大气污染控制工程

课程论文

专 业:环境工程

姓 名:

学 号:

20##年9月10日

我国酸雨污染研究

摘要：我国是以煤炭为主要能源的国家，能源结构中煤炭占 80%以上。近几年来，由于我国经济的快速发展，煤炭的产量一直位居世界第一位，随着煤炭产量的增加，二氧化硫的排放量呈上升趋势，仍居世界第一位。环境正在急剧恶化，酸雨的危害已越来越严重。酸雨被视为“无声的灾祸”，威胁着人类自身的生存和发展，已成为当今人类最关注的环境问题之一。在亚洲,酸性最强、面积最大的酸雨区就在我国境内。本文通过分析我国酸雨的污染现状、成因及危害情况，寻找有效、合理的方法来防治酸雨，减轻酸雨对环境的破坏。防治酸雨污染最根本的措施是：减少人为硫氧化物和氮氧化物的排放。调整能源结构，加强技术研究，发展高效节能技术、洁净煤技术、可替代煤的洁净能源技术及公众的参与是必不可少的。只有这样，酸雨的危害才能降到最低，生态环境才能持续的发展下去。

关键词：酸雨 二氧化硫 成因分析 特点 污染现状 危害 防治措施

1、什么是酸雨:

根据常规定义，酸雨是指pH值<5．6的大气降水（包括雨、雪、霜、雾、雹、霰等）。主要是含硫化合物和含氮化合物，在大气中被氧化成不易挥发的硫酸和硝酸，并溶于雨水降落到地面所形成的。主要来源于工业生产和民用生活中燃烧煤炭排放的硫氧化物、燃烧石油及汽车尾气释放的氮氧化物等酸性物质。

2、酸雨的形成原因:

人类活动向大气排放的SO₂和NO_x是引起降水酸化的主要原因。这些物质既可以在水汽凝结过程中进入雨滴，也可被云滴吸收，还可以通过化学反应变为固态、液态酸和盐，作为水汽凝结核，此外还可通过雨水的作用直接进人云滴和雨滴。它们主要来自石油、煤等含硫燃料的燃烧。在空气中SO₂能被氧化成SO₃，尤其在城市和大工业区的上空因含有较多的Mn²⁺、V²⁺、Fe²⁺等能催化SO₂生成SO₃，它们与雨水作用形成“酸雨”。酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，盐酸占6%，其余是碳酸和少量有机酸。

3、特点：

1) 酸性降水的主要污染物是SO₂，而SO₂的来源除自然源外，人为源主要是燃煤。

2) 我国的酸雨污染以城市局地污染为主，并以城市为核心呈现多中心分布。在西南的重庆污染区，华南的长沙污染区和洪江污染区，都是由于城市和厂矿企业污染物的低空排放，使其附近的SO₂浓度比其他地区高，降水酸度也较高，酸雨集中在大型燃煤工厂的5O公里半径之内。

3) 局地污染大于SO₂长距离输送造成的污染。

4) 长江以南酸雨污染重于长江以北。

5) 我国主要是硫酸型酸雨。

4、污染现状：

我国是一个酸雨严重的国家。80年代,酸雨主要分布在西南地区,集中在重庆、贵阳和柳州等地。到90年代中期,酸雨已扩展到长江以南青藏高原以东以及四川盆地的广大地区。目前,酸雨在东南沿海地区也比较严重，我国酸雨面积已占国土面积的40％ ，成为继欧洲和北美之后的第3大酸雨区。2002 年，在国家监测的343个城市中，达到或优于国家空气质量二级标准、达到三级标准和劣于三级标准的城市约各占三分之一。二氧化硫平均浓度未达到国家空气质量二级标准的城市约占22%。其中，超过国家空气质量三级标准的城市约占8%；南方地区酸雨污染较重，酸雨控制区内90%以上的城市出现了酸雨。以煤为主的能源消费结构以及工业结构和布局的不尽合理，造成60%以上的城市大气总悬浮颗粒物超标，二氧化硫污染保持在较高水平的煤烟型污染；城市机动车尾气排放污染物增加，使氮氧化物污染加重，形成了城市煤烟和交通复合型污染。进入上个世纪90年代以来，我国国民经济以年10%左右的速度增长，二氧化硫、烟尘、工业粉尘等大气污染物排放总量也随之增加，1995年达到最高水平。1995年全国二氧化硫排放总量达到2370万吨（大大超出了环境自净能力），比1990年增加了875万吨，排放总量超过欧洲和美国，居世界第一位。1995年以来由于国家对二氧化硫等主要污染物的排放实施总量控制和经济结构调整，污染物排放总量已有所减少。 20##年全国二氧化硫排放总量为1927万吨，比1995年减少了443万吨。其中约60% 的二氧化硫排放量来自国家划定的酸雨控制区和二氧化硫污染控制区（简称 “两控区”）。据专家测算，我国大气中二氧化硫浓度达到国家空气质量二级标准时的环境容量为1200万吨，20##年二氧化硫的实际排放量超过环境容量的60%。我国燃煤带来的大气污染，特别是酸雨污染，造成了巨大的经济损失，严重影响了国民经济的发展和人民群众的正常生活。

5、危害:

1) 淡水受污染、鱼虾死亡：

酸雨可造成江、河、湖、泊等水体的酸化，致使生态系统的结构与功能发生紊乱。水体的pH值降到5．0以下时鱼的繁殖和发育会受到严重影响。水体酸化还会导致水生物的组成结构发生变化，耐酸的藻类、真菌增多，有根植物、细菌和浮游动物减少，有机物的分解率则会降低。流域土壤和水体底泥中的金属(例如铝)可被溶解进入水体中而毒害鱼类；

