大气污染控制技术与装备

大气污染控制核心知识复习题（含答案）

一、简答题

1. 大气污染控制的四种基本理论是什么？
   答案：排放标准原则、大气质量标准原则、排污税收理论、费用-效益理论。

2. 排放标准原则的核心思想及允许排放速率的确定依据是什么？
   答案：核心思想是最大可能限度（可操作）地控制污染排放，将污染物排放速率降低到可能的最小值。允许排放速率确定依据包括：一是严格以最佳控制技术为依据；二是根据保障环境大气质量原理确定允许排放水*，再据此制定排放标准（如汽车尾气），后者属于技术胁迫型排放标准，更为严格。

3. 大气质量标准原则被称为“零损害理论”，其应用需满足哪些前提条件？
   答案：需具备可利用的剂量-反应数据、测定污染物的阈值；了解污染物排放量与环境大气质量的关系，通常采用大气质量模型；同时需参考相关大气质量标准，如美国《国家环境大气质量标准》（NAAQS）、中国GB3095。

4. 排污税收理论的核心逻辑及对企业污染控制决策的影响是什么？
   答案：核心逻辑是将环境资源消耗与补偿纳入经济范畴，根据污染物排放量向排放者征收税费，将污染成本内部化。对企业决策的影响：小排污企业会发现交纳排污税比安装污染控制设备更经济；大排污企业因排污税限制排放，不得不安装高质量控制设备，从而实现污染控制资源的合理调配。

5. 费用-效益理论的核心前提及“最佳控制费用”的含义是什么？
   答案：核心前提是要么不存在污染物损害阈值，要么阈值极低以至于无法承担完全清洁大气的费用，需接受一定程度的大气污染损害。“最佳控制费用”指污染控制费用与环境损害费用之和的最小值对应的费用，此时污染物浓度通过污染控制费用增加而减少，环境损害随污染物浓度增加而增加，两者总和达到最优*衡。

6. 我国大气环境质量标准体系按用途可分为哪几类？各类标准的核心作用是什么？
   答案：分为四类，具体如下：

• 环境空气质量标准：以保护生态环境和人群健康为目标，规定各种污染物在环境空气中的允许浓度。
• 大气污染物排放标准：以实现环境空气质量标准为目标，限制污染源排入大气的污染物浓度和数量。
• 大气污染控制技术标准：由污染物排放标准引申的辅助标准，为达到排放标准制定具体技术规定。
• 大气污染警报标准：为防止环境空气质量恶化、预防污染事故，规定污染物浓度的极限值。

7. 大气污染控制的主要原则方法有哪些？请简述“促进扩散”的具体方式。
   答案：主要原则方法包括促进扩散、改进生产工艺减低排放、应用下游控制技术、资源再生。“促进扩散”的具体方式：一是高烟囱排放，通过增加污染物排放高度降低附*区域污染物浓度；二是间歇式控制方案，分为预测性和观测性，在特定时段降低排放；三是重新规划厂址，将新建工厂布置在对最少人口造成影响的区域。

8. 什么是PM2.5？其名称中“2.5”的含义及重点管控的原因是什么？
   答案：PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米（μm）的细颗粒物。“2.5”指粒径上限为2.5微米（1微米=10⁻⁶米）。重点管控原因：一是粒径极小，可穿透鼻腔和咽喉过滤，深入肺部甚至进入血液循环，携带重金属、有机物等危害人体健康；二是大气寿命长（几日至几周），可远距离传输（几百至几千公里），导致区域性污染；三是二次生成占比高（60%-80%），需管控前体物，治理难度大；四是强烈散射和吸收光线，导致能见度降低，影响环境质量。

9. PM10与PM2.5在来源和大气寿命上有何主要差异？
   答案：来源差异：PM10主要来自工业和土壤尘再扬起、农田及裸露地面扬尘、生物源、海洋源、机械粉碎等；PM2.5主要来自燃料燃烧、冶金和造纸等工业排放、NOₓ、SO₃、VOC的气-粒转化、生物质燃烧、道路碾磨细扬尘等。大气寿命差异：PM10大气寿命为几分至几日；PM2.5大气寿命为几日至几周。

10. 什么是TSP？它在我国大气污染控制历程中的角色是什么？
    答案：TSP即总悬浮颗粒物，指环境空气中空气动力学当量直径小于等于100微米（μm）的所有颗粒物，涵盖PM10和PM2.5。在我国污染控制历程中的角色：70年代至80年代是核心管控指标，当时工业生产、燃煤、扬尘等主要排放TSP，治理重点为降低其浓度；80年代后管控重点转向PM10，90年代后期至今转向PM2.5，但TSP仍是衡量区域扬尘污染的重要参考指标。

11. 城市复合型大气污染的主要特征是什么？
    答案：一是二次污染加重；二是大气氧化性增强，臭氧浓度增高；三是细粒子（PM2.5）污染严重；四是大气能见度降低；五是酸雨污染难以减轻；六是以城市为中心呈区域性分布。

二、论述题

1. 论述排放标准原则与大气质量标准原则的优缺点及适用场景差异。
   答案：

排放标准原则

优点：一是概念简明，可操作性强，整套法规包含允许排放速率和检验测试方法；二是可执行性好，标准和测试方法确定后，明确监测主体和内容，违规行为易记录和处罚；三是具备发展性，新控制技术可及时应用于新增排放源。
缺点：一是费用效益比差，统一标准未考虑区域差异，偏远地区治理成本高但环境获益少，工业区可能控制不足；二是灵活性差，设备更新或整改时，企业要么受处罚，要么拖延，缺乏缓冲空间。
适用场景：适合污染源排放特性统一、区域差异小、需快速实现标准化管控的领域，如汽车尾气排放管控。

