大气污染控制工程下总结资料

大气污染控制期末复习

第8章 吸收法净化气态污染物

● 吸收：是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度差异或者化学反应活性的不同，将污

染物从气相中分离出来的一种方法。

● 物理吸收平衡－－亨利定律：当总压不高（一般在5×105Pa）时，在一定温度下，稀溶液中溶

质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比。

pi Eixi 、 pi **1Ci 、 y* m x Hi

亨利定律的适用条件：

1气体近似为理想气体，液体可看成理想液体（稀溶液） ○；

2系统的压力不太高（一般在5×105Pa ）○，温度为常温或低温；

3吸收质在气相中的分子状态与在液相中的相同； ○

4气体组分与液体不起化学反应。 ○

物理吸收速率 AG气膜： AAGAiAGAGAi

G

NA－吸收质传质速率， kmol/(m2.s)；

DAG－吸收质A在气相中的分子扩散系数， kmol/(m.s.Pa)；

ZG－气膜厚度，m。

pAG、pAi－分别是吸收质在气相主体和相界面上的分压，Pa；

kAG－以（ pAG－pAi ）为推动力的气相分传质系数，kmol/(m2.s.Pa)。

DAL液膜 NA (CAi CAL) kAL(CAi CAL) ZL

● 双膜理论：相互接触的气－液两相之间存在一稳定的相界面，在相界面两侧分别存在两层滞留膜，

即气膜和液膜，气膜以外为气相主体，液膜以外为液相主体。

（1）气体的吸收过程：

1被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动； ○

2被吸收组分从气膜向相界面移动； ○

3被吸收组分在相界面处溶入液相； ○

4溶入液相的被吸收组分从相界面向液膜移动； ○

5溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移动。 ○

（2）传质阻力：

1在相界面处，气液处于平衡状态，无传质阻力存在； ○

2在气膜和液膜中，被吸收组分靠扩散作用进行传质，存在气膜阻力和液膜阻力； ○

3在气相主体和液相主体中，各组分充分混合，浓度均一，无浓度梯度，无扩散阻力； ○

4整个过程的传质阻力等于气膜阻力与液膜阻力之和； ○

5传质速率取决于气膜和液膜的分子扩散速率。 ○

● 吸收的划分：

（1）物理吸收：物理溶解度差异（用水吸收氨气、用水吸收氯化氢）

（2）化学吸收：化学反应活性不同（用Na2CO3吸收SO2、用稀H2SO4吸收NH3）

● 控制步骤：

（1）扩散控制：气膜控制、液膜控制。 DN (P P) k(P P)Z

（2）动力学控制

● 吸收装置：填料塔、板式塔、湍球塔。

（1）填料塔

优点：结构简单，气液接触好，压力损失小。

缺点：当废气中含有悬浮物时，易堵塞，检修费用较高。

（2）板式塔

优点：处理能力大，压降小，造价低；

缺点：操作条件要求高，负荷范围窄，小孔易堵塞。

（3）湍球塔

优点：气流速度高，处理能力大，不易堵塞；

缺点：小球寿命短，需经常更换，操作费用较大。

● 塔壁效应：填料塔中，填料与塔壁之间不能十分密贴，靠近壁面处的空隙率常较大，顶部

的液体，在填料层中往下流动的过程中便逐渐趋向于塔壁，并有部分顺着壁面流下而不经过

填料层。壁流的产生不利于塔内两相的密切接触，使传递系数降低。这称为壁效应。

● 塔型选择原则：

（1）根据物性：

1物料系统易起泡沫，宜用填料塔； ○

2有悬浮物残渣的物料或易结垢的物料，易用板式塔中大孔径筛板塔，泡罩塔； ○

3高粘性物料，易用填料塔； ○

4腐蚀性物料，易用板式塔中的结构简单的无溢流筛板塔； ○

5对于处理过程是放热的，宜用板式塔。 ○

（2）根据操作条件：

1气膜控制，宜用填料塔，液膜控制，宜用板式塔 ； ○

2液气比较小时，易用板式塔； ○

3伴有化学反应且反应速度不快时，易用板式塔； ○

4塔径小于800mm时，宜用填料塔，塔径较大时，宜用板式塔； ○

● 吸收剂选择原则：

（1）对污染物具有良好的选择性吸收能力；

（2）在吸收污染物后形成的富液应成为副产品或无污染液体，或更易处理和再利用的物质；

（3）吸收剂的蒸汽压要低，不起泡，热化学稳定性好，粘度低，腐蚀性小；

（4）价廉易得。

● 吸收工艺配置

