1、氣溶膠化學(xué)第1頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五大氣氣溶膠的定義、基本特征大氣氣溶膠的化學(xué)組成、來源與去除大氣氣溶膠的危害主要內(nèi)容第2頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 定義： 液體或固體微粒均勻地分散在氣體中形成相對穩(wěn)定的懸浮體系。 液體或固體微粒（即顆粒物或粒子）是指空氣動力學(xué)直徑為0.002100m的液滴或固態(tài)粒子。形狀：很復(fù)雜 液體顆粒物近似于球形，固體顆粒物多不規(guī)則，有片狀、柱狀、雪花狀、針狀等等。大氣氣溶膠的定義、基本特征第3頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五北京市典型煙塵集合體的TEM圖像 （a.鏈狀;b.簇狀)第4頁，

2、共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五表面光滑的飛灰表面吸附超細(xì)顆粒的飛灰 礦物顆粒石英硫酸鹽第5頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠分類：按粒徑的大小：總懸浮顆粒物(TSP)：用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒物的總質(zhì)量，通常稱為總懸浮顆粒物。 Dp(粒徑)在100m以下，其中多數(shù)在10 m以下，是分散在大氣中的各種粒子的總稱。飄塵： Dp 10m能在大氣中長期飄浮的懸浮物質(zhì)，如煤煙、煙氣、霧等。 降塵：能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。在TSP中直徑大于30 m的粒子由于自身的重力作用會很快沉降下來，這部分顆粒物稱為降塵?？晌肓Ｗ樱阂子谕ㄟ^呼吸過

3、程而進(jìn)入呼吸道的粒子。目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建議將其定為Dp10 m。細(xì)粒子：其粒徑小于2.5 m，記為：PM2.5第6頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五按顆粒物成因分: 分散性氣溶膠：指固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)經(jīng)粉碎、噴射形成微小粒子分散在大氣中形成的氣溶膠，如海浪分濺、農(nóng)藥噴灑等。 凝聚性氣溶膠：由氣體或蒸汽遇冷凝聚成液態(tài)或固態(tài)微粒而形成的氣溶膠。氣溶膠分類：第7頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五按顆粒物的物理(凝聚)狀態(tài)分: 固態(tài)：煙、塵 液態(tài)：霧 固液混合：霾、煙霧 氣溶膠分類：第8頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五中國環(huán)境空氣質(zhì)

4、量標(biāo)準(zhǔn)中PM10（ Dp10 m ）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取值時間濃度限值（mg/m3）一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)年均值0.040.100.15日均值0.050.150.25美國環(huán)保局1997年提出、2003年通過了PM2.5國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定PM2.5的年均濃度和日均濃度限值分別為15和65 g/m3。第9頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五地點(diǎn)觀測時間質(zhì)量濃度參考文獻(xiàn)北京1999.7-2000.9夏季76He et al. (2001)北京1999.7-2000.9冬季176He et al. (2001)太原2005.12216.7Meng et al. (2007)南京20

5、01149.0王薈等. (2003)上海2003.9-2005.194.64Wang et al. (2006)廣州2002.1-2 105.9Cao et al. (2005)青島1997-200043.6Hu et al. (2002)廈門199340.0Gao et al. (1996)大連200267.5Takami et al. (2006)香港2002.1-254.5Cao et al. (2005)珠海2002.1-259.3Cao et al. (2005)不同地區(qū)PM2.5的平均質(zhì)量濃度（g/m3） 第10頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五相關(guān)概念一次氣溶

6、膠：由排放源直接排放到大氣中的顆粒物。二次氣溶膠：通過與氣體組分的化學(xué)反應(yīng)生成的顆粒物。均質(zhì)氣溶膠：所有顆粒物的化學(xué)組成相同。單譜氣溶膠：所有的顆粒物粒徑大小相同。多譜氣溶膠：多種粒徑大小的顆粒物。第11頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五大氣氣溶膠的濃度表示方法數(shù)濃度：個/cm3表面積濃度：m2. cm-3體積濃度： m3. cm-3質(zhì)量濃度： mg. m-3; g. m-3第12頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠的來源大氣氣溶膠的來源復(fù)雜，按照產(chǎn)生的過程分為自然源和人為源。自然源主要來自于洋面氣泡的破裂、土壤的風(fēng)蝕、生物的孢子花粉以及火山爆發(fā)、森

