【正文】 《化工環(huán)境工程概論》教案——張歡 第四章 化工廢氣污染控制第四章 化工廢氣污染控制授課方式：講課教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生了解環(huán)境、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境保護(hù)的相關(guān)概念，及當(dāng)前世界環(huán)境問題的嚴(yán)峻形勢(shì)，進(jìn)而明確環(huán)境保護(hù)的重大意義。教學(xué)重點(diǎn)：1 環(huán)境與環(huán)境科學(xué)的定義、研究目的、對(duì)像及任務(wù)等； 2 當(dāng)前世界環(huán)境的主要問題及其發(fā)展前景。教學(xué)難點(diǎn)：環(huán)境污染及其對(duì)人體的危害。教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)授課內(nèi)容： 9 《化工環(huán)境工程概論》教案——張歡 第四章 化工廢氣污染控制 第一節(jié) 化工廢氣的來源、分類及特點(diǎn)（35分鐘）一、化工廢氣的來源（5分鐘）從各種化工及其有關(guān)過程中排放的含有污染物質(zhì)的氣體，統(tǒng)稱為化工廢氣。概括起來，化工廢氣來源主要有以下幾個(gè)方面：①副反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行不完全所產(chǎn)生的廢氣。②產(chǎn)品加工和使用過程中產(chǎn)生的廢氣，以及搬運(yùn)、破碎、篩分及包裝過程中產(chǎn)生的粉塵等。③生產(chǎn)技術(shù)路線及設(shè)備陳舊落后，造成反應(yīng)不完全，生產(chǎn)過程中不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生的分灰塵等。④開停車或因操作失誤，指揮不當(dāng)，管理不善造成廢氣的排放。⑤化工生產(chǎn)中排放的某些氣體，在光或雨的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也能產(chǎn)生有害氣體。二、化工廢氣的分類（10分鐘）按照所含污染物性質(zhì)的不同，化工廢氣可分為三類：第一類為含有無機(jī)污染物的化工廢氣，廢氣含有SOH2S、CO等無機(jī)物，主要來自氮肥、磷肥、無機(jī)酸、無機(jī)鹽等制造業(yè)；第二類為有機(jī)廢氣，廢氣中含有苯系物、酚、醛、醇等，主要來自有機(jī)原料及合成材料、農(nóng)藥、染料、涂料等行業(yè)；第三類為既含無機(jī)物與含有有機(jī)物的廢氣，大部分石油煉制和石油化工排放的廢氣屬于這一類。三、化工廢氣的特點(diǎn)（5分鐘）種類繁多：由于化學(xué)工業(yè)行業(yè)比較多，加上每一種行業(yè)所用的化工原料千差萬別，造成化工廢氣種類繁多。組成復(fù)雜、具有一定毒性：化工廢氣中常含有多種復(fù)雜的有毒成分，有些還具有“三致”特性（致畸，致癌，致突變）和惡臭。污染物濃度高：由于設(shè)備陳舊、管理不善、操作水平差等原因，都可能導(dǎo)致原料流失嚴(yán)重，致使廢氣中污染物濃度過高。污染面廣、危害性大：我國(guó)有6000多個(gè)化工企業(yè)，其中以中、小型占絕大多數(shù)，他們一般都工藝落后、設(shè)備力量薄弱，以賺錢為主要目標(biāo)，能源原料消耗高而治理卻很少。廢氣污染物難以治理：化工和石化廢氣組成復(fù)雜，污染物濃度變化大，難以治理。四、化工廢氣主要污染物目前對(duì)環(huán)境和人類產(chǎn)生危害的大氣污染物約有100種左右。