（1）烟气除尘；（预洗涤装置－洗涤塔、文丘里洗涤器）

（2）烟气预冷却；（换热器降温、烟道直接增湿降温、预洗涤器除尘增湿降温）

（3）解决结垢和堵塞问题； （严格除尘、控制水分的蒸发量、控制PH值、控制液相中易于

结晶的组分不要过饱和等；流动床洗涤器；材料选择）

（4）除雾；（10～60nm；水分及气态污染物盐液滴）

（5）气体再加热。（温度过低－“白烟”，烟气抬升不够；循环或尾部燃烧炉）

● 湿法烟气脱硫

（1）优点：脱硫效率高，设备小，投资省，易操作，易控制，操作稳定，占地面积小。

（2）常见方法：石灰石/石灰-石膏法、石灰石/石灰-石膏抛弃法、钠洗法、双碱法、氧化镁法。

（3）目前二氧化硫减排的主要措施：

1原煤脱硫技术。○2优先使用低硫燃料。○3改进燃煤技术。○4烟气脱硫。 ○

（4）湿法烟气脱硫用脱硫剂的要求

1吸收能力高。 ○

2选择性能好。 ○

3挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小，○

比热小。

4不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。 ○

5来源丰富，容易得到，价格便宜。 ○

6便于处理及操作，不易产生二次污染。 ○

第9章 吸附法净化气态污染物

● 气体吸附：用多孔固体将气体混合物中的一种或几种组分浓集于固体表面，而与其它组分分离的

过程。

吸附剂：多孔固体；吸附质：被吸附到固体表面的物质

● 吸附法的优点和缺点

（1）优点：选择性高、分离效果好、净化效率高、设备简单、操作方便、易于实现自动控制等，

特别是对于处理低浓度废气非常有效；通过吸附剂的解吸可回收污染物，实现废物资源化。

（2）缺点：运行和维护成本相对于吸收法较高，压力损失较高。

● 物理吸附和化学吸附的特征

（1）物理吸附：范德华力，单层吸附或多层吸附

1气固间不发生化学反应 ○

2对气体无选择性，可吸附所有气体 ○

3单分子层吸附和多分子层吸附兼有 ○

4吸附过程为放热过程（低温有利于物理吸附） ○

（2）化学吸附：化学键力，单层吸附

1明显的选择性 ○

2单分子层吸附 ○

3放热过程，吸附热大 ○

4被吸附分子结构发生变化，活性显著升高 ○

5吸附速率随温度的升高而增加 ○

● 吸附的基本概念

（1）吸附容量：一定温度压力条件下，单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量（%，kg吸附质

/kg吸附剂） ——吸附能力的标志

（2）静活性：一定温度压力条件下，达到平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量，即平

衡吸附量 ——取决于温度、吸附质的浓度或分压

（3）动活性：一定温度压力条件下，将气体混合物通过吸附剂床层，吸附质被吸附，当吸附一

时间后，从吸附剂床层流出吸附质时，床层失效，此时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量 ——与温度、吸附质的浓度或分压、操作条件有关

（5）破点：当吸附波的前沿刚到床层出口端时，产生穿透现象，希弗伯再稍微向前移动一点就

出到床层以外，在流出物的分析中，将发现有吸附质漏出来，此点为破点。

总速率方程

A－饱和吸附量； K－吸附、解吸常数之比；

θ－吸附剂表面覆盖率；

P－气体压力；

V－气体压力为PA时气体在标准状态下的体积； Vm－吸附剂被覆盖满一层时气体在标准状态下 的体积。

● 吸附过程

（1）吸附质从气流主体穿过颗粒周围气流扩散至外表面；

（2）吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面；

（3）吸附质在内表面被吸附；

（4）吸附质从内表面脱附；

（5）吸附质由吸附剂微孔表面经微孔扩散至外表面；

（6）吸附质从外表面扩散至气流主体穿过颗粒周围气流。

● 固定床吸附的分析

（1）吸附负荷曲线 （2）穿透曲线

横坐标：床层离进口端的长度 横坐标：时间

纵坐标：床层中的吸附负荷量 纵坐标：流出物中吸附质浓度 （3）传质区高度：S型吸附波（传质前沿）所占据的床层高度。（穿透时间 b所对应的浓度CB（流出物吸附质）到干点时间 g所对应的浓度CE区间内传质前沿或穿透曲线在轴上的长度。） ● 影响穿透曲线的因素