2) 使土壤酸化、危害植物：

影响和破坏土壤微生物的数量和群落结构，抑制了土壤中有机物的分解和氮的固定，使土壤贫瘠化，导致生长在这里的植物逐步退化。酸雨进入土壤后改变了土壤理化性质，间接影响植物的生长：破坏植物形态结构、损伤植物细胞膜、抑制植物代谢功能、阻碍植物叶绿体的光合作用，影响种子的发芽率。植物对酸雨反应最敏感的器官是叶片，叶片受损后光合作用降低，抗病虫害能力减弱，林木生长缓慢或死亡，农作物减产；

3) 对建筑物和文物古迹的影响：

酸雨能与金属、石料、混凝土 等材料发生化学反应或电化学反应，从而加快楼房、桥梁、历史文物、珍贵艺术品、雕像的腐蚀。酸雨还直接危害电线、铁轨、桥梁和房屋等。酸雨主要成分硫酸对金属（钢铁等）大理石的腐蚀：

H₂SO₄+Fe→FeSO₄+H₂↑

H₂SO₄+CaCO₃→CaSO₄+CO₂↑+H₂0
具有2000多年历史的雅典古城的大理石建筑和雕塑已千疮百孔，层层剥落。重庆嘉陵江大桥，其腐蚀速度为每年0.16毫米，用于钢结构的维护费每年达20万元以上。北京的汉白玉石雕近30年来其受侵蚀的厚度已超过1厘米，比在自然状态下快几十倍；

4）危及人体健康：

酸雨中含有的甲醛、丙烯酸等对人的眼睛有强烈的刺激作用。硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比SO2要高10倍，其微粒可侵入人体的深部组织，引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。当空气中含0.8mg/L硫酸雾时，就会使人难受而致病。或者是人们饮用酸化的地面水和由土壤渗入金属含量较高的地下水，食用酸化湖泊和河流的鱼类等，一些重金属元素通过食物链逐渐积累进入人体，最终对人体造成危害。

6、我国主要采用的防治技术：

1) 洁净煤技术：洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情，洁净技术包括：选煤（如采用低硫燃料），型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池；

2) 高烟囱排放：该措施能降低二氧化硫的当地排放绝对量，但没有从根本上解决二氧化硫对大气的污染。高空中的二氧化硫与日光和湿气作用，使降雨的PH值增加，形成酸雨；

3) 脱硫技术:

a) 燃料脱硫：低硫燃料来源困难，价格高，全国正积极进行燃料的直接脱硫研究，但是煤中有机硫脱出的方法还不太成熟。

b) 燃烧脱硫：在燃料燃烧过程中加入脱硫剂脱除硫份，比较成熟的技术有：循环硫化床燃煤锅炉燃烧脱硫二氧化硫，在850℃的温度下，脱除炉膛中的二氧化硫气体；另一种方法是在燃料中加入脱硫剂，燃料与脱硫剂一起燃烧，当硫从煤中析出时，即被脱硫剂捕获，达到脱硫目的。以上两种方法缺点是脱硫效率低，烟气仍需净化。

c) 烟气脱硫：在诸多脱硫方法中，烟气脱硫是目前最主要和最有效的治理方法，烟气中的硫主要是以二氧化硫的形态存在的，对大气中的二氧化硫的防治，应以烟气脱硫为主。烟气脱硫大体可分为两类。一类是湿法：使用液体吸收剂对烟气洗涤的方法；二类是干法：用粉状（或少量液体）吸收剂、吸附剂喷入烟气中来脱除二氧化硫。我公司研制开发的脱硫除尘器就是采用以生石灰为原料的湿法脱硫，其主要优点是脱硫除尘一体，设备简单，投资少，脱硫效率高，对操作技术要求不高。

7、酸雨防治对策：

1) 加强环境宏观管理，实行大气污染物排放总量控制。对工业过于集中的地区适当控制污染型工业的再建，并进行必要的疏散，以减小当地污染物的排放量。合理调整城市产业布局，注意发展耗能少而产值高的新兴工业、轻工业和手工业；

2) 节约能源，减少污染。由于我国能源管理水平差，浪费严重，许多中小企业生产工艺落后，产品耗能高，能源的分配和利用不合理，工业中的余热、煤气大都没有充分利用，造成我国能源利用率低，增大了能源需求量。进行回收处理，综合利用，如硫酸厂的尾气可采用氨吸收法、石灰乳吸收法等进行回收。硝酸厂尾气可采用碳酸钠溶液吸收法、氢氧化钠溶液吸收法等；

3) 开发和应用各种脱硫脱氮技术及设备，优化能源质量，提高能源利用率，减少燃烧产生的SO₂。我国SO₂排放量约90％来自煤炭消费。控制SO₂的排放首先要从源头抓起，限制高硫煤的生产和使用，改用低硫煤改变能源结构，使用清洁能源。开发可以替代燃煤的清洁能源，如核电、水电、太阳能、风能、地热能等)；

4) 加强对汽车尾气的控制：制订各类汽车的废气排放标准，限制汽车行驶速度，尽快实施机动车定期淘汰制度、城市要着力发展公共交通，适当限制私人汽车数量，保证交通畅顺，才能减少汽车尾气的污染、大力推广使用无铅汽油，改进汽车发动机技术，安装尾气净化器及节能装置、呼吁使用“绿色汽车”，即用天然气、氢气、酒精、甲醇、电等清洁燃料作为汽车动力的汽车，可大大降低氮氧化物的排放量；

5) 加强环境管理，强化环保执法。足额征收二氧化硫和氮氧化物排污费，促进企业建设和运行污染治理设施。对排污大户限时整改，关停淘汰一些污染严重的生产设施或工厂。认真做好SO₂排污费的征收、管理和使用，将大部分的排污费用于重点排污单位的SO₂污染专项治理；

