“大气污染治理”教学大纲

教研室主任：王仁君 执笔人：苏涛

一、课程基本信息

开课单位：生命科学学院

课程名称：大气污染治理

课程编号：093015

英文名称：Air Pollution Governs

课程类型：专业方向限选课

总 学 时：75 理论学时：45 实验学时：30

学 分：4

开设专业：环境科学

先修课程：环境学概论、环境工程学

二、课程任务目标

（一）课程任务

本课程是一门环境科学专业方向限选课程。本课程的任务是使学生系统地掌握污染大气的各种因素，从而提出经济合理的控制技术，为保护环境不受环境污染以及合理利用能源方面提出切实可行的综合措施，结合各教学环节使学生具有初步设计大气污染净化装置能力。

（二）课程目标

在学完本课程之后，学生能够：

1. 对大气污染控制工程的基本理论有较系统、较深入的理解，能基本掌握控制方法的应用范围和条件；

2. 能应用本课程中所学的基本理论和控制方法对实际的大气污染控制方法进行分析、研究和评价，并提出控制方案；

3. 了解大气扩散的基本原理，学会对大气污染物的浓度和烟囱高度的设计；

4. 能对典型的控制设备进行工艺设计计算和设备选型与评价。

三、教学内容和要求

（一）理论教学的内容及要求

第一章 概论

第一节 大气与大气污染

1．了解大气的组成，全球性大气污染问题；

2．掌握大气污染的定义、分类、流程图，大气污染的特点；

3．理解大气与空气的区别，大气污染形成的条件。

第二节 大气污染物及其来源

1．了解大气污染物的来源和发生量，中国城市的大气污染概况；

2．掌握大气污染物的定义和分类；

3．理解粉尘、烟、黑烟、飞灰和雾的区别，一次污染物和二次污染物的区别，硫酸烟雾和光化学烟雾的区别。。

第三节 大气污染的影响

1．了解大气污染物侵入人体的三条途径，大气污染物对植物的伤害，大气污染物对器物和材料的影响，大气能见度的气象学定义，大气污染物对气候的影响；

2．掌握各主要大气污染物对人体健康的影响，什么污染物对大气能见度有潜在影响，能见度的估算；

3．理解对能见度降低的解释。

第四节 大气污染综合防治

掌握大气污染综合防治的含义和措施。

第五节 环境空气质量控制标准

1．了解环境空气质量控制标准的种类，环境空气质量标准；

2．掌握空气污染指数(API)的计算。

重点：大气污染物分类，大气污染综合防治的含义和措施，空气污染指数(API)的计算。

难点：空气污染指数(API)的计算

第二章 燃烧与大气污染

第一节 燃料的性质

1．了解煤的分类，煤的工业分析，煤的元素分析，石油、天然气和非常规燃料的性质；

2．掌握煤中硫的形态，煤的成分表示方法及其组成相互关系，原油中的硫的形态；

3．理解收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基的区别。

第二节 燃料燃烧过程

1．了解影响燃烧过程的主要因素，燃烧的发热量；

2．掌握燃烧产物，燃料燃烧的理论空气量的计算，如何建立燃烧化学反应方程式，空气过剩系数α和空燃比 AF的概念和计算，燃烧产生的污染物有哪些，燃料设备的热损失；

3．理解燃料完全燃烧的条件。

第三节 烟气体积及污染物排放量计算

1．了解烟气组成；

2．掌握理论烟气体积的计算，烟气体积和密度的校正，烟气过剩空气校正，如何用奥萨特仪分析烟气的结果计算空气过剩系数，烟气中污染物浓度和排放量的计算。

第四节 燃烧过程硫氧化物的形成

理解燃料中硫的氧化机理，烟气中SO2和SO3之间的转化机理。

第五节 燃烧过程中颗粒污染物的形成

