷出大量的硫化物；海水和湖水释放的硫化氢；动植物分解释放的有机酸；泥土中微生物及海藻释放的硫化氢和氮化物。②人为成因：工业化后大量使用燃料，燃烧过程产生二氧化硫、氮氧化物和氯化氢等。
（2）影响及危害：①土壤酸化；②使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而建筑物损坏。建筑材料变脏，变黑,影响城市市容质量和城市景观。
（3）治理措施：①开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等。②使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放。③工业生产排放气体处理后再排放。④少开车，多乘坐公共交通工具出行。⑤使用天然气等较清洁能源，少用煤。⑥改进发动机的燃烧方式。⑦通过净化装置，减少燃烧煤，石油等燃料时的污染物排放
第二章燃烧与大气污染
一、常见燃料
常见的燃料：煤炭、石油、天然气、生物质。
所有燃料燃烧时都会产生污染物，为了准确核算污染物产生量，必须对燃料的组成成分进行工业分析和元素分析。如，煤炭燃料工业分析就要分析它的固定碳、灰分、挥发分、水分；石油工业分析就要分析它的链烷烃、环烷烃、芳香烃、水分及其他杂质；天然气工业分析就要分析组成它的甲烷、乙烷、丙烷、水分及其他杂质。
1.常规燃料分析——煤
（1）煤的分类：褐煤、烟煤、无烟煤
（2）煤的工业分析
①固定碳、水分、挥发分、灰分
②固定部分（焦炭）：固定碳、灰分；挥发部分：挥发分、水分
（3）煤的元素分析
碳、氢、氧、氮、硫
2.常规燃料分析——石油
（1）定义：液体燃料，多种化合物的混合物（链烷烃、环烷烃、芳香烃混合组成）
3.常规燃料分析——天然气
（1）定义：由烃类和非烃类气体组成的混合物
（2）基本组成：甲烷85%、乙烷10%、丙烷3%，及其他的碳氢化合物
二、燃料完全燃烧的必备条件
四个条件：空气条件、温度条件、时间条件、燃料与空气的混合条件，尤其后三者称为燃烧过程的“3T”
三、空气量、产生的烟气量、烟气中污染物浓度计算
。
第三章颗粒物控制技术基础
一、颗粒物的粒径及粒径分布
注意：
掌握频率分布(D)、频率密度分布(简称频度分布f)、筛下/筛上分布（D/R）的含义及换算方法。
对数正态分布函数：空气中的气溶胶、工业粉尘多服从此分布；
采用粒径分布函数计算颗粒物的筛下、筛上分布必须掌握（第三章PPT讲稿第29页）。
1.单一粒径
1.1投影径
（1）定向直径dF：颗粒在投影图上同一方向上的最大投影长度
（2）定向面积等分径dM：颗粒在投影图上同一方向上将颗粒面积一分为二的的线段长度
（3）长径：不考虑方向的最长粒径
（4）短径：不考虑方向的最短粒径
1.2几何当量径
（1）投影圆直径dH：与颗粒投影面积相等的圆的直径
（2）等体积直径dV：与颗粒具有相同体积的圆球体直径
（3）等表面积直径、等面积体积直径、等周长径
1.3物理当量径
（1）自由沉降直径dt：在介质中与颗粒具有相同密度和相同沉降速度的圆球体直径
（2）空气动力直径da：在空气中与颗粒具有相同沉降速度，且密度为单位密度（0Kg/m3或者g/cm3)的圆球直径
（3）斯托克斯直径dd：在层流区（Re1)的自由沉降直径
（4）分割直径d50：除尘器分级效率为50%的颗粒直径
注意：空气动力学径da，《环境空气质量标准》中的PM2.5、PM10就是指颗粒的空气动力学径。
1.4单一粒径的测定方法
（1）显微镜法（投影径）
（2）光散射法（等体积直径）
（3）筛分法（筛分粒径）
（4）沉降法（自由沉降直径、空气动力直径、斯托克斯直径）
2.平均粒径
（1）算术平均径dL：所有颗粒粒径之和/颗粒个数