大气质量标准原则

优点：一是费用效益好，可对污染严重地区严格控制，污染轻微地区允许较高排放，降低总体治理成本；二是灵活性强，地方机构可制定细则，对特殊案例和紧急情况灵活处理；三是发展潜力大，可根据新认知更新指标，如EPA和中国标准中逐步纳入PM10、PM2.5。
缺点：一是依赖零损害阈值假设，而阈值基于有限数据，无法完全保证清洁地区无健康危害，且随健康影响数据积累，阈值合理性存疑；二是实施难度大，污染物浓度受远*排放源影响，且对污染物大气行为认知不足，难以准确计算排放源贡献。
适用场景：适合区域污染差异显著、具备监测和大气质量模型分析能力，需个性化管控的地区，如人口密集的城市区域。

2. 论述我国大气污染控制的发展历程及当前面临的主要挑战。
   答案：

发展历程

分为三个阶段：一是起步阶段（1973-1981），1973年召开第一次全国环境保护会议，同年颁布首个综合性排放标准《工业“三废”排放标准》，污染控制工作正式启动；二是发展阶段（1982-1991），1982年4月正式颁布《大气环境质量标准》，10年间政策、法规和标准逐步形成体系，治理从零散走向系统；三是开拓阶段（1992年以来），1992年响应联合国环境与发展大会，聚焦复合型污染治理，完善PM2.5等细粒子监测与日报制度，推进区域协同治理，形成多维度管控体系。

当前面临的主要挑战

一是复合型污染治理复杂，PM2.5、臭氧、酸雨等多污染并存，且PM2.5二次生成占比高，需同步管控前体物，治理逻辑复杂；二是区域差异显著，城市化和经济发展导致能源消费增加，燃煤与机动车排放仍是主要污染源，不同区域治理需求和能力不均衡；三是区域性污染突出，PM2.5、NOₓ等污染物可远距离传输，京津冀、长三角、珠三角等城市群污染联动，需跨区域协同治理；四是技术与成本*衡难，部分中小企业污染治理能力不足，新技术推广需兼顾效果与企业承受力，环保资金可持续性面临压力。

3. 论述排污税收理论的实践难点及我国建立绿色税收制度的关键考量。
   答案：

实践难点

一是税率确定难度大，需以“足够清洁”的大气质量为目标，若依据大气质量标准理论假设，可能继承其合理性缺陷，若假设不合理，税率则无法准确反映污染损害；二是伦理争议，污染环境的权利本质上不应被商品化，单纯征税可能被误解为“花钱买污染权”；三是征管成本高，理论上税基应涵盖所有污染物，但范围越广、项目越精确，监测和管理成本越高，难以全面覆盖所有排放源。

我国建立绿色税收制度的关键考量

一是税基与课税环节选择，税基选择需*衡全面性与管理成本，对固定大污染源征收排污税，对分散污染源（如消费品相关污染）若能建立污染与产品消费的直接联系，则征收产品税；课税环节优先选择对排污直接征税，减少课税对象数量，提升效率。二是税率设定，理论上需使减污边际成本等于边际社会损失，但实际操作中，先设定环境改善目标（污染削减与资金筹集兼顾），再确定税率，且税率不宜过高，以扶持企业成长，保障税收收入可持续性和可预测性。三是政策协同，需与产品收费、使用者收费、排污交易等市场手段配合，形成多元治理体系，提升整体管控效果。

4. 论述大气污染控制“源头削减-过程控制-末端治理”的全链条逻辑及各环节核心技术路径。
   答案：

全链条逻辑

源头削减是首选，通过优化生产和消费模式从根本上减少污染物生成，降低后续治理压力；过程控制是关键，在污染物产生过程中通过技术改进降低排放强度，减少污染物总量；末端治理是补充，对已产生的污染物进行净化处理，降低对环境的影响，三者结合实现高效、经济、系统的污染控制，避免单一环节治理的局限性。

各环节核心技术路径

一是源头削减，技术路径包括改进生产工艺，如采用水性涂料替代油性涂料减少VOCs排放，使用封闭燃烧炉替代开放体系燃烧减少烟炱排放；优化燃料结构，减少高硫煤等污染型燃料使用；重新规划厂址，避开人口密集区，降低污染影响范围；二是过程控制，工业领域采用高效燃烧技术、优化反应条件减少副产物生成；机动车领域改进发动机技术和燃料系统，降低尾气污染物生成；三是末端治理，固定源气态污染物采用吸收、吸附、燃烧、转化等技术处理，颗粒物采用机械式除尘、过滤、湿式除尘、静电除尘等技术；移动源加装排气处理装置，实施检查-保养方案保障设备减污性能；同时推进资源再生，如将SO₂氧化生成SO₃再溶于水制成硫酸，将催化裂化废气中的CO作为燃料，降低污染物最终处置压力。