6) 加强植树栽花，扩大绿化面积植物具有调节气候，保持水土，吸收有 毒气体等作用。因此，根据城市环境规划，选择种植一些较强吸收二氧化硫和粉 尘的如石榴、菊花、桑树、银杉等花草树木，可以净化空气，美化城市环境；

7) 公众参与：环境保护需要环保工作者献身。作为终身为之奋斗的事业, 我国许多科学工作者为了研究我国酸雨的形成规律, 贡献了自己的全部精力。中小学生应该尽可能一些环保活动,其中包括酸雨。环保需要正确的公众舆论。青少年参加环保宣传, 出于童心稚语, 情真意切, 感染力强；形式也较为生动活泼, 容易为听众接受；

8) 加强宣传，普及酸雨知识，发挥舆论和公众在规划实施中的监督作用。 加大规划实施的监督检查力度，跟踪和评估规划实施效果，并按年度公布。对未按时完成重点二氧化硫治理项目和关停、淘汰小火电、小钢铁和小水泥的地区，向社会公布，实行区域限批制度，暂停增加区域二氧化硫排放项目的环境影响评价报告审批。

8、参考文献：

[1] 张永锋. 酸雨的危害分析及防治政策[J]. 绿色科技. 2011(12)

[2] 万玉山,王皖蒙. 中国酸雨污染现状 成因分析及防治措施[J]. 安徽农业科学. 2010(34)

[3] 赵艳霞,侯青. 1993—20##年中国区域酸雨变化特征及成因分析[J]. 气象学报. 2008(06)

[4] 刘琴. 酸雨的形成和危害[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 1984(02)

[5] 刘香兰. 酸雨的形成、危害及防治[J]. 中国果菜. 2008(06)

[6] 张燕,刘立进. 我国酸雨分布特征及控制对策[J]. 陕西环境. 1998(04)

第二篇：大气污染控制工程课后答案

大气污染控制工程作业集

第一章

干洁空气的平均分子量为28.966，在标准状态下（273.15K，101325Pa）密度为1.293。

1、血红蛋白暴露于CO和两种气体混合物中所产生的和的平衡浓度可用如下方程表示：

式中：、——吸入气体中CO和的分压；

——常数，在人的血液范围中为200~250。

例：受污染的空气中浓度为，如果吸入人体肺中的CO全部被血液吸收，试估算人体血液中的饱和浓度。

解：设人体肺部气体中氧的含量与环境空气中氧含量相同，即为21%，取M=210，则有

即血液中与之比为，则血液中的饱和度为：

这一值略为偏低，是因为吸入空气中的氧被停留在肺中的气体所稀释的缘故。

2、假设光衰减只是由于微粒散射造成的，微粒为尺寸相同的球体，且分布均匀，则能见度可按如下近似方程估算：

式中：——视线方向上的颗粒浓度，；

——颗粒的密度，；

——颗粒直径，；

——散射率，即受颗粒作用的波阵面积与颗粒面积之比。

根据范德赫尔斯提出的数据，不吸收光的球体散射率K值一般在1.7~2.5左右变化。

实测数据表明，在空气相对湿度超过70%时，按上式计算可能产生较大误差。因为天然的气溶胶微粒及很多大气污染物都是吸湿的，在相对湿度70%~80%的范围内开始潮解或发生吸湿反应，从而使颗粒粒径增大。

例：大气中悬浮颗粒物的平均粒径为1.0，密度为2500，如果散射率K=2，能见度为8000m时颗粒物的浓度是多少？

解：

这是城市大气中颗粒物浓度的典型值。当大气能见度低于8000m时，主要机场飞机的起降率则必须减少。

3、空气污染指数的计算方法

污染物的分指数，可由其实测浓度值，按照分段线性方程计算。对于第k种污染物的第j个转折点（，）的分指数值和相应浓度值，可查“空气浓度指数分级浓度限值”表确定。

当第k种污染物浓度为时，则其分指数为

式中：——第k种污染物的污染分指数；

——第k种污染物平均浓度的监测值，；

——第k种污染物j转折点的污染分指数值；

——第k种污染物j+1转折点的污染分指数值；

——第j转折点上k种污染物的浓度限值（对应于），；

——第j+1转折点上k种污染物的浓度限值（对应于），。

污染指数的计算结果只保留整数，小数点后的数值全部进位。

各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，则该种污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。API<50时，则不报告首要污染物。

例：某城市各监测点测得污染物日平均浓度如下，,，请计算该城市的空气污染指数API。

解：TSP:，，

，

同理可得

综上可知，为该城市空气中的首要污染物，空气质量级别为Ⅲ级，轻度污染

表3.8空气污染指数分级浓度限值

表3.9空气污染指数范围及相应的空气质量级别

1.1干洁空气中，，和气体所占的质量分数是多少？（）

解：按1mol干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n_N2=0.781mol，n_O2=0.209mol，n_Ar=0.00934mol，n_CO2=0.00033mol。质量百分数为

，；

，

1.2根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出、、三种污染物日平均浓度限值的体积分数。

解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：

SO2：0.15mg/m³，NO2：0.12mg/m³，CO：4.00mg/m³。按标准状态下1m³干空气计算，其摩尔数为。故三种污染物体积百分数分别为：

SO₂：，NO₂：

CO：。

1.3气体与空气混合成体积分数为的混合气体，在管道中流动的流量为10，试确定：（1）在混合气体中的质量浓度和摩尔浓度c；（2）每天流经管道的质量是多少千克？

解：1）（g/m³_N）

c（mol/m³_N）。

2）每天流经管道的CCl₄质量为1.031×10×3600×24×10^－3kg=891kg

1.4设人体肺中的气体含CO为，平均含氧量为19.5%。如果这种浓度保持不变，求浓度最终将达到饱和水平的百分率。

解：由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=210

，

COHb饱和度

1.7粉尘密度1400，平均粒径1.4，在大气中的浓度为0.2，对光的散射率为2.2，计算大气的最大能见度。

解：由《大气污染控制工程》P18 （1－2），最大能见度为

第二章

1、要确切说明煤的特性，必须同时指明百分比的基准。常用的基准有：收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。