7、林火災(zāi)等。人為源主要來自化石燃料燃燒、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動等；人為排放氣態(tài)污染物在一定條件下的氣粒轉(zhuǎn)化過程也是大氣氣溶膠的一個重要來源。第13頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五大氣氣溶膠主要是通過干、濕沉降的方式去除。（1）干沉降：重力作用或與地面其他物體碰撞后沉降。（2）濕沉降： 雨除 ：氣溶膠的顆粒物作為凝結(jié)核，成為云滴中心，通過凝結(jié)和碰并，云滴增長為雨滴（若T PM2.5 ；沙塵事件期間地殼元素濃度呈現(xiàn)出自西向東減弱的趨勢。 第37頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五沙塵天氣時的地殼元素濃度要明顯高于非沙塵天氣。沙塵天氣時Seoul PM10中Al和Ca的

8、濃度約為非沙塵的3.4倍；Gwangju 中的濃度為非沙塵的5-6倍。 圖5. 沙塵與非沙塵期間的元素濃度對比第38頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五大氣氣溶膠的危害主要內(nèi)容第39頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五大氣氣溶膠的危害 1. 大氣化學(xué)反應(yīng) (干濕沉降,光化學(xué)煙霧,多相反應(yīng)界面 etc.) 2. 氣候效應(yīng) (直接氣候效應(yīng)及間接氣候效應(yīng)) 3. 環(huán)境質(zhì)量（能見度） 4. 健康效應(yīng) 5.氣溶膠輻射強(qiáng)迫第40頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五礦塵 黑碳 海鹽 硫酸鹽 硝酸鹽SO2, COS, DMSNOxVOCsH2OO3, H2

9、O2OH,NO3 radicalsVirusPAH, PCB 氣溶膠能吸附 SO2、NOx 及氣態(tài)有機(jī)有毒物質(zhì)（如PAHs、PCB等），并在氣溶膠表面發(fā)生多相反應(yīng)?；瘜W(xué)大氣化學(xué)反應(yīng) 第41頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五對大氣能見度的影響 第42頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五第43頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣候效應(yīng) 氣溶膠通過直接和間接方式影響大氣輻射傳輸和地-氣系統(tǒng)輻射收支平衡，對氣候變化、云降水等影響巨大。第44頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五對人體健康的影響 第45頁，共90頁，2022年，5

10、月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠輻射強(qiáng)迫 氣候系統(tǒng)總體趨于平衡狀態(tài)，即地氣系統(tǒng)所吸收的太陽輻射應(yīng)等于向外發(fā)射的紅外長波輻射。如果某種擾動打破了這個平衡，氣候系統(tǒng)會調(diào)整地表溫度來形成新的平衡。為了評估地球氣候系統(tǒng)輻射收支的外加擾動，IPCC引入了輻射強(qiáng)迫這個概念。第46頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠輻射強(qiáng)迫輻射強(qiáng)迫的定義：單位 W/m2全球氣候的變化由地氣系統(tǒng)輻射平衡狀況決定。任何對該系統(tǒng)平衡的擾動并因而使氣候發(fā)生變化的因子成為輻射強(qiáng)迫因子，主要有入射太陽輻射；溫室氣體、云和氣溶膠等。在描述這些因子對氣候的潛在影響時，往往采用“輻射強(qiáng)迫”（radiation for