颗粒物控制技术核心知识复习题（含完整答案）

一、简单题（侧重基础记忆与理解）

1. 机械除尘器的核心作用力有哪些？主要包括哪几类设备？
   • 答案：核心作用力：重力、惯性力、离心力（均为质量力）；主要设备：重力沉降室、惯性沉降室、旋风除尘器。
2. 重力沉降室分为哪两种类型？其除尘效率的核心影响因素是什么？
   • 答案：类型：层流式、满流式；核心影响因素：沉降速度（与粒径、颗粒密度相关）、沉降室尺寸（长度L、宽度W、高度H）、处理烟气量Q。
3. 旋风除尘器内气流的三种运动形式是什么？关键设计尺寸比例有哪些（至少2个）？
   • 答案：气流运动形式：外涡旋（沿外壁向下旋转）、内涡旋（锥体底部向上旋转）、上涡旋（顶部沿排出管向下旋转）；关键尺寸比例：排气管直径与筒体直径比（dₑ/D≈0.4_{0.5）、锥体+筒体长度与排气管直径比（(H+L)/dₑ≈8}10）、锥角7°~8°（任答2个）。
4. 电除尘器的四个基本工作过程是什么？粒子荷电的两种主要机理及适用粒径范围分别是什么？
   • 答案：基本工作过程：高压直流电晕放电、悬浮粒子荷电、带电粒子迁移捕集、捕集物清除；荷电机理及适用粒径：电场荷电（>0.5μm）、扩散荷电（<0.15μm）。
5. 电除尘器中粉尘比电阻的适宜范围是多少？比电阻过高或过低会产生什么问题？
   • 答案：适宜范围：10⁴~10¹¹Ω·cm；比电阻过低：粉尘易二次飞扬，降低效率；比电阻过高：易产生反电晕，破坏电场，效率下降。
6. 袋式除尘器的主要除尘机理有哪些（至少3种）？常用的清灰方式分为哪三类？
   • 答案：除尘机理：筛分、截留、惯性碰撞、扩散、静电作用（任答3种）；清灰方式：机械振动清灰、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰。
7. 各类除尘器中，阻力最小的是哪一种？除尘效率最高的是哪一种（不考虑特殊工况）？
   • 答案：阻力最小：电除尘器（<100~300Pa）；除尘效率最高：袋式除尘器（>99%）。
8. 什么是电晕闭塞？出现该现象的主要原因是什么？如何避免？
   • 答案：电晕闭塞：含尘浓度过高时，粉尘阻挡离子运动，电晕电流显著降低，甚至电晕现象消失的现象；主要原因：气体含尘浓度过高（>30g/m³）；避免措施：提高工作电压、采用芒刺型电晕极、增设预净化设备。
9. Stokes区沉降速度公式的适用条件是什么？细颗粒计算时需引入什么修正系数？
   • 答案：适用条件：颗粒雷诺数Reₚ≤1（层流状态）；需引入Cunningham修正系数（修正细颗粒滑移效应）。
10. 袋式除尘器的“粉尘初层”有什么作用？清灰时需注意什么？
    • 答案：粉尘初层作用：成为主要过滤层，提高除尘效率；清灰注意事项：不可破坏粉尘初层，否则效率大幅下降。
11. 大气中颗粒物按粒径可分为哪两类？划分界限及主要来源分别是什么？
    • 答案：TSP（总悬浮颗粒物，粒径≤100μm）和PM₁₀（可吸入颗粒物，粒径≤10μm）；细分还包括PM₂.₅（细颗粒物，粒径≤2.5μm）、PM₁（超细颗粒物，粒径≤1μm）。TSP来源为扬尘、工业粉尘等；PM₂.₅来源为燃煤、机动车尾气等二次生成及超细粉尘。
12. 颗粒物粒径对除尘器效率的核心影响规律是什么？
    • 答案：粒径越大，除尘效率越高（重力、惯性、离心力作用更显著）；粒径<1μm时，需依赖扩散荷电（电除尘）、扩散/筛分作用（袋式除尘），机械除尘器效率极低。
13. 颗粒物与大气可见度的关联机理是什么？
    • 答案：颗粒物通过散射和吸收太阳光，降低光线传播距离；粒径0.1~1μm的颗粒物（与可见光波长相当）散射作用最强，是导致能见度下降的主要原因。

