【化学课件】有害气体排放与控制课件

有害气体排放与控制本课件系统介绍大气中有害气体的排放与控制技术，涵盖污染源分析、环境影响评估、监测技术及治理措施等核心内容有害气体定义污染物特征存在形态有害气体是指由人类活动包括气态化合物和悬浮在或自然过程排放到大气空气中的微小颗粒物，具中，对环境和人体健康产有复杂的物理化学性质和生不利影响的化学物质环境行为危害特性主要有害气体种类无机污染气体有机污染物与颗粒物二氧化硫（）主要来源于燃煤和工业生产，具有强烈刺激挥发性有机化合物（）包括苯系物、醛类等，来源广泛SO₂VOCs性气味一氧化碳（）是不完全燃烧的产物，无色无味但且种类繁多它们在大气中发生复杂的光化学反应CO毒性极强颗粒物和是空气中的固体或液体微粒，粒径越小PM

2.5PM10氮氧化物（）包括一氧化氮和二氧化氮，是机动车尾气和对健康危害越大，能够深入呼吸系统深部NOₓ高温燃烧的主要产物，参与光化学烟雾形成世界范围主要污染气体统计亿吨万吨19500全球排放全球排放SO₂NOₓ年全球二氧化硫年排放量，氮氧化物年排放总量，交通运输和2023主要来源于燃煤发电和工业生产工业燃烧是主要贡献源85%发展中国家占比发展中国家在全球污染气体排放中的比重持续上升中国典型污染气体现状有害气体发生的主要来源工业排放源交通运输源废物处理源燃煤火电厂是和机动车尾气排放、垃圾焚烧和化工生产SO₂CO的最大排放源，和，是城过程释放多种有机污NOₓNOₓVOCs钢铁冶炼过程产生大市地区空气污染的重染物和有毒气体量颗粒物和有害气体要来源工业源排放数据燃煤电厂钢铁行业排放占全国总量排放约占全国NOₓ45%SO₂20%•装机容量超10亿千瓦•粗钢产量全球第一•单机组排放强度持续下降•超低排放改造加速推进建材行业石化行业颗粒物排放贡献突出排放占工业源VOCs35%•水泥、玻璃等传统行业•原料储存和工艺过程逸散•无组织排放治理重点•治理技术不断升级交通源排放分析重型柴油车虽然数量占比仅，但排放贡献率超过，是移动源4%NOₓ60%污染控制的重点对象乘用车规模大型城市机动车保有量达万辆（年），年增长率约64002023，排放总量持续上升8%燃料质量国六汽柴油标准全面实施，燃料硫含量降至以下，有效10ppm减少尾气污染物排放生活源与农业源居民生活煤炭取暖和烹饪活动排放和颗粒物，冬季供暖期污染贡VOCs献显著农业活动秸秆焚烧产生大量颗粒物，畜禽养殖排放氨气促进二次颗粒物生成生物源植物排放天然，在高温强光条件下参与光化学反应形成VOCs臭氧有害气体化学性质与反应二氧化硫反应氮氧化物转化在大气中被氧化生成，在阳光照射下与发生SO₂SO₃NOₓVOCs进一步与水汽结合形成硫酸雾，光化学反应，生成臭氧和二次有是酸雨形成的主要机制反应速机气溶胶这一过程是城市光化率受湿度、温度和催化剂浓度影学烟雾形成的关键步骤响颗粒物演化气态前体物通过凝核、凝结等过程转化为二次颗粒物硫酸盐、硝酸盐和有机物是的主要化学组分PM

2.5有害气体的环境危害生态系统损害能见度影响有害气体破坏植物叶表蜡质层，影响光合酸雨形成机制细颗粒物散射和吸收可见光，导致大气能作用效率长期暴露导致森林衰退，农作SO₂和NOₓ在大气中氧化形成硫酸和硝见度显著下降重污染期间能见度可降至1物减产，生物多样性减少酸，降低降水pH值至

5.6以下，对水体、公里以下，严重影响交通安全土壤和植被造成酸化损害，破坏生态平衡健康影响急性呼吸道症状刺激鼻咽和支气管黏膜SO₂心血管系统影响细颗粒物进入血液循环神经系统损害铅、汞等重金属污染物致癌风险增加4苯并芘等多环芳烃和臭氧能够损伤肺部组织，诱发哮喘和慢性阻塞性肺病可穿透肺泡壁进入血液，增加心血管疾病和肺癌风险NOₓPM

2.5温室效应与全球变暖温室气体排放辐射平衡改变、、等温室气体浓度持地球表面吸收太阳辐射增加，向外散CO₂CH₄N₂O续上升，增强大气保温效应发长波辐射受阻气候模式变化全球气温上升极端天气事件频发，降水分布改变，近年全球平均气温上升