（2）中位径d50：把颗粒的个数（质量、表面积等）平分一半的粒子直径
（3）几何平均径：n个粒径的乘积开n次方
（4）加权平均径：颗粒直径乘以相应质量分数的和
（5）众径dd：颗粒数目最多所对应的粒径
3.圆球度
与颗粒体积相等的圆球的表面积与颗粒表面积之比，圆球度总是小于1
4.粒径分布
4.1个数（质量）分布
（1）个数频率：某粒径范围的个数/总个数
（2）个数筛下累计频率：筛下颗粒总个数/总个数
（3）个数频率密度：单位间隔时的频率分布
质量分布（与个数分布类似，质量频率、质量筛下累计频率、质量频率密度）
4.2粒径分布的表示方法
（1）表格法（频率、筛下累计频率、频率密度）
（2）图形法（分布直方图、累计频率分布曲线、频度分布曲线）
（3）函数法
5.三种平均经的关系
（1）频度分布曲线为对称分布时：dL=d50=dd
（2）频度分布曲线非对称分布时：dLd50dd
6.粒径分布函数（计算）
6.1正态分布
（1）分布函数F(dp)
（2）频率密度p(dp)
（3）其中均值：平均粒径dL，标准差：d84.1-d50=d50-d15.9
（4）各种中位径的换算，平均径与中位径的换算（见PPT31页）
6.2对数正态分布
（1）当以dp为横坐标：非对称分布，向粗颗粒偏移，粗颗粒占比大
（2）以lndp为横坐标：近似正态分布。其中标准差：几何标准差：d84.1/d50=d50/d15.9，当标准差=1时，粒径均相同
6.3罗辛拉姆勒分布（R-R分布）
（1）特用于：破碎、研磨、筛分产生的颗粒
（2）质量筛上累计分布频率的函数：R=exp（-βdp^n)，β是分布指数，n是分布系数
（3）质量筛下累计分布频率：G=1-R
（4）常用的R-R分布表达式：R=exp（-0.（dp/d50)^n
二、净化装置性能
1.性能指标
（1）技术指标：处理气体量、压力损失、净化效率
（2）经济指标：设备费、运行费、占地面积
2.处理气体量
3.净化效率
4.压力损失
压力损失ΔP=压力损失系数*0.5*ρ*v1^2
5.不同除尘器联合使用
并联使用，只能增加烟气处理量，不能增加除尘效率；串联使用时，不能增加烟气处理量，但总除尘效率会提高
第四章除尘装置
一、旋风除尘器
1.工作原理
离心力除尘器，是利用离心力从含尘气体中将尘粒分离的设备
2.特点
（1）优点：结构简单，占地小，投资低，操作方便，能用于高温高压腐蚀性气体，可回收干颗粒物
（2）缺点：除尘效率80%左右，捕集小于5um效率不高，粉尘浓度较高时，一般做多级除尘预除尘用
3.示意图
二、静电除尘器
1.工作原理
（1）气体电离（生成大量的自由电子和正电荷）
（2）粒子荷电（自由电子、正离子与粉尘相撞）
（3）粒子沉积（带电粒子在电场中的迁移捕集）
（4）粒子清除（捕集粒子的清除）
2.特点
优点
（1）压力损失小，一般为-pa
（2）处理风量大，可达10^5-10^6m^3/h
（3）能耗低，大约0.2-0.4wh/0m^3
（4）对细粉尘有很高捕集效率，可达99%
（5）可在高温、高压、高湿和高腐蚀性下气体下操作
缺点
(1)设备大，占地面积大
(2)一次性投资高（设备材料、运营期耗电）
(3)不易捕集高比电阻、低比电阻的粒子
3.示意图
三、袋式除尘器
1.工作原理
三阶段
（1）一阶段：清洁滤布
（2）二阶段：粉尘初层
（3）三阶段：清灰
涉及的机制
筛分、碰撞、黏附、扩散、静电、重力
2.特点
优点
①高效：对微米和亚微米级粉尘效率极高
②不受粉尘比电阻影响
③运行稳定：对不同流量和浓度的粉尘适应性强
缺点
①普通的不耐高温，特殊的耐高温但成本高
②不适于处理粘结性含尘气体
③不适于处理吸湿性含尘气体
3.示意图
四、湿式除尘器