二、论述题（侧重综合应用与逻辑分析）

1. 试比较机械除尘器、电除尘器、袋式除尘器的核心性能差异（从效率、阻力、投资、适用场景四个维度），并说明某燃煤电厂锅炉烟气除尘应优先选择哪种设备，理由是什么？
   • 答案：核心性能差异：
     • 效率：机械除尘器（低~中，细颗粒效率差）< 电除尘器（高，>98%）< 袋式除尘器（极高，>99%）；
     • 阻力：机械除尘器（200~2000Pa）> 袋式除尘器（800~1500Pa）> 电除尘器（<100~300Pa）；
     • 投资：机械除尘器（低）< 袋式除尘器（中高）< 电除尘器（高）；
     • 适用场景：机械除尘器（粗颗粒预处理）、电除尘器（大型工业烟气处理）、袋式除尘器（细颗粒高效捕集）。
       燃煤电厂选择：优先电除尘器；理由：处理烟气量大、阻力小、能耗低，能满足电厂连续运行需求，对中等粒径粉尘捕集效率稳定，虽投资高但长期运行成本低。
2. 分析影响电除尘器捕集效率的主要因素（至少3个），并结合德意希公式说明各因素如何影响效率，工程中可采取哪些优化措施？
   • 答案：主要影响因素及优化措施：
     • 粉尘比电阻：适宜范围10⁴~10¹¹Ω·cm，过高反电晕、过低二次飞扬；优化措施：烟气调质、加强振打、采用脉冲供电。
     • 含尘浓度：过高易电晕闭塞；优化措施：增设预净化设备、提高工作电压。
     • 气流速度：过快缩短停留时间，降低荷电机会；优化措施：控制风速0.5~1.5m/s，优化气流分布装置。
       德意希公式（η=1-exp(-Aω/Q)）关联：比集尘面积A/Q越大、驱进速度ω越高，效率越高；上述措施均通过提高ω（如改善荷电条件）或增大A/Q（如优化设备结构）提升效率。
3. 某垃圾焚烧厂产生含超细粉尘（粒径0.1_{1μm）、中等含尘浓度（100}200mg/m³）的烟气，温度约200℃，请说明为何袋式除尘器是适宜选择，并阐述设计时需重点关注的3个关键参数及确定依据。
   • 答案：袋式除尘器适宜性理由：
     • 对0.1~1μm超细粉尘捕集效率>99%，契合烟气粉尘特性；
     • 中等含尘浓度下仍保持高效，无需复杂预净化；
     • 滤料可选玻璃纤维/合成纤维，耐受200℃高温。
       重点设计参数及依据：
     • 过滤速度：取2.0~4.0m/min（脉冲喷吹清灰），兼顾效率与阻力；
     • 滤料材质：选择耐高温合成纤维（如PPS），适配200℃烟气；
     • 清灰周期：控制阻力1000~1500Pa，避免粉尘初层破坏，结合脉冲喷吹方式设定周期60s左右。
4. 试推导重力沉降室层流式除尘效率公式（ηᵢ=uₛLW/Q）的核心逻辑，包括基础假设、物理关系及推导步骤，并说明工程应用中为何需要对最小捕集粒径公式进行修正。
   • 答案：层流式除尘效率公式推导逻辑：
     • 基础假设：气流为柱塞流（均匀流动）、粒子均匀分布、忽略浮力，仅受重力与阻力；
     • 物理关系：粒子停留时间t=L/v₀（v₀=Q/(WH)），沉降距离h_c=uₛt；
     • 推导步骤：当h_c<H时，效率η_i=h_c/H=uₛt/H=uₛLW/Q；当h_c≥H时，η_i=1.0。
       工程修正原因：理论假设为理想层流，实际沉降室存在气流扰动与返混，导致实际捕集粒径大于理论值，故需将最小粒径公式修正为d_min=√(36μQ/(ρₚgWL))（修正系数2倍）。
5. 旋风除尘器的压力损失计算与哪些因素相关？结合压力损失公式（ΔP=½ξρVᵢₙ²）分析，若需降低某现有旋风除尘器的阻力，可采取哪些技术措施？可能会带来什么负面影响？
   • 答案：旋风除尘器压力损失影响因素：局部阻力系数ξ、气体密度ρ、进口气速V_in（公式ΔP=½ξρV_in²），其中ξ与进口面积A、排气管直径dₑ相关（ξ=16A/dₑ²）。
     降阻措施及负面影响：
     • 增大排气管直径dₑ：ξ减小，阻力下降；但会缩小内涡旋范围，细颗粒捕集效率降低；
     • 减小进口气速V_in：直接降低ΔP；但会减弱离心力，对小粒径颗粒分离能力下降；
     • 优化进口结构（如扩大进口面积A）：ξ减小；但可能导致气流分布不均，局部涡流增加。
6. 什么是反电晕现象？其产生的机理是什么？针对高比电阻粉尘，可采取哪些措施避免反电晕对电除尘器效率的影响？
   • 答案：反电晕现象：高比电阻粉尘沉积在集尘极表面，形成高电压梯度，导致粉尘层内部放电，产生正离子与电子中和，破坏电晕电流的现象。
     产生机理：粉尘比电阻>10¹¹Ω·cm时，电荷难以传导，在集尘极表面累积，形成局部强电场，引发气体电离。
     避免措施：
     • 烟气调质：加入SO₃、NH₃等添加剂，降低粉尘比电阻；
     • 加强振打：及时清除集尘极粉尘，避免粉尘层过厚；
     • 改进供电系统：采用脉冲供电，避免电压过高引发火花放电。
7. 袋式除尘器的过滤速度是关键技术经济指标，分析过滤速度过高或过低分别会带来什么问题？不同清灰方式对应的过滤速度取值范围为何不同？
   • 答案：过滤速度影响：
     • 过高：气流对滤料冲刷加剧，粉尘初层易破坏，效率下降；阻力急剧升高，能耗增加；滤袋磨损加快，寿命缩短；
     • 过低：除尘效率虽高，但需更大过滤面积，设备投资增加，占地面积扩大。
       不同清灰方式取值差异原因：
     • 机械振动清灰：滤袋受机械力作用，耐受风速低（1.0~2.0m/min）；
     • 逆气流清灰：清灰强度温和，风速适中（0.5~2.0m/min）；
     • 脉冲喷吹清灰：清灰效果强，能快速去除粉尘层，可耐受更高风速（2.0~4.0m/min）。
8. 试说明三类除尘器的核心设计思路差异：机械除尘器侧重“设备尺寸与流体力学”，电除尘器侧重“电场特性与粒子荷电”，袋式除尘器侧重“滤料性能与清灰控制”，结合各自工作原理阐述该设计思路的合理性。
   • 答案：三类除尘器设计思路合理性：
     • 机械除尘器：依赖质量力分离，核心是延长粒子停留时间、增强分离力；故设计侧重设备尺寸（如沉降室L、W、H，旋风除尘器筒体直径D）与流体力学（如控制气流速度、减少涡流），确保质量力充分作用于粒子；
     • 电除尘器：分离力直接作用于粒子（电场力），核心是粒子荷电与迁移；故设计侧重电场特性（电极间距、供电电压）与粒子荷电（电晕极类型、荷电时间），确保粒子高效荷电并在电场中迁移；
     • 袋式除尘器：依赖过滤介质与粉尘初层捕集，核心是过滤与清灰*衡；故设计侧重滤料性能（耐温、耐磨、容尘量）与清灰控制（清灰方式、周期、强度），确保高效过滤的同时避免滤料损坏。
9. 结合三类除尘器的工作原理，分析不同粒径颗粒物（粗颗粒>10μm、中颗粒1~10μm、细颗粒<1μm）的最优除尘技术选择，并说明理由。
   • 答案：
     • 粗颗粒（>10μm）：选机械除尘器（重力/旋风）；理由：粒径大，质量力（重力、离心力）作用显著，设备投资低、阻力小，能高效分离，无需复杂技术。
     • 中颗粒（1~10μm）：选电除尘器或袋式除尘器；理由：机械除尘器对该粒径效率下降，电除尘器可通过电场荷电捕集，袋式除尘器通过筛分/惯性碰撞作用，两者效率均>98%，适配工业大规模处理。
     • 细颗粒（<1μm）：优先选袋式除尘器（效率>99%），其次选优化后的电除尘器；理由：细颗粒扩散效应显著，袋式除尘器的粉尘初层可高效筛分，电除尘器需依赖扩散荷电，且需避免电晕闭塞，袋式适应性更强。
10. 试分析PM₂.₅对除尘技术的挑战及应对措施，结合其粒径特性说明为何传统机械除尘器难以高效捕集。
    • 答案：
      • 挑战：PM₂.₅粒径小（≤2.5μm），质量力作用微弱，扩散系数大，易随气流逃逸；部分PM₂.₅为高比电阻或粘性粉尘，进一步增加捕集难度。
      • 传统机械除尘器低效原因：依赖重力、离心力等质量力，PM₂.₅质量极小，沉降速度极低（如0.5μm颗粒沉降速度约2.28×10⁻⁵m/s），在常规设备尺寸内无法完成沉降分离；惯性碰撞和离心力作用不足以克服气流阻力，难以移向分离界面（如旋风除尘器外壁、沉降室灰斗）。
      • 应对措施：① 采用袋式除尘器，利用粉尘初层的精细筛分和扩散作用，捕集效率>99%；② 优化电除尘器，采用脉冲供电、芒刺电晕极，强化扩散荷电，避免反电晕；③ 预处理+深度处理组合工艺（如旋风除尘器预除尘+袋式除尘器深度净化），兼顾成本与效率。
11. 说明颗粒物浓度、粒径分布与可见度的量化关联趋势，并分析除尘技术对改善可见度的作用路径。
    • 答案：
      • 量化关联：① 颗粒物浓度越高，可见度越低（呈对数负相关）；② 粒径0.1~1μm的颗粒物占比越高，可见度下降越显著（该粒径散射效率最高）；③ PM₂.₅浓度每升高10μg/m³，可见度可下降5~10km（具体与湿度、颗粒物成分相关）。
      • 除尘技术作用路径：① 高效去除PM₂.₅及0.1~1μm颗粒物（核心粒径），减少散射源；② 降低总颗粒物浓度，减少光线吸收与散射总量；③ 针对工业污染源（如燃煤电厂、垃圾焚烧厂），采用袋式/电除尘技术将排放浓度控制在超低水*（如≤10mg/m³），可显著降低区域颗粒物污染，改善大气可见度。