300.2℃/10生态系统面临严峻挑战年，极地冰川融化加速典型污染事件案例伦敦烟雾事件洛杉矶光化学烟雾年月伦敦发生严重烟雾事件，持续天的逆温天气导致洛杉矶独特的地理环境和气候条件导致严重的光化学烟雾污1952125污染物大量积聚大气中浓度达到，能见度染夏季臭氧浓度高峰期可持续天以上，最高值超过SO₂3000μg/m³30降至几米600μg/m³事件直接导致万人死亡，数万人呼吸系统疾病加重这一机动车尾气中的和在强烈阳光照射下发生光化学反

1.2NOₓVOCs事件成为现代环境保护运动的重要起点，推动了《清洁空气应，形成二次污染物该事件促进了汽车尾气控制技术的快速法》的制定发展有害气体迁移与转化水平扩散风力驱动污染物水平传输，影响范围可达数百公里垂直混合大气湍流促进污染物垂直扩散，混合层高度决定稀释能力沉降过程干沉降和湿沉降去除大气中的污染物，但效率有限污染物在大气中的迁移受气象条件强烈影响逆温层阻止垂直扩散，静风天气减缓水平传输，导致污染物浓度快速积累，形成重污染天气空气中污染物的自净机制稀释作用大气混合和扩散将污染物浓度降低，但总量不变，只是分布更加均匀化学转化污染物发生氧化、水解等化学反应，转化为毒性较低或易于去除的物质降水洗涤雨水洗涤作用对可溶性气体如、等去除效果显著，清除效率可达SO₂NO₂以上70%生物吸收植物通过气孔吸收部分大气污染物，但吸收能力有限且可能影响植物健康污染物监测与评估方法总览实验室分析法在线自动监测便携式检测采用气相色谱、质谱联用等精密仪器进行小时连续监测主要污染物浓度变化，小型化传感器技术快速发展，便携式设备24定性定量分析，准确度高但时效性差，主数据实时传输至环保部门，为污染预警和可进行现场快速检测，广泛应用于污染源要用于标准样品检测和方法验证应急响应提供技术支撑排查和个人暴露评估监测原理SO₂监测方法检出限测量范围应用场景紫外荧光法环境空气连续1ppb0-20000监测μg/m³电化学法便携式现场检5ppb0-5000测μg/m³碘量法实验室标准分10μg/m³50-2000析μg/m³甲醛缓冲液法定点采样分析5μg/m³20-1000μg/m³紫外荧光法是目前最先进的监测技术，基于分子吸收紫外光后发出荧SO₂SO₂光的原理该方法精度达级别，抗干扰能力强，已成为国家环境空气质量ppb监测网络的标准方法检测技术NOₓ化学发光法原理与臭氧反应产生激发态，回到基态时发出特征光谱，NO NO₂光强与浓度成正比，检测精度极高NO样品预处理通过钼转换炉将还原为，实现总量测定，转换效NO₂NO NOₓ率需定期校验确保准确性数据质控每日零点漂移和量程漂移检查，月度精度检查，确保监测数据的可靠性和可比性、颗粒测定PM

2.5PM10射线法通过测量颗粒物对射线的衰减程度确定质量浓度，是环境监测的标准方法重量法通过精密天平称重获得最准确结果，ββ但耗时较长激光散射法可实现实时动态监测，在空气净化器和个人检测设备中广泛应用电镜分析可观察颗粒物形貌和化学组成在线监测VOCs样品采集采用热脱附管或气袋采样，保证样品代表性和稳定性分析GC-MS气相色谱质谱联用技术可同时检测数十种化合物-VOCs走航监测移动监测车搭载在线分析仪器，实现污染源精准定位数据统计与污染等级划分大气污染物迁移模型高斯扩散模型模型数值模拟CALPUFF CFD基于污染物在大气中呈正态分布假美国推荐的远距离传输模型，考计算流体力学方法求解大气流动和污EPA设，适用于平坦地形和稳定气象条件虑复杂地形和非稳态气象条件影响，染物输运方程，能够精细刻画建筑物下的近距离扩散预测，是环境影响评可模拟数百公里范围内的污染物扩散和地形对局地扩散的影响，应用于城价的经典方法过程市峡谷效应研究污染物危害的经济损失估算亿元2200直接经济损失2023年中国大气污染造成的直接经济损失总额30%健康损失占比因大气污染导致的疾病治疗和劳动力损失比重

