1、1环境污染治理与节能减排课程提纲 一、环境科学与环境工程学在环境科学领域里，从其功能和作用的角度看，所谓环境就是人类或生物生存所需要的条件和各种物质资源的总和，即相对于某一中心体的全部客体及其相互关系。二、环境工程学的主要内容：水质净化与水污染控制工程；大气污染控制工程；固体废弃物处理处置与管理工程；噪声、振动与其它公害防治技术；环境规划、管理和环境系统工程；环境监测与环境质量评价。第一章 环境问题所谓环境问题，是指人类为其自身生存和发展，在利用和改造自然界的过程中，对自然环境破坏和污染所产生的危害人类生存的各种负反馈效应。一、环境问题的产生及发展过程二、环境问题的启示（可持续发展）：环境是人
2、类生存所依赖的资源库；环境问题的产生是人类社会发展的产物；人类面临的环境问题是相互联系相互制约的；环境问题发展和变化的关键是人类。三、全球性环境问题及危害的剖析臭氧层破坏、温室效应、酸雨、烟雾事件和有毒物质的污染这五个环境问题在整个环境问题群中占有极其重要的位置，因而被认为是五大全球性环境问题（三大全球性环境问题） 。（一）臭氧层的破坏及其危害大气根据其温度随高度的变化可分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层（外层） 。臭氧在保护地球生态环境中起着重要作用：1.它是太阳紫外辐射的一种过滤器，像保护伞一样，保护着地球上的所有生物和人类免遭伤害。2.臭氧对调节地球气温也有重要作用（属于温室
3、气体） 。臭氧层破坏原因：人类活动排放的消耗臭氧层物质（全氯氟烃和含溴氟烷）到达平流层，使 O3 不断被损耗。臭氧层的破坏会以多种方式深刻地影响着全球的生态环境：UV-B 辐射量的增加会对农业生产造成不利影响；UV-B 辐射量的增加对水生生物产生有害影响（将减少浮游生物的产量，影响食物链和整个水生生态系统）；UV-B 辐射量的增加危害人类健康（晒斑、眼疾病、皮肤癌、免疫系统变化等）。臭氧层破坏的应付措施与策略：1.开发消耗臭氧层物质的替代技术（氨制冷技术）；2.制定淘汰消耗臭氧层物质的措施（绿色冰箱标志）；3.开展淘汰消耗臭氧层物质国际行动。（二）温室效应及其变化趋势存在于大气中的某些痕量物质
4、和存在于对流层中的臭氧具有吸收太阳能在近地表面的长波辐射从而使大气增温的作用，称之为温室效应。具有这种作用的气体称之为温室气体。二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氟利昂和臭氧是对气候变暖贡献最为显著的 5 种大气成分。气候变化对自然界和人类的影响主要表现在以下几个方面：1.雪盖和冰川面积减少；2.海平面上升（岛屿）；3.降水格局发生变化；4.导致气候灾害事件发生（干旱）；5.影响人类健康（疾病）；6.影响农业和自然生态系统。反应措施与策略(控制气候变化的途径 )：控制温室气体排放：改变能源结构，控制化石燃料使用量，增加核能和可再生能源使用比例；提高发电和其他能源转换部门的效率；提高工业生产部门的能源使
5、用效率，降低单位产品能耗；提高建筑采暖等民用能源效率；提高交通部门的能源效率；减少森林植被的破坏，控制水田和垃圾填埋场排放甲烷等，由此来控制和减少二氧化碳等温室气体的排放量。增加温室气体吸收：主要途径有植树造林和采用固碳技术等。固碳技术是指把燃烧气体中的二氧化碳分离、回收，然后注入深海或地下，或者通过化学、物理及生物方法固定。2适应气候变化：主要措施有培育新的农作物品种，调整农业生产结构，规划和建设防止海岸侵蚀的工程等。（三）酸雨和环境酸化范围扩大被称为“空中死神”的酸雨（Acid rain）是指 pH 值小于 5.6 的雨、雪或其他形式的大气降水（如雾、露、霜），是一种大气污染现象。酸雨是大
6、气污染的结果，是硫氧化物和氮氧化物在大气或水滴中转化为硫酸和硝酸等所致，我国当前的酸雨属硫酸型酸雨。酸雨的危害：使淡水湖泊、河流酸化，湖水中鱼类减少；影响土壤特性；影响森林生长；腐蚀建筑材料及金属结构；影响人体健康。控制措施与策略(控制致酸前体物排放和酸雨的主要途径 )有：对原煤进行洗选加工，减少煤炭中的硫含量；优先开发和使用各种低硫燃料；改进燃烧技术，减少燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生量；改进汽车发动机技术，安装尾气净化装置，减少氮氧化物的排放。第二章 水污染控制工程一、概论1.污水的来源及分类污水是生活污水、工业废水、被污染的降水和流入排水管渠的其他污染水的统称。2.污水的水质指标（1