（1）收到基：以包括全部水分和灰分的燃料作为100%的成分，亦即锅炉燃烧的实际成分（锅炉炉前使用的燃料）可表示为：

角码“ar”表示收到基成分。

（2）空气干燥基：以去掉外部水分的燃料作为100%的成分。以角码“ad”表示。

即

（3）干燥基：以去掉全部水分的燃料作为100%的成分，以角码“d”表示，即

（4）干燥无灰基：以去掉水分和灰分的燃料作为100%的成分。以角码“daf”表示，即

2、理论空气量：单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需要的空气量。它由燃料的组成决定，可根据燃烧方程式计算求得。建立燃烧化学方程式时，通常假定：

（1）空气仅是有氮和氧组成的，其体积比为79.1/20.9 = 3.78；

（2）燃烧中的固定态氧可用于燃烧；

（3）燃料中的硫主要被氧化为；

（4）热力型的生成量较小，燃料中含氮量也较低，在计算理论空气量时可以忽略；

（5）燃料中的氮在燃烧时转化为，一般以为主；

（6）燃料的化学式为。

由此可得燃料与空气中氧完全燃烧的化学反应方程式：

其中Q代表燃烧热。则理论空气量为

3、空气过剩系数

一般把超过理论空气量多供给的空气量称为过剩空气量，并把实际空气量与理论空气量之比定义为空气过剩系数a，即通常a>1。

4、空燃比（AF）

空燃比定义为单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，可由燃烧方程式直接求得。例如，甲烷在理论空气量下的完全燃烧：

空燃比：

5、若已知燃料中氢和水的含量，低位发热量可由高位发热量减去水蒸气的凝结热而求得。若发热量以表示，则

式中：、——燃料中氢和水分的质量百分数。

6、烟气体积计算

在理论空气质量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积，以表示。烟气成分主要是和水蒸气。通常把烟气中除了水蒸气以外的部分称为干烟气，把包括水蒸气在内的烟气称为湿烟气。所以理论烟气体积等于干烟气体积和水蒸气体积之和。

理论水蒸气体积，是由三部分构成的：燃料中氢燃烧后生成的水蒸气体积，燃料中所含的水蒸气体积和由供给的理论空气量带入的水蒸气体积。

大多烟气可以视为理想气体。若设观测状态下（温度、压力）烟气的体积为、密度为，在标准状态下（温度、压力）烟气的体积为，密度为，则由理想气体状态方程式可得到标准状态下的烟气体积：

标准状态下烟气的密度：

7、过剩空气校正

因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。

以碳在空气中的完全燃烧为例

烟气中仅含有和，若空气过量，则燃烧方程式变为

其中a是过剩空气中的的过剩摩尔数。根据定义，空气过剩系数：

要计算a，必须知道过剩氧的摩尔数。

若燃烧是完全的，过剩空气中的氧仅能够以的形式存在，假如燃烧产物以下标p表示

其中，，表示过剩氧量，为实际空气量中所含的总氮量。假定空气的体积组成为20.9%和79.1%，则实际空气量中所含的总氧量为

理论需氧量为，因此空气过剩系数：

假如燃烧过程产生CO，过剩氧量必须加以校正，即从测得的过剩氧中减去氧化CO为所需要的氧。因此

式中各组分的量均为奥萨特仪所测得的各组分的百分数。

例：奥萨特仪分析结果为：=10%= 4%=1%，那么=85%，则

考虑过剩空气校正后，实际烟气体积：

2.1已知重油元素分析结果如下：C：85.5% H：11.3% O：2.0% N：0.2% S：1.0%

试计算：（1）燃油1kg所需的理论空气量和产生的理论烟气量；

（2）干烟气中的浓度和的最大浓度；

（3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。

解：1kg燃油含：

重量（g） 摩尔数（g） 需氧数（g）

C 855 71.25 71.25

H 113－2.5 55.25 27.625

S 10 0.3125 0.3125

H₂O 22.5 1.25 0

N元素忽略。

1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg

设干空气O₂：N₂体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。

即474.12×22.4/1000=10.62m³_N/kg重油。

烟气组成为CO₂71.25mol，H₂O 55.25+11.25=56.50mol，SO₂0.1325mol，N₂3.78×99.1875=374.93mol。

理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99×22.4/1000=11.27 m³_N/kg重油。