1.8%GDP损失比例环境污染对国民经济总产值的负面影响程度元4500人均健康成本每人每年因空气污染增加的医疗支出和损失有害气体排放标准污染物中国标准欧盟标准美国标准应用领域火电厂排SO₂35200365放mg/m³mg/m³mg/m³轻型汽车NOₓ508096mg/km mg/km mg/km燃煤机组PM102030mg/m³mg/m³mg/m³石化行业VOCs60100120mg/m³mg/m³mg/m³中国排放标准日趋严格，部分指标已达到国际先进水平超低排放要求燃煤电厂、、排放浓度分别不超过、、，比SO₂NOₓPM355010mg/m³常规标准降低以上65%源头减排技术总览清洁能源替代工艺技术升级发展风能、太阳能、核能等清洁能采用先进生产工艺，提高能源利用效源，减少化石燃料消耗和污染物排放率，从源头减少污染物产生能效提升改造原料优化选择实施节能技术改造，优化能源结构，使用低硫煤、清洁燃料和环保原材实现减污降碳协同效应料，降低污染物排放强度燃煤锅炉烟气脱硫技术湿法脱硫工艺石灰石石膏湿法脱硫技术成熟可靠，脱硫效率可达以上，副产品石膏可资源化利用，是大型燃煤机组的主流技术-95%半干法脱硫循环流化床半干法脱硫占地面积小，无废水产生，适用于中型锅炉改造，脱硫效率80-90%干法脱硫技术活性炭干法脱硫可同时脱硫脱硝，工艺流程简单，适合小型锅炉和工业炉窑，但运行成本较高脱硝技术选择性催化还原法（）选择性非催化还原（）SCR SNCR技术在催化剂作用下，用氨或尿素作为还原剂，在技术在高温区域，将含氨还原剂喷入炉SCR300-SNCR850-1100℃温度条件下将还原为和该技术脱硝效率膛，与发生气相反应该技术投资成本低，但脱硝效率相400℃NOₓN₂H₂O NOₓ高达以上对较低，约为95%40-60%催化剂通常采用体系，具有高活性和选择关键在于还原剂喷射位置和温度窗口的精确控制常与V₂O₅-WO₃/TiO₂SCR性系统包括氨储存供应、催化反应器、烟气再热等装置联合使用，形成组合工艺，实现高效经济脱硝SNCR+SCR颗粒物控制技术静电除尘布袋除尘湿式除尘利用高压电场使颗粒物通过纤维滤料过滤捕集利用水雾洗涤烟气中的荷电并被捕集，除尘效颗粒物，对细颗粒物去颗粒物，可同时脱硫脱率以上，适用于大除效果好，维护相对简尘，但产生废水需处理99%型燃煤机组单超低排放组合多种技术实现PM排放浓度小于，达到燃气轮10mg/m³机排放水平汽车尾气治理三元催化技术同时净化、、三种污染物，转化效率超过CO NOₓHC90%排放标准升级国六标准全面实施，新车排放限值大幅收严新能源推广电动汽车和混合动力汽车快速发展，零排放或低排放年国产乘用车排放限值将降至，比国五标准严格三元催化器采用铂、钯、铑贵金属催化剂，在空燃比2025CO60mg/km50%接近理论值时实现最佳净化效果挥发性有机物（）治理VOCs热力焚烧高温氧化分解，效率最高吸附回收活性炭吸附，可回收利用冷凝技术降温液化分离，适合高浓度VOCs生物处理微生物降解，绿色环保技术蓄热燃烧技术（）是目前最先进的治理技术，通过陶瓷蓄热体回收热量，热效率达以上，去除效率可达，广RTO VOCs95%VOCs99%泛应用于石化、印刷、涂装等行业城市污染空气综合治理措施绿色交通体系发展公共交通、新能源汽车和慢行系统，建设低碳出行网络，减少机动车污染排放绿色建筑推广严格建筑节能标准，推广装配式建筑，减少施工扬尘和建材生产过程污染物排放生态绿化工程增加城市绿地面积，建设生态廊道，发挥植被净化空气和调节气候的生态功能精细化管控实施网格化监管，建立污染源清单，精准识别和治理重点污染源和区域新能源产业与清洁能源应用企业绿色生产与排放核查排污许可制度实施固定污染源排污许可全覆盖，企业持证排污、按证排污，建立从环境准入到执法监管的完整管理体系自动监控联网重点排污单位安装在线监测设备，数据实时上传至环保部门，实现小时连续监管和异常报警24第三方核查委托专业机构开展排放核查和环境审计，确保企业污染防治设施正常运行和排放数据真实可靠污染物追溯与溯源技术同位素标记技术化学组分指纹识别利用硫同位素分析来源，碳同位素识别通过分析污染物的化学组分特征，建立排放源指纹数据库不δ³⁴S SO₂δ¹³C VOCs排放源不同污染源的同位素比值存在显著差异，可实现精准同工艺和燃料的污染物具有独特的化学指纹溯源人工智能算法可快速匹配污染物特征，实现自动化溯源分析结合质谱分析技术，检测精度可达，为区域污染源解析结合气象模式和扩散模型，可追踪污染物传输路径