在化工行業(yè)中，具有普遍性的污染物有顆粒大氣污染物主要可以分為兩類，即天然污染物和人為污染物，引起公害的往往是人為污染物，它們主要來源于燃料燃燒和大規(guī)模的工礦企業(yè)。具有普遍性的污染物有顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏?。下面介紹幾種主要的大氣污染物的性質(zhì)、來源及其危害：　　1．顆粒物顆粒物是指除氣體之外的包含于大氣中的物質(zhì)，包含各種各樣的固體、液體和氣溶膠，其粒范圍約為0. 002—100μm。若按粒子的粒徑大小分，可分為總懸浮顆粒物，飄塵和降塵；若按來源和物理性質(zhì)分，可分為粉塵、煙、飛灰、黑煙和霧。l 總懸浮顆粒物(TSP)：是飄浮在大氣中的各種粒子的總稱，絕大多數(shù)是粒徑在100μm以下的微小固體顆粒和液粒，是目前大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中的一個(gè)通用的重要污染指標(biāo)。主要來源于燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙塵、生產(chǎn)過程中粉塵以及氣態(tài)污染物經(jīng)過復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)在空氣中生成的鹽類顆粒等。l 降塵：一般指粒徑大于10μm的粒子，在自身的重力作用會(huì)很快沉降下來，所以將這部分的微粒稱為降塵。單位面積的降塵量可作為評(píng)價(jià)大氣污染程度的指標(biāo)之一。l 飄塵：能在大氣中長(zhǎng)期飄浮的懸浮物質(zhì)稱為飄塵。其粒徑主要是小于10μm的微粒。由于飄塵粒徑小，質(zhì)量輕，能被人直接吸入呼吸道內(nèi)造成危害；又由于它能在大氣中長(zhǎng)期飄浮，易將污染物帶到很遠(yuǎn)的地方，導(dǎo)致污染范圍擴(kuò)大，同時(shí)在大氣中還可以為化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)載體。因此，飄塵是從事環(huán)境科學(xué)工作者所注目的研究對(duì)象之一。l 粉塵(dust)：粉塵系指懸浮于氣體介質(zhì)中的小固體粒子，能因重力作用發(fā)生沉降。粉塵的粒徑范圍一般為1~200μm左右。l 煙(fume)：煙一般指由冶金過程中形成的固體粒子的氣溶膠，煙的粒子尺寸很小，~1μm左右。l 飛灰(fly ash)：飛灰是指燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣飛出的分散較細(xì)的灰分。l 黑煙(smoke)：黑煙一般指由燃料產(chǎn)生的能見氣溶膠。l 霧（fog)：霧是氣體中液滴懸浮體的總稱。在工程中，霧一般泛指小液體粒子?！?．硫化物硫常以二氧化硫和硫化氫的形式進(jìn)入大氣。其中會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響的主要硫氧化物，主要是二氧化硫和三氧化硫，也包括三氧化二硫，一氧化硫等。大氣中的硫主要有人為排放和天然排放兩種主要來源。其中天然2/3的硫來自天然源。其中以細(xì)菌活動(dòng)產(chǎn)生的硫化氫最為主要，硫化氫又會(huì)進(jìn)一步被氧化為SO2；人為源產(chǎn)生的硫氧化物主要是有燃燒含有硫的煤和石油等燃料產(chǎn)生的，此外金屬冶煉廠、硫酸廠等也排放相當(dāng)數(shù)量的硫氧化物氣體。一般1噸煤中含硫550Kg，1噸石油中含硫530Kg。