1、矿业环境工程,第二章 矿业大气污染及防治,本章主要内容,概述,矿井污染与防治,矿山粉尘来源及危害,地下矿防尘技术,露天矿防尘技术,矿物加工过程防尘技术,矿山毒气防治技术,主要内容,大气结构与组成,大气污染发生及类型,大气污染的危害,排放标准及监测技术,影响大气污染的因素,2.1 概述-大气结构与组成,大气圈:是地球外圈中最外部的气体圈层,与宇宙空间没有确切的界限。大气污染气象学研究确定上界定为12001400km。大气圈结构:对流层、平流层、中间层、暖层和逸散层。,2.1 概述-大气结构,对流层:大气圈最底层。厚度8-17km,从赤道向两极递减。高纬度地区8-9km,赤道17-18km.特点:
2、1)温度:随高度增加而降低。2)空气对流:对流和湍流运动,上下层空气对流3)气体密度大4)质量占整个大气层的3/4,17km -55oC,2.1 概述-大气结构,平流层:从对流层顶到约55公里高度的大气层。特点:1)温度:层内温度通常随高度的增加而递增。底部温度随高度变化不大。2)空气对流:平流,对流现象减弱。3)基本无水汽,大气透明度高,很少发生天气变化,适于飞机航行。,55km -3oC,30-35km,-55oC,臭氧层,25km,20km,2.1 概述-大气结构,中间层:从平流层顶到约80-85公里高度的大气层。特点:1)温度:层内温度通常随高度的增加而下降。2)空气对流:强烈垂直运动
3、。,80-85km,-3oC,-92oC,2.1 概述-大气结构,暖层:热成层、电离层。从中间层顶到约250或500公里高度的大气层。特点:1)温度:层内温度通常随高度的增加而递增。最高可至1200oC。2)空气:密度小,稀薄,0.05%3)分子、原子动能高,导电性,反射无线电波,声波不能传播。,逸散层:大气层最外层。800公里以上特点:1)动能很高,几乎全部电离。可以摆脱地球引力,逸散到太空。,2.1 概述-大气结构,均质层 N:O不变,非均质层,2.1 概述-大气组成,大气组成:空气:N2,O2,CO2,Ar组成,占99.996%。海平面干燥洁净空气的组成基本不变,物理性质稳定。悬浮微粒:
4、固体和液体颗粒状物质组成。,混合气体、水蒸气、悬浮微粒,变 化,N2(78%)、O2(21%)、Ar(0.9%)、CO2(0.0325%),其他总共约0.01%,2.2 大气污染的发生及类型,由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中,呈现足够的浓度,达到足够的时间,并因此危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。2)大气污染源分类:主要对人工源,1)大气污染:,2.3 大气污染物及危害,大气污染物:系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人类产生有害影响的那些物质。 目前认识到对环境已产生影响的主要大气污染物有:粉尘、硫氧化合物、氮氧化合物、一氧化碳、臭氧、碳氢化合物等,大气污
5、染物,2.3 主要大气污染物及危害,气体污染物,气溶胶污染物,粉尘,烟,雾,1气溶胶状态污染物悬浮于气态介质中的固体或液体粒子所组成的空气分散系统。其直径约为从0.002-100m大小的液滴或固态粒子。2.粉尘:悬浮于气体介质中的小固体粒子。因重力会沉降。3.烟:固态粒子的凝聚性气溶胶。熔融物质挥发后形成的气态物质的冷凝物。如,氧化铅烟,氧化锌烟,氧化钙烟。粉尘与烟界限难以划分,统称为烟尘。4.雾:液态粒子的凝聚性气溶胶。,2.3 主要大气污染物-气溶胶,雾 (fog): 液态分散型和凝集型气溶胶的统称。 烟 (smoke):指烟气,是固态凝集型气溶胶。 尘 (dust): 固体分散性微粒。
6、烟雾: 固液混合的气溶胶,雾、烟、尘的区别,(1)飘尘(3)可吸入粒子PM10PM2.5,100 m,10m,(2)降尘:大于10m,10-100m(4)总悬浮颗粒物(TSP):空气动力学当量直径小于100m的颗粒物。PM100,2.3 主要大气污染物-气溶胶分类,气溶胶污染物,2.3 主要大气污染物及危害,气体污染物 (1)硫的氧化物 通式SOx。SO2和SO3,SO2所以被作为重要的大气污染物,硫酸烟雾和酸雨的形成。,SO2的危害:a)本身毒性不大,动物连续接触30LL的SO2无明显的生理学影响,c) 硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸雨,造成较大危害。,b)阻碍叶面气体交换,影响光合作用,2