（1）吸附质浓度

（2）吸附质分子量

（3）吸附剂颗粒大小

（4）吸附剂使用程度

（5）吸附剂种类及吸附质的差异

穿透曲线形状：陡——吸附过程速率快；平缓——吸附过程速率慢；当曲线为一竖立直线时，则是理想的吸附波

● 吸附剂再生的方法：加热再生、降压或真空解吸再生、置换再生、溶剂萃取再生、通气吹扫再生、化学再生。

第10章 催化法净化气态污染物

● 催化法：利用催化剂在化学反应中的催化作用，将废气中有害的污染物转化成无害的物质，或转化成更易处理和回收利用的物质。

● 催化作用：催化剂在化学反应过程中所起的作用称为催化作用。

1当催化剂和反应物同处于一个由溶液或气体混合物组成的均相体系中时，○其催化作用称为均相催化作用。

2而当催化剂与反应物处于不同的相时(通常催化剂呈固体，反应物为液体或气体)，其催化○

作用称为多相催化(或非均相催化)作用。

● 催化原理：化学反应动力学研究表明，反应速度是随活化能的下降而呈指数规律上升的。催化剂加速化学反应速度，正是通过降低活化能而实现的。催化剂使化学反应沿新途径进行。而新的反应历程往往由一系列基元反应组成，而每个基元反应的活化能都明显小于原反应的活化能（E1+E2﹤E0），从而大大加速了化学反应速度。

● 催化剂中毒：由于反应气体中混有某些成分能使催化剂丧失活性的现象。中毒分暂时性中毒和永久中毒。前者只要将毒物除去，催化剂即可恢复活性；后者因毒物与催化剂发生了化学反应，其活性很难恢复。

● 催化剂衰老：由于催化剂长期处于高温和气流冲刷等恶劣条件下，引起的催化剂表面物理结构变化而使活性衰减的现象。

● 催化剂劣化原因：油烟粘附催化剂表面和过热劣化。如果因油烟和积碳引起劣化，可在400-500℃下使之充分燃烧，活性可明显恢复。如果因过热引起劣化，则只有更换催化剂才能继续使用。 ● 催化剂的组成：主活性物质、载体、助催剂。

（1）主活性物质：单独对反应起催化作用。

（2）载体：通常是惰性物质。提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂的活性；增强催化剂机械强度、热稳定性及导热性，延长催化剂的寿命。

常用的载体有：活性氧化铝、硅胶、活性炭、硅藻土、分子筛、陶瓷、耐热金属等。

（3）助催剂：助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化剂的性能。

● 催化剂的种类：

①贵金属催化剂：其活性高，选择性较小，不易中毒，但资源少，成本高。

②非贵金属催化剂:其活性较低，有一定的选择性，资源丰富，成本低，但易中毒，热稳定性较差。 ③全金属催化剂：以镍、镍铬合金为载体做成带、片、丸、丝等形状，再把铂、钯“化学镀”或“电镀”在载体上制成化床构件。

④氧化铝为载体的催化剂：以陶瓷结构作为支架，在其上涂上一层0.13mm的氧化铝薄层，再把铂、钯金属以微晶状态沉积或分散在多孔的氧化铝薄层中。

● 催化燃烧的基本净化流程

（1）预处理器：去除粉尘及易使催化剂中毒的成分。

（2）风机：风机最好置于换热器前，使风机在较低温度下使用。如果风机使用温度在80℃以上时，则风机轴承部分应采取冷却措施。

（3）预热器：使废气达到起燃温度。

（4）催化反应器：使废气发生催化燃烧反应、彻底氧化。

● 催化燃烧的常用净化流程

热交换器：为减少预热用电，燃烧排气余热应优先于废气预热。换热器一般采用列管式换热器。为了减少气体的阻力，目前还进行了许多类型的气-气换热器的开发。此外，现今常用的还有蓄热式热交换器。

● 空间速度：简称空速，它表示单位时间内单位体积催化剂所能处理的气体体积。

● 影响催化转化的因素：温度、空速、操作压力、废气的初始组成。

第12章 等离子体法净化气态污染物

● 等离子体：是一种非常特殊的导电气态物质，又被称为除了气态、液态和固态之外的第四种物质状态。其基本成分是自由电子、离子、原子和中性粒子。

● 等离子技术：是利用等离子体激活废气中的活性组分，该组分和污染成分发生反应，形成非污染的副产物或更易利用的物质。

● 等离子体净化二氧化硫、氮氧化物的机理。

第13章 气态污染物的其他净化法

● 燃烧法：是通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害物或易于进一步处理和回收的物质的方法。