2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg重油。

SO₂百分比浓度为，

空气燃烧时CO₂存在最大浓度。

3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m³_N/kg重油，

产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m³_N/kg重油。

2.2普通的元素分析如下：C：65.7% 灰分 18.1% S：1.7% H：3.2% 水分：9.0% O：2.3% 。（含N量不计）

（1）计算燃煤1kg所需要的理论空气量和在烟气中的浓度（以体积分数计）

解：相对于碳元素作如下计算：

%（质量） mol/100g煤 mol/mol碳

C 65.7 5.475 1

H 3.2 3.2 0.584

S 1.7 0.053 0.010

O 2.3 0.072 0.013

灰分 18.1 3.306g/mol碳

水分 9.0 1.644g/mol碳

故煤的组成为CH_0.584S_0.010O_0.013，

燃料的摩尔质量（包括灰分和水分）为。燃烧方程式为

n=1+0.584/4+0.010－0.013/2=1.1495

1）理论空气量；

SO₂在湿烟气中的浓度为

2.3煤的元素分析结果如下：S：0.6% H：3.7% C：79.5% N：0.9% O：4.7%

灰分：10.6% 。在空气过剩20%条件下完全燃烧。计算烟气中的浓度。

解：按燃烧1kg煤计算

重量（g） 摩尔数（mol） 需氧数（mol）

C 795 66.25 66.25

H 31.125 15.5625 7.78

S 6 0.1875 0.1875

H₂O 52.875 2.94 0

设干空气中N₂：O₂体积比为3.78：1，

所需理论空气量为4.78×（66.25+7.78+0.1875）=354.76mol/kg煤。

理论烟气量CO2 66.25mol，SO2 0.1875mol，H2O 15.5625+2.94=18.50mol

N₂

总计66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤

实际烟气量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg煤，SO₂浓度为。

2.5干烟道气的组成为：11%（体积），8%，CO 2% ,(体积分数)，颗粒物 30.0（在测定状态下），烟道气流流量在700mmHg和443K条件下为5663.37，水汽含量8%（体积）。试计算：

（1）过量空气百分比；

（2）的排放浓度（）；

（3）在标准状态下（1atm和273K），干烟道气的体积；

（4）在标准状态下颗粒物的浓度。

解：1）N₂%=1－11%－8%－2%－0.012%=78.99%

由《大气污染控制工程》P46 （2－11）

空气过剩

2）在测定状态下，气体的摩尔体积为

；

取1m³烟气进行计算，则SO₂120×10^－6m³，排放浓度为

。

3）。

4）。

2.8燃料油的重量组成为：C：86% H：14% 。在干空气下燃烧，烟气分析结果（基于干烟气）为：O：1.5% CO：（体积分数）。试计算燃烧过程的空气过剩系数。

解：以1kg油燃烧计算，

C 860g 71.67mol；

H 140g 70mol，耗氧35mol。

设生成CO x mol，耗氧0.5x mol，则生成CO₂（71.67－x）mol，耗氧（71.67－x）mol。

烟气中O₂量。

总氧量，干空气中N₂：O₂体积比为3.78：1，则含N₂3.78×（106.67+24.5x）。根据干烟气量可列出如下方程：

，解得x=0.306

故CO₂%：；

N₂%：

由《大气污染控制工程》P46 （2－11）

空气过剩系数

第三章

1、绝对湿度：在1湿空气中含有的水汽质量（kg）。由理想气体气体状态方程可得到：

(—空气的绝对湿度，，湿空气；—水汽的气体常数，=461.4；—水汽分压，Pa)

2、相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之比，即

（—饱和空气的水汽分压，Pa）

3、含湿量：湿空气中1kg干空气所包含的水汽质量（kg），也称比湿。即

式中：d—空气中的含湿量，kg（水汽）/kg（干空气）；—干空气密度，。

4、由理想气体状态方程及上面三式可将含湿量表示成：

=（p—湿空气的总压力；—干空气分压，+= p） 干空气的气体常数=287.0

5、工程中的空气含湿量：

6、水汽体积分数：

7、风速（单位：km/h ；F表示风力等级）

8、国外云量1.25=我国云量

9、大气热力过程的微分方程：

3.1一登山运动员在山脚处测得气压为1000hPa，登山到达某高度后又测得气压为500hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？

解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述：

（1）

将空气视为理想气体，即有

可写为（2）

将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：

假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得：

即（3）

假设山脚下的气温为10^。C，带入（3）式得：

得

即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。

3.3在气压为400hPa处，气块温度为230K。若气块绝热下降到气压为600hPa处，气块温度变为多少？

解：，

3.7 用测得的地面气温和一定高度的气温数据，按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。

解：，故，逆温；

，故，稳定；

，故，不稳定；

，故，不稳定；

，故，不稳定；

，故逆温。

第四章

4.1污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多（见图）。设有效源高为H，污染源到峭壁的距离为L，峭壁对烟流扩散其全反射作用。试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。当吹北风时，这一模式又变成何种形式？

解：吹南风时以风向为x轴，y轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。若不存在峭壁，则有

现存在峭壁，可考虑为实源与虚源在所关心点贡献之和。

实源

虚源

因此+

=

刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。

4.2某发电厂烟囱高度120m，内径5m，排烟速度13.5m/s，烟气温度418K。大气温度288K，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s。试用霍兰德、布里格斯、国家标准GB/T 13201—91的公式计算烟气抬升高度。

解：霍兰德公式

。

布里格斯公式

且x<=10Hs。此时。

按国家标准GB/T13201－91中公式计算，

因Q_H>=2100kW，Ts－Ta>=130K>35K。

（发电厂位于城市近郊，取n=1.303，n₁=1/3，n₂=2/3）

4.6地面源正下风方向一点上，测得3分钟平均浓度为，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定度为B级。

解：（当，q=0.3）

4.8某市在环境质量评价中，划分面源单元为,其中一个单元的排放量为10g/s，当时的风速为3m/s，风向为南风。平均有效源高为15m。试用虚拟点源的面源扩解：设大气稳定度为C级，。

当x=1.0km，。

散模式计算这一单元北面的邻近单元中心处的地面浓度。

金磊给的题目是假设大气稳定度为B级，则

。

当x=1.0km，。

第五章

5.3已知某粉尘粒径分布数据（见下表），（1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；（2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算术平均直径及表面积—体积平均直径。

解：设取1的粉尘，则依题意得

由此可得对数正态分布的累积频率分布曲线，曲线为直线，说明符合对数正态分布。

所以

所以

因为

所以

所以算术平均值经

所以

表面积—体积平均直径：

5.5根据对某旋风除尘器的现场测试得到：除尘器进口的气体流量为10000 m³_N/h，含尘浓度为4.2 g/ m³_N。除尘器出口的气体流量为12000 m³_N/h，含尘浓度为340mg/ m³_N。试计算该除尘器的处理气体流量、漏风率和除尘效率（分别按考虑漏风和不考虑漏风两种情况计算）。