1.文丘里除尘器工作原理
（1）文丘里除尘器的组成包括收缩段、喉管和扩散段。
（2）含尘气体进入收缩段后，流速增大，进入喉管时达到最大值。
（3）洗涤液从收缩段或喉管加入，气液两相间相对流速很大，液滴在高速气流下雾化，气体湿度达到饱和，尘粒被水湿润。
（4）尘粒与液滴或尘粒之间发生激烈碰撞和凝聚。
（5）在扩散段，气液速度减小，压力回升，以尘粒为凝结核的凝聚作用加快，凝聚成直径较大的含尘液滴，进而在除雾器内被捕集。
2.特点
优点
（1）在相同能耗下，湿式除尘器效率高于干式除尘器
（2）可以处理高湿、高温、高比电阻、易燃、易爆的含尘气体
（3）在去除含尘气体中尘粒的同时，可以去除其中某些气态污染物，并有冷却作用
缺点
（1）从湿式除尘器中排出的沉渣及污水需要进行处理，否则会造成二次污染
（2）净化含有腐蚀性污染物时，洗涤水具有腐蚀性，容易对金属设备造成腐蚀
（3）不适宜净化憎水性粉尘
（4）在寒冷地区存在冻结问题
3.示意图
计算题
1、污染源参数计算
煤的元素分析数据如下:碳70%、灰分15%、硫2.0%、氢4%、氧3%、H2O6.0%。若空气湿含量为0.kg/Nm3，过剩空气系数为1.2。计算：(1)燃烧1kg煤所需的空气量；(2)SO2在烟气中的浓度；(3)烟气中的烟尘浓度；
2、静电除尘器
（1）某板式电除尘器极间平均场强为3.4Kv/cm，电场中离子数密度为个/m3,离子质量为5.3×10-26kg。粉尘的相对介电系数为1.5，粉尘在电场中的停留时间为5s。已知运行时空气温度为K，压力为.33kPa，空气粘度为2.38×10-5Pa·s。试计算：（1）粒径为2.5μm的尘粒的荷电量；（2）该尘粒的理论驱进速度。
(2)某一管式电除尘器的圆筒形集尘管直径为0.3m，长为2.0m，运行时气体温度为K，压力为.33kPa，气体流量为0.m3/s。若集尘场强平均为1.0kV/cm，粒径为1.0μm的尘粒的荷电量为0.3×10-15C，试计算该尘粒的驱进速度和能达到的除尘效率。
3、过滤式除尘器
袋式除尘器处理含尘浓度为6g/m3的烟气，烟气流量为m3/h（工况），采用脉冲喷吹清灰，过滤速度取1.5m/min时，捕集效率99.5%，清洁滤布的阻力系数为ξ0=9.5×/m，粉尘层的平均阻力系数为5×m/kg，滤袋压力损失不超过Pa，试确定：（1）滤袋面积，（2）清灰周期，（3）布袋上的粉尘负荷。烟气粘度为4.21×10-5PaS。
除尘器设计选型
除尘器的设计步骤一般为
1．收集需处理的污染源的有关资料，包括废气参数（流量、温度）、废气中烟尘参数（浓度、密度、组分、比电阻、粒径分布）等；当地政府对该污染源下达的粉尘排放标准。
2．确定要达到的处理效率。
3．根据废气和烟尘的特点、性质及需要达到的处理效率，选取恰当的除尘设备
①高效除尘器有：静电、布袋、湿式，一般不选择湿式除尘器，因为二次污染和阻力降太大的原因；至于到底是选取布袋还是静电，就看烟尘的比电阻，静电除尘器只能有效去除比电阻在～2*0Ωcm范围的烟尘，不在此范围的烟尘呢个，只能采取布袋除尘；如果烟尘比电阻在～0Ωcm范围内，首选静电除尘器，因为静电除尘器基本不受烟气性质（尤其温度）限制。
②如烟尘浓度过高（≥30g/m3）还要增加预除尘装置，预除尘装置一般选用旋风除尘器。
③如果只能选取布袋除尘器，而烟气温度又较高时（高于布袋的长期使用温度），还需在布袋除尘器前布置降温装置（冷却塔）。
4．根据工程经验，选取设备的有关参数。
5．计算各种粒径的粉尘的分级效率，由此得到总去除率，并与要求的除尘效率比较，如达到要求，则继续向下计算，如达不到要求，则重新选择设备参数，再计算分级效率和总除尘效率，直至达到要求为止。
6．计算设备的其它结构参数。