大氣污染控制工程

1、大氣污染控制工程1學(xué) 習(xí) 要 求本門課程的成績由平時(shí)成績和期末考試成績兩部分組成，其中平時(shí)成績占30%，期末考試成績占70%。平時(shí)成績由平時(shí)測驗(yàn)組成。凡無故曠課一次，從平時(shí)成績中扣5分，直至扣完為止；曠課達(dá)3次及以上者，考試不及格。期末考試形式為閉卷。2教材及參考書籍教材：蔣文舉，寧平主編. 大氣污染控制工程. 四川大學(xué)出版社，2001年10月第1版參考書籍：1、姜安璽等編著. 空氣污染控制. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003年6月第1版2、郝吉明,馬廣大主編.大氣污染控制工程. 高等教育出版社,2002.83、郭靜,阮宜綸主編.大氣污染控制工程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.53第一章 概論一、

2、地球大氣層（一）大氣組成表 干潔空氣的組成(%)4(二）大氣結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？有何特點(diǎn)？5二、大氣污染有關(guān)的概念 大氣污染的概念（ISO定義）：指由于人類活動(dòng)或自然過程使得某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到了足夠的時(shí)間，并因此而危害了人類的舒適、健康和福利或危害了環(huán)境的現(xiàn)象。 大氣污染物：指由于人類活動(dòng)和自然過程產(chǎn)生的并且對人或環(huán)境有害的物質(zhì)。大氣污染物顆粒污染物氣態(tài)污染物6三、大氣污染現(xiàn)狀 表 2000年與1995年廢氣中主要污染物排放狀況對比（萬噸）項(xiàng)目SO2煙塵工業(yè)粉塵2000年1995.11165.41092.01995年2369.61743.61731.2增減率/%-15.8-3

3、3.2-36.97圖 1989-2000年中國主要大氣污染物的總排放量（按歷年中國環(huán)境狀況公報(bào)繪制）8（一）我國大氣污染嚴(yán)重的原因 （1）直接燃煤是我國大氣污染嚴(yán)重的根本原因； （2）能源浪費(fèi)嚴(yán)重，燃燒方式落后，加重了大氣污染： （3）交通污染源集中于城市，也是大氣污染的原因之一。 （4）城市布局、工業(yè)布局的不夠合理，也是大氣污染的原因之一。 9（二）我國大氣污染的特點(diǎn)（1） 我國的主要大氣污染物是降塵的總懸浮微粒，其次是SO2，說明是以粉塵和SO2為代表的煤煙型污染； （2）我國北方城市大氣污染水平高于南方（尤以冬季為甚），冬季高于夏季，早晚高于中午，是大氣污染的時(shí)空分布特點(diǎn)。 （3）產(chǎn)煤區(qū)

4、污染嚴(yán)重，尤以高硫煤區(qū)為甚，是大氣污染的區(qū)域性問題。 10四、大氣污染共同特點(diǎn)（一）不可見性，污染物成分測定較困難（二）廣泛性、危害的長期性、控制的復(fù)雜性（三）無國界性11五、大氣污染的危害（一）對人的危害1、SOX的污染及危害2、NOX的污染及危害3、顆粒物質(zhì)的污染及危害4、大氣中其它有害物質(zhì)的污染及危害（二）大氣污染對生物的危害（三）大氣污染對材料的危害（四）大氣污染對氣候的危害12六、大氣污染的防治（一）主要大氣污染物的防治技術(shù)1、大氣顆粒物的控制（1）改變?nèi)剂系臉?gòu)成，改進(jìn)燃燒方式，提高燃料利用率，以減少顆粒物的排放（2）安裝除塵裝置，在顆粒物排放到大氣環(huán)境之前，將其除掉，以減輕對大氣的

5、污染132、SO2的污染控制（1）燃料脫硫（2）煙氣脫硫 石灰/石灰石洗滌法 氨法 吸附法3、NOX的污染控制（1）改進(jìn)燃燒技術(shù)減少NOx的產(chǎn)生；（2）煙氣中去除NOx。144、汽車尾氣的污染控制第一，也是最根本和最終的途徑，改變汽車的動(dòng)力。如開發(fā)電動(dòng)汽車及代用燃料汽車。此途徑使汽車根本不產(chǎn)生或只產(chǎn)生很少的污染氣體。第二，改善現(xiàn)有的汽車動(dòng)力裝置和燃油質(zhì)量。采用設(shè)計(jì)優(yōu)良的發(fā)動(dòng)機(jī)、改善燃燒室結(jié)構(gòu)、采用新材料、提高燃油質(zhì)量等都能使汽車排氣污染減少，但是不能達(dá)到“零排放”。第三，也是目前廣泛采用的適用于大量在用車和新車的凈化技術(shù)。采用一些先進(jìn)的機(jī)外凈化技術(shù)對汽車產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行凈化以減少污染，此途徑也不

6、能達(dá)到“零污染”。機(jī)外凈化技術(shù)就是在汽車的排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，采用物理的、化學(xué)的方法減少排氣中的污染物。可分為催化器、熱反應(yīng)器和過濾收集器等兩類。前者多用于汽油機(jī)汽車，后者多用于柴油機(jī)汽車。15（二）大氣污染的綜合防治1、全面規(guī)劃，合理布局2、建立嚴(yán)格的環(huán)境管理方法和制度3、控制大氣污染的技術(shù)途徑4、控制環(huán)境污染的經(jīng)濟(jì)政策5、綠化造林6、安裝廢氣凈化裝置16七、大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（一）大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)1、大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（1）環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095-1996：1996年1月18日經(jīng)國家環(huán)保局批準(zhǔn)，同時(shí)代替GB3095-82。新標(biāo)準(zhǔn)將環(huán)境空氣質(zhì)量功能分為三類：17一類區(qū)：為自然保護(hù)區(qū)、