7、.3 主要大气污染物危害-硫化物,3)硫酸盐类硫化物不参与燃烧反应,燃烧后多残存于灰中,此种硫化物为非可燃性硫化物。,2.3 主要大气污染物及危害,(2)氮的氧化物 NOX种类很多,它是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等氮氧化物的总称。 大气中NOx的来源 (人为占10%)1)生产、生活中所用的煤、石油等燃料燃烧的产物2)来自生产或使用硝酸的工厂排放的废气,硝酸厂、氮肥厂、金属冶炼厂3)更主要的来源则是燃料高温燃烧过程,如机动车、柴油车尾气。下列反应所产生: N2+O22NO 吸热 1/2N2+O2 NO+O N2+O NO+N NO+1/2O2 NO2 放热 城市大气中的NO
8、x一般2/3来自汽车等流动源的排放,1/3来自固定源的排放,2.3 主要大气污染物危害-氮氧化物,氮氧化物的危害:1)NO:毒性不大,对人体无害2)NO2:红褐色气体,毒性是NO的5倍;易溶于水,具有腐蚀性和生理刺激作用。 a) NO2降低远方的亮度和反差,损害植物,引起农作物减产 b) N02的浓度高时(1.9*10-6, 10min),能引起急性呼吸道病变。 c)中毒具有潜伏期,6-24h后发作,出现黄褐色斑点,咳嗽、头痛、呕吐甚至死亡。 d) 与SO3,O3进行光化学反应,形成光化学烟雾,毒性更大,2.3 主要大气污染物危害-氮氧化物,氮氧化物的危害:,(3)碳的氧化物COx,主要包括:
9、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。来源:1)CO2是大气中的正常组分,完全燃烧产生。2)CO产生于含碳物质的不完全燃烧。主要来源于燃料的燃烧和加工、汽车排气。 危害CO缺氧死亡(空气中含量0.1%);可燃烧,浓度13-75%可爆炸。CO2令人窒息死亡(6%);温室效应,2.3 主要大气污染物危害-碳氧化物,(4)碳氢化合物(CmHn)包括烷烃、烯烃和芳烃等复杂多样的含碳和氢的化合物。来源1)生物活动产生的。其中甲烷(CH4)占的比重较高,有些植物产生挥发性的萜烯和异戊二烯,它们都是复杂的环烃。具有爆炸性。2)人为排放主要来源是石油燃料的不充分燃烧过程和蒸发过程,其中汽车排放量也占有相当的比
10、重,石油炼制、化工生产等也产生多种类型的碳氢化合物。危害城市空气中碳氢化合物虽然对健康无害,但能导致生成有害的光化学烟雾。苯,损伤造血和神经器官;多环芳烃,有毒、致癌,2.3 主要大气污染物危害-碳氢化合物,2.3 大气污染的危害,1.对人体的危害:表面接触、摄入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气主要表现:1)有毒粉尘和非金属粉尘导致中毒性死亡。 2)SO2、NO2影响呼吸器官,O3、苯及同系物、氟化物、铅蒸汽、汞蒸汽2.对植物的危害:农林生产影响主要表现: 1)SO2影响植物光合作用,腐蚀叶片2)F- 与 SO2影响相似,对幼牙、幼叶影响更大 3)O3 烟草主要影响4)NOx高浓度使植物叶
11、片脱落、衰老5)Cl2、HCl 影响碳水化合物代谢平衡和蛋白质合成3.对局部天气和全球性气候影响1)温室效应加剧2)臭氧层被破坏3)酸雨蔓延,目的:保障人体健康,维护生态平衡,保护各种资源, 控制环境污染,改善环境质量和促进经济发展,2.4.1 环境标准及体系,一、制定环境标准的目的,2.4 大气污染物排放标准及监测技术,为了要贯彻执行环境保护法规和方针政策,需要通过一系列环境标准去指标化,定量化,具体化,二、环境标准的种类 (一) 按环境标准体系分类 1.环境质量标准(国家标准及地方标准) 2.污染物排放标准(国家标准及地方标准) 3.基础方法标准 (1)基础标准(只有国家标准) (2)方法
