气溶胶化学专题培训市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,第四节 气溶胶化学,第1页,第1页,大气气溶胶定义、基本特性,大气气溶胶化学构成、起源与清除,大气气溶胶危害,主要内容,第2页,第2页,定义：,液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成相对稳定悬浮体系。,液体或固体微粒（即颗粒物或粒子）是指空气动力学直径为,0.002100,m,液滴或固态粒子。,形状：,很复杂,液体颗粒物近似于球形，固体颗粒物多不规则，有片状、柱状、雪花状、针状等等。,大气气溶胶定义、基本特性,第3页,第3页,北京市典型烟尘集合体,TEM,图像（a.链状;b.簇状),第4页,第4页,表面光滑飞灰,表面吸附超细颗粒飞灰,矿物颗粒石英,硫酸盐,第5页,第5页,气溶胶分类：,按粒径大小：,总悬浮颗粒物(TSP)：,用原则大容量颗粒采样器在滤膜上所搜集到颗粒物总质量，通常称为总悬浮颗粒物。D,p,(粒径)在100,m下列，其中多数在10,m下列，是分散在大气中各种粒子总称。,飘尘：,D,p,10,m能在大气中长期飘浮悬浮物质，如煤烟、烟气、雾等。,降尘：,能用采样罐采集到大气颗粒物。在TSP中直径不小于30 m粒子由于本身重力作用会不久沉降下来，这部分颗粒物称为降尘。,可吸入粒子：,易于通过呼吸过程而进入呼吸道粒子。当前国际原则化组织(ISO)提议将其定为D,p,10 m。,细粒子：,其粒径小于2.5 m，记为：PM,2.5,第6页,第6页,按颗粒物成因分:,分散性气溶胶,：,指固态或液态物质经粉碎、喷射形成微小粒子分散在大气中形成气溶胶，如海浪分溅、农药喷洒等。,凝聚性气溶胶,：,由气体或蒸汽遇冷凝聚成液态或固态微粒而形成气溶胶。,气溶胶分类：,第7页,第7页,按颗粒物物理(凝聚)状态分:,固态：烟、尘,液态：雾,固液混合：霾、烟雾,气溶胶分类：,第8页,第8页,中国环境空气质量原则中PM,10,（,D,p,10 m,）相关原则取值时间,浓度限值（mg/m,3,）,一级原则,二级原则,三级原则,年均值,0.04,0.10,0.15,日均值,0.05,0.15,0.25,美国环境保护局1997年提出、通过了PM2.5国家环境空气质量,原则，要求PM2.5年均浓度和日均浓度限值分别为15和65 g/m3。,第9页,第9页,地点,观测时间,质量浓度,参考文献,北京,1999.7-.9夏季,76,He et al.(),北京,1999.7-.9冬季,176,He et al.(),太原,.12,216.7,Meng et al.(),南京,149.0,王荟等.(),上海,.9-.1,94.64,Wang et al.(),广州,.1-2,105.9,Cao et al.(),青岛,1997-,43.6,Hu et al.(),厦门,1993,40.0,Gao et al.(1996),大连,67.5,Takami et al.(),香港,.1-2,54.5,Cao et al.(),珠海,.1-2,59.3,Cao et al.(),不同地域PM2.5平均质量浓度（g/m3）,第10页,第10页,相关概念,一次气溶胶：由排放源直接排放到大气中颗粒物。,二次气溶胶：通过与气体组分化学反应生成颗粒物。,均质气溶胶：所有颗粒物化学构成相同。,单谱气溶胶：所有颗粒物粒径大小相同。,多谱气溶胶：各种粒径大小颗粒物。