吸收法净化气态污染物复习题库（含答案）

一、简单题（核心概念/公式/特性类）

1. 吸收法净化气态污染物的核心原理是什么？
   答案：利用适当的吸收剂，从废气中选择性地吸收去除气态污染物，以达到消除污染的目的。

2. 亨利定律的核心表达式（稀溶液物理吸收）是什么？各符号含义是什么？
   答案：核心表达式(p_{i}^{}=E_{i} x_{i})；(p_{i}^{})为*衡时i组分的气相*衡分压，(E_{i})为亨利系数（与分压同单位），(x_{i})为*衡溶液中i组分的摩尔分率。

3. 双膜理论的核心假设包括哪几点？
   答案：①界面两侧存在气膜和液膜，膜内为层流，传质阻力仅在膜内；②膜外为湍流，无浓度梯度（无扩散阻力）；③气液界面上达溶解*衡（(C_{A i}=H_{A} P_{A i})）；④膜内无物质积累，处于稳态。

4. 化学吸收相比物理吸收的关键优势是什么？
   答案：化学反应消耗液相中游离溶质，降低气相*衡分压(p_{A}^{*})，增大吸收推动力，提升吸收率和吸收速率；同时增大吸收剂的吸收能力。

5. 填料塔的核心优点和主要缺点是什么？
   答案：优点：结构简单、便于耐腐蚀材料制造、汽液接触效果好、压降小；缺点：含悬浮颗粒时易堵塞，检修时填料损耗大。

6. 吸收剂选择的核心原则有哪些（答3点即可）？
   答案：①对被吸收组分选择性好、吸收能力大；②蒸汽压低（减少损失）、化学性质稳定；③价廉易得、易于解吸再生或综合利用。

7. 物理吸收与化学吸收的最小吸收剂用量计算公式分别是什么？
   答案：物理吸收：(L_{min }=\frac{G\left(y_{A 2}-y_{A 1}\right)}{\frac{y_{A 2}}{m}-x_{A 1}})；化学吸收（快速/瞬间反应）：(L_{min }=\frac{G\left(y_{A 2}-y_{A 1}\right) v_{B}}{x_{B 1}})。

8. 板式塔液泛现象的定义及危害是什么？
   答案：定义：气液两相流动不畅导致板上液层迅速积累，充满塔内空间的现象；危害：破坏塔的正常操作，气液接触恶化，净化效率急剧下降。

二、论述题（原理/应用/设计类）

1. 论述双膜理论对吸收速率计算的指导意义，以及总传质速率方程的核心逻辑。
   答案：①双膜理论明确了传质阻力的来源（仅存在于气膜和液膜内），将复杂的气液传质过程简化为“膜内扩散+界面*衡”的两步过程，为速率计算提供了理论框架；②基于双膜理论，可推导分传质速率方程（气相(N_{A}=k_{g}(p_{A}-p_{A i}))、液相(N_{A}=k_{l}(c_{A i}-c_{A}))），再通过界面*衡关系关联，得到总传质速率方程；③总传质速率方程（如(N_{A}=K_{Ag}(p_{A}-p_{A}^{*}))）的核心逻辑是将气膜阻力和液膜阻力合并为总传质阻力，用实际浓度与*衡浓度的差值（推动力）直接计算总传质速率，简化工程应用；④同时明确了传质控制类型（气膜控制(\frac{1}{K_{A g}} \approx \frac{1}{k_{A g}})、液膜控制(\frac{1}{K_{A l}} \approx \frac{1}{k_{A l}})），为优化吸收操作（如气膜控制需增大气相湍动）提供依据。

2. 论述化学吸收过程的速率控制类型及判断依据，工业上为何优先选用极快不可逆反应的化学吸收？
   答案：①化学吸收速率是传质速率与化学反应速率的综合结果，分为两类控制类型：一是化学动力学控制，当传质速率≫化学反应速率时，速率由化学反应决定；二是扩散控制，当化学反应速率≫某步传质速率时，速率由该步传质决定；②判断依据：通过对比传质速率与化学反应速率的相对大小，或通过临界浓度(C_{Kp})判断反应带位置（如(C_{BL}<C_{Kp})时反应带在液膜内，为扩散控制）；③工业优先选用极快不可逆反应的原因：一是极快反应可使液相中游离溶质浓度趋*于0，显著增大吸收推动力，提升净化效率；二是过程多为扩散控制，便于通过强化气液湍动（如增大空塔气速、优化填料结构）降低传质阻力，提升吸收速率；三是能提高吸收剂的吸收容量，减少吸收剂用量和后续处理负荷，降低操作成本。