7、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護(hù)的地區(qū)；二類區(qū)：為城鎮(zhèn)規(guī)劃中的確定的居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)；三類區(qū)：為特定工業(yè)區(qū)。18 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級：一類區(qū)執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)；二類區(qū)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)；三類區(qū)執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)中制定了十種污染物（SO2, TSP, PM10, NOx, NO2, CO, O3, Pb, B, BaP, F）的標(biāo)準(zhǔn)值及其分析方法。下表列出了這十種污染物的濃度限值19污染物名稱取樣時(shí)間濃度限值濃度單位一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)SO2年平均0.020.060.10Mg/m3日平均0.050.050.25一小時(shí)平均0.150.500.70TSP年平均0.

8、080200.30日平均0.120.300.50PM 10年平均0.040.100.15日平均0.050.150.25表 各項(xiàng)污染物的濃度限值20表 各項(xiàng)污染物的濃度限值N Ox年平均0.050.050.10mg/m3日平均0.100.100.15一小時(shí)平均0.150.150.30NO2年平均0.040.040.08日平均0.080.080.12一小時(shí)平均0.120.120.24CO日平均4.004.006.00一小時(shí)平均10.0010.0020.00O3一小時(shí)平均0.120.160.2021續(xù)表 各項(xiàng)污染物的濃度限值Pb季平均1.50g/Nm3年平均1.00BaP日平均0.01F日平均7一小

9、時(shí)平均20 月平均1.83.0g/dm2.d植物生長季平均1.2 2.0 注：適用于城市地區(qū)；適用于牧業(yè)區(qū)和以牧業(yè)為主的半農(nóng)半牧區(qū)，蠶桑區(qū)；適用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)區(qū)。22 （2）其它環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：如保護(hù)農(nóng)作物的大氣污染物最高允許濃度GB9167-88和工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) TJ36-93等。2、大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) 1996年4月12日經(jīng)國家環(huán)保局批準(zhǔn)， 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996于1997年1月1 日實(shí)施，同時(shí)取消工業(yè)三廢排放試行標(biāo)準(zhǔn)GBJ4-73中的廢氣部分及十個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括合成洗滌劑火炸藥、雷汞、硫酸、船舶、鋼鐵、輕金屬、重有色金屬、瀝青及普鈣等行業(yè)。（2

10、）制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的方法GB/T13201-91233、環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）大氣環(huán)境基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（如名詞標(biāo)準(zhǔn)）、方法標(biāo)準(zhǔn)（采樣分析標(biāo)準(zhǔn)）、樣品標(biāo)準(zhǔn)（監(jiān)測樣品標(biāo)準(zhǔn)）；（2）大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如原料、燃料使用標(biāo)準(zhǔn)，凈化裝置選用標(biāo)準(zhǔn)，排氣筒高度標(biāo)準(zhǔn)等）；（3）環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。它們是為保證前述標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施而作出的具體技術(shù)規(guī)定，目的是使生產(chǎn)、設(shè)計(jì)管理、監(jiān)督人員容易掌握和執(zhí)行。24（二）法規(guī)中華人民共和國大氣污染防治法：現(xiàn)有的大氣污染防治法是在對1987年通過的大氣污染防治法進(jìn)行修訂而來的，從2000年9月1日開始執(zhí)行。25質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)的相互關(guān)系：質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（環(huán)境質(zhì)量功能是否滿

11、足要求）排放標(biāo)準(zhǔn)（保證環(huán)境質(zhì)量、衡量排放是否達(dá)標(biāo)）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施的方法）法規(guī)（保證標(biāo)準(zhǔn)得以實(shí)施的強(qiáng)制手段）26第二章 大氣物理化學(xué)基礎(chǔ)一、大氣污染物擴(kuò)散與氣象的關(guān)系（一）地球大氣特征1、大氣的組成:（1）恒定組分：指干凈大氣的組分（CO2除外）（2）可變組分：CO2和H2O（3）不定組分；指大氣中的污染物質(zhì)272、大氣的結(jié)構(gòu)及作用（1）結(jié)構(gòu)：前面已介紹。（2）作用：A、大氣是生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)，大氣中的氮和氧等元素是生物體的支柱，每人每天平均吸入15Kg的空氣；B、大氣通過紫外線照射和雷電火花合成有機(jī)物；C、保護(hù)地球一切生命的安全，減弱隕石和紫外線的損傷；D、保護(hù)地球表面的熱量

12、，調(diào)節(jié)氣候；E、大氣是某些環(huán)境物質(zhì)運(yùn)移的載體。28（二）氣象要素1、風(fēng)與風(fēng)向（1）風(fēng)：指大氣的水平運(yùn)動(dòng)。（2）風(fēng)向：指風(fēng)的來向。風(fēng)向可用8個(gè)方位或16個(gè)方位表示，也可用角度表示。以正北方向?yàn)榱愣龋瑢A角分為360，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。例如風(fēng)從北方吹來稱為北風(fēng)（N）或稱風(fēng)向?yàn)?，東南方吹來的風(fēng)稱東南風(fēng)（SE）或稱風(fēng)向135。29 主導(dǎo)風(fēng)向；風(fēng)向是經(jīng)常變化的，不同地區(qū)在一年中都有經(jīng)常出現(xiàn)的風(fēng)向，即主導(dǎo)風(fēng)向。 風(fēng)向頻率: 表示某風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占全年各方向風(fēng)向出現(xiàn)總次數(shù)的百分比。風(fēng)向決定了污染物的擴(kuò)散方向。30（3）風(fēng)速： 指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向運(yùn)動(dòng)的距離，單位用m/s或km/s表示。 風(fēng)速是一個(gè)矢量，具