,第11页,第11页,大气气溶胶浓度表示办法,数浓度,：个/cm,3,表面积浓度,：,m,2.,cm,-3,体积浓度,：,m,3.,cm,-3,质量浓度,：mg,.,m,-3,;,g,.,m,-3,第12页,第12页,气溶胶起源,大气气溶胶起源复杂，按照产生过程分为自然源和人为源。,自然源主要来自于洋面气泡破裂、土壤风蚀、生物孢子花粉以及火山爆发、森林火灾等。,人为源主要来自化石燃料燃烧、工农业生产活动等；人为排放气态污染物在一定条件下气粒转化过程也是大气气溶胶一个主要起源。,第13页,第13页,大气气溶胶主要是通过干、湿沉降方式清除。,（1）干沉降：,重力作用或与地面其它物体碰撞后沉降。,（2）湿沉降：,雨除：气溶胶颗粒物作为凝结核，成为云滴中心，通过凝结和碰并，云滴增长为雨滴（若T PM,2.5,；,沙尘事件期间地壳元素浓度呈现出自西向东削弱趋势。,第37页,第37页,沙尘天气时地壳元素浓度要明显高于非沙尘天气,。,沙尘天气时Seoul PM,10,中Al和Ca浓度约为非沙尘3.4倍；Gwangju 中浓度为非沙尘5-6倍。,图5.沙尘与非沙尘期间元素浓度对比,第38页,第38页,大气气溶胶危害,主要内容,第39页,第39页,大气气溶胶危害,1.,大气化学反应(干湿沉降,光化学烟雾,多相反应界面 etc.),2.气候效应(直接气候效应及间接气候效应),3.环境质量（能见度）,4.健康效应,5.气溶胶辐射逼迫,第40页,第40页,矿尘 黑碳 海盐 硫酸盐 硝酸盐,SO,2,COS,DMS,NO,x,VOCs,H,2,O,O,3,H,2,O,2,OH,NO,3,radicals,Virus,PAH,PCB,气溶胶能吸附 SO,2,、,NO,x,及气态有机有毒物质（如PAHs、PCB等），并在气溶胶表面发生多相反应。,化学大气化学反应,第41页,第41页,对大气能见度影响,第42页,第42页,第43页,第43页,气候效应,气溶胶通过直接和间接方式影响大气辐射传播和地-气系统辐射收支平衡，对气候改变、云降水等影响巨大。,第44页,第44页,对人体健康影响,第45页,第45页,气溶胶辐射逼迫,气候系统总体趋于平衡状态，即地气系统所吸取太阳辐射应等于向外发射红外长波辐射。假如某种扰动打破了这个平衡，气候系统会调整地表温度来形成新平衡。为了评估地球气候系统辐射收支外加扰动，IPCC引入了辐射逼迫这个概念。,第46页,第46页,气溶胶辐射逼迫,辐射逼迫定义：单位 W/m,2,全球气候改变由地气系统辐射平衡情况决定。任何对该系统平衡扰动并因而使气候发生改变因子成为辐射逼迫因子，主要有入射太阳辐射；温室气体、云和气溶胶等。,在描述这些因子对气候潜在影响时，往往采用“辐射逼迫”（radiation forcing）。,第47页,第47页,气溶胶辐射逼迫,人类活动导致大气中气溶胶浓度不断升高，一方面导致大气对太阳光散射作用增强，反照率增长，产生负辐射逼迫；另一方面吸取太阳辐射，产生正辐射逼迫。,大气中气溶胶通过直接和间接辐射逼迫两种方式影响全球气候，对全球气候变化产生重大影响。,第48页,第48页,直接辐射逼迫：气溶胶通过散射和吸取太阳辐射，产生直接辐射逼迫；,间接辐射逼迫：可作为云凝结核，影响云微物理特性和宏观云量，影响地气系统水循环，产生愈加复杂和不拟定间接辐射逼迫,。,气溶胶辐射逼迫,第49页,第49页,气溶胶辐射逼迫,与温室气体辐射逼迫比较：,1.对流层大气中气溶胶生命周期很短，造成空间分布高度不均，并且与排放源相关；,2.气溶胶直接辐射逼迫是散射太阳短波辐射过程主要在白天和夏季起主导作用。即含有明显日改变和季节改变。,3.气溶胶直接和间接辐射逼迫都与颗粒物粒径和化学构成相关，不能简朴以气溶胶质量源强衡量其辐射逼迫相对大小；,第50页,第50页,气溶胶辐射逼迫,与温室气体辐射逼迫比较：,4.