11、cing）。第47頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠輻射強(qiáng)迫人類活動導(dǎo)致大氣中氣溶膠濃度不斷升高，一方面導(dǎo)致大氣對太陽光散射作用增強(qiáng)，反照率增加，產(chǎn)生負(fù)的輻射強(qiáng)迫；另一方面吸收太陽輻射，產(chǎn)生正的輻射強(qiáng)迫。大氣中氣溶膠通過直接和間接輻射強(qiáng)迫兩種方式影響全球氣候，對全球氣候變化產(chǎn)生重大影響。第48頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 直接輻射強(qiáng)迫：氣溶膠通過散射和吸收太陽輻射，產(chǎn)生直接輻射強(qiáng)迫； 間接輻射強(qiáng)迫：可作為云凝結(jié)核，影響云的微物理特性和宏觀云量，影響地氣系統(tǒng)的水循環(huán)，產(chǎn)生更加復(fù)雜和不確定的間接輻射強(qiáng)迫。 氣溶膠輻射強(qiáng)迫第49頁，共90頁，202

12、2年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠輻射強(qiáng)迫與溫室氣體的輻射強(qiáng)迫比較：1.對流層大氣中氣溶膠的生命周期很短，導(dǎo)致空間分布高度不均，而且與排放源有關(guān)；2.氣溶膠直接輻射強(qiáng)迫是散射太陽短波輻射的過程，主要在白天和夏季起主導(dǎo)作用。即具有明顯的日變化和季節(jié)變化。3.氣溶膠的直接和間接輻射強(qiáng)迫都與顆粒物粒徑和化學(xué)組成有關(guān)，不能簡單以氣溶膠質(zhì)量源強(qiáng)衡量其輻射強(qiáng)迫的相對大小；第50頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氣溶膠輻射強(qiáng)迫與溫室氣體的輻射強(qiáng)迫比較：4.大氣氣溶膠尤其是人為氣溶膠的區(qū)域分布不均勻；5.氣溶膠的輻射強(qiáng)迫與其濃度的關(guān)系是非線性的，自然存在的氣溶膠的影響復(fù)雜；另外，氣溶

13、膠作為凝結(jié)核影響云滴形成和降水的過程復(fù)雜，間接輻射強(qiáng)迫研究非常困難。第51頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五第五節(jié) 大氣污染綜合治理 第52頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五一、減少污染物的排放量二、治理主要污染物；三、種植樹木草坪；四、掌握氣象變化規(guī)律，充分利用環(huán)境自凈能力五、加強(qiáng)城鎮(zhèn)規(guī)劃，搞好環(huán)境功能分區(qū)。大氣污染綜合治理第53頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五一、減少污染物的排放量 1改革能源結(jié)構(gòu)，逐步用二次能源代替一次能 源，開發(fā)無污染能源，對燃料進(jìn)行脫硫處理。 2改革燃燒裝置和燃燒方式，提高熱效率。 3采用無污染或低污染生產(chǎn)

14、工藝。 4利用余熱、余氣，提高能源利用率。第54頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五治理主要污染物顆粒污染物氣態(tài)污染物第55頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五從廢氣中回收顆粒污染物的過程稱為除塵。實(shí)現(xiàn)上述過程的設(shè)備裝置稱為除塵器。 1、除塵裝置的技術(shù)性能指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)常以氣體處理量、凈化效率、壓力損失等參數(shù)表示。 2、除塵裝置的分類 依照除塵器除塵的主要機(jī)制可將其分為機(jī)械式除塵器、過濾式除塵器、濕式除塵器、靜電除塵器等四類。顆粒污染物第56頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五通過重力、慣性力和離心力等質(zhì)量力的作用達(dá)到除塵目的。主要形式有重

15、力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。 重力沉降室 利用粉塵與氣體的密度不同，使含塵氣體中的塵粒依靠自身的重力從氣流中自然沉降下來，達(dá)到凈化目的。對50m以上的塵粒具有較好的捕集作用。 慣性除塵器 利用粉塵與氣體在運(yùn)動中的慣性力不同，使粉塵從氣流中分離出來，如折板式。適于非黏性、非纖維性粉塵的去除，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，阻力較小，但其分離效率較低，約為5070，只能捕集1020m以上的粗塵粒，故只能用于多級除塵中的第一級除塵。（1）機(jī)械式除塵器第57頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 離心式除塵器 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的含塵氣流中的粒子借助離心力，從氣流中分離出來的裝置，也稱為旋風(fēng)除塵器。適用于