13、有大小和方向。在大氣邊界層中，磨擦力隨高度的增加而減小，當(dāng)氣壓梯度力不隨時(shí)高度變化 時(shí)，風(fēng)速隨距地面高度增加而增大，風(fēng)向與等壓線的交角隨高度增加而減小。通常大氣中的污染物濃度與風(fēng)速成反比，風(fēng)速增加一倍，下風(fēng)向濃度將減少一半。312、氣溫與氣壓（1）氣溫：這里指地面氣溫，一般是指距地面1.5m高處在百葉箱中觀測到的空氣溫度。常用的氣溫 單位為攝氏溫度（ ）、熱力學(xué)溫度（K）和華氏溫度（F）。三者之間的換算公式如下：TK=t +273.15t =5/9 (t F32)32 氣溫與大氣污染的關(guān)系：近地層大氣的溫度是不斷變化的。近地層大氣溫度的垂直分布決定了大氣的穩(wěn)定程度，以至影響大氣污染物的擴(kuò)散和稀

14、釋。因此氣溫的垂直分布與大氣污染程度密切相關(guān)。33（2）氣壓： 單位面積上承受的大氣柱的重力，即大氣的壓強(qiáng)。大氣層中不同的地方氣壓不同而產(chǎn)生壓力差，從而引起空氣的運(yùn)動(dòng)。氣壓的單位有：大氣壓、帕、毫巴、毫米汞柱，它們之間的關(guān)系如下1atm=101325Pa=1013.25mbar=760mmHg343、大氣濕度：表示大氣中水汽含量和潮濕程度的重要物理量，它與天氣變化密切相關(guān)。大氣濕度的常用表示方法有以下幾種：（1）絕對濕度：單位體積空氣中所含的水汽質(zhì)量，單位：g/m3.(2)水汽壓力：空氣中所含水汽的分壓力，與氣壓用相同單位mmHg或Pa。 注意：通常氣溫條件下水汽壓的值與絕對濕度的值相差不大，

15、因此實(shí)際工作中常以水汽壓來代替絕對濕度35（3）相對濕度： 大氣中水汽壓與同一溫度下的飽和水汽壓之比，用百分?jǐn)?shù)表示。（4）露點(diǎn)： 氣壓不變的情況下，降低氣溫使其達(dá)到飽和時(shí)的那個(gè)溫度稱為露點(diǎn)。 根據(jù)氣溫與露點(diǎn)之差可以判斷空氣的飽和程度，即相對濕度的大小。差值越大，相對濕度越?。环粗嗳?。36 4、云與輻射（1）云（2）輻射:物質(zhì)以電磁波形式放射能量。（3）云和輻射的關(guān)系：云對輻射起屏障作用，它即能阻擋白天的太陽輻射，又阻擋地面向上的輻射?？偟男Ч菧p少垂直溫度梯度，減弱的程度視云量的多少而定。陰天，溫度層結(jié)的晝夜變化幾乎消失，大氣接近中性狀態(tài)；同理，溫度層結(jié)也隨季節(jié)變化。例如，夏季遞減強(qiáng)度大，頻

16、率高，大氣不穩(wěn)定；冬季，逆溫強(qiáng)度大，頻率高，大氣多出現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)。由此可見，輻射和云對大氣穩(wěn)定度可產(chǎn)生重要影響，從而影響到大氣污染物的擴(kuò)散稀釋。37二、影響大氣污染物擴(kuò)散能力的主要因素 大氣的運(yùn)動(dòng)變化主要是由大氣中熱能的交換引起的，熱能主要來自于太陽，熱能的交換使得大氣的溫度有升有降。空氣的運(yùn)動(dòng)和氣壓系統(tǒng)的變化活動(dòng)，使地球上海陸之間、南北之間、地面和高空之間的能量和物質(zhì)不斷交換，生成復(fù)雜的氣象變化和氣候變化。影響大氣污染物擴(kuò)散的主要因素有兩方面： 一是氣象的動(dòng)力因素；二是 熱力因素。38（一）影響大氣污染物擴(kuò)散因素中的動(dòng)力因素1、風(fēng)：對大氣污染物質(zhì)的作用是（1）輸送作用（2）稀釋作用2、湍流：指大

17、氣中存在著不同于主流方向各種尺度的次生運(yùn)動(dòng)或稱為旋渦運(yùn)動(dòng)。（1）影響大氣湍流的因子：大氣垂直穩(wěn)定度（該因子形成的大氣湍流稱為熱力湍流）、近地面的風(fēng)速、下墊面的粗糙情況等機(jī)械因素（該因子形成的湍流稱為機(jī)械湍流）（2）對大氣污染物的作用：混合稀釋39 風(fēng)和湍流對大氣污染的影響：風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中的擴(kuò)散狀態(tài)的最直接和最本質(zhì)的因子，是決定污染物擴(kuò)散的決定因素。 凡有利于增大風(fēng)速、增強(qiáng)湍流的氣象條件，都有利于污染物的稀釋擴(kuò)散，否則將會使污染嚴(yán)重。40（二）影響大氣污染物擴(kuò)散因素中的熱力因素 熱力因素主要指大氣的溫度層結(jié)和大氣穩(wěn)定度。 溫度層結(jié)：指地球表面上方的大氣溫度隨高度的變化情況，即在垂直