1．了解积炭的生成特点和过程，石油焦和煤胞的生成，煤粉燃烧过程；

2．掌握如何防止积碳产生，影响黑烟产生的因素，减少燃煤层气中未燃尽碳粒（黑烟）的主要途径，影响燃煤烟气中飞灰排放特征的因素；

3．理解黑烟的产生机理。

第六节 燃烧过程中其他污染物的形成

1．了解碳氢化合物的形成，一氧化碳的形成，汞的形成与排放；

2．掌握碳氢化合物与氮氧化物产生的矛盾。

重点：煤的成分表示方法，燃料燃烧的理论空气量的计算，理论烟气体积的计算。

难点：燃料燃烧的理论空气量的计算，理论烟气体积的计算。

第三章 大气污染气象学

第一节 大气圈结构及气象要素

1．了解大气圈垂直结构；

2．掌握大气边界层（摩擦层）的概念，有关气湿的计算，风速的测定，云高和云量。

第二节 大气的热力过程

1．了解太阳、大气和地面的热交换，大气的绝热过程；

2．掌握泊松(Poisson)方程，干绝热直减率，温度层结，大气稳定度的概念和判别，逆温的类型，烟流形状与大气稳定度的关系。

第三节 大气的运动和风

1．了解引起大气运动的作用力，地方性风场；

2．掌握近地层中的风速廓线模式。

第四节 大气污染与气象的关系

掌握风、湍流、大气稳定度、降水、云量与辐射的昼夜变化和天气形势对大气污染的影响。

重点：气湿的计算，大气稳定度的概念和判别，烟流形状与大气稳定度的关系。

难点：大气稳定度的概念和判别。

第四章 大气扩散浓度估算模式

第一节 湍流扩散的基本理论

1．了解湍流概念，湍流扩散理论；

2．掌握湍流统计理论。

第二节 高斯扩散模式

1．了解高斯(Gauss)模式的有关假定，地面连续点源扩散模式，颗粒物扩散模式；

2．掌握无界空间连续点源扩散模式，高架连续点源扩散模式（地面浓度模式、地面轴线浓度模式、地面最大浓度(即地面轴线最大浓度)模式）。

第三节 污染物浓度的估算

掌握烟气抬升高度的计算（霍兰德(Holland)公式、布里格斯(Briggs)公式、中国国家标准(《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》GB/T13201-91)中规定的公式），扩散参数的确定（P－G扩散曲线法、中国国家标准GB/T13201-91规定的方法）。

第四节 特殊条件下的扩散模式

掌握封闭型扩散模式和熏烟型扩散模式。

第五节 城市及山区的扩散模式

1．了解美国国家海洋和大气局(NOAA)模式，美国国家环保局(EPA)模式，环境技术研究有限公司(EPT)模式；

2．掌握线源扩散模式（无限长线源），面源扩散模式（箱模式和简化为点源的面源模式），封闭山谷中的扩散模式。

第六节 烟囱高度的设计

1．了解烟囱设计中应注意的几个问题；

2．掌握烟囱高度的计算（按地面最大浓度的计算方法、按地面绝对最大浓度的计算方法、按一定保证率的计算法、P值法）。

第六节 厂址选择

1．了解厂址选择中所需的气候资料，长期平均浓度的估算；

2．掌握通风系数和污染系数的概念及应用，本底浓度、风向、风速、温度层结和地形是如何影响厂址选择的。

重点和难点：高斯扩散模式，烟气抬升高度的计算，扩散参数的确定，封闭型扩散模式和熏烟型扩散模式，烟囱高度的计算。

第五章 颗粒污染物控制技术基础

第一节 颗粒的粒径及粒径分布

1．了解筛分直径，等体积直径dV，，圆球度Φs的概念，粒径分布函数；

2．掌握颗粒的粒径的定义方法，平均粒径的表示方法；

3．理解定向直径dF(菲雷特Feret直径)、定向面积等分直径dM(马丁Martin直径)和投影面积直径dA(黑乌德Heywood直径)的区别，斯托克斯(Stokes)直径ds和空气动力学当量直径da的区别。