3. 论述填料塔与板式塔的选型依据，分别说明优先选用两种设备的场景。
   答案：选型需综合考虑物料性质、处理规模、传质控制类型、操作要求等因素，具体场景如下：①优先选用填料塔的场景：处理强腐蚀性物料（填料可采用陶瓷、玻璃等惰性材料）；小直径塔（<0.8m，经济性能更优）；气相控制的传质过程（填料塔气相湍动强，降低气相传质阻力）；易发沫物料（填料塔气液接触温和，不易夹带）；②优先选用板式塔的场景：生产能力大、采用大塔径时（结构更紧凑，投资更经济）；所需理论塔板数多、塔高较高时（便于分级接触和检修）；需从塔内移除热量时（塔板可设置冷却装置）；含颗粒的物系（液流通道较大，不易堵塞）；液膜控制的传质过程（板式塔气体鼓泡增强液相湍动，降低液相传质阻力）。

4. 论述吸收塔设计的核心步骤及各步骤的关键输入参数与输出结果。
   答案：吸收塔设计核心步骤遵循“参数输入→计算分析→结构确定→校核优化”逻辑，具体如下：①确定设计依据：输入关键参数（单位时间处理气体流量、气体组成、吸收率要求、吸收液性质、操作压力/温度），明确设计目标；②选择吸收剂与设备类型：根据污染物性质（如腐蚀性、浓度）、传质要求选择吸收剂（如物理吸收选高溶解度吸收剂，化学吸收选快速反应吸收剂），结合处理规模和物料特性确定设备类型（填料塔/板式塔）；③计算吸收剂用量：基于物料衡算和相*衡关系，计算最小吸收剂用量，再取1.1~2.0倍作为实际用量，输出吸收剂循环量；④确定设备主要尺寸：填料塔需计算塔径（基于气体流量和泛点气速）、填料层高度（联立速率方程与物料衡算）；板式塔需计算塔径、塔板数（理论塔板数÷塔板效率）、塔板间距，输出设备核心结构尺寸；⑤核算压力损失：通过关联图（如Eckert图）或经验公式估算压降，若超出允许范围，返回调整操作参数（如空塔气速）或设备尺寸，确保操作稳定。

吸附法净化气态污染物复习题库（含答案）

一、简单题（核心概念+基础应用）

1. 吸附法净化气态污染物的核心原理是什么？（答案：利用多孔固体吸附剂将气体混合物中特定组分浓集于固体表面，实现组分分离。）
2. 吸附剂需具备的关键特性有哪些？（答案：内表面积大、选择性吸附、吸附容量大、高机械强度与热/化学稳定性、良好再生性能、来源广泛且造价低廉。）
3. 物理吸附与化学吸附的核心区别是什么？（答案：物理吸附低温易发生，无化学键形成；化学吸附需吸附剂具备足够活化能，伴随化学键形成。）
4. 常用的三大等温吸附方程是什么？（答案：弗伦德里希方程、朗格缪尔方程、BET方程。）
5. 固定床吸附器的主要优点和适用场景是什么？（答案：优点为结构简单、制造容易、价格低廉；适用于小型、分散、间歇性污染源治理。）
6. 吸附剂再生的常用方法有哪些？（答案：加热再生、降压或真空解吸/吹洗气气提、置换再生、溶剂萃取、化学转化再生。）
7. 活性炭吸附有机蒸气后，常用的脱附介质是什么？（答案：110~120℃低压水蒸气。）
8. 含氟废气干法净化的核心吸附剂是什么？该方法的显著优点是什么？（答案：吸附剂为氧化铝；优点是净化效率达99%以上，无二次污染和设备腐蚀，基建与运行费用低。）
9. 吸附速率的三个关键步骤是什么？（答案：外扩散（气膜扩散）、内扩散（微孔扩散）、吸附（化学吸附含化学反应）。）
10. BET方程的核心应用是什么？（答案：测定和计算固体吸附剂的比表面积。）

二、论述题（综合应用+原理分析）

1. 论述朗格缪尔等温吸附方程的假设条件、核心公式及工程应用场景。（答案：假设条件：①固体表面仅能进行单分子层吸附；②固体表面均匀，各处吸附热相等。核心公式：(\theta = \frac{BP}{1+BP})（覆盖率）、(X_T = \frac{ABP}{1+BP})（吸附量），其中(B=k_1/k_2)（吸附/解吸常数比），(A)为饱和吸附量。工程应用：适用于I型等温线，可预测不同分压下的*衡吸附量，为固定床、移动床等吸附装置的吸附容量设计提供依据，尤其适用于低浓度气体吸附计算。）
2. 论述固定床吸附器两种核心设计计算方法（希洛夫*似法与穿透曲线法）的适用条件及优缺点。（答案：希洛夫*似法适用条件：等温吸附、低浓度污染物、III型吸附等温线、吸附区长度恒定、床层长度大于吸附区长度。优点：计算简便、工程应用广泛；缺点：精度较低，未考虑吸附区动态变化。穿透曲线法适用条件：等温吸附、低浓度污染物、吸附区长度恒定、床层长度大于吸附区长度。优点：考虑吸附区动态特性，设计精度高；缺点：需通过实验获取穿透曲线数据，计算步骤更复杂，需进行图解积分求传质单元数。）
3. 论述移动床吸附器的结构特点、工作原理及核心计算内容。（答案：结构特点：吸附剂与含污染物气体连续逆流运动，含提升器、旋风分离器、吸附段、汽提段等，吸附剂可循环使用。工作原理：气体自下而上流动，吸附剂自上而下移动，在逆流接触中完成吸附，吸附后的吸附剂进入再生单元恢复活性，再生后返回吸附段循环。核心计算内容：①吸附器直径：由气体流量和空床气速（取临界流化气速的0.6_{0.8倍）计算；②吸附剂用量：基于最小固气比（由进出口浓度和*衡数据求得），取1.1}2.0倍最小固气比计算实际用量；③床层高度：通过图解积分求传质单元数，结合传质单元高度（由传质总系数计算）求得。）
4. 论述活性炭吸附法净化烟气中SO₂的工艺流程、反应原理及关键影响因素。（答案：工艺流程：常用固定床或移动床，含吸附塔、脱附塔、换热器、硫酸浓缩器等，烟气经预处理后进入吸附塔，SO₂被活性炭吸附催化氧化，产物经洗涤回收硫酸，活性炭再生后循环使用。反应原理：①SO₂、O₂扩散至炭表面并吸附；②被吸附的SO₂催化氧化为SO₃；③SO₃水合形成硫酸储存于炭孔；④洗涤活性炭床层排出酸液，恢复催化活性。关键影响因素：①吸附剂物化特性（比表面积、孔径等）；②烟气空床速度（0.3_{1m/s为宜）与SO₂浓度；③床层温度与烟气湿度；④烟气氧含量（需5%}10%，低于3%时反应效率下降）。）
5. 论述吸附法净化有机蒸汽的核心吸附剂、工艺过程及有机溶剂蒸发量的计算方法。（答案：核心吸附剂：活性炭（比表面积大、对有机蒸汽吸附选择性强）。工艺过程：采用固定床吸附装置，含过滤器、吸附器、冷凝器、加热器等，有机蒸汽废气经预处理后进入吸附器被活性炭吸附，吸附饱和后用水蒸气脱附，脱附气体经冷凝、分层或蒸馏回收有机溶剂，活性炭经热空气干燥再生。有机溶剂蒸发量计算方法：①马扎克公式：(G=(5.38+4.1u)\frac{p_v}{133.32}·F·\sqrt{M})，适用于敞露存放的有机溶剂，需已知风速、饱和蒸汽压、敞露面积和分子量；②相对挥发度法：(a_i=G_{乙醚}/G_i)，通过已知物质的蒸发量换算未知物质蒸发量，(G_B=G_A·a_A/a_B)。）