12、标准(只有国家标准) (3)环境标准物质标准(只有国家标准) (4)仪器、设备标准 4.污染警报标准,2.4 大气污染物排放标准-标准,1.环境质量标准(国家标准及地方标准) 环境标准体系中的主体 作用:评价各地的环境质量好环的标尺 环保政策目标 制定污染物(或有害因素)排放标准的依据 例: 大气环境质量标准(GB309582/1996/2012)、 地面水环境质量标准(GB3838-88)、 生活饮水水质标准(GB574985)等,2.4 大气污染物排放标准-标准,2污染物排放标准(国家标准及地方标准) 实现环境质量标准的手段 是为了实现环境目标,结合技术、经济条件和环境特点,对排入环境的污
13、染物(或有害因素)所作的控制规定。,2.4 大气污染物排放标准-标准,3.基础方法标准(1)基础标准 制定其他环境保护标准的基础是对环保中涉及的名词、术语,符号,标记、方法、标准编排方式等的统一规定(2)方法标准 是对污染物的分析、取样方法、实验操作规程、模拟公式的选用以及标准的制定原则和程序等而制定的规定,2.4 大气污染物排放标准-标准,二、环境标准的种类 (二)按对象环境要素分类 (1)大气环境标准; (2)水环境标准, (3)土壤环境标准 (4)生物环境标准(有食品、原粮的卫生标准),2.4 大气污染物排放标准-标准,二、环境标准的种类 (三) 按我国环境标准的层次分类 (1)国家标准
14、, (2)地方标准 (3)行业标准,2.4 大气污染物排放标准-标准,三、大气环境标准:1大气环境质量标准(GB309582/96/2012)2大气中有害物质的最高容许浓度标准(TJ3679)3污染物向大气排放标准4未列入标准的物质最高允许浓度的估算,2.4 大气污染物排放标准-标准,1大气环境质量标准(GB3095-2012)(1)标准的分级大气环境质量标准分为以下三级;一级标准 为保护自然生态和人群健康,在长期接触情况下,不发生任何危害影响的空气质量要求二级标准 为保护人群健康和城市,乡村的动、植物在长期和短期接触情况下,不发生伤害的空气质量要求 三级标准 为保护人群不发生急、慢性中毒和城
15、市一般动、植物(敏感者除外)正常生长的空气质量要求,2.4 大气污染物排放标准-标准,(2)大气环境质量区的划分一类区 国家规定的自然保护区、风景游览区、名胜古迹和疗养地等二类区 城市规划中确定的居民区、商业交通居民混合区、文化区,名胜古迹和广大农村等三类区 大气污染程度较重的城镇和工业区、城市交通枢纽、干线等(2016年后取消三类区,并入二类区) 各类环境空气功能区的范围由县级以上(含县级) 人民政府环境保护主管行政部门划分,报本级人民政府批准实施。,2.4 大气污染物排放标准-标准,(2)大气环境质量区的划分 各类大气环境质量区执行标准的级别规定如下: 一类区一般执行一级标准; 二类区一般
16、执行二级标准; 三类区一般执行三级标准。凡位于二类区内的工业企业,应执行二级标准;凡位于三类区内的非规划的居民区,应执行三级标准。三级标准为任何大气环境必须达到的起码标准2016年后,二级标准为为任何大气环境必须达到的起码标准,2.4 大气污染物排放标准-标准,(3) 监测方法 大气监测中的布点、采样,分析、数据处理等具体方法和工作程序,按国务院环境保护领导小组办公室颁布的环境监测标准分析方法(试行) 的有关规定进行,(4) 标准的实施与管理 各级标准由地方确定其达标期限,并制定实现的规划,2.4 大气污染物排放标准-标准,2大气中有害物质的最高容许浓度标准(TJ3679)(1)居住区大气中有
17、害物质的最高容许浓度 (2)车间空气中有害物质的最高容许浓度,3污染物向大气排放标准(1) 锅炉烟尘排放标准(GB384l83) 该标准适用于生产用,采暖用,生活用锅炉,不适用于电站锅炉(2) 工业炉窑烟尘排放标准(GB907888)(3) 十三类有害物质的排放标准 (GBJ4-73),2.4 大气污染物排放标准-标准,4未列入标准的物质最高允许浓度的估算 (1)参考国外标准 (2)从公式估算 (3)直接做毒理试验再估算,2.4 大气污染物排放标准-标准,2.4.2 大气污染物排放浓度限制1. 空气污染物的浓度限制-GB3095-2012,2.4 大气污染物排放标准-标准,1. 需要检测的污染
