第五章 大气质量与大气污染
第一节 大气的结构组成
1. 大气结构：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层（或外大气层）。
2. 大气组成：自然状态下的大气是由混合气体、水汽和悬浮颗粒组成的。除去水汽和微粒
的空气称为干洁空气。
第二节 大气污染
1. 定义：指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度达到足
够的时间，并因此危害了人群的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。 2. 大气污染物的种类：
（1）颗粒污染物：粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾和总颗粒悬浮物。
（2）气态污染物：五类：以二氧化硫为主的含硫化合物、以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物、碳的化合物及卤素化合物。
第三节 大气控制质量标准
1. 环境空气质量标准：三级标准，将环境空气质量功能区分为三类。 2. 排放标准：三类分级标准。 3. 环境技术标准。
第四节 大气污染控制的基本方法
一．大气污染控制的含义：
1. 两个方面：一是立法的角度，指用法律来限制或禁止污染物的扩散。一是防止的角度。
采用一些手段把污染物排放量降到不致严重污染大气的程度。 2. 大气污染控制的重点是控制污染源。 二．废弃排放控制系统： 1. 污染物的收集：集气罩 2. 颗粒污染物控制：四类
（1）机械力除尘器：包括重力沉降、惯性除尘器和旋风除尘器。→高效除尘器的前级预除尘器。
（2）过滤式除尘器：包括袋式过滤器和颗粒层过滤器。 （3）静电除尘器：包括干式静电除尘器和湿式除尘器。
（4）湿式除尘器：包括泡沫除尘器、喷雾塔、填料塔、文丘里洗涤器等。 3. 气态污染物控制：两大类
（1）分离法：利用污染物与废气中其他组分物理性质差异使污染物从废气中分离出来，如物理吸收、吸附、冷凝及膜分离等。
（2）转化法：把污染物转化成无害的=物质或易于分离的物质，如催化转化、燃烧法、生物处理法、电子束法。
4. 污染物的稀释控制：包括大气扩散和烟囱设计两个方面的内容。采用烟囱排放污染物，
通过大气的输送和扩散作用降低其“着低浓度”。
第六章 颗粒污染物控制
第一节 除尘技术应用
1. 粉尘粒径：
（1）单一粒径：投影径、几何当量径、物理当量径（自由沉降径、空气动力径、斯特科斯
径和分割粒径→分级效率为50%的颗粒的直径）
（2）平均粒径：对于一个由大小和形状不相同的粒子组成的实际粒子群，与一个由均一的球形粒子组成的假想粒子群相比，如果两者的粒径全部相同，则称此球形粒子的直径为实际粒子群的平均粒径。
2. 粒径分布：某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，亦称粒子的发散度。表示方法：
频数分布、频度分布、筛上累计分布、 3. 除尘效率的捕集效率：
（1）总捕集效率：指在同一时间内，净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之比。实际上反映装置净化程度的平均值，亦称为平均捕集效率。 （2）分级捕集效率：指在某一粒径下的除尘效率。
第二节 重力沉降
1. 颗粒沉降速度：当沉降力与阻力相等时，颗粒开始在流体中等速沉降，此时的速度称为
终端沉降速度μt=ρp gdp/18μ。 2. 重力沉降室的设计：
（1）沉降时间与沉降速度：粒径能沉降下来的条件：气流通过长度为L的沉降室的时间t1≧沉降速度为vt的颗粒从顶部降落到底部所需的时间t2，即L/V≧H/μt。 （2）沉降尺寸：高度H和长度L。
（3）沉降室捕集效率：根据最小粒径即可求出捕集效率。
第三节 旋风除尘
概述：利用含尘气流所产生的离心力，将颗粒污染物从气体中分离出来的过程。一般用于捕集5~15微米以上的颗粒。 一．工作原理
含尘气流进入旋风除尘器时，气流由直线运动变为圆周运动，含尘气流在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的颗粒甩向器壁，颗粒与器壁接触时因失去惯性力而沿壁下落。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠近，其切向速度不断提高。当气流到达椎体下端某一位置时，便以同样的旋转方向在旋风除尘器中由下回转而上，继续作螺旋流动。最后，净化气体经排气管排出器外，一部分未被捕集的颗粒也随之带出。 二．分离性能
1．分离直径：旋风除尘器是除尘效率与颗粒的直径有关，颗粒直径越大，除尘效率越高。η=100%→临界直径；η=50%→分割直径。
2．影响捕集效率的因素：入口风速、除尘器的结构尺寸、粉尘粒径与密度、气体温度和灰斗的气密性。 三．分类及设计