● 冷凝法：是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使污染物凝结并从废气中分离出来。

● 膜分离法：是使含气态污染物的废气在一定的压力梯度下透过特定的薄膜，利用不同气体透过薄膜的速度不同，将气态污染物分离除去的方法。

● 电化学法：利用电子作为洁净的氧化还原反应参与物，直接地或间接地进行化学物质间的转换。

第14章 污染物的稀释法控制

● 影响大气污染的主要气象因子：风、湍流、大气层结和大气稳定度。

● 云量的表示方法：总云量/低云量。

● 太阳高度角：为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。ho即太阳高度角，它随时间而变化。

● 能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离，单位：m，Km。

能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。

● 风：空气的流动就形成风。水平方向的空气运动称为风。

● 大气边界层中风随高度的变化

（1）风速随高度增加而增大

（2）风向与等压线的夹角随高度增加而减小

（3）爱克曼螺线

u ZZmln● 对数率：u 指数率：u u1() kZ0Z1

（1）m和大气稳定度与地形有关。

（2）适用条件：在中性条件下，指数率不如对数率准确，但指数率适应范围广，对非中性条件下应用也较为准确和方便，因而在大气扩散的实际工作中应用较多。

（3）三点注意事项：

1u1烟囱出口处的平均风速 ○

2气象上测得的地面风速通常为10m处的风速 ○

3用u反算z，若z＞200m，则取z=200m再反算u。○（在200m以上的风速取200m处的风速） ● 温度层结：气温沿铅直高度的变化；气温随高度变化快慢这一特征可用气温垂直递减率来表示。气温垂直递减率的数学定义式为, γ＝- dT/dz；它系指单位(通常取100m) 高差气温变化速率的负值。

● 大气中的气温层结有四种典型情况（简答）

（1）气温随高度的增加而递减，γ> γd ，称为正常分布层结，或递减层结；

（2）气温随铅直高度的变化等于或近似等于干绝热直减率，γ= γd称为中性层结；

（3）气温随铅直高度增加是不变的，γ= 0 ，称为等温层结；

（4）气温随高度的增加而增加，γ < 0 ，称为气温逆转，简称逆温。

● 局地风的成因：

山谷风：白天，地面吸收太阳辐射而增热，山坡上的空气比山谷中部同高度的空气增热快，因而在水平方向形成温度差，温差引起密度差，即山坡上的空气比同一高度处山谷上空的空气密度低，进而使谷底空气沿山坡上升，形成“谷风”；夜晚，地面冷却放热，紧贴山坡的空气比山谷中部同高度上的空气冷却快，故因密度差而使冷而重的山坡空气沿山坡滑向谷底，形成“山风”

海陆风：白天，风从海洋吹向陆地，陆地上空气比海上空气增热快，因而在水平方向形成温度差，温差引起密度差，使得海洋中的空气向陆地上吹，形成海风，同理，夜晚，风从陆地吹向海洋，形成陆风。

城市热岛效应：工业的发展，人口的集中，使城市热源和地面覆盖物与郊区形成显著的差异，从而导致城市比周围地区热的现象，称之为城市热岛效应。

● 大气湍流：在摩擦层中，风速时快时慢，风向也忽上忽下、忽左忽右不断改变，风的这种阵性和摆动称为大气湍流。

（1）热力湍流：主要由于大气的铅直稳定度而引起，大气的铅直稳定度是由于气温的垂直分布决定的。

（2）机械湍流：有动力因子产生，由于大气垂直方向上的风速梯度不同和地面粗糙度不同而产生。 ● 大气稳定度的判定。

（1）如果一空气块受到外部作用，获得了向上或向下的初始运动速度后，可能发生三种情况：①气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；