第二节 粉尘的物理性质

1．了解粉尘的比表面积，粉尘的含水率(W)，粉尘的荷电性，粉尘的粘附性，粉尘的自燃性和爆炸性；

2．掌握粉尘的密度的概念，粉尘的安息角与滑动角概念，影响粉尘安息角和滑动角的因素，粉尘的润湿性的概念，影响粉尘润湿性的因素，润湿速度的应用，粉尘的导电机制；

第三节 净化装置的性能

1．了解多级串联运行时的总净化效率；

2．掌握处理气体流量、压力损失和净化效率的计算，通过率的概念，由总效率求分级效率和由分级效率求总除尘效率。

第四节 颗粒捕集的理论基础

1．了解阻力导致的减速运动，颗粒扩散的系数D的计算；

2．掌握流体阻力的计算，重力沉降、离心沉降和静电沉降的末端速度的计算，决定惯性碰撞的捕集效率的因素，拦截效率和扩散沉降效率的计算；

3．理解斯托克斯直径ds和空气动力学当量直径da计算的区别，惯性碰撞的捕集效率、拦截效率和扩散沉降效率与颗粒粒径之间的关系。

重点：颗粒的粒径的定义方法，平均粒径的表示方法，处理气体流量、压力损失和净化效率的计算，流体阻力的计算。

难点：处理气体流量、压力损失和净化效率的计算，流体阻力的计算。

第六章 除尘装置

第一节 机械除尘器

1．了解重力沉降室的特点，惯性除尘器的结构型式，旋风除尘器的结构型式；

2．掌握重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器的除尘机理，重力沉降室所能捕集的最小尘粒粒径，提高重力沉降室捕集效率的措施，重力沉降室设计计算和应用，旋风除尘器内气流与尘粒的运动，旋风除尘器内切向速度和径向速度的计算，旋风除尘器除尘效率的计算，影响旋风除尘器效率的因素，旋风除尘器设计选型。

第二节 湿式除尘器

1．了解湿式除尘器的定义、特点和分类；

2．掌握湿式除尘器的除尘机理，重力喷雾洗涤器、环形喷液旋风洗涤器、旋风水膜除尘器、旋筒式水膜除尘器和中心喷雾式旋风洗涤器的结构特点，文丘里洗涤器的结构和几何尺寸计算，文丘里洗涤器压力损失和除尘效率的计算。

第三节 过滤式除尘器

1．了解袋式除尘器滤料，袋式除尘器的结构型式，颗粒层除尘器的结构特点和除尘过程；

2．掌握袋式除尘器的除尘机理，过滤速度和压力损失的计算，袋式除尘器的清灰方式，袋式除尘器的选型、设计和应用。

第四节 电除尘器

1．了解电除尘器的分类，电除尘器结构；

2．掌握电除尘器的除尘原理、除尘过程，捕集效率的计算－德意希公式，电除尘器所要求的粉尘比电阻，影响粉尘比电阻的因素，克服高比电阻影响的方法，电除尘器的选择和设计；

3. 理解电除尘过程与其他除尘过程的根本区别，驱进速度和有效驱进速度的区别。

第五节 除尘器的选择和发展

1．了解除尘设备的发展；

2．掌握除尘器的合理选择，粉尘颗粒的物理性质对除尘器性能的影响。

重点：旋风除尘器的除尘机理，旋风除尘器内切向速度和径向速度的计算，旋风除尘器除尘效率的计算，文丘里洗涤器的结构和几何尺寸计算，文丘里洗涤器压力损失和除尘效率的计算，袋式除尘器的除尘机理，袋式除尘器的选型、设计，电除尘器的除尘原理，捕集效率的计算－德意希公式。

难点：旋风除尘器内切向速度和径向速度的计算，旋风除尘器除尘效率的计算，文丘里洗涤器的结构和几何尺寸计算，文丘里洗涤器压力损失和除尘效率的计算，捕集效率的计算－德意希公式。