解：气体流量按P141（5－43）；

漏风率；

除尘效率：

考虑漏风，

不考虑漏风，

5.6对于题5.5中给出的条件，已知旋风除尘器进口面积为0.24m²，除尘器阻力系数为9.8，进口气流温度为423K，气体静压为－490Pa，试确定该处尘器运行时的压力损失（假定气体成分接近空气）。

解：由气体方程得

。

5.12直径为200、真密度为1850kg/m³的球形颗粒置于水平的筛子上，用温度293K和压力101325Pa的空气由筛子下部垂直向上吹筛上的颗粒，试确定：1）恰好能吹起颗粒时的气速；2）在此条件下的颗粒雷诺数；3）作用在颗粒上的阻力和阻力系数。

解：在所给的空气压强和温度下，。d_p=200时，

考虑采用过渡区公式，按《大气污染控制工程》P150（5－82）：

，符合过渡区公式。

阻力系数按P147（5－62）。阻力按P146（5－59）

。

陈秀娟的解题：

解：设颗粒处于层流状态，即，则在，，，

恰好吹起颗粒时，

所以

则此时

所以，假设不成立，应改用过渡区公式计算

，符合过渡区公式。

阻力系数按P147（5－62）。阻力按P146（5－59）

第六章

6.1在298K的空气中NaOH飞沫用重力沉降室收集。沉降至大小为宽914cm，高457cm，长1219cm。空气的体积流速为1.2m³/s。计算能被100%捕集的最小雾滴直径。假设雾滴的比重为1.21。

解:气流水平速度。

设粒子处于Stokes区域，取干空气黏度，

即为能被100%捕集的最小雾滴直径。

6.9含尘气流用旋风除尘器净化，含尘粒子的粒径分布可用对数正态分布函数表示，且D_m=20，。在实际操作条件下该旋风除尘器的分割直径为5，试基于颗粒质量浓度计算该除尘器的总除尘效率。

解：分级除尘效率：

；

d_g=20，，

代入上式，利用Matlab积分可得

6.13某板式电除尘器的平均电场强度为3.4kV/cm，烟气温度为423K，电场中离子浓度为10⁸个/m³，离子质量为5×10^－26kg，粉尘在电场中的停留时间为5s。试计算：

1）粒径为5的粉尘的饱和电荷值；2）粒径为0.2的粉尘的荷电量；

3）计算上述两种粒径粉尘的驱进速度。

假定：1）烟气性质近似于空气；2）粉尘的相对介电系数为1.5。

解：1）电场荷电为

扩散荷电与电场荷电相比很小，可忽略。

因此饱和电荷值3.04×10^－16C。

2）电场荷电为

扩散荷电与电场荷电相比很小，可忽略，故粉尘荷电量4.86×10^－19C。

3）取

d_p=5时，；

d_p=0.2时，

6.18一个文丘里洗涤器用来净化含尘气体。操作条件如下：L=1.36L/m³，喉管气速为83m/s，粉尘密度为0.7g/cm³方程，烟气粘度为2.23×10^－5Pa.s，取校正系数0.2，忽略Cc，计算除尘器效率。烟气中粉尘的粒度分布如下：

解：已知L===，

代入

又

代入

粒径小于0.1所占质量百分比太小，可忽略；粒径大于20.0，除尘效率约为1

因此

故。

6.20设计一个带有旋风分离器的文丘里洗涤器，用来处理锅炉在1atm和510.8K条件下排出的气流，其流量为7.1m³/s，要求压降为152.4cmH₂O，以达到要求的处理效率。估算洗涤器的尺寸。

解：设气液比1L/m³，d_p=1.2，，f=0.25。在1atm与510.K下查得

。

由

可解得 v=121.6m/s。

故喉管面积，D_T=272mm。

取喉管长度300mm，通气管直径D₁=544mm。，，则

，

（取D₂=600mm）。

6.22以2.5mm/h的速率发生了大面积降雨，雨滴的平均直径为2mm，其捕集空气中的悬浮颗粒物的效率为0.1，若净化空气中90％的悬浮颗粒物，这场雨至少要持续多长时间？

解：由《Air Pollution Control Engineering》公式。代入已知数据

，即需持续半天左右的时间。

金老师的解题：

大气中由于雨滴的捕集造成颗粒物浓度变化 ：

总量

6.23安装一个滤袋室处理被污染的气体，试估算某些布袋破裂时粉尘的出口浓度。已知系统的操作条件：1atm，288K，进口处浓度9.15g/m³，布袋破裂前的出口浓度0.0458g/m³，被污染气体的体积流量14158m³/h，布袋室数为6，每室中的布袋数100，布袋直径15cm，系统的压降1500Pa，破裂的布袋数为2。

解：

设破裂2个布袋后气体流量分配不变，近似求得出口浓度如下：

。因此。

6.26除尘器系统的处理烟气量为10000m³/h，初始含尘浓度为6g/m³，拟采用逆气流反吹清灰袋式除尘器，选用涤纶绒布滤料，要求进入除尘器的气体温度不超过393K，除尘器压力损失不超过1200Pa，烟气性质近似于空气。试确定：

1）过滤速度；2）粉尘负荷；3）除尘器压力损失；4）最大清灰周期；5）滤袋面积；

6）滤袋的尺寸（直径和长度）和滤袋条数。

解：1）过滤气速估计为v_F=1.0m/min。

2）除尘效率为99%，则粉尘负荷。

3）除尘器压力损失可考虑为

为清洁滤料损失，考虑为120Pa；；

；

故。

4）因除尘器压降小于1200Pa，故即最大清灰周期。

5）。

6）取滤袋d=0.8m，l=2m。，，取48条布袋。

第七章

7.1某混合气体中含有2%（体积）CO₂，其余为空气。混合气体的温度为30^。C，总压强为500kPa。从手册中查得30^。C时在水中的亨利系数E=1.88×10^－5kPa，试求溶解度系数H及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO₂。