7、）生化需氧量(BOD) 表示在有氧条件下，好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的游离氧的数量，单位为 mg/L。（2）化学需氧量(COD) 表示用化学氧化剂氧化单位体积水中有机污染物所消耗的氧化剂量，常用单位为 mg/L。（3）悬浮物；（4）总需氧量；（5）总有机碳；（6）有毒物质；（7）pH 值；（8）温度；（9）大肠菌群数；（10）其它：浑浊度、颜色、比电导、碱度、硬度。3.水质标准：水环境保护标准主要可分为水域水质标准和排水水质标准两大类。二、水体污染与水体自净1.水体污染水体是指地表被水覆盖的自然综合体，是河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋、冰川等的总称。水体污染是指排入水体的
8、污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量和水体的环境容量，从而导致水体中的水产生了物理和化学上的变化，破坏了水体中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在经济发展和人民生活中的作用。根据污染物的物理、化学、生物学性质及其污染特性，水体中的污染物主要包括以下几类：无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物。2.水体自净：水体能够在其环境容量的范围内，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入的污染物质的浓度随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低，这就是水体的自净作用。水体自净过程按其机理可分为：物理过程、化学及物理化学过程、生物化学过程。水体富营养化是指氮、磷等大量物质进入湖泊、水库及海
9、湾等缓流水体，促进水生生物异常繁殖，主要是各种藻类的大量繁殖，将造成水中溶解氧的急剧变化。藻类的呼吸作用和其尸体的分解作用可使水体在一定时间内处于严重缺氧状态，严重影响水中动物、鱼类生存。二、水处理的基本原则与基本方法1.污水处理的基本原则2.污水处理的基本方法现代污水处理技术，按其原理可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。生物化学处理法：利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定3的无害物质。主要方法包括好氧氧化法（利用好氧微生物的作用）和厌氧还原法（利用厌氧微生物的作用） 。四、水质的预处理水质的预处理是针对后续处理而言的。它的任务是去除大块漂浮物质，稳定
10、水质，均化调节，减轻后续处理负荷。常用的技术有筛滤、截留、调节、沉淀等。五、好氧生物处理（活性污泥法）生物处理就是利用微生物分解氧化有机物的这一功能，采取一定的人工措施，创造有利于微生物的生长、繁殖的环境，使微生物大量繁殖，以提高其分解氧化有机物效率的一种废水处理的方法。生物处理法分为好氧和厌氧两大类。活性污泥法是水体自净的人工化，是使生物群体在反应器（曝气池）内呈悬浮状，并与废水接触而使之净化的方法。活性污泥法就是以活性污泥为主体的废水处理法。活性污泥法是目前有机废水生物处理的主要方法，主要构筑物是曝气池和二次沉淀池。活性污泥法是一种好氧生物处理的方法。好氧微生物在氧化有机物时需要一定数量的