主要危害有以下幾點(diǎn)：①SO2和飄塵具有協(xié)同效應(yīng)，結(jié)合起來危害更大；②二氧化硫在空氣中易被氧化成三氧化硫，遇水蒸汽時(shí)形成硫酸霧，導(dǎo)致呼吸道抵抗力減弱，引起上呼吸道發(fā)生感染產(chǎn)疾患；③SO2是形成酸雨的主要因素；④SO2形成的硫酸鹽在大氣中穩(wěn)定性好，能飄移至1000km以外，造成區(qū)域性污染；⑤在太陽(yáng)紫外線的照射下，會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成SO3和硫酸霧，降低大氣能見度。　　氮氧化物： 是氮的氧化物的總稱，包括氧化亞氮，一氧化氮，二氧化氮，三氧化二氮等。 3．氮氧化物氮氧化物主要是一氧化氮、二氧化氮，還有一氧化二氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮等，造成大氣污染的主要是前二者。大氣中的氮氧化物主要也有人為排放和天然排放兩種主要來源。天然排放的NOx主要來自土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。認(rèn)為排放的NOx主要來自重油、汽油、煤炭、天然氣等礦物燃料在高溫條件下的燃燒。此外生產(chǎn)和使用硝酸的工廠也排放一定數(shù)量的氮氧化物。高濃度的氮氧化物呈棕黃色，當(dāng)含大量氮氧化物的氣體排出時(shí)，看上去象一條黃龍騰空，故也有人稱之為“黃龍”。 氮氧化物對(duì)環(huán)境的損害作用極大：①對(duì)人體的損害：一氧化氮會(huì)使人的中樞神經(jīng)受損，引起痙攣和麻痹；二氧化氮是一種刺激性氣體，其毒性是一氧化氮的45倍，可直接進(jìn)入肺部，削弱肺功能，損害肺組織，二氧化氮被吸收后變?yōu)橄跛崤c血紅蛋白結(jié)合變性血紅蛋白，可降低血液輸送氧氣的能力，同時(shí)對(duì)心、肝、腎和造血器官也有影響；②NOx是形成酸雨的主要物質(zhì)之一；③是形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)；④能與臭氧反應(yīng)生成NO2和O2，是臭氧濃度降低，導(dǎo)致臭氧層的耗損?！　√?xì)浠衔铮?是以碳元素和氫元素形成的化合物，如甲烷、乙烷等烴類氣體。4．碳?xì)浠衔?碳?xì)浠衔锇ㄖ咀鍩N、脂環(huán)烴、芳香烴。脂肪族烴包括烷、烯、炔烴，在常溫下隨碳原子多少而呈氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。大氣中的碳?xì)浠衔锎蟛糠謥碓从谥参锏姆纸?，認(rèn)為排放主要是由廣泛應(yīng)用石油和天然氣燃料的不充分燃燒造成的。因此，煉油廠、石油化工廠、以油(氣)為燃料的電廠或工業(yè)鍋爐、汽油機(jī)車、柴油機(jī)車等是碳?xì)浠衔锏闹匾廴驹?。碳?xì)浠衔锸切纬晒饣瘜W(xué)煙霧的主要成分；多環(huán)芳烴中有不少物質(zhì)被認(rèn)為是致癌物質(zhì)，經(jīng)研究和動(dòng)物試驗(yàn)表明，這些物質(zhì)中3，4苯并芘是強(qiáng)致癌物質(zhì)。5．碳氧化合物碳的氧化物： 主要包括一氧化碳和二氧化碳。一氧化碳(CO)是無色、無臭的有毒氣體。其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可以在大氣中停留較長(zhǎng)時(shí)間。CO在一定條件下，可以轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2，然而其轉(zhuǎn)變速率很低。一般城市空氣中的CO水平對(duì)植物及有關(guān)的微生物均無害，但對(duì)人類則有害，因?yàn)樗芘c血紅蛋白作用生成羧基血紅素。實(shí)驗(yàn)證明，一氧化碳與血紅蛋白的結(jié)合能力比氧與血紅蛋白的結(jié)合能力大200~300倍，因此，它能使血液攜帶氧的能力降低而引起缺氧。CO主要是由含碳物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的，天然源較少。