催化转化法净化气态污染物复习题库（含答案）

一、简单题（核心概念+基础应用）

1. 催化转化法净化气态污染物的核心原理是什么？
   答案：通过催化剂开辟新反应途径，降低反应活化能，使污染物转化为无害或易于处理的物质。

2. 固体催化剂的组成包括哪三部分？
   答案：活性组分、助催化剂、载体。

3. 催化作用的两个显著特征是什么？
   答案：对正逆反应影响相同（不改变*衡常数和*衡终点）；具有选择性。

4. 气固催化反应的7个步骤中，外扩散和内扩散分别对应哪几步？
   答案：外扩散对应“反应物从气流主体→催化剂外表面”“生成物从催化剂外表面→气流主体”；内扩散对应“反应物从催化剂外表面→微孔内”“生成物从微孔内→外表面”。

5. 催化剂稳定性的三个维度是什么？常见失效原因有哪些？
   答案：稳定性包括热稳定性、机械稳定性、化学稳定性；失效原因包括老化（活性组分流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎）和中毒（毒物如HCN、CO、H₂S、S、As、Pb）。

6. 理想置换反应器的体积计算公式是什么？
   答案：(V_{R}=\int_{x_{A_{0}}}^{x_{A t}} \frac{C_{A_{0}} Q_{0} d x_{A}}{r_{A}})

7. 消除外扩散和内扩散影响的关键方法分别是什么？
   答案：消除外扩散：提高气速，增强湍流以减小边界层厚度；消除内扩散：减小催化剂颗粒大小。

8. 固定床反应器的主要优点是什么？
   答案：流体接**推流，返混小、反应速度快；催化剂不易磨损，可长期使用；停留时间可控，温度分布可调节，选择性和转化率高。

二、论述题（原理分析+综合应用）

1. 论述催化作用与化学*衡的关系，并说明原因。
   答案：催化剂只能加速化学反应速率，不能改变化学*衡的终点。原因：催化剂对正、逆反应的加速作用相同，会同等程度降低正、逆反应的活化能，使正、逆反应速率常数的比值保持不变，而*衡常数由反应本身性质和温度决定，与催化剂无关，因此*衡不发生移动。

2. 气固催化反应中，化学动力学控制、内扩散控制、外扩散控制的浓度分布特征是什么？如何通过实验判断反应的控制类型？
   答案：浓度分布特征：①化学动力学控制：(c_{Ag}≈c_{As}≈c_{Ac}≫c_{Ac}^{*)，反应速率由表面化学反应决定；②内扩散控制：(c_{Ag}≈c_{As}≫c_{Ac}≈c_{Ac}})，反应速率由内扩散过程决定；③外扩散控制：(c_{Ag}≫c_{As}≈c_{Ac}≈c_{Ac}^)，反应速率由外扩散过程决定。
   判断方法：①改变气速：气速提高后转化率显著上升，直至趋于定值，说明原反应为外扩散控制；②改变催化剂粒径：粒径减小后转化率显著上升，直至趋于定值，说明原反应为内扩散控制；③若改变气速和粒径，转化率均无明显变化，说明反应为化学动力学控制。

3. 论述固定床反应器的类型及适用场景，并分析其优缺点。
   答案：固定床反应器主要类型及适用场景：①单层/一段绝热反应器：结构简单、阻力小，适用于反应热效应小的场合；②多段绝热反应器：段间设换热（间接/直接冷激），适用于中等热效应反应；③列管式反应器：管间通载热体，传热效果好，适用于热效应大或对温度要求高的场合；④其他类型（径向、薄层床、自热式）：适配特定工艺需求（如径向反应器阻力小）。
   优点：流体返混小、反应速度快；催化剂不易磨损、使用寿命长；停留时间和温度易控制，选择性和转化率高。
   缺点：传热性能差，对热效应大的反应，温控难度大；催化剂更换需停产，操作灵活性低。

4. 结合文档内容，论述催化反应器设计的核心步骤及关键考虑因素。
   答案：核心步骤：①明确反应条件（如反应热、温度要求）；②选择反应器类型（基于热效应大小和温控需求，优先固定床反应器）；③确定流动模型（长径比大的固定床按理想置换反应器处理）；④通过数学模型法或经验法计算反应器体积（结合控制类型的速率方程积分）；⑤利用欧根公式计算床层阻力，验证设计合理性。
   关键考虑因素：①反应特性：反应热效应、反应级数、转化率要求；②催化剂性能：活性、稳定性、颗粒大小（影响扩散和阻力）；③工程要求：降低床层阻力、操作安全可靠、结构简单、造价及维护成本经济；④扩散影响：需通过气速和粒径优化，消除内外扩散对反应的限制。