1．分类：（1）气体流动状态：切流反转式和轴流式；（2）结构形式：圆筒体、长椎体、旁通式和扩散式。
2．设计：包括确定旋风除尘器的各部尺寸、计算除尘器的压力损失（压力降）和计算除尘器的效率。
第四节 静电除尘
概述：与重力沉降和旋风除尘器的根本区别在于其分离的能量通过静电力直接作用于尘粒上，而不是作用在整个气流上，因此分离尘粒所消耗的能量很低。
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1．除尘原理：
（1）气体电离：放电电极周围的“电晕”现象使气体电离，即电晕放电。 （2）粒子荷电：两种荷电过程：电场荷电和扩散荷电。
（3）荷电粒子的迁移和沉积：荷电粒子在电场力的作用下，朝着与其电性相反的集尘极移动并通过粒子放电沉积在集尘极上。对于比电阻较大的粒子可采用改变温度、增大湿度，添加化学药剂及某些气体使其比电阻减小，以改善吸尘操作。 （4）颗粒的清除：用振打的方式将沉积的颗粒强制震落入灰斗。 2．除尘器结构：电晕极、集尘极、清灰装置、气流分布装置和灰斗。 3．除尘效率：除尘效率方程→η=1-exp(-AcQ/ω)。 4. 设计：平板式除尘器和管式除尘器。
第五节 袋式除尘
1．除尘过程：首先是含尘气体通过清洁滤布，这是起捕尘作用的主要是纤维，除尘效率不高；其后，粉尘量不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料内部，一部分覆盖在表面上形成一层粉尘层，这时主要依靠粉尘层进行过滤。
2．除尘机理：筛过作用、惯性碰撞、扩散和静电作用、重力沉降。
3．除尘性能：过滤速度（气布比→处理的烟气流量与滤布面积之比）、除尘效率、压力损失。 4．滤布的选择：（1）容尘量大，清灰后能在滤料上保留一定的永久性粉尘；（2）透气性好，过滤阻力低；（3）抗皱拆性、耐磨、耐温及耐腐蚀性能好，使用寿命长；（4）吸湿性好，容易清除黏附在上面的灰尘；（5）成本低，滤布的材料可用天然滤料、合成纤维和无机纤维。
第六节 湿式除尘
概述：利用洗涤液与含尘气体充分接触，将尘粉粒洗涤下来而使气体净化的方法。 一．除尘机理：
1.惯性碰撞：尘粒在遇到障碍物时由于惯性而保持原来运动方向而绕过。 2.扩散：对于粒径在0.3微米以下的，扩散是一个很重要的捕集因素。
3.粘附：当粉尘粒径大于粉尘中心到液滴边缘的距离时，粉尘因粘附而被捕集。
4.扩散漂移和热漂移：若气流中含有饱和蒸汽，当其与较冷的液滴接触时，饱和蒸汽会在较冷的液滴表面上凝结，形成一个向液滴运动的附加气流。
5.凝聚作用：烟雾中含有水蒸气、硫酸酐和气态有机物时，当温度降低时，会凝结吸附在粉尘表面。 二．气液界面：
1.气泡表面：含尘气体通过多孔板上的液体时，气孔在孔眼表面处形成气泡并逐渐扩大，随后通过液层。
2.液体射流表面：喷出的射流经一定距离后破碎为直径范围很广的液滴群，与含尘气体接触时，混合吸附其中的尘粒。
3.液膜：液体依靠流动性、润湿性在固体表面铺展开来，形成液膜。
4.液滴：依靠机械力、惯性力和摩擦力等使液体分散在大量气体中而形成液滴。
第七章 气态污染物控制
第一节 吸收净化
概述：吸收是利用混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，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。吸收分物理吸收和化学吸收。
1. 吸收平衡
（1）物理吸收：亨利定律描述气液间的平衡→P=E·x。
（2）化学吸收：利用相平衡与化学平衡来计算某组分的总浓度。 2. 双膜理论
吸收是气相组分向液相转移的过程。→一个假设理论：假设在气—液界面两侧各存在一个静止膜，在气相一侧称为气膜，在液相一侧称为液膜。在膜外气体或液体主体中，由于湍流扩散作用因而不存在浓度梯度。气相的扩散阻力全部在气膜内，液相扩散阻力全部在液膜内，膜内仅发生分子扩散。因而。气液间的传质速率取决于通过气膜和液膜的分子扩散速率。 3. 吸收设备：三大类→液膜表面吸收器、气派表面吸收器和液滴表面吸收器。 4. 填料塔的设计计算： （1）塔径的计算：D=（4Q/πv）
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；
（2）填料层高度的计算：根据填料塔的物料守恒计算。
第二节 吸附净化
概述：气体混合物与适当的多孔性固体接触时，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的表面上，这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。特别用于用其他方法难以分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理。 一．吸附过程：
1. 物理吸附和化学吸附：物理吸附主要依靠分子间的范德华引力产生的，它可以使单分子