18、物种类和浓度;2. 规定污染物的监测、分析方法3. 为环境空气质量评价、管理提供依据。,2.4.2 污染物排放浓度限制1. 空气污染物的浓度限制-GB3095-2012,2.4 大气污染物排放标准-标准,2.4.2 大气污染物排放浓度限制大气污染物综合排放标准-GB16297-1996 规定了33种大气污染物的排放限值。适用于现有污染源大气污染物的排放。适用于企业,2.4 大气污染物排放标准-标准,表2 大气污染物特别排放限值,2.4.2 大气污染物排放浓度限制1. 大气污染物综合排放标准-GB16297-19962. 规定了33种大气污染物的排放限值。3. 适用于现有污染源大气污染物的排放。
19、适用于企业,2.4 大气污染物排放标准-标准,2.5 大气污染物的监测技术,一天内的空气污染趋势,2.4.3 大气污染物监测技术监测站监测网点设置监测方法与仪器,1)大气本底监测:是指远离城镇和工业区而不受局部污染影响的大气平均污染状况。,不同类型本底监测站的功能和项目,2.5 大气污染物的监测技术,2)监测网点的设置主要考虑因素:1)污染源的相对位置2)受体的位置3)源排放的速率和动态4)气象因素5)人口分布6)土地利用规划7)已知的空气污染地域和已颁布的污染物环境标准等。,2.5 大气污染物的监测技术,采样点的布设是大气污染监测的一项重要工作布点的基本原则:代表性(地点、时间)(1)点位应
20、包括整个监测地区的高、中、低浓度三个不同地方(2)污染源集中,主导风向明显,下风向为主要监测范围,应多布点,上风向布较少点作对照(3)工业集中的城区、工矿区布点要多,郊区、农村可少些(4)人口密度大的布点要多,密度小的可少些(5)超标地区布点要多,未超标可少些,大气监测采样点的布设,污染地区多布点,采样点数量取定于:监测范围大小、人口数量、污染源分布状况等 表2-42. 采样点的布设方法(1) 功能区布点法(2) 网格布点法(3) 同心圆布点法(4) 扇形布点法,网格布点法,扇形布点法,同心圆布点法,大气监测采样点的布设,只有了解污染源的污染特点,才能为某种目的正确选择采样点,3)测定大气污染
21、物的适用方法和仪器监测项目:灰尘、SO2,CmHn,CO, NOx,臭氧。方法的发展趋势:快速、灵敏、连续自动的监测网络化方向发展。,大气监测方法及设备,2.5 大气污染物的监测技术-极限值,二氧化硫的分析测试方法,氮氧化物(NOx)的测定,GB8969-88中氮氧化物的测定使用盐酸萘乙二胺比色法(空气质量标准)。,特点:采样和显色同时进行,操作简便,灵敏度高,是国内外普遍采用的方法。可分别测定NO、NO2、和NOx总量。,用冰醋酸、对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺配制成吸收-显色液,吸收氮氧化物,在三氧化铬作用下,一氧化氮被氧化成二氧化氮,二氧化氮与吸收液作用生成亚硝酸,在冰醋酸存在下,亚硝酸与对
22、氨基苯磺酸重氮化后再与盐酸萘乙二胺偶合,显玫瑰红色,于波长540nm处,测定吸光度,同时以试剂空白作参比。本法可测5500g/m的氮氧化物,用此法最后测定的是溶液亚硝酸盐的量,在吸收液中并不能将气样里的NO2气体全部转化为亚硝酸盐,这里存在着一个转换系数K。不少学者研究认为K应在0.72-0.76之间,而世界卫生组织全球监测系统推荐值为0.74。所以计算时需除以该系数。,盐酸萘乙二胺分光光度法,测定氮氧化物(NOx)的化学分析法,测定大气污染物的适用方法和仪器,测定大气污染物的适用方法和仪器,2.5 大气污染物的监测技术,上述方法仪器可以归为三类:1)便携式仪器2)实验室仪器3)多项或单项自动连续检测装置,原子吸收光谱,微波辐射计,粉尘检测仪,2.5 影响大气污染的因素,1. 风 最高风向频率的下风区受污染的次数最多。风向、风速2.大气湍流3.逆温层:山谷风、海陆风气温垂直递减率:在地表上方沿着垂直方向,高度每上升100m时气温的变化值。(标准情况),4. 大气稳定度大气稳定度:大气中某一高度的一团空气在垂直方向上稳定的程度。强不稳定(A)、不稳定(B)、弱不稳定、中性(D)、较稳定(E)、稳定(F)。,课后作业,查阅关于空气污染指数的相关知识。(API),