VOCs污染控制复习题库（含答案）

一、简单题（核心知识点速记）

1. VOCs的定义核心指标是什么？（2点）
   答案：室温（25℃）下饱和蒸气压超过133.32Pa；常压下沸点低于250℃。
2. VOCs对环境的主要危害有哪些？（至少3点）
   答案：导致复合型污染、诱发灰霾、产生光化学烟雾、污染室内空气、影响动植物生长。
3. 人为源VOCs的主要排放来源包括哪几类？（至少3类）
   答案：大型固定源、交通工具、电镀、喷漆、有机溶剂使用、炼油石化、煤化工等。
4. VOCs污染预防的核心措施有哪三类？
   答案：VOCs替代、工艺改革、蒸发散逸控制。
5. 浮顶罐技术控制VOCs蒸发损耗的效率是多少？
   答案：可比固定顶罐减少油品损失80%左右。
6. 催化燃烧法的反应温度范围是多少？常用催化剂类型有哪些？
   答案：温度300～450℃；常用贵金属（Pt、Pd）及非贵金属（Mn、Cu、Cr等）催化剂。
7. 吸附法处理VOCs的核心材料是什么？
   答案：活性炭（吸附性能最佳）。
8. 生物法处理VOCs的三大工艺类型是什么？
   答案：生物洗涤塔、生物滴滤塔、生物过滤塔。
9. 冷凝法适用于何种浓度的VOCs废气？常作为什么用途？
   答案：适用于废气体积分数10⁻²以上的有机蒸气；常作为其他方法的前处理。
10. 热力燃烧的必要条件有哪3点？
    答案：反应温度、停留时间、湍流混合。

二、论述题（综合应用分析）

1. 论述VOCs控制技术的分类及各类技术的核心思路，举例说明典型技术。
   答案：VOCs控制技术分为预防性措施和末端治理措施两类。

• 预防性措施：核心思路是从源头减少VOCs产生或泄漏，包括3类：①VOCs替代，如涂料行业用水溶性涂料替代溶剂型涂料；②工艺改革，如用流化床粉剂涂料工艺取代传统挥发性溶剂工艺；③蒸发散逸控制，如浮顶罐、加油站油气回收系统。
• 末端治理措施：核心思路是对已产生的VOCs废气进行净化处理，典型技术有：①燃烧法（直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧），将VOCs氧化为CO₂和H₂O；②吸附法，利用活性炭等吸附剂吸附VOCs；③吸收法，通过吸收剂溶解VOCs；④冷凝法，冷却回收高浓度VOCs；⑤生物法，利用微生物降解VOCs为CO₂和H₂O。

2. 对比分析热力燃烧法与催化燃烧法的异同点，说明各自适用场景。
   答案：

• 相同点：均属于燃烧法，核心是将VOCs氧化分解为CO₂和H₂O，处理效率均＞95%，可回收热量。
• 不同点：①反应温度：热力燃烧540～820℃，催化燃烧300～450℃；②催化剂：催化燃烧需使用催化剂，热力燃烧无需；③安全性：催化燃烧无火焰更安全；④预处理要求：催化燃烧需预处理去除粉尘、重金属等，避免催化剂中毒，热力燃烧预处理要求较低；⑤辅助燃料消耗：催化燃烧消耗少，热力燃烧需较多辅助燃料。
• 适用场景：①热力燃烧适用于低浓度、大气量VOCs废气，可利用普通锅炉作为燃烧装置；②催化燃烧适用于各类可燃VOCs及恶臭气体，尤其适合低浓度废气，对浓度和热值限制少。

3. 论述生物法处理VOCs的三大工艺（生物洗涤塔、生物滴滤塔、生物过滤塔）的适用条件及核心优缺点。
   答案：

• 生物洗涤塔：①适用条件：气量小、浓度高、易溶、生物代谢速率低的VOCs；②优点：对较难溶气体可采用气液接触时间长的设备（如鼓泡塔）；③缺点：系统压降大，菌种易随连续相流失。
• 生物滴滤塔：①适用条件：气量大、浓度低、有机负荷高、降解过程中产酸的VOCs；②优点：处理能力大，工况易调节，不易堵塞；③缺点：操作要求高，不适合高浓度及气量波动大的VOCs。
• 生物过滤塔：①适用条件：气量大、浓度低的可生物降解VOCs；②优点：工艺简单、能耗少、运行费用低，对混合型VOCs去除率高，无二次污染，菌种不流失；③缺点：对高浓度、难生物降解的VOCs去除率低。

4. 简述蒸发散逸控制中“呼吸损耗”的定义、产生原因及控制措施。
   答案：

• 定义：温度变化使容器产生“吸进和呼出”行为，导致的VOCs蒸发损耗。
• 产生原因：白天环境温度升高，容器内气体膨胀，VOCs蒸气被呼出；夜晚温度降低，容器内压力下降，外界空气被吸入，反复循环造成损耗。
• 控制措施：①固定顶罐：安装真空压力阀，仅当压力变化较大时才允许气体流动；②浮顶罐：通过浮动顶盖与罐壁密封，隔绝大气，消除呼吸损耗；③蒸气回收系统：收集贮罐内有机蒸气并回收利用。

5. 论述吸附法处理VOCs的原理、核心工艺及多组分吸附的关键规律。
   答案：

• 原理：含VOCs的气态混合物与多孔性固体（如活性炭）接触，利用固体表面分子吸引力或化学键力，将VOCs吸附在固体表面实现分离。
• 核心工艺：废气经预处理去除杂质后，进入吸附床（双床交替运行）吸附VOCs，吸附饱和后用蒸气脱附，脱附气经浓缩器浓缩后进一步分离，吸附剂再生循环使用。
• 多组分吸附规律：①各组分先均等吸附于吸附剂上；②挥发性强的物质（弱吸附质）会被挥发性弱的物质（强吸附质）取代；③强吸附质的吸附带更靠*进气端，弱吸附质的吸附带在后端，可能出现弱吸附质提前穿透的现象。