层吸附也可以使多分子层吸附；而化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生的，只能是单层吸附。 2. 吸附剂及再生：
（1）要求：比面积大；选择性好，有利于混合气体的分离；具有一定的粒度、较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性；大的吸附量；来源广泛，价格低廉。 （2）再生方法：加热解析再生、降压或真空解析、置换再生法。 二．吸附装置：固定床、流动床和沸腾床。
三．固定床吸附装置的计算：穿透曲线法和希洛夫方程。
第三节 催化转化
概述：使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。该法与其他净化方法的区别在于：无需使污染物与主气体分离，避免了其他方法可能产生的二次污染，又使操作过程简化。另一方面，对不同浓度的污染物都具有很高的转化效率。 一．催化作用与催化剂：
1. 催化反应：催化剂加速反应速率是通过降低活化能来实现的。→反应物分子被催化剂表
面的活性中心吸附后，形成了一种具有活性的络合物，使原分子的化学键松弛，从而降低了活化能。
2. 催化剂：由主活性物质、载体和助催剂组成。→主活性物质一般附着在惰性载体上。载
体有两个作用→提供大的比表面积和增大催化剂的机械强度。助催剂和主活性物质都附于载体上。
二．气固相催化反应器及其计算：
1. 气固相催化反应器的类型：单层绝热反应器、多段绝热器和列管式反应器。 2. 接触时间：反应物通过床层的时间，等于空间速度的倒数。
第四节 燃烧转化
概述：通过热氧化作用将废气中是可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。
1. 空燃比：空气与燃料的质量比。
2. 爆炸极限：在一定浓度范围内，混合气体中的氧和可燃组分在某一点被燃着时产生的热
量可以继续引燃周围的混合气体，若在一个有限范围内迅速蔓延会形成气体爆炸。 3. 燃烧类型：直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。
4. 热能回收：回收废热用于预热进口的冷废气、热净化气再循环、废热利用。
第五节 生物转化
概述：利用微生物的生命活动把废气中的气态污染物转化为少害甚至无害的物质。 1．处理原理：生物处理可分为需氧生物氧化和厌氧生物氧化。 2．生物净化方法：活性污泥法、微生物悬浮法、土壤法和堆肥法。
第六节 其他净化方法
1. 电子束照射法
（1）工艺过程：废气冷却→加氨→电子束照射→粉体捕集。
（2）处理机理：生成具有活性的物质→硫氧化物和氮氧化物的氧化→硫酸铵和硝酸铵的生成。
2. 膜分离法：混合气体在压力梯度作用下透过特定薄膜时，不同气体具有不同的透过速度，
从而使气体混合物中的不同组分达到分离的效果。
第八章 污染物的稀释法控制
第一节 影响污染物在大气中扩散的气象因素
概述：两个方面：一是动力因子；二是热力因子。
一．气象的动力因子：
1. 风：风对污染物浓度分布有两个作用：一是整体输送；一是冲淡稀释。
2. 湍流：风的阵性和摆动。近地层的大气湍流有两种形式：一是有机械力产生的机械湍流；
一是由热力产生的热力湍流。大气污染的扩散主要依靠大气的湍流的作用。 3. 局地风：海陆风、山谷风、城市热岛效应。 二．气象的热力因子：
1. 大气的温度层结：气温随高度的分布。三种表示方法：干绝热递减率、气温递减率和气
温的垂直分布。
2. 逆温：γ＜0的大气层结。四种类型：辐射逆温、下沉逆温、湍流逆温和锋面逆温。 3. 大气稳定度：大气对污染源排入其中的污染物扩散能力的一种量度。大气愈不稳定，污
染物在大气中的扩散速率就愈快。大气稳定度与烟流扩散的关系：波浪型、锥型、扇型、屋脊型和熏烟型。分类：极不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、稳定、极稳定。
第二节 烟气抬升高度
1. 烟气抬升高度：通过烟囱排出的烟气通常都具有一定的速度和温度。在动力和浮力的作
用下，烟气在离开烟囱后，仍然要向上冲出一定的高度，然后再沿风的方向扩散。烟气在水平方向的扩散称为烟羽。烟羽轴线与烟囱口间的距离即为烟气抬升高度。
2. 影响因素：排放因素（烟流喷速和烟气温度）、气象因素（平均风速、湍流强度、环境
空气温度、大气稳定度以及逆温层）以及下垫面状况（地形及建筑物构型）。
第三节 污染物落地浓度
概述：大气扩散主要研究烟流传播和物质浓度衰减的关系。正态高斯分布假设下的扩散模式即高斯扩散模式是应用最广的统计理论。
第四节 烟囱计算
概述：烟囱设计的主要内容是烟囱高度和出口内径。 1. 烟囱高度：精确计算法和简化计算法（风速和允许标准）。 2. 出口直径的计算：D=（4Q/πv）
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