16、非黏性及非纖維性粉塵的去除，對大于5m以上的顆粒具有較高的去除效率，屬中效除塵器。多應(yīng)用于鍋爐煙氣除塵、多級除塵及預(yù)除塵。主要缺點(diǎn)是對細(xì)小塵粒(5m)的去除效率較低。第58頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五過濾式除塵器結(jié)構(gòu)圖（2）過濾式除塵器 含塵氣體通過多孔濾料，截留氣流中的塵粒，凈化氣體。應(yīng)用于各種工業(yè)廢氣除塵中，屬高效除塵器，效率大于99%，對細(xì)粉具有強(qiáng)捕集作用。第59頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 鋼鐵廠焚燒廠水泥廠第60頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五又稱洗滌除塵。即用液體洗滌含塵氣體，使塵粒與液膜、液滴或霧沫碰撞而被

17、吸收，并隨液體排出，氣體得到凈化。既能凈化顆粒污染物，也能同時脫除氣體中的氣態(tài)污染物質(zhì)。（3）濕式除塵第61頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 利用高壓電場產(chǎn)生的靜電力的作用實(shí)現(xiàn)固體顆?；蛞后w粒子與氣流的分離。一種高效除塵器，對細(xì)微粉塵及霧狀液滴捕集性能優(yōu)異，效率達(dá)99以上，對于0.1m的粉塵粒子，仍有較高的去除效率。能耗低、處理氣量大，可應(yīng)用于高溫、高壓場合，廣泛用于工業(yè)除塵。缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，一次性投資費(fèi)用高。（4）靜電除塵第62頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五電廠水泥廠玻璃廠水泥廠第63頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五依據(jù)物質(zhì)

18、的化學(xué)和物理性質(zhì)，采用不同的治理。 1、吸收法 2、吸附法 3、催化法 4、燃燒法 5、冷凝法氣態(tài)污染物第64頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 二氧化硫的治理 從排煙中除去SO2的技術(shù)稱為“排煙脫硫” ，這類技術(shù)已相當(dāng)多，但總起來可分為濕法和干法兩大類。前者是利用SO2為酸性氧化物這一特點(diǎn)，后者是利用SO2的還原性。第65頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五1、濕法排煙脫硫（1）鈉法氫氧化鈉或亞硫酸鈉吸收法 這種方法是以NaOH、Na2CO3、或Na2SO3作為吸收劑吸收SO2，因?yàn)檫@種方法吸收速度快，管道和設(shè)備不易堵塞，所以應(yīng)用較廣泛。第66頁，共90

19、頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五主要反應(yīng)為： 2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O Na2CO3+SO2=Na2SO3+CO2 Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3第67頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 吸收劑處理后可獲得副產(chǎn)品，主要回收方法有a.中和法： NaHSO3+NaOH=Na2SO3+H2O 2Na2SO3+O2=2Na2SO4b.直接利用 將含有的吸收液直接供造紙廠代替燒堿蒸煮紙漿。第68頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五C.回收Na2SO3 吸收液經(jīng)濃縮、結(jié)晶、脫水后回收Na2SO3晶體。d.回收石膏法 在含NaH

20、SO3的吸收液中加入石灰，使其生成CaSO3，再經(jīng)氧化后生成石膏。第69頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五2NaHSO3+Ca(OH)2=CaSO31/2H2O+Na2SO3+3/2H2OCaSO31/2H2O+1/2O2+3/2H2O=CaSO42H2Oe.回收硫法 將吸收液中的加熱生成高濃度的，再用于生產(chǎn)硫酸或硫 2NaHSO3=Na2SO3+SO2+H2O SO2+2H2S=3S+2H2O第70頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五(2)氨法以氨水作吸收劑 2NH3H2O+SO2=(NH4)2SO3+H2O (NH4)2SO3+SO2+H2O=2NH4