18、方向上的氣溫分布。 氣溫的垂直分布決定著大氣的穩(wěn)定度，而大氣穩(wěn)定度又影響著湍流的強(qiáng)度，因而溫度層結(jié)與大氣污染程度有著緊密的關(guān)系。411、大氣邊界層的溫度場：（1）氣溫垂直遞減率：為了描述氣溫垂直分布的特點(diǎn)，經(jīng)常利用氣溫垂直遞減率這個(gè)概念。它指氣溫隨高度的升高而降低的快慢，用每上升單位高度（ 100 米）的降低值，即氣溫垂直遞減率=T/ Z來表示。氣溫垂直遞減率有三種情況：氣溫隨高度的增加而降低，此時(shí)0；氣溫隨高度的升高而增加時(shí) 0，氣溫隨高度的升高不變時(shí)=0。42（2）絕熱變化和干絕熱遞減率絕熱變化：空氣與外界無熱量交換，由于外界壓力的變化，使其被壓縮或向外膨脹時(shí)所引起的溫度變化，稱為氣溫的絕

19、熱變化。在絕熱過程中，空氣內(nèi)能的變化是由于外力壓縮它，對它做功，或由空氣以膨脹的形式反抗外力做功的結(jié)果。當(dāng)空氣 上升時(shí)，由于周圍氣壓的降低，使空氣膨脹而降溫；相反空氣下降時(shí)，由于氣壓的增加，使空氣被壓縮而增溫。43干絕熱遞減率：干空氣絕熱上升單位距離時(shí)的溫度降低值，又稱為干空氣的絕熱垂直遞減率，常以d=dTi/dZ表示。式中Ti為干空氣團(tuán)的溫度。干絕熱遞增減率為一近似常數(shù)，其值大約為1100m。 思考：氣溫垂直遞減率和氣溫干絕熱遞減率有何區(qū)別？442 、大氣穩(wěn)定度（1）大氣穩(wěn)定度的含義：指在垂直方向上大氣穩(wěn)定的程度，即大氣是否易于發(fā)生對流，與和d有關(guān)。45（2）大氣穩(wěn)定度的分類： 穩(wěn)定平衡 不

20、穩(wěn)定平衡 中性平衡 dddd=drd。這種情況下煙云就好象被蓋子蓋住一樣，只能向下部，象煙熏一樣直撲地面。在污染源附近的污染物濃度較高，地面污染嚴(yán)重。56573、氣壓分布與大氣污染（1）低壓控制區(qū) 特點(diǎn)：空氣有上升運(yùn)動(dòng)，云天較多，通常風(fēng)速也較大 與大氣污染的關(guān)系：大氣多為中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于污染物的稀釋擴(kuò)散。58（2）強(qiáng)高壓控制區(qū)： 特點(diǎn)：天氣晴朗，風(fēng)速較小，由于大范圍內(nèi)空氣的下沉運(yùn)動(dòng)，在幾百米到一二千米的上空形成下沉逆溫。 與大氣污染的關(guān)系：阻擋著污染物向上湍流擴(kuò)散。若高壓大氣系統(tǒng)是靜止的或移動(dòng)很慢的微風(fēng)天氣，又連續(xù)幾天出現(xiàn)逆溫時(shí)，由于大氣對污染物的擴(kuò)散稀釋能力大大下降，將會出現(xiàn)所謂的空

21、氣“停滯”現(xiàn)象。這時(shí)即使處在正常情況下不足以造成大氣污染的污染源，也可能出現(xiàn)大范圍的污染危害。如再處于不利的地形條件，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的污染情況，如世界聞名的倫敦?zé)熿F事件就是在這樣的條件下發(fā)生的。594、霧與逆溫 霧和逆溫與大氣污染的關(guān)系： 一是有利于一次污染物的積累，二是促進(jìn)二次污染物的形成。 時(shí)間分布特點(diǎn)：霧并伴隨出現(xiàn) 的逆溫所導(dǎo)致的空氣污染以冬季最為嚴(yán)重，秋末初春次之，夏季最輕。例1：1948年10月底，美國多諾拉這個(gè)擁有1.4萬人的工業(yè)小鎮(zhèn)，由于大霧和逆溫的出現(xiàn)，空氣中SO2和金屬粉塵等迅速堆集，造成了6000人患病，17人死亡。例2：1930年2月，比利時(shí)馬斯河谷地區(qū)出現(xiàn)大霧和逆溫，致使

22、當(dāng)?shù)毓S排放的大量污染物沉積，導(dǎo)致幾千居民發(fā)病，死亡60余人。 605、局部氣流 地形和地貌的差異，加上日照時(shí)間的變化，地表熱力性質(zhì)的不均勻性，造成局部熱力環(huán)流，其水平范圍一般在幾至幾十公里，局部氣流對當(dāng)?shù)氐拇髿馕廴居酗@著的影響。常見的有： （1）城市熱島效應(yīng)： 熱島效應(yīng)形成的原因：城市上空污染物具有保溫作用，增加了大氣的逆輻射；城市建筑物和道路的建材改變了地表熱交換和大氣的動(dòng)力學(xué)特性，更易大量吸收熱輻射；城市大量高層建筑減低風(fēng)速，使熱量水平輸送相對困難；城市居民生產(chǎn)、生活形成豐富的熱源。 61熱島環(huán)流的形成和危害： 形成條件：（1）城市熱島效應(yīng)應(yīng)在幾百米以上有一穩(wěn)定層所覆蓋，而在穩(wěn)定層以下形