11、氧，因此，必须在处理过程中提供充足的氧，所谓曝气就是往水中打入空气或利用机械搅拌的作用使空气中的氧溶入水中。活性污泥法是目前工作效率最高的人工生物处理法。六、污泥的处理与综合利用污泥的综合利用1 用作肥料；2 工业原料及产品；3 污泥气利用；4 其他用途：作建筑材料（制砖与制纤维板材） ；沉渣利用；有机污泥利用。土壤中的微生物将有机物分解为简单无机物的过程称为降解过程。七、废水的深度处理与再用根据对污水的处理程度不同，污水处理可分为一级（包括预处理） 、二级和三级（深度处理） 。一级处理主要是去除污水中漂浮物和部分悬浮状态的污染物质，调节 pH 值，减轻废水的腐化程度和后续处理的工艺负荷。二级
12、处理的主要任务是大幅度去除污水中呈胶体和溶解状态的有机物，采用的方法主要是以生化处理作为二级处理的主要工艺，即活性污泥法深度处理就是用于除去那些在常规二级处理过程中未被去除的和去除不够的污染物，以使出水在排放时符合受纳水体的水质标准，在再用时符合具体用途的水质标准。第三章 大气污染控制工程一、概论（一）大气污染1.大气污染的定义按照国际标准化组织对大气和空气的定义：大气（atmosphere ）是指环绕地球的全部空气的总和；环境空气（ambient air ）是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气。大气污染是指分散在空气中的有害气体和颗粒物质，累积到超过空气自净化过程（稀释、扩散、沉
13、降等作用）所能降低的程度，在一定的持续时间内有害于生物及非生物。按照大气污染的范围来分，大致可分为四类：局部地区污染，局限于小范围的大气污染，如受到某些烟囱排气的直接影响；地区性污染，涉及到一个地区的大气污染，如工业区及其附近地区或整个城市大气受到污染；广域性污染，涉及到比一个地区或大城市更广泛地区的大气污染；全球性污染，涉及到全球范围或国际性的大气污染。在我国的环境空气质量标准中，根据粉尘颗粒的大小，将其分为总悬浮颗粒物（total suspended particles）和可吸入颗粒物（inhalable particles） 。总悬浮颗粒物（ TSP）是指能悬浮在空气中，空气动力学当量直
14、径100um 的颗粒物。可吸入颗粒物(PM10)是指悬浮在空气中空气动力学当量直径10um4的颗粒物。气体状态污染物是以分子状态存在的污染物，简称气态污染物。气态污染物可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物也称原发性污染物，是指从污染源直接排入大气中的原始污染物；二次污染物也称继发性污染物，是指一次污染物进入大气后经过一系列大气化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物。大气污染物的来源可分为自然污染源和人为污染源两类，大气污染源又可概括为三方面：燃料燃烧、工业生产和交通运输。大气圈及其垂直结构：自然地理学把受地心引力而随地球旋转的大气叫做大气圈。世界气象组织（WMO）根据大气温度
15、垂直分布特点，将大气分为：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。世界八大公害事件：马斯河谷事件多诺拉事件洛杉矶光化学烟雾事件伦敦烟雾事件四日市哮喘病事件水俣病事件骨痛病事件米糠油事件。2.我国大气污染的现状我国是世界上大气污染最严重的国家之一，大气污染是我国环境问题中的一个主要问题，我国大气污染以煤烟型污染为主，尘和酸雨危害最大，污染程度在加重，全国城市大气环境污染北方重于南方城市，全国大城市汽车尾气污染趋势加重，氮氧化物已成为少数大城市大气中的首要污染物，酸雨主要分布于长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地。我国大气污染产生的原因：燃煤是形成我国大气污染的主要原因；交通运输发展速度快；工业化起
16、点低，生产规模小；历史欠帐多，投资困难大；已有控制技术推广应用不够。控制我国大气污染的途径：大力加强工业企业技术改造；推行有利于大气污染控制的能源政策；积极推广应用已有的污染控制技术。采取控制大气污染的经济政策；高烟囱扩散稀释。绿化造林。加强环境管理，安装废气净化装置。实施清洁生产。 （清洁生产主要包括以下内容：清洁的能源、清洁的生产过程和清洁的产品） 。（二）环境空气质量控制标准环境空气质量控制标准按其用途可分为环境空气质量标准、大气污染物排放标准、大气污染控制技术标准及大气污染警报标准。按其使用范围可分为国家标准、地方标准和行业标准。此外，我国还实行了大中城市空气污染指数报告制度。二、燃烧