大气气溶胶尤其是人为气溶胶区域分布不均匀；,5.气溶胶辐射逼迫与其浓度关系是非线性，自然存在气溶胶影响复杂；,另外，气溶胶作为凝结核影响云滴形成和降水过程复杂，间接辐射逼迫研究非常困难。,第51页,第51页,第五节 大气污染综合治理,第52页,第52页,一、减少污染物排放量,二、治理主要污染物；,三、种植树木草坪；,四、掌握气象改变规律，充足利用环境自净能力,五、加强城乡规划，搞好环境功效分区。,大气污染综合治理,第53页,第53页,一、减少污染物排放量,1改革能源结构，逐步用二次能源代替一次能 源，开发无污染能源，对燃料进行脱硫处理。,2改革燃烧装置和燃烧方式，提升热效率。,3采用无污染或低污染生产工艺。,4利用余热、余气，提升能源利用率。,第54页,第54页,治理主要污染物,颗粒污染物,气态污染物,第55页,第55页,从废气中回收颗粒污染物过程称为除尘。实现上述过程设备装置称为除尘器。,1、除尘装置技术性能指标,技术指标常以,气体处理量、净化效率、压力损失,等参数表示。,2、除尘装置分类,依照除尘器除尘主要机制可将其分为,机械式除尘器、过滤式除尘器湿式除尘器、静电除尘器,等四类。,颗粒污染物,第56页,第56页,经过重力、惯性力和离心力等质量力作用达到除尘目标。主要形式有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。,重力沉降室 利用粉尘与气体密度不同，使含尘气体中尘粒依靠本身重力从气流中自然沉降下来，达到净化目标。对50m以上尘粒含有很好捕集作用。,惯性除尘器 利用粉尘与气体在运动中惯性力不同，使粉尘从气流中分离出来，如折板式。适于非黏性、非纤维性粉尘去除，设备结构简朴，阻力较小，但其分离效率较低，约为5070，只能捕集1020m以上粗尘粒，故只能用于多级除尘中第一级除尘。,（1）机械式除尘器,第57页,第57页,离心式除尘器 旋转运动含尘气流中粒子借助离心力，从气流中分离出来装置，也称为旋风除尘器。适合用于非黏性及非纤维性粉尘清除，对不小于5m以上颗粒含有较高清除效率，属中效除尘器。多应用于锅炉烟气除尘、多级除尘及预除尘。主要缺点是对细小尘粒(5m)清除效率较低。,第58页,第58页,过滤式除尘器结构图,（2）过滤式除尘器,含尘气体通过多孔滤料，截留气流中尘粒，净化气体。应用于各种工业废气除尘中，属高效除尘器，效率不小于99%，对细粉含有强捕集作用。,第59页,第59页,钢铁厂,焚烧厂,水泥厂,第60页,第60页,又称洗涤除尘。即用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞而被吸取，并随液体排出，气体得到净化。既能净化颗粒污染物，也能同时脱除气体中气态污染物质。,（3）湿式除尘,第61页,第61页,利用高压电场产生静电力作用实现固体颗粒或液体粒子与气流分离。一个高效除尘器，对细微粉尘及雾状液滴捕集性能优秀，效率达99以上，对于0.1m粉尘粒子，仍有较高清除效率。能耗低、处理气量大，可应用于高温、高压场合，广泛用于工业除尘。缺点是设备庞大，一次性投资费用高。,（4）静电除尘,第62页,第62页,电厂,水泥厂,玻璃厂,水泥厂,第63页,第63页,依据物质化学和物理性质，采取不同治理。,1、吸取法,2、吸附法,3、催化法,4、燃烧法,5、冷凝法,气态污染物,第64页,第64页,二氧化硫治理,从排烟中除去SO,2,技术称为“排烟脱硫”，这类技术已相称多，但总起来可分为湿法和干法两大类。前者是利用SO,2,为酸性氧化物这一特点，后者是利用SO,2,还原性。