23、成城市混合層，混合層使該層內(nèi)的垂直濃度趨于均勻；（2）熱島效應(yīng)使農(nóng)村的冷空氣向城市輻合而上升。與大氣污染的關(guān)系：（1）該環(huán)流的水平輻射流場使接近地面的污染物向城市聚集，加重了城市的污染；（2）其輻合上升氣流使高煙囪的煙上升，輸往遠(yuǎn)處，又可減少對城市的污染。影響熱島效應(yīng)的因素：熱島效應(yīng)的強(qiáng)度與局部地區(qū)氣象（如云量、風(fēng)速等）、季節(jié)、地形、建筑形態(tài)以及城市規(guī)模、性質(zhì)有關(guān)。6263熱島效應(yīng)造成危害的例子：東京在2000年夏天超過30攝氏度的日數(shù)為67天，有41個(gè)熱得夜不能寐的夜晚，而10年前只有23天難以入眠。急救車出動(dòng)次數(shù)也從1985年的100次增加到628次，2000年死于熱浪的人數(shù)達(dá)207人。6

24、4（2）山谷風(fēng)（3）海陸風(fēng)（谷風(fēng)）山風(fēng)（山風(fēng)）65三、大氣污染化學(xué) 大氣污染化學(xué)的概念：它是研究大氣的組成、各種成分的性質(zhì)、來源和發(fā)生于大氣中的化學(xué)現(xiàn)象、化學(xué)過程及其規(guī)律的學(xué)科，是大氣科學(xué)的一個(gè)分支。 大氣污染化學(xué)的興起：（1）工業(yè)革命后使用煤作燃料發(fā)生由煤煙引起的煤煙污染事件；（2）二戰(zhàn)以后，又大量使用石油作燃料，出現(xiàn)了光化學(xué)污染問題；（3）核爆炸把放射性塵埃拋射到平流層，造成全球性放射性污染；（4）超音速飛機(jī)在平流層飛行，排出大量的氮氧化物等，對臭氧層有破壞作用，又使大氣化學(xué)的研究范圍從對流層擴(kuò)展到平流層。 20世紀(jì)60年代以后，當(dāng)出現(xiàn)了光化學(xué)煙霧、臭氧層破壞、酸雨等一系列環(huán)境問題時(shí)，人們

25、進(jìn)一步關(guān)注大氣污染化學(xué)的研究。 66（一）降水與大氣污染 降水與大氣污染的關(guān)系：大氣降水對去除大氣污染物有重要作用。一般降水前后空氣中氣溶膠或氣態(tài)物質(zhì)可以減少2/3或更多。因此研究降水中的成分、降水量、降水的變化、降水的地區(qū)差異，有助于探明大氣污染狀況，為大氣污染防治提供重要依據(jù)。671、云、霧對大氣污染物的作用 （1）云霧的形成：云霧是懸浮在大氣中的水汽凝結(jié)物，可以清除大氣中的氣溶膠顆粒和氣態(tài)污染物。云的形成首先是由凝結(jié)核活化過程開始，即云霧化學(xué)過程首先從氣溶膠粒子的云霧內(nèi)清除過程開始。此過程首先溶解氣溶膠物質(zhì)。大氣氣溶膠的可溶物質(zhì)主要是海鹽、硫酸和硝酸及其硫酸鹽和硝酸鹽。68（2）云霧中的

26、化學(xué)反應(yīng)：云霧滴能吸收大氣中的微量組分并在其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下： CO2+H2O H2CO3 H2CO3 H+HCO3- HCO3- H+CO32- NH3+H2O (NH4)OH (NH4)OH NH 4 + OH-69 氣體進(jìn)入水溶液后發(fā)生水解可能繼續(xù)發(fā)生下列反應(yīng)： SO2+O3 SO3+O2 SO3+H2O H2SO4 H2SO4 2H+SO42- SO42-+2O3 SO42-+3O2 HSO32-+O3 H+SO42-+O2 HSO3-+H2O2 H+SO42-+H2O SO2+H2O+Mn2+O3 2H+SO42-+O2+Mn2+ 70氣體成分的去向： （1）SOX的去

27、向：絕大部分以SO42-的形式存在， HSO32-只存在于酸性溶液中。（2）痕量組分的去向：大氣中還有一些痕量組分OH- 、H2O 、HNO2 、H2S 、HC、 HBr 以及有機(jī)化學(xué)成分等。它們多少也會被云霧滴吸收，并發(fā)生氧化還原反應(yīng)。但是當(dāng)云霧消散后，吸收、吸附的污染物及其反應(yīng)生成物仍可進(jìn)入大氣中。712、影響大氣降水中的化學(xué)成分的因素 大氣降水中的化學(xué)成分與其所處地區(qū)、季節(jié)有很大的關(guān)系。 （1）海陸的差異：海洋來的氣團(tuán)含鹽量高，Cl- 、Na+較多，硫酸鹽粒子含量較少。內(nèi)陸氣團(tuán)一般含HCO3 2-、SO42- 、Ca2+較多。因此沿海地區(qū)的降水中所含的Cl- 、Na+較內(nèi)陸地區(qū)高。熱帶氣

28、團(tuán)中的NH4+ 、HNO3含量較極地氣團(tuán)高。72 （2）城市之間的差異：不同的城市之間自然、人為活動(dòng)和周圍地區(qū)的污染物的長距離輸送不同。降水云下的氣溶膠濃度及化學(xué)成分很大程度上代表當(dāng)?shù)匚廴疚飦碓捶植继攸c(diǎn)和地形氣候特點(diǎn)。城市地區(qū)觀測的地面降水化學(xué)成分及其濃度與當(dāng)?shù)匚廴緺顩r有密切的關(guān)系。降水過程本身是大氣污染物的重要清除過程。多雨地區(qū)大氣中污染物濃度要比干燥地區(qū)低得多。 （3）不同季節(jié)之間的差異：由于不同季節(jié)受不同氣團(tuán)的影響，降水中的化學(xué)成分也有一定的變化。一般降水的含鹽量冬季低于夏季。 例子：我國華北和西北地區(qū)，夏季降水含鹽量在40mg/L以上，冬季降水含鹽量為15-30mg/L。733、降水的

