【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：講課教學目標：使學生了解環(huán)境、環(huán)境科學、環(huán)境保護的相關(guān)概念，及當前世界環(huán)境問題的嚴峻形勢，進而明確環(huán)境保護的重大意義。教學重點：1 環(huán)境與環(huán)境科學的定義、研究目的、對像及任務(wù)等； 2 當前世界環(huán)境的主要問題及其發(fā)展前景。教學難點：環(huán)境污染及其對人體的危害。教學時數(shù)：2學時授課內(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（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方面：①副反應和化學反應進行不完全所產(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、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，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)生化學反應，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：第一類為含有無機污染物的化工廢氣，廢氣含有SOH2S、CO等無機物，主要來自氮肥、磷肥、無機酸、無機鹽等制造業(yè)；第二類為有機廢氣，廢氣中含有苯系物、酚、醛、醇等，主要來自有機原料及合成材料、農(nóng)藥、染料、涂料等行業(yè)；第三類為既含無機物與含有有機物的廢氣，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（5分鐘）種類繁多：由于化學工業(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。組成復雜、具有一定毒性：化工廢氣中常含有多種復雜的有毒成分，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，都可能導致原料流失嚴重，致使廢氣中污染物濃度過高。污染面廣、危害性大：我國有6000多個化工企業(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，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、碳氫化合物等。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)量評價中的一個通用的重要污染指標。主要來源于燃料燃燒時產(chǎn)生的煙塵、生產(chǎn)過程中粉塵以及氣態(tài)污染物經(jīng)過復雜物理化學反應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價大氣污染程度的指標之一。l 飄塵：能在大氣中長期飄浮的懸浮物質(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期飄浮，易將污染物帶到很遠的地方，導致污染范圍擴大，同時在大氣中還可以為化學反應提供反應載體。因此，飄塵是從事環(huán)境科學工作者所注目的研究對象之一。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。　2．硫化物硫常以二氧化硫和硫化氫的形式進入大氣。其中會對環(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。其中以細菌活動產(chǎn)生的硫化氫最為主要，硫化氫又會進一步被氧化為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：①SO2和飄塵具有協(xié)同效應，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，遇水蒸汽時形成硫酸霧，導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在太陽紫外線的照射下，會發(fā)生光化學反應，生成SO3和硫酸霧，降低大氣能見度?！　〉趸铮?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物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。認為排放的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，當含大量氮氧化物的氣體排出時，看上去象一條黃龍騰空，故也有人稱之為“黃龍”。 氮氧化物對環(huán)境的損害作用極大：①對人體的損害：一氧化氮會使人的中樞神經(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，同時對心、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是形成光化學煙霧的重要物質(zhì)；④能與臭氧反應生成NO2和O2，是臭氧濃度降低，導致臭氧層的耗損?！　√細浠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．碳氫化合物 碳氫化合物包括脂肪族烴、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)。大氣中的碳氫化合物大部分來源于植物的分解，認為排放主要是由廣泛應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、汽油機車、柴油機車等是碳氫化合物的重要污染源。碳氫化合物是形成光化學煙霧的主要成分；多環(huán)芳烴中有不少物質(zhì)被認為是致癌物質(zhì)，經(jīng)研究和動物試驗表明，這些物質(zhì)中3，4苯并芘是強致癌物質(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。其化學性質(zhì)穩(wěn)定，可以在大氣中停留較長時間。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水平對植物及有關(guān)的微生物均無害，但對人類則有害，因為它能與血紅蛋白作用生成羧基血紅素。實驗證明，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)等是重要的化學溶劑，也是有機合成工業(yè)的重要原料和中間體。在生產(chǎn)和使用過程中因揮發(fā)而進入大氣。海洋也排放相當?shù)娜燃淄椤?(2) 其他含氯化合物：大氣中含氯的無機物主要是氯氣(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。氟化氫對人的呼吸器官和眼結(jié)膜有強烈的刺激性，長期吸入低濃度的HF會引起慢性中毒。目前在氟污染地區(qū)氟對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）大氣中的污染物對環(huán)境和人體都會產(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、飲用水等進入人體，對人體的健康和生態(tài)環(huán)境造成直接的近期或遠期的危害。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，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)和化學性質(zhì)，通過采用冷凝、吸收、吸附、燃燒、催化等方法進行處理。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，不但對人體和環(huán)境的危害不同，而且對粉塵的吸捕方法以及除塵器的除塵機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。對球形塵粒來說，是指它的直徑。實際的塵粒大多是不規(guī)則的，一般也用“粒徑”來衡量其大小，然而此時的塵粒只能根據(jù)賦予的定義用某一個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，應用場合也不一樣。因此，在使用粉塵粒徑時，必須了解所采用的粒徑含義。在選取粒徑測定方法時，除需考慮方法本身的精度、操作難易及費用等因素外，還應特別注意測定的目的和應用場合。幾種常用的粉塵粒徑：有投影粒徑（用顯微鏡法直接觀測時測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（指與被測塵粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直徑）；空氣動力粒徑（指與被測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力粒徑是除塵技術(shù)中應用最多的兩種粒徑。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，可用分級分布曲線表示，分級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，對人體的危害以及除塵機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價粉塵危害程度，評價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ρb表示），它與粉塵的貯運設(shè)備和除塵器灰斗容積的設(shè)計有密切關(guān)系；密實狀態(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得顆粒自身的密度，用符號ρp表示），它對機械類除塵器(如重力沉降室、慣性除塵器、旋風除塵器)的工作和效率具有較大的影響。例如，對于粒徑大、真密度大的粉塵可以選用重力沉降室或旋風除塵器，而對于真密度小的粉塵，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）。空隙率大則視密度小，視密度與真密度相差越大，粉塵也越容易飛揚。ρb=（1ε）ρp可見，對同一種粉塵而言，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，吸附的空氣就越多，則ε值愈大；在擠壓或振動過程中充填，ε值減小。