,第65页,第65页,1、湿法排烟脱硫,（1）钠法氢氧化钠或亚硫酸钠吸取法,这种办法是以NaOH、Na,2,CO,3,、或Na,2,SO,3,作为吸取剂吸取SO,2,，由于这种办法吸取速度快，管道和设备不易堵塞，因此应用较广泛。,第66页,第66页,主要反应为：,2NaOH+SO,2,=Na,2,SO,3,+H,2,O,Na,2,CO,3,+SO,2,=Na,2,SO,3,+CO,2,Na,2,SO,3,+SO,2,+H,2,O=2NaHSO,3,第67页,第67页,吸取剂处理后可取得副产品，主要回收办法有,a.中和法：,NaHSO,3,+NaOH=Na,2,SO,3,+H,2,O,2Na,2,SO,3,+O,2,=2Na,2,SO,4,b.直接利用,将含有吸取液直接供造纸厂代替烧碱蒸煮纸浆。,第68页,第68页,C.回收Na,2,SO,3,吸取液经浓缩、结晶、脱水后回收Na,2,SO,3,晶体。,d.回收石膏法,在含NaHSO,3,吸取液中加入石灰，使其生成CaSO,3,，再经氧化后生成石膏。,第69页,第69页,2NaHSO,3,+Ca(OH),2,=CaSO,3,1/2H,2,O+Na,2,SO,3,+3/2H,2,O,CaSO,3,1/2H,2,O+1/2O,2,+3/2H,2,O=CaSO,4,2H,2,O,e.回收硫法,将吸取液中加热生成高浓度，再用于生产硫酸或硫,2NaHSO,3,=Na,2,SO,3,+SO,2,+H,2,O,SO,2,+2H,2,S=3S+2H,2,O,第70页,第70页,(2)氨法以氨水作吸取剂,2NH,3,H,2,O+SO,2,=(NH,4,),2,SO,3,+H,2,O,(NH,4,),2,SO,3,+SO,2,+H,2,O=2NH,4,HSO,3,第71页,第71页,a.回收(NH,4,),2,SO,4,法,吸取液中加入氨水，使NH,4,HSO,3,转化为(NH,4,),2,SO,3,，再经空气氧化后生成硫酸铵，浓缩结晶。,(NH,4,),2,SO,3,+1/2O,2,=(NH,4,),2,SO,4,第72页,第72页,b.回收石膏法,若将上法回收硫酸铵溶液中加入石灰，就可回收石膏，而生成氨用水吸取后又可作为吸取剂,(NH,4,),2,SO,4,+Ca(OH),2,=CaSO,4,2H,2,O+2NH,3,(3)钙法,利用石灰石、生石灰等乳浊液作吸取剂,第73页,第73页,2、干性排烟脱硫法,（1）活性炭法,利用活性炭活性及较大比表面积，使烟气中SO,2,在活性炭表面上与氧及水蒸气作用生成硫酸。,（2）接触氧化法,对于高浓度SO,2,烟气治理，可采用工业接触制硫酸类似办法进行。,第74页,第74页,烟气脱硫处理设备,处理工序图,1.电除尘器2.CONTROL DAMPER3.By Pass Damper4.石灰石储罐5.甲酸罐6.混合罐7.循环泵8.脱水离心分离器9.副产品(石膏),第75页,第75页,排烟脱硫办法诸多，在选择时应从下面几种方面考虑：,（1）净化效率高，经济效果好；,（2）装置能长期稳定运营；,（3）易于操作、维修和检查；,（4）不应造成二次污染。,第76页,第76页,氮氧化物治理,氮氧化物工业起源主要是硝酸制造厂、使用硝酸工厂以及工厂燃料燃烧排放废气等。从燃烧装置中排放氮氧化物主要是NO，NO比较稳定，不易溶于水，也不与水反应，当前对它处理主要有催化还原、吸取等,第77页,第77页,对含NO,x,废气也可采用各种办法进行净化治理(主要是治理生产工艺尾气)。,1、吸取法,当前惯用吸取剂有碱液、稀硝酸和浓硫酸等。,2、吸附法,用吸附法吸附NO,X,已有工业规模生产装置，能够采用吸附剂为活性炭与沸石分子筛等。