17、与大气污染1 燃料及燃烧过程燃料按其物理状态分为固体、液体和气体三类。煤是最重要的固体燃料，根据炭化程度的不同，可将煤分为四大类，即泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤。煤的化学组成通常用 C、H、O、N、S 等元素及灰分 A 和水分 W 的百分数来表示。新能源：太阳能、沼气、风能、潮汐能、地热能、氢能。燃料完全燃烧必须具备四个条件：适量的空气、足够的温度、必要的燃烧时间、燃料与空气的充分混合。温度（Temperature） 、时间（ Time）和湍流（Turbulence ）通常称为燃烧过程的“三 T”，是有效燃烧的基本条件。燃烧污染物的形成与控制：燃料燃烧过程产生的大气污染物主要是烟尘、硫氧化物、氮氧
18、化物和一氧化碳等。控制燃烧产生 SO2 的措施主要有：清洁生产工艺、采用低硫燃料、燃料脱硫、高烟囱扩散稀释和烟气脱硫等。燃烧过程形成的 NOx 分为两类：一类是燃料中的固定氮生成的 NOx，称为燃料型 NOx；一类是大气中的氮在高温下被氧化生成的，称为热力型 NOx。降低燃烧温度，减少烟气在高温区停留时间，有利于降低烟气中 NOx 浓度，减少对 NOx 大气的污染。三、污染气象学基础知识1.主要气象要素表示大气状态的物理量和物理现象，称为气象要素。主要包括：日照、气压、气温、湿度、降水、5蒸发、风、能见度、云等天气现象。气温表示大气温度的物理量，它反映了某一条件下空气分子平均动能的大小。空气的
19、水平运动形成风，风是矢量，由风向与风速组成，风向是指风的来向，可用 8 个方位或 16 个方位表示。能见度是指大气的清洁程度，常以视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出的目标物的最大水平距离表示，单位为米或千米，能见度的大小反映了大气透明或混浊的程度。降水是指从大气中降落至地面的液态或固态水的通称，如雨、雪等，降水量是指从大气中降落至地面未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的水层厚度，降水是清除大气污染物的重要机制之一。2.大气污染与气象的关系污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。污染系数也可以绘制成污染系数玫瑰图。污染系数越大，其下风方向污染越严重。在做工业区规划时，应将
20、其安排在污染系数最小方位的上风向。这样，其下风侧的污染最轻。四、除尘技术基础1.粉尘的粒径和粒径分布表示颗粒的大小的代表性尺寸称为粒径。粉尘粒径分布是指某种粉尘中，不同粒径大小的颗粒所占的百分比例，也称粉尘分散度。2.粉尘的物理性质粉尘的形状及形状系数：球形度是表示非球形单一颗粒粒子的形状指数，定义为与颗粒体积相等的球的表面积与实际颗粒表面积之比。粉尘的密度：粉尘的密度定义为单位体积粉尘的质量。若单位体积不包括粉尘尘粒间的空隙和尘粒内部的空隙体积，即以粉尘的真实体积所求得的密度称为粉尘的真密度，用符号 P 表示，其单位为 kg/m3。粉尘的比表面积：定义为单位体积或质量粉尘所具有的表面积。粉尘
21、的润湿性：粉尘粒子与液体附着的难易程度称为粉尘的润湿性。粉尘的导电性：粉尘荷电量的大小及电性，除取决于粉尘的化学组成、表面积和含水率外，还取决于粉尘外部的荷电条件。粉尘的流动性：粉尘的流动性可以通过粉尘的安息角来衡量。粉尘自漏斗连续落到水平面上堆积成的圆锥体的母线与水平面的夹角称为粉尘的安息角（静止角或堆积角） 。测量方法：排除法、注入法、倾斜法。粉尘的粘附性：粉尘颗粒附在固体表面上，或尘粒彼此相互附着的现象称为粘附性。粉尘的爆炸性：可燃性悬浮粉尘在可能引起爆炸的浓度范围与空气混合，当有能量足够的火源时就会发生爆炸。粉尘的磨损性：是指粉尘在流动过程中对器壁或管壁的磨损性能。粉尘的放射性。 3.