21、HSO3第71頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 a.回收(NH4)2SO4法 吸收液中加入氨水，使NH4HSO3轉(zhuǎn)化為(NH4)2SO3，再經(jīng)空氣氧化后生成硫酸銨，濃縮結(jié)晶。 (NH4)2SO3+1/2O2=(NH4)2SO4第72頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五b.回收石膏法 若將上法回收的硫酸銨溶液中加入石灰，就可回收石膏，而生成的氨用水吸收后又可作為吸收劑 (NH4)2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O+2NH3(3)鈣法 利用石灰石、生石灰等的乳濁液作吸收劑第73頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五2、干性排煙脫硫法

22、（1）活性炭法 利用活性炭的活性及較大的比表面積，使煙氣中的SO2在活性炭表面上與氧及水蒸氣作用生成硫酸。（2）接觸氧化法 對于高濃度的SO2煙氣的治理，可采用工業(yè)接觸制硫酸類似的方法進(jìn)行。第74頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五煙氣脫硫處理設(shè)備 處理工序圖1. 電除塵器2. CONTROL DAMPER3. By Pass Damper4. 石灰石儲罐5. 甲酸罐6. 混合罐7. 循環(huán)泵8. 脫水離心分離器9. 副產(chǎn)品(石膏)第75頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 排煙脫硫的方法很多，在選擇時應(yīng)從下面幾個方面考慮：（1）凈化效率高，經(jīng)濟(jì)效果好；（2）

23、裝置能長期穩(wěn)定運(yùn)行；（3）易于操作、維修和檢查；（4）不應(yīng)造成二次污染。第76頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五氮氧化物的治理 氮氧化物的工業(yè)來源主要是硝酸制造廠、使用硝酸的工廠以及工廠燃料燃燒排放的廢氣等。從燃燒裝置中排放的氮氧化物主要是NO，NO比較穩(wěn)定，不易溶于水，也不與水反應(yīng)，目前對它的處理主要有催化還原、吸收等 第77頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五對含NOx的廢氣也可采用多種方法進(jìn)行凈化治理(主要是治理生產(chǎn)工藝尾氣)。 1、吸收法 目前常用的吸收劑有堿液、稀硝酸和濃硫酸等。 2、吸附法 用吸附法吸附NOX已有工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)裝置，可以采用的吸

24、附劑為活性炭與沸石分子篩等。 3、催化還原法 在催化劑的作用下，用還原劑將廢氣中的NOX還原為無害的N2和H2O的方法稱為催化還原法。第78頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五1催化還原法 在催化劑存在下，用甲烷、氫氣、氨等還原性氣體將NO還原成N2的方法，它又分為選擇性催化還原和非選擇性催化還原法。第79頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五（1）非選擇性催化還原法 在催化劑存在下，通入的還原性氣體不僅與NO作用，而且可與O2作用的方法稱為非選擇性催化還原法。還原氣體可用甲烷、氫氣、一氧化碳等，催化劑用Pt等，反應(yīng)溫度在400500。 這種方法適合于廢氣中O

25、2含量較少的廢氣第80頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五（2）選擇性催化還原法 在催化劑存在下，還原性氣體僅與氮氧化物作用的方法稱為選擇性催化還原法。A.氨選擇性催化還原法 此法以氨作還原劑，鉑作催化劑，在1502500C發(fā)生反應(yīng)。 4NH3+6NO=5N2+6H2O 8NH3+6NO2=7N2+12H2O 當(dāng)有微量O2時，NO的去除率更高些 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O 第81頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五 但必須嚴(yán)格控制溫度，溫度過高時發(fā)生 下列反應(yīng)，生成NO 4NH3+5O2=4NO+6H2O 溫度越高，氨越是優(yōu)先與氧作用。第82頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五B.硫化氫選擇性催化還原法 NO+H2S=S+1/2N2+H2O該法同時可除去SO2 2H2S+SO2=3S+2H2O第83頁，共90頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)4分，星期五C.氯-氨選擇性催化還原法 該法以木炭作為催化劑，溫度在500C時反應(yīng)： 2NO+Cl2=2NOCl 2NOCl+4NH3=2NH4Cl+2N2+2H2O