,3、催化还原法,在催化剂作用下，用还原剂将废气中NO,X,还原为无害N,2,和H,2,O办法称为催化还原法。,第78页,第78页,1催化还原法,在催化剂存在下，用甲烷、氢气、氨等还原性气体将NO还原成N,2,办法，它又分为选择性催化还原和非选择性催化还原法。,第79页,第79页,（1）非选择性催化还原法,在催化剂存在下，通入还原性气体不但与NO作用，并且可与O,2,作用办法称为非选择性催化还原法。还原气体可用甲烷、氢气、一氧化碳等，催化剂用Pt等，反应温度在400500,。,这种办法适合于废气中O,2,含量较少废气,第80页,第80页,（2）选择性催化还原法,在催化剂存在下，还原性气体仅与氮氧化物作用办法称为选择性催化还原法。,A.氨选择性催化还原法,此法以氨作还原剂，铂作催化剂，在150250,0,C发生反应。,4NH,3,+6NO=5N,2,+6H,2,O,8NH,3,+6NO,2,=7N,2,+12H,2,O,当有微量O,2,时，NO清除率更高些,4NO+4NH,3,+O,2,=4N,2,+6H,2,O,第81页,第81页但必须严格控制温度，温度过高时发生 下列反应，生成NO,4NH,3,+5O,2,=4NO+6H,2,O,温度越高，氨越是优先与氧作用。,第82页,第82页,B.硫化氢选择性催化还原法,NO+H,2,S=S+1/2N,2,+H,2,O,该法同时可除去SO,2,2H,2,S+SO,2,=3S+2H,2,O,第83页,第83页,C.氯-氨选择性催化还原法,该法以木炭作为催化剂，温度在50,0,C时反应：,2NO+Cl,2,=2NOCl,2NOCl+4NH,3,=2NH,4,Cl+2N,2,+2H,2,O,第84页,第84页,D.一氧化碳催化还原法,该法以铜铝钒土作催化剂，在538,反应，可同时除去SO,2,2NO+2CO=N,2,+2CO,2,SO,2,+2CO=S+2CO,2,NO,2,+CO=NO+CO,2,第85页,第85页,2吸取法,（1）碱吸取法,该法采用氢氧化钠溶液（30）或碳酸钠溶液（1015%）作吸取剂。当烟气中NO/NO,2,1时，吸取效率比NO仅有1时高10倍。,第86页,第86页,2NaOH+NO+NO,2,=NaNO,2,+H,2,O,2NaOH+NO,2,=NaNO,3,+NaNO,2,+H,2,O,Na,2,CO,3,+NO+NO,2,=2NaNO,2,+CO,2,Na,2,CO,3,+NO,2,=NaNO,3,+NaNO,2,+CO,2,这是一个较为成熟办法，氮氧化物吸取率为8090，但碱耗量大，副产品用处也不大。,第87页,第87页,（2）硫酸吸取法,第一步在氧化室进行，将废气与过量NO,2,通入氧化室，NO,2,将SO,2,氧化成H,2,SO,4,；,SO,2,+NO,2,+H,2,OH,2,SO,4,+NO,第二步在清除室进行，将第一步清除SO,2,后气体导入清除室与过量NO,2,作用，再用硫酸溶液吸取，将已清除氮氧化物和SO,2,气体排空。,NO+NO,2,N,2,O,3,N,2,O,3,+2H,2,SO,4,2NOHSO,4,+H,2,O,第88页,第88页,第三步在分解室进行，在分解室中通入空气，使亚硝酰硫酸分解,2NOHSO,4,+1/2O,2,+H,2,O2H,2,SO,4,+2NO,2,生成硫酸再返回清除室使用，过量NO,2,转入硝酸生成室,第四步在硝酸生成室进行,3NO,2,+H,2,O2HNO,3,+NO,过量NO,2,及NO进行再循环。,第89页,第89页,3吸附法,该法是利用吸附剂（活性炭、分子筛等）吸附废气中氮氧化物而达到净化目的。,第90页,第90页,