二氧化碳(CO2)是一種無毒的氣體，對(duì)人體無顯著危害作用。在大氣污染問題中，CO2所以引起人們的普遍關(guān)注，原因在于它能引起全球性環(huán)境的演變：如使全球氣溫逐漸升高，生態(tài)系統(tǒng)和氣候發(fā)生變化等。CO2的人為源主要是礦物燃料的燃燒過程。6．含鹵素化合物大氣中以氣態(tài)存在的含鹵素化合物大致可分為以下三類：鹵代烴，其它含氯化合物、氟化物。(1) 鹵代烴：大氣中鹵代烴包括鹵代脂肪烴和鹵代芳烴。鹵代烴的主要人為源如三氯甲烷(CHCl3)、二氯乙烷(CH3CHCl2)、四氯化碳(CCl4)、氯乙烯(C2H3Cl)、氯氟甲烷(CFM)等是重要的化學(xué)溶劑，也是有機(jī)合成工業(yè)的重要原料和中間體。在生產(chǎn)和使用過程中因揮發(fā)而進(jìn)入大氣。海洋也排放相當(dāng)?shù)娜燃淄椤?(2) 其他含氯化合物：大氣中含氯的無機(jī)物主要是氯氣(C12)和氯化氫(HCl)。氯氣(Cl2)主要由化工廠、塑料廠、自來水凈化廠等產(chǎn)生，火山活動(dòng)也排放一定量的Cl2。氯化氫主要來自鹽酸制造、廢水焚燒等。氯化氫在空氣中可形成鹽酸霧；除硫酸和硝酸外，鹽酸也是構(gòu)成酸雨的成分。(3) 含氟廢氣：主要是指含HF和SiF4的廢氣。主要來源于煉鋁工業(yè)、鋼鐵工業(yè)以及黃磷、磷肥和氟塑料生產(chǎn)等化工過程。氟化氫對(duì)人的呼吸器官和眼結(jié)膜有強(qiáng)烈的刺激性，長(zhǎng)期吸入低濃度的HF會(huì)引起慢性中毒。目前在氟污染地區(qū)氟對(duì)人體健康的危害通常以植物為中間介質(zhì)，即植物吸收大氣中氟并在體內(nèi)積累，然后通過食物鏈進(jìn)入人體產(chǎn)生危害，最典型的是引起牙齒酸蝕的“斑釉齒癥”和使骨骼中鈣的代謝紊亂的“氟沉著癥”。五、化工廢氣中主要污染物的影響（15分鐘）大氣中的污染物對(duì)環(huán)境和人體都會(huì)產(chǎn)生很大的影響，可以通過各種途徑降到水體、土壤和作物中影響環(huán)境，并通過呼吸、皮膚、食物、飲用水等進(jìn)入人體，對(duì)人體的健康和生態(tài)環(huán)境造成直接的近期或遠(yuǎn)期的危害。六、大氣污染物的治理技術(shù)各種生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的空氣污染物，按其存在狀態(tài)可分為兩大類：其一是氣溶膠態(tài)污染物，如粉塵、煙塵、霧滴等顆粒狀污染物；其二是氣態(tài)污染物，如SONOx、CO等分子態(tài)污染物。前者可利用其質(zhì)量較大的特點(diǎn)，通過外力的作用，將其分離出來，通常稱為除塵；后者則要利用污染物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，通過采用冷凝、吸收、吸附、燃燒、催化等方法進(jìn)行處理。第二節(jié) 除塵技術(shù)（40分鐘）一、粉塵的特性（20分鐘）粉塵本身固有的各種物理、化學(xué)性質(zhì)叫做粉塵特性。粉塵具有許多不同的特性，與防塵方法關(guān)系最密切的有顆粒尺寸和密度，此外還有比電阻率、粘附性、粒子形狀、親水性、腐蝕性、磨損性、爆炸性、毒性等等。1．粒子大小粉塵的顆粒大小不同，不但對(duì)人體和環(huán)境的危害不同，而且對(duì)粉塵的吸捕方法以及除塵器的除塵機(jī)理和性能都有很大影響，所以，粒徑是粉塵的最基本特性之一。粉塵的粒徑是表征粉塵顆粒大小的代表性尺寸。對(duì)球形塵粒來說，是指它的直徑。實(shí)際的塵粒大多是不規(guī)則的，一般也用“粒徑”來衡量其大小，然而此時(shí)的塵粒只能根據(jù)賦予的定義用某一個(gè)有代表性的尺寸作為它的粒徑。