22、除尘装置的分类和性能根据除尘机理的不同，除尘装置一般可分为以下几种类型：机械式除尘器，洗涤式除尘器，过滤式除尘器，电除尘器。除尘装置的性能可用技术指标和经济指标来评价。技术指标主要为处理气体流量、除尘效率和压力损失。经济指标主要为装置的基建投资与运行管理费用、装置的占地面积和使用寿命等。处理气体流量：代表装置处理气体能力大小的指标，以体积流量 Q 表示，单位为 m3/s 或 m3/h。压力损失：指除尘装置的进口和出口气流的全压之差，它是表示除尘器能量消耗大小的一个主要指标。除尘效率：表示除尘器捕集粉尘效果的重要技术指标，是指同一时间内，除尘装置去除的污染物数量与进入装置的污染物数量之比，一般以
23、百分数表示。6五、机械式除尘器机械式除尘器是以质量力（重力、惯性力和离心力等）为主要除尘机制的除尘器，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。1.重力沉降室：当含尘气流通过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，使大而重的尘粒以其沉降速度缓慢落至沉降室底部。2.惯性除尘器：惯性除尘器是使含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用使其与气流分离的装置。3.旋风除尘器：使含尘气体作旋转运动，借作用于尘粒上的离心力把尘粒从气体中分离出来的装置。六、袋式除尘器袋式除尘器是过滤式除尘器的一种，它是利用多孔纤维材料的过滤作用将含尘气体中的粉尘过滤出去的。袋式除尘器的优点：除
24、尘效率高，特别是对微细粉尘也有较高的效率，一般可达 99%以上；适应性强，可捕集不同性质的粉尘；使用灵活，处理气体量可由每小时数百立方米到每小时数十万立方米；结构简单；工作稳定，便于回收干料，没有污泥处理、腐蚀等问题，维修简单。袋式除尘器的缺点：应用范围主要受滤料的耐高温、耐腐蚀性等性能的局限（烧袋） ；不宜用于捕集粘结性强及吸湿性强的粉尘，特别是烟气温度不能低于露点温度（糊袋） ；处理风量大时，占地面积较大。袋式除尘器的除尘机制：筛滤作用、惯性碰撞作用、拦截作用、扩散作用、静电作用、重力沉降作用。七、电除尘器电除尘器是利用电场力的作用清除含尘气体中固体或液体粒子的除尘装置，电除尘器的放电极（
25、又称电晕极）和集尘极（又称降尘极）接于高压直流电源，当含尘气体通过两极间非均匀电场时，在放电极周围强电场作用下，气体首先被电离，并使粉尘粒子荷电，荷电后的粉尘粒子在电场力的作用下移向集尘极，从而达到除尘的目的。电除尘器的型式多种多样，从其结构看，一般包括以下几个主要部分：电晕电极、集尘电极、电晕极和集尘极的清灰装置、气流分布装置、壳体、高压瓷瓶的保温箱、输灰装置及供电装置等。电除尘器可以根据不同的特点，分成不同的类型：1.根据集尘电极的形式，可分为管式电除尘器和板式电除尘器。2.根据气流流动的方式，可分为立式电除尘器和卧式电除尘器。3.按集尘极和电晕极在除尘器空间配置不同，可分为单区电除尘器和
26、双区电除尘器。4.按放电极采用的极性可分为正电晕除尘器和负电晕除尘器。5.按集尘极上的清灰方式可分为干式电除尘器、湿式电除尘器和半湿式电除尘器。八、湿式除尘器湿式除尘器是利用洗涤水或其他液体与含尘气体互相接触实现分离捕集粉尘粒子的装置。它是基于含尘气体与液体接触，借助于惯性碰撞、扩散等机理，将粉尘予以捕集。在湿式除尘器中，水与含尘气体的接触大致有三种形式：1.水滴：由于机械喷雾或其他方法使水形成大小不同的水滴，分散于气体中成为捕尘体，例如喷淋塔、文氏管除尘器等。2.水膜：这是在捕尘表面形成水膜，气体中的粉尘由于惯性、离心力等作用而撞击到水膜中，例如旋风水膜除尘器，填充式洗涤器等。其分离原理与干式旋风除尘器或颗粒层除尘器相同。3.气泡：水与气体以气泡形式，接触主要发生于泡沫除尘器中。