0.1‰和责任认定提供科学依据该技术在跨界污染纠纷处理中发挥重要作用智能监控与大数据平台无人机走航监测搭载高精度传感器的无人机可实现三维立体监测，快速锁定污染源位置和强度卫星遥感技术利用卫星观测大气柱浓度，监测区域污染分布和传输过程，覆盖范围广预警系统AI机器学习算法分析历史数据和气象条件，提前预测污染过程，发布精准预警物联网监测网部署密集的微型传感器网络，实现网格化精细监测和污染热点识别催化材料前沿进展纳米催化剂抗硫中毒技术单原子催化技术Fe-Mn新型纳米铁锰催化剂在低温条件下显开发抗硫催化剂材料，解决对催单原子分散的贵金属催化剂实现原子SO₂示出优异的转化性能比表面积化剂的毒化问题改性分子筛和金属利用率最大化单原子催化剂在NOₓPt CO达以上，低温活性显著提氧化物复合催化剂，在含硫烟气中保氧化反应中表现出超高活性，贵金属300m²/g升，时转化率可达持长期稳定性能用量减少以上200℃NOₓ90%90%生态修复与污染应急响应生态屏障建设在高速公路和工业区周围建设绿色隔离带，利用植物吸收和过滤作用降低交通源和工业源污染影响，净化效率可达30-50%应急预警启动建立分级应急响应机制，根据污染程度实施蓝色、黄色、橙色、红色四级预警，及时启动相应的应急减排措施错峰生产调控重污染天气期间实施工业企业错峰生产，钢铁、水泥、化工等重点行业按照应急预案降低生产负荷或停产限产交通管制措施实施机动车单双号限行、渣土车禁行等交通管制措施，减少移动源污染物排放，降低空气污染程度居民健康防护建议个人防护措施室内空气净化科学通风换气浓度超过使用滤网空气净污染天气关闭门窗，空PM

2.5HEPA时建议佩戴化器，定期更换滤芯，气质量良好时及时开窗150μg/m³口罩，户外活动时保持室内空气清洁通风，保持室内外空气N95间应适当缩短流通合理安排活动重污染天气减少户外运动，选择室内健身或污染较轻的时段进行户外活动主要法律法规与政策《大气污染防治法》年修订版确立了大气污染防治的基本法律框架，明确政府、企业2016和公众的责任义务，强化法律责任追究大气十条《大气污染防治行动计划》提出十项重点措施，设定了明确的空气质量改善目标和时间节点蓝天保卫战三年行动计划（）聚焦污染治理，实施更加严格2018-2020PM

2.5的环境监管和考核制度4碳达峰碳中和年碳中和目标推动能源结构调整，实现减污降碳协同增效，促2060进经济绿色转型行业与地方政策推广超低排放扩围京津冀协同治理钢铁行业超低排放改造基本完成建立区域大气污染联防联控机制1•水泥行业改造稳步推进•统一预警应急标准•焦化行业标准日趋严格•协调产业布局调整珠三角率先达标长三角一体化在全国率先实现空气质量达标推进区域空气质量一体化管理•PM

2.5年均浓度低于35μg/m³•建设清洁能源示范区•臭氧污染得到有效控制•实施跨界河流治理典型城市案例北京空气质量提升国际对比欧美发达国家经验美国治理历程欧盟减排成效美国从年《清洁空气法》实施以来，排放量在欧盟实施严格的环境指令和排放交易体系，年1970SO₂2005-2020年间下降，浓度降低关键措排放量下降，浓度降低德国鲁尔工业1980-202092%PM

2.575%NOₓ60%PM1035%施包括严格的排放标准、经济激励政策和技术创新区通过产业转型实现了从重污染地区到生态宜居区的转变洛杉矶通过推广清洁燃料、改进汽车技术和工业减排，臭氧超北欧国家率先征收碳税和环境税，推动清洁技术创新和绿色转标天数从年代的多天降至目前的天以内，成为全型英国通过煤炭逐步退出和天然气替代，大幅改善了空气质198010020球大气污染治理的典型案例量重大科技项目和创新工程基础研究突破大气重污染成因机理深入解析技术攻关关键治理技术装备研发监测网络天地一体化监测体系建设数据平台大气环境大数据分析应用国家重点研发计划大气污染成因与控制技术研究专项投入超过亿元，围绕和臭氧协同控制开展技术攻关建成覆盖全国的空30PM

2.5气质量监测网络，实现多个国控点位实时数据共享1600。