同一粉塵按不同定義所得的粒徑，不但數(shù)值不同，應(yīng)用場(chǎng)合也不一樣。因此，在使用粉塵粒徑時(shí)，必須了解所采用的粒徑含義。在選取粒徑測(cè)定方法時(shí)，除需考慮方法本身的精度、操作難易及費(fèi)用等因素外，還應(yīng)特別注意測(cè)定的目的和應(yīng)用場(chǎng)合。幾種常用的粉塵粒徑：有投影粒徑（用顯微鏡法直接觀測(cè)時(shí)測(cè)得的粒徑為投影粒徑。根據(jù)定義不同，分為定向粒徑、定向面積等分粒徑和投影圓等值粒徑）；斯托克斯粒徑（指與被測(cè)塵粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直徑）；空氣動(dòng)力粒徑（指與被測(cè)塵粒在空氣中的沉降速度相同、密度為1g/cm3的球形粒子直徑）。斯托克斯粒徑和空氣動(dòng)力粒徑是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種粒徑。粉塵經(jīng)常是由大小不同的粒子所組成，為了表示出其中各種粒徑粒子的多少，通常以各種粒徑的粒子在全部粒子中的分級(jí)分率來說明，粉塵的粒徑分布(也稱粒徑的頻率分布)叫做分散度，可用分級(jí)分布曲線表示，分級(jí)分布曲線是表示每種粒徑的粒子占全部粒子總數(shù)的分率f與其粒子的粒徑x之間的關(guān)系，即f曲線，又稱為頻率分布曲線。另外，粒子的組成情況也可以用積分分布曲線的形式表示，他反映大于某粒徑的塵粒占全部塵粒的分率R與此粒徑x之間的關(guān)系，即R曲線。又稱為累積分布曲線。見圖42。粉塵的分散度高，即表示小粒徑粉塵占的比例大，反之則小。粉塵的分散度不同，對(duì)人體的危害以及除塵機(jī)理和所采取的除塵方式也不同。因此，掌握粉塵的分散度是評(píng)價(jià)粉塵危害程度，評(píng)價(jià)除塵器性能和選擇除塵器的基本條件。2．塵粒的密度塵粒的密度對(duì)于重力除塵及離心除塵等裝置的性能有很大影響。塵粒的密度有視密度和真密度之分。自然堆積狀態(tài)下單位體積粉塵的質(zhì)量稱為視密度或堆積密度(或稱容積密度)（堆積密度是指包括粉塵粒子內(nèi)部空隙和粉體粒子之間氣體空間在內(nèi)的粉體密度，用符號(hào)ρb表示），它與粉塵的貯運(yùn)設(shè)備和除塵器灰斗容積的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系；密實(shí)狀態(tài)下單位體積粉塵的質(zhì)量稱為真密度（粉塵的真密度是指將吸附在粉塵粒子凹凸表面、內(nèi)部空隙以及粒子之間的空氣排除以后測(cè)得顆粒自身的密度，用符號(hào)ρp表示），它對(duì)機(jī)械類除塵器(如重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器)的工作和效率具有較大的影響。例如，對(duì)于粒徑大、真密度大的粉塵可以選用重力沉降室或旋風(fēng)除塵器，而對(duì)于真密度小的粉塵，即使粒徑較大也不宜采用這種類型的除塵器。粉塵的視密度比真密度要小得多，粉塵間隙的體積占總體積的分率成為空隙率（ε）（是指粉塵之間的空隙體積與包含空隙和粉體在內(nèi)的總體積之比）?？障堵蚀髣t視密度小，視密度與真密度相差越大，粉塵也越容易飛揚(yáng)。ρb=（1ε）ρp可見，對(duì)同一種粉塵而言，ρb＜ρp。如硅酸鹽水泥塵（～91μm），其ρp＝ kg/cm3，ρb＝ kg/cm3；煤燃燒產(chǎn)生的飛灰粒子（～），其ρp＝ kg/cm3，ρb＝ kg/cm3。對(duì)一定種類的粉塵，ρp為定值，而ρb則隨ε而變化。ε值與粉塵種類、粒徑、充填方式等因素有關(guān)。粉塵越細(xì)，吸附的空氣就越多，則ε值愈大；在擠壓或振動(dòng)過程中充填，ε值減小。