29、pH值 影響降水pH值的因素：（1）地理環(huán)境和季節(jié)的變化。沿海一帶pH值較低，與海濱污泥排出大量的硫化氫以及燃燒放出的硫氧化物、氮氧化物有關(guān)。內(nèi)陸地區(qū)pH值高是由于含鈣土泥散布在空氣中，土壤中又排出較多的氨氣，使雨水中的Ca2+ 、NH4+增多，導(dǎo)致中和作用的結(jié)果。（2）陰陽離子的數(shù)量： 如HCO32- 、SO42- 、NO3- 、Cl-等 會引起pH值下降；NH4+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、Na+等可引起pH 值上升。人們生活生產(chǎn)中排至大氣中的SO2轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩?，使雨中H濃度增加，導(dǎo)致雨水呈強(qiáng)酸性反應(yīng)，形成酸雨降落。74（二）酸雨化學(xué) 1、酸雨的概念：指空氣污染造成的酸性廢水，從廣義上講，酸

30、雨是指pH值小于5.6的雨、雪、霧、雹等大氣降水和其它酸性沉降物。 通常認(rèn)為大氣降水與二氧化碳?xì)怏w平衡時(shí)的酸度（PH=5.6）為降水天然酸度，并將其作為判斷是否酸化的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)降水的PH值低于5.6時(shí)，降水即為酸雨。分析 表明，酸雨中含有多種無機(jī)酸或有機(jī)酸，其中絕大部分是硫酸和硝酸。752、酸雨的形成：一般認(rèn)為酸雨主要是由人為排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性氣體轉(zhuǎn)化而形成的。 酸雨的形成機(jī)理如下圖所示：76酸雨形成的條件內(nèi)因：SO2、NO2外因催化條件：氫氧自由基氣象條件：如降水等77（三）臭氧破壞化學(xué) 科學(xué)家們認(rèn)為，臭氧減少是由于人類活動(dòng)向大氣中排入氯氟烴(CFCs)和含溴鹵化烷烴哈龍(Halo

31、ns)等引起的。自然條件如低溫、背景氣溶膠等為臭氧損耗提供適宜的場所，人為活動(dòng)排放的物質(zhì)進(jìn)入平流層，大大加強(qiáng)了臭氧的清除過程，改變了多少個(gè)世紀(jì)以來形成的臭氧動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致臭氧不斷損耗。臭氧的損耗機(jī)理如下：Cl+O3ClO+O2； Br+O3BRO+O2ClO+OCl+O2； BrO+OBr+O2凈結(jié)果：O3+O2O2 78四、大氣污染擴(kuò)散模式 大氣污染擴(kuò)散的基本問題是研究湍流與煙流傳播和物質(zhì)濃度衰減關(guān)系問題，目前廣泛應(yīng)用的理論有三種：（1）梯度輸送理論：它是菲克用理論類比建立起來的理論。菲克認(rèn)為分子擴(kuò)散規(guī)律和傅里葉提出的熱傳導(dǎo)規(guī)律類似。這個(gè)理論的中心思想是在單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)經(jīng)過單位面積輸送的通量

32、與濃度梯度成正比。79（2）湍流統(tǒng)計(jì)理論：泰勒首先用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法去研究湍流擴(kuò)散問題。該理論的中心是闡述擴(kuò)散粒子關(guān)于時(shí)間和空間的概率分布，以便求出擴(kuò)散粒子的濃度的空間分布和隨時(shí)間的變化。 高斯在大量實(shí)測資料分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用湍流統(tǒng)計(jì)理論得到了正態(tài)分布假設(shè)下的擴(kuò)散模式，即通常所說的高斯模式，它是目前應(yīng)用最廣的模式。80（3）相似理論：這是在量綱分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的理論。 利用這些理論進(jìn)行研究時(shí)，常采用數(shù)值分析法、現(xiàn)場研究法和實(shí)驗(yàn)室模擬研究法三種方法。理論和方法的應(yīng)用截然不可分，應(yīng)將它們很好地結(jié)合在一起，得出與實(shí)際大氣污染擴(kuò)散模式相符合的計(jì)算模式。81（一）點(diǎn)源擴(kuò)散模式 實(shí)際處理的大氣污染物排放源

33、有點(diǎn)源、線源、面源和體源幾種形式，其中點(diǎn)源是最簡單也是最常見的一種污染源形式。 1、坐標(biāo)系：大量的觀測事實(shí)表明，從點(diǎn)源排放的大氣污染物在開闊平坦的地形條件下以煙流形式擴(kuò)散，并處在湍流隨機(jī)運(yùn)動(dòng)中，其濃度分布通常符合在平均煙流軸兩側(cè)是正態(tài)分布，即高斯分布的規(guī)律。 高斯模型的坐標(biāo)系如下圖所示：82 注：原點(diǎn)O為排放點(diǎn)或高架源排放點(diǎn)在地面的投影。X軸的正方向?yàn)槠骄L(fēng)向；Y軸在水平面上垂直于X軸，指向紙里面為正；Z軸通過原點(diǎn)O垂直于XOY平面，向上為正。832、正態(tài)分布的幾點(diǎn)假設(shè) 由于煙流濃度分布按高斯模型符合正態(tài)分布，因此可作出下述假設(shè)：（1）污染物濃度在Y、z軸上的分布為正態(tài)分布；（2）在空間中風(fēng)只