解：由亨利定律 P*=Ex，500×2%=1.88×10⁵x，x=5.32×10^－5

由y*=mx，m=y*/x=0.02/5.32×10^－5=376。

即

所以

100g与气体平衡的水中约含0.013g。

思考题：

1、用双膜理论解释化学吸收的传质机理。

答：在化学吸收过程中，溶质A先从气相主体扩散到气液界面，其扩散机理与物理吸收时并无区别，气相吸收系数并不受影响。溶质A达到界面后便开始与溶剂中的反应组分B进行化学反应，B不断地从液相主体扩散到界面或界面吸附质近并与A相遇。A与B在什么位置进行反应取决于反应速率与扩散速度的相对大小。

2、为什么说气固催化反应过程中，总反应速度受3个过程的影响？受哪三个过程的影响？

答：由于组分A在气流主体中的浓度大于在催化剂外表面上的浓度，它会通过层流边界层向催化剂处表面扩散，其浓度递减到，此即外扩散过程。此过程无化学反应，故其浓度（）近似为一常量，因此层流边界层中的组分A的浓度分布在图中为一直线。又由于催化剂外表面上组分A的浓度大于内表面上组分A的浓度，它将继续向颗粒内微孔中扩散（内扩散过程）。边扩散边反应，反应物A的浓度逐渐降低，在颗粒中心处反应物浓度最小。所以在催化剂颗粒内部，反应物的浓度梯度不是常量，故组分A的浓度分布是曲线。当在催化剂表面生成生成物以后，生成物就由颗粒内部向外扩散，其浓度分布的趋势则与上述过程相反。上述步骤中，速度最慢（阻力最大）者，决定着整个过程的总反应速度，所以说总反应速度是3个过程影响。

3个过程为：化学动力学控制过程、内扩散控制过程和外扩散控制过程。

第八章

8.1某新建电厂的设计用煤为：硫含量3%，热值26535kJ/kg。为达到目前中国火电厂的排放标准，采用的SO₂排放控制措施至少要达到多少的脱硫效率？

解：火电厂排放标准700mg/m³

3%硫含量的煤烟气中SO₂体积分数取0.3%。

则1烟气中含：；

因此脱硫效率为

8.2某电厂采用石灰石湿法进行烟气脱硫，脱硫效率为90%。电厂燃煤含硫为3.6%，含灰为7.7%。试计算：

1）如果按化学剂量比反应，脱除每kgSO₂需要多少kg的CaCO₃；

2）如果实际应用时CaCO₃过量30%，每燃烧一吨煤需要消耗多少CaCO₃；

3）脱硫污泥中含有60%的水分和40%CaSO₄.2H₂O，如果灰渣与脱硫污泥一起排放，每吨燃煤会排放多少污泥？

解：1）

m=1.5625kg

2）每燃烧1t煤产生SO₂约，约去除72×0.9=64.8kg。

因此消耗CaCO₃。

3）生成量；

则燃烧1t煤脱硫污泥排放量为，同时排放灰渣77kg。

8.6在双碱法烟气脱硫工艺中，SO₂被Na₂SO₃溶液吸收。溶液中的总体反应为：

Na₂SO₃+H₂O+SO₂+CO₂－>Na⁺+H⁺+OH^－+HSO₃^－+SO₃^2－+HCO₃^－+CO₃^2－

在333K时，CO₂溶解和离解反应的平衡常数为：

，

溶液中钠全部以Na⁺形式存在，即[Na]=[Na⁺]；

溶液中含硫组分包括，[S]=[SO₂.H₂O]+[HSO₃^－]+[SO₃^2－]。

如果烟气的SO₂体积分数为2000×10^－6，CO₂的浓度为16%，试计算脱硫反应的最佳pH。

解：在373K时，K_hs=0.41，K_s1=6.6×10^－3，K_s2＝3.8×10^－8

[Na]－[S]=[Na⁺]－[SO₂.H₂O]－[HSO₃^－]－[SO₃^2－]

=[OH^－]－[H⁺]+[SO₃^2－]+2[CO₃^2－]+[HCO₃^－]－[SO₂.H₂O]