②气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；

③气块做等速直线运动，称这种大气是中性的。

( d) a g Z T

当γ-γd>0，a>0气块加速运动，大气不稳定；2）当γ-γd<0，a<0气块减速运动，大气稳定；3）当γ-γd=0，a=0大气为中性

（2）通过计算判定

①计算太阳倾角和太阳高度角；

②由云量与太阳高度角按表查出太阳辐射等级；

3由太阳辐射等级与地面风速按表查处稳定度等级。 ○

● 逆温按成因分：辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温。

（1）辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温称为辐射逆温。

辐射逆温的成因如图所示。在晴朗或少云的地区，白天由于太阳的辐射伴随着良好的湍流条件，温度递减率增加。刚好在日落前后风速不大，地面附近空气由于地面辐射迅速冷却，离地面越远的空气受这种冷却作用越小，因而降温越小，从而形成从地面向上温度随高度增加而增加的现象，这就形成了辐射逆温。夜间逆温深度逐步增加，到清晨最厚。在此期间，污染物被有效地封闭在逆温层底或逆温层下，很少或没有垂直扩散。随着白天的到来，地面开始加热，逆温逐渐自地面开始向上消失，成为不接地逆温，此时容易产生熏烟型污染。到上午9~10点逆温全部消失。

（2）下沉逆温：在高气压区里存在着下沉气流，由于气流的下沉使气温绝热上升，因此也会形成逆温层，称之为下沉逆温。 下沉逆温持续时间很长，范围很广，厚度也较大。

（3）平流逆温：当暖空气平流到冷地面上时，下层空气受地表影响大，降温多，而上层空气降温少，故形成逆温，称之为平流逆温。

（4）湍流逆温：低层空气湍流混合形成的逆温称为湍流逆温。

（5）锋面逆温：在对流层中，冷暖空气相遇，暖空气密度小就会爬到冷空气上面去，冷空气重，则会沉入到暖空气下方，这样就形成了一个向冷空气方向倾斜的过度锋面。如果锋面处冷暖空气的温差很大，即可在冷空气侧出现逆温。

● 大气稳定度和烟流形状的关系。

（1）波浪型: 烟流呈波浪型，污染物扩散良好，全层大气不稳定；

（2）锥型：烟流呈圆锥型，发持在中性条件下；

（3）扇型：烟流在垂直方向扩散很小，在水平方向扩展成扇形，逆温层结；

（4）爬升型（屋脊型）：烟流的下部为稳定状态，上部为不稳定状态，在低层有逆温存在；

（5）漫烟型（熏烟型）：烟流的上部为稳定状态，下部为不稳定状态，由辐射逆温引起。

● 温度层结与烟流形状：

波浪型 锥 型 扇 型 爬升型 熏烟型

● 影响烟气抬升的因素。

（1）烟流自身的动力性质和热力性质。（由工厂决定）

1动力性质：烟气出口速度，vs趆大，动量趆大,ΔH趆大； ○

2热力性质：烟气出口温度，Ts趆大，○（ρ烟－ρ空）趆大，浮力趆大，ΔH趆大；

（2）当地的气象条件和下垫面条件。（由当地环境决定）

1烟囱出口处的平均风速，u趆大，ΔH越小 ○

2大气湍流强度，湍流趆强，ΔH趆小。 ○

高斯模式的有关假定 Q11A(x) b a ▼六点假设 222 u 2 2 yz轴上的分布符合高斯（正态zyz 1、污染物浓度在y、)分布

2、在全部空间中风速是均匀的、稳定的；

3、源强是连续均匀的； 22

4 22 5、在x方向平流作用远大于扩散作用，以平流作用为主； yzyz 6、地面足够平坦（镜面）。

有效烟囱高度：烟气所达到的高度，H

H=Hs+ H C H：有效烟囱高度 Hs: 烟囱几何高度 H：烟囱抬升高度 Q

烟气抬升高度的计算 u

▼霍兰德（）公式： Hollandy, z

22

22 yzyz式中： －烟气出口速度，m/s；

－烟囱出口内径，m；

－烟囱出口平均风速，m/s；

－烟囱出口处的烟气温度，K；

－环境大气温度，K；

－烟气的热释放率，kW。

无界空间连续点源扩散模式

根据假设，对于下风向任一点（x,y,z）的污染物平均浓度分布函数：

vDT Ta 其中： H s(1.5 2.7sD)Tsu 1 H (1.5vsD 9.6 10 3QH) u

vs无界空间连续点源扩散模式

D QyC(x,y,z) exp[ (2 u 2 z 2 )]QyC(x,y,z,0) exp[ ( u 2 z 2 )]

u

Ts

Ta 式中：QH －任一点处污染物的浓度，mg/m3；

―源强，g/s；

－平均风速，m/s；

－污染物在y、z方向分布的标准差，m。

地面连续点源扩散模式

C(x,y,z) A(x)e

ay2e bz2

地面连续点源造成的污染物浓度恰好是无界空间连续点源所造成的浓度的两倍。

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