第七章 气态污染物控制技术基础

第一节 气体吸收

1．了解气体吸收的定义和分类，气体扩散，吸收速率；

2．掌握吸收法净化气态污染物的特点，吸收剂的选择，吸收机理，气液平衡，亨利定律，双膜理论，吸收操作中化学反应的种类，吸收设备基本要求，填料吸收塔、喷淋塔、板式吸收塔和湍球塔的结构；

3．理解从吸收推动力角度解释化学吸收为什么可以增大气态污染物的吸收率和吸收速率。

第二节 气体吸附

1．了解气体吸附的定义、特点和分类，气态污染物净化常用的吸附剂，吸附速率；

2．掌握吸附剂的要求，吸附剂的再生，吸附平衡，吸附等温线，吸附等温方程式，固定床吸附器、移动床吸附器和流化床吸附器的结构，固定床吸附流程；

3．理解物理和化学吸附的区别。

第三节 气体催化净化

1．了解催化剂毒物，催化剂形状，净化气态污染物的常用催化剂，催化作用机理，气固催化反应动力学；

2．掌握催化剂的组成，催化剂的性能，催化作用特征，催化净化法的分类，绝热式固定床反应器、管式固定床反应器和径向固定床反应器的结构，气－固相催化反应系统。

重点：双膜理论，吸附等温方程式。

难点：双膜理论。

第八章 硫氧化物的污染控制

第一节 硫循环及硫排放

了解硫循环及硫排放

第二节 燃烧前燃料脱硫

1．了解煤的气化和液化，重油脱硫方法；

2．掌握原煤分选和型煤固硫的方法。

第三节 流化床燃烧脱硫

1．了解脱硫剂的再生；

2．掌握流化床燃烧脱硫的化学过程。

第四节 高浓度二氧化硫尾气的回收与净化

掌握高浓度二氧化硫尾气的回收与净化的方法。

第五节 低浓度二氧化硫烟气脱硫

1．了解喷雾干燥法、氧化镁法、氨法烟气脱硫，海水脱硫法，干法喷钙脱硫，循环流化床烟气脱硫；

2．掌握石灰石／石灰法洗涤的工艺流程和反应机理，烟气脱硫工艺的综合比较。

重点：流化床燃烧脱硫的化学过程，高浓度二氧化硫尾气的回收与净化的方法，石灰石／石灰法洗涤的工艺流程和反应机理。

难点：石灰石／石灰法洗涤的工艺流程和反应机理。

第九章 固定源氮氧化物污染控制

第一节 氮氧化物性质及来源

了解氮氧化物的性质，大气中氮氧化物的来源；

第二节 燃烧过程中氮氧化物的形成

理解燃料型NOx(fuel NOx)、热力型NOx(thermal NOx)和瞬时NO (prompt NO)的区别。

第三节 低氮氧化物燃烧技术

掌握传统的低NOx燃烧技术（低空气过剩系数运行技术、降低助燃空气预热温度、烟气循环燃烧、两段燃烧技术），先进的低NOx燃烧器技术（炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器、空气分级的低NOx旋流燃烧器、空气／燃料分级低NOx燃烧器）。

第四节 烟气脱硝技术

掌握选择性催化还原法（SCR）脱硝、选择性非催化还原法（SNCR）、吸收法净化烟气中的NOx），同时脱硫脱氮工艺（电子束辐射法、氯酸氧化法、NOXSO法）。

重点：传统的低NOx燃烧技术，同时脱硫脱氮工艺。

（二）实践教学的内容及要求

详见《大气污染治理实验》教学大纲。

四、学时分配

五、考核说明

课程考核方法：笔试、闭卷；平时成绩（10％）；实验成绩（10％）；期末（80％）。

六、主要教材及教学参考书目

（一）主要教材

1．郝吉明著《大气污染控制工程（第二版）》，高等教育出版社，2002年。

2．郝吉明著《大气污染控制工程实验》，高等教育出版社，2004年。

（二）主要参考书目

1．郭静著《大气污染控制工程》，化学工业出版社，2001年。

2. 赵毅著《有害气体控制工程》，化学工业出版社，2001年。

3．姜安玺著《空气污染控制》，化学工业出版社，2003年。