34、在一個(gè)方向上做均勻的穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)；（3）污染物在擴(kuò)散的過程中沒有衰減和增生，遵守質(zhì)量守恒定律；（4）源強(qiáng)連續(xù)均勻；（5）地表面足夠平坦；（6）在X軸方向上，污染物平流輸送作用（平均通量）遠(yuǎn)大于該方向上的湍流擴(kuò)散作用。843、無限空間中的擴(kuò)散模式 當(dāng)污染源位于無限空間中，X軸與煙流軸線重合，在上述假設(shè)的條件下，可以導(dǎo)出無限空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的模式: 85（對應(yīng)教材P264：公式14-27，應(yīng)對教材上的公式進(jìn)行改正。）式中 y ,z污染物在y, z方向的標(biāo)準(zhǔn)差,mq源強(qiáng)，g/s平均風(fēng)速，m/sX, y ,z污染物在x,y, z方向的坐標(biāo),m濃度的單位是什么？864、高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式 高架連續(xù)點(diǎn)源

35、的擴(kuò)散，心須考慮地面對擴(kuò)散的影響，可以認(rèn)為地面象鏡子 一樣對污染物全反射。這樣根據(jù)全反射原理，利用“像源法” 來處理這一問題。所以空間任一點(diǎn)的污染物濃度可以看成是兩部分之和：一部分 是不考慮地面影響時(shí)該點(diǎn)所具有的污染物濃度；另一點(diǎn)是地面全反射時(shí)該點(diǎn)增加的污染物濃度。也就是說，空間任一點(diǎn)的污染物濃度，都是由實(shí)源和虛源在該點(diǎn)造成的濃度之和。據(jù)此可得到高架連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式。 87OOO88 實(shí)源的供獻(xiàn)：P 點(diǎn)在以實(shí)源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)（距離煙流中心線的垂直距離）為（zH）。當(dāng)不考慮地面影響時(shí)，它在P 點(diǎn)所造成的污染物濃度為89 虛源的供獻(xiàn)：P 點(diǎn)在以像源為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中的垂直坐標(biāo)（距離像源

36、的煙流中心線的垂直距離）為（z+H）。它在P 點(diǎn)所造成的污染物濃度為90式中：H污染源離地面的高度， m。C=C實(shí)+C虛，即注：按照上述公式對教材P265：公式14-30進(jìn)行校正。又稱高斯擴(kuò)散模式91（1）地面濃度模式：高架連續(xù)點(diǎn)源模式在幾種特殊情況下的形式92（2）地面軸線濃度模式：93（3）高架連續(xù)點(diǎn)源地面最大軸線濃度：由于 y ，z 是距離x的函數(shù)，而且隨x的增大而增大，但q/（ y z ）又隨x的增大而減小，exp -H 2 /（2 z2 ）隨x增大而增大，這兩項(xiàng)共同作用的結(jié)果，必然在某一距離x處出現(xiàn)濃度的最大值。在最簡單的情況下，假設(shè)比值y/ z 不隨距離x而變化，此時(shí)得到地面最大軸

37、線濃度及離污染源相應(yīng)的距離公式：9495(4)地面連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式：地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式可由高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散 模式中令H=0而得到：比較：地面連續(xù)點(diǎn)源造成的污染物濃度恰好是無界空間連續(xù)點(diǎn)源所造成濃度的2倍96*使用高斯擴(kuò)散模式時(shí)的注意事項(xiàng) 高斯模式的成功運(yùn)用是有一定的假設(shè)前提的，使用時(shí)應(yīng)注意以下問題： （1）該模式較適用于估算較長時(shí)間內(nèi)的平均濃度，不能真實(shí)地估算非平穩(wěn)狀態(tài)下的或短期的污染物濃度的漲落； （2）該模式本身沒有計(jì)入風(fēng)向和風(fēng)速的變化，也未包括由風(fēng)切變引起的湍流影響 （3）該 公式適用于平均風(fēng)速大于2m/s時(shí)的情況。 (4) 在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要考慮污染物在大氣中比較復(fù)雜的實(shí)際散布過

38、程和各種非理想情況時(shí)，應(yīng)將高斯擴(kuò)散的基本模式給以適當(dāng)修正，以擴(kuò)大其適用范圍，如在較遠(yuǎn)距離時(shí)的修正、在靜風(fēng)和很穩(wěn)定條件下的修正、以及城市、水上、不規(guī)則地形條件下的修正等（結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行）。 975、有上部逆溫時(shí)的擴(kuò)散模式（1）上部逆溫的氣象特點(diǎn)：上部逆溫是經(jīng)常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。上部逆溫層就象一個(gè)蓋子使污染物的鉛直擴(kuò)散受到限制，擴(kuò)散只能在地面和逆溫層之間進(jìn)行。所以又稱為封閉型擴(kuò)散。（2）高斯擴(kuò)散模式的適用條件：只適用于整層大氣具有同一穩(wěn)定度的擴(kuò)散，對于不接地逆溫層（逆溫層接地幾百米到2千米）的情況并不適合。（3）有上部逆溫時(shí)的擴(kuò)散模式：可在高斯擴(kuò)散模型的基礎(chǔ)上，用反射模型來對其擴(kuò)散公式進(jìn)行推導(dǎo)，即