，，

。

代入得

代入不同的[H⁺]浓度，可得pH在4～5时[Na]－[S]接近于0。因此脱硫最佳pH值4～5。

8.7根据表8－5中所列的石灰石湿法烟气脱硫的典型操作条件，试计算：

1）脱硫液每循环经过一次洗涤塔，单位体积脱硫液中溶解了多少摩尔的SO₂；

2）如果脱硫液进入洗涤塔时的pH为5，则其流出洗涤塔时的pH为多少。假定浆滴在洗涤塔中的停留时间较短（通常为3～4s），CaCO₃尚未发生反应。

解：（1）工况条件：液气比9.0L/m³，Ca/S=1.2，并假设SO₂吸收率为90%。

因此，单位体积（1.0L）通过烟气1/9m³，

可吸收：

（2）取温度T=373K，则K_hs=0.147，K_s1=0.0035，K_s2=2.4×10^－8

进水P_SO2=4.0×10^－4atm，[SO₂.H₂O]=P_SO2.K_hs=5.88×10^－5，

[HSO₃^－]=K_s1[SO₂.H₂O]/[H⁺]=0.0206，

[SO₃^2－]=；

则反应后[S]’=[SO₂.H₂O]+[HSO₃^－]+[SO₃^2－]+0.018=0.0387

此时P_SO2’=4.0×10^－3atm，[SO₂.H₂O]’=5.88×10^－4且

物料守恒得 [SO₂.H₂O]’+[HSO₃^－]’+[SO₃^2－]’ =0.0387

由上述方程可解得[H⁺]=5.4×10^－5，pH=4.27

第九章

9.1某座1000MW的火电站热效率为38%，基于排放系数，计算下述三种情况NO_x的排放量（t/d）：

1）以热值为6110kcal/kg的煤为燃料；2）以热值为10000kcal/kg的重油为燃料；

3）以热值为8900kcal/m³的天然气为燃料。

解：1）设每天需燃煤Mt，则有

M.6110×10³×10³×4.18×38%=1000×10⁶×24×3600

解得M=8.9×10³t

取NOx平均排放系数12 kg/t煤，

则每日排放NOx量约为

2）同理M.10000×10³×10³×4.18×38%=1000×10⁶×24×3600，

解得 M=5439t

取重油密度为0.8×10³kg/m³，NOx平均排放系数12.5kg/m³，

则每日排放NOx约为

3）取NOx平均排放系数6.25kg/1000m³天然气，则

8900×10³×4.18×38%V=1000×10⁶×24×3600，

解得V=6.1×10⁶m³。

则每日排放NOx量约为。

9.3气体的初始组成以体积计为8.0%CO₂、12%H₂O、75%N₂和5%O₂。假如仅考虑N₂与O₂生成NO的反应，分别计算下列温度条件下NO的平衡浓度。

1）1200K；2）1500K；3）2000K。

解：1）1200K下，Kp=2.8×10^－7。设有xN₂转化为NO，则

解得x=0.00512；故NO平衡浓度为（体积分数）

2）1500K时，同理解得x=0.032

故NO平衡浓度为（体积分数）

3）2000K时，解得x=0.190

故NO平衡浓度为

9.5基于第二节给出的动力学方程，对于t=0.01、0.04和0.1s，估算[NO]/[NO]_e的比值，假定M=70，C=0.5。试问M=70所对应的温度是多少？以K表示。

解：已知

将M=70，C=0.5代入

（1）当t=0.01s时，解得Y=0.313

（2）当t=0.04s时，解得Y=0.811

（3）当t=0.1s时，解得Y=0.988

由，取P=1atm，将M=70代入得T=2409K。

第十章

10.2估算在时，苯和甲苯的混合液体在密闭容器中同空气达到平衡时，顶空气体中苯和甲苯的摩尔分数。已知混合液中苯和甲苯的摩尔分数分别为30%和70%。

解：苯：查表得 A=6.90565 B=1211.0 C=220.8

在时，由安托万方程可计算得到

苯的蒸汽压P₁=182.913mmHg = 0.241atm

同理可得 甲苯的蒸汽压P₂=59.230 mmHg = 0.078atm

因此，

？10.4利用溶剂吸收法处理甲苯废气。已知甲苯浓度为10000mg/m³，气体在标准状态下的流量为20000m³/h，处理后甲苯浓度为150mg/m³，试选择合适的吸收剂，计算吸收剂的用量、吸收塔的高度和塔径。

解：取温度为100^oF=310.8K

进口甲苯浓度：1m³气体中含1000mg，则体积为

，即浓度为2772ppm。

同理可计算出口甲苯浓度为41.6ppm。

《Air Pollution Control Engineering》P366 Example10.14选择C₁₄H₃₀作吸收剂，但本题出口甲苯浓度过低，分压41.6×10^－6atm，小于C₁₄H₃₀100^oF时分压47×10^－6ppm，因此不能选择C₁₄H₃₀，而应该选择蒸汽压更低的吸收剂，此处选择C₁₆H₃₄，在100^oF下蒸汽压约 10×10^－6atm，分子量M=226。

，取x_ibottom=0.8x=0.8×14.3×0.002772=0.032，

因此。

又G=20000m³/h=784.3kmol/h=13.93lb/s=28.8lbmol/min。

故L=0.085G=0.085×28.8=2.45lbmol/min，即吸收剂用量251.2kg/min。

由CRC Handbook of Chemistry查得100^oF下，C₁₆H₃₄，，。；

代入中解得。

由

取75%，则G’=0.56lb/ft².s，故，。

传质单元数

H/P=0.07/1=0.07，HG/PL=0.07/0.085=0.824，1－HG/PL=0.176

代入上式解得N=13.3。

思考题：比较不同生物法控制污染工艺及它们的适用情况。

答：如表所示：

生物法工艺性能比较

VOCs生物净化过程的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动，并将有机物分解为、的过程。

湿式除尘器的设计步骤一般为

(1)收集需处理的废气的有关资料，包括废气流量、废气温度、废气密度、废气中粉尘的浓度、粉尘的密度、粒尘的粒径分布等;当地政府对该污染源下达的粉尘排放标准。

(2)确定要达到的处理效率。

(3)根据废气和粉尘的特点、性质及需要达到的处理效率，选取恰当的湿式除尘设备。

(4)根据工程经验，选取设备的有关参数。

(5)计算各种粒径的粉尘的分级效率，由此得到总去除率，并与要求的除尘效率比较，如达到要求，则继续向下计算，如达不到要求，则重新选择设备参数，再计算分级效率和总除尘效率，直至达到要求为止。

(6)计算设备的其它结构参数。

(7)计算设备的阻力降。

相关数学公式：

拔山一彭泽的经验公式估算液滴体积一表面积平均直径：

VT：喉管气流速度，m/s

s：液体表面张力，N/m

m：液体的粘度，Pa s

rL：液体的密度，kg/m3

QL/QG：同单位

卡尔弗特等人作了一系列简化后提出下式以计算文丘里洗涤器的通过率：