39、此種情況下污染物的濃度可看成是實(shí)源和無窮多對虛源作用之和?？臻g任一點(diǎn)濃度如下：98式中：L逆溫層底高度或混合層高度，m；n煙流在兩界面間的反射次數(shù)，一般取3或4就可以了。99模式的簡化：在實(shí)際工作中地面濃度可按如下方法進(jìn)行簡化處理，設(shè)xD為煙羽邊緣剛好到達(dá)逆溫層底時(shí)該點(diǎn)離煙緣的水平距離，則有：（1）當(dāng)xxD時(shí)：煙流擴(kuò)散不受逆溫影響，擴(kuò)散采用以下公式計(jì)算：100（2）當(dāng)xxD時(shí)：污染物經(jīng)多次反射后，在Z方向濃度漸趨均勻，水平方向仍呈正態(tài)分布，地面濃度的計(jì)算公式為（3）當(dāng)xD x2xD時(shí)：取x=xD和x=2xD兩點(diǎn)的濃度進(jìn)行對數(shù)內(nèi)插。 xD確定方法如下：Z0=2.15zL-H=2.15z查圖得到一

40、個(gè)x，即 xDz =（L-H）/2.15Z0煙流在鉛直方向上的擴(kuò)散寬度101 例題：某電廠煙囪有效源高為150m，SO2的排放量為151g/s，在夏季睛朗的下午，地面風(fēng)速為4m/s。由于上部鋒面逆溫將使垂直混合限制在1.5km以內(nèi)，1.2km高度的平均風(fēng)速為5m/s。試估算正下風(fēng)3km和11km處的SO2濃度。 解：夏季晴朗的下午，太陽輻射為強(qiáng)輻射。在地面風(fēng)速為4m/s時(shí)，由表查得大氣穩(wěn)定度為B級，因此： z=（L-H）/2.15=（1500-150）/2.15=628m由表查得XD=4.95km（1）當(dāng)X=3km2XD時(shí)，地面軸線濃度 =6.210-6g/m3 1036、熏煙擴(kuò)散模式（1）熏

41、煙的形成及危害：在晴朗微風(fēng)的夜晚，地面冷卻形成輻射逆溫層。日出后，逆溫從地面向上逐漸消失。夜間排入穩(wěn)定層中的大氣污染物，受到熱力湍流交換的作用，在鉛直方向混合，此時(shí)上部仍為逆溫，擴(kuò)散不能向上發(fā)展，故地面濃度比一般情況下要高出許多倍，從而造成嚴(yán)重污染，這就是熏煙型污染。它一般發(fā)生在清晨，持續(xù)時(shí)間一般為0.52小時(shí)。當(dāng)冷空氣移向較暖下墊面時(shí)，也可能形成熏煙污染。（2）熏煙擴(kuò)散模式：熏煙造成的濃度在y方向仍呈正態(tài)分布，其擴(kuò)散模式如下：104式中：p=（hi-H）/z；hi逆溫層消失高度，m；yF考慮到熏煙過程對穩(wěn)定條件下擴(kuò)散參數(shù)影響的水平擴(kuò)散參數(shù)，myF = y（穩(wěn)定）+H/8105地面軸線濃度為：

42、（1）當(dāng)hi=H+2z時(shí)：煙流全部受到逆溫層的抑制而向下擴(kuò)散，地面熏煙濃度達(dá)到最大值：106（2）當(dāng)hi=H時(shí)：地面熏煙濃度為地面軸線濃度為107（二）線源擴(kuò)散模式 近幾年我國汽車擁有量大量增加汽車尾氣對大氣污染的程度日益嚴(yán)重。評估汽車尾氣對沿途大氣污染的狀況十分重要。 在平坦地形上的公路，可當(dāng)作一無限長線源。它在橫風(fēng)向產(chǎn)生的濃度是處處相等，因此把點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式對變量Y積分，可獲得線源擴(kuò)散模式。108 1、 當(dāng)風(fēng)向與線源垂直時(shí)，連續(xù)排放的無限長線源下風(fēng)向濃度模式為 1092、當(dāng)風(fēng)向與線源不垂直，且風(fēng)向與線源交角45時(shí)，線源下風(fēng)向的濃度模式為注意：當(dāng)0) ）當(dāng)xxF時(shí)， H=1.6F1/3

43、x2/3 1 ） 當(dāng)xxF 時(shí)，H=2.4(F S / )1/3 其中： xF= /S1/2, F=gvsd2(TsTa)/4Ts, S=g( / Z)/Ta=g / Ta 130當(dāng)大氣為中性或不穩(wěn)定時(shí)( / Z= 0) ）當(dāng)x3.5x*時(shí)， H=1.6F1/3 x2/3/ ）當(dāng)x3.5x*時(shí)， H=1.6F1/3 (3.5x*)2/3 / 其中： 當(dāng)F21000農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊區(qū)1.4271/32/3城區(qū)1.3031/32/321000QH 2100且 T 35K農(nóng)村或城市遠(yuǎn)郊區(qū)0.3323/52/5城區(qū)0.2923/52/5134當(dāng)1700 kJ/sQH2100 kJ/s時(shí)， H= H 1+

44、(H2 H 1)(QH1700)/400 H1=2(1.5sd+0.01 QH)/ H2= noQHn1Hsn2 /； 其中： s煙氣出口速度，m/s,其它符號同上。 當(dāng)QH1700 kJ/S或T35k時(shí) H=2(1.5 s d +0.01 QH)/ .135 B、凡地面以上10米高度年平均風(fēng)速 1 .5m/s時(shí) H=5.50（ QH）1/4(dTa/dZ+0.0098)3/8 式中： dTa /dZ排放源高度以上環(huán)境溫度垂直變化率，K/m ,取值不得小于0.01 K/m C、有風(fēng)時(shí)，穩(wěn)定條件H=5.50（ QH）1/3(dTa/dZ+0.0098)1/3 1/3136 例題：位于平原農(nóng)村的某

45、工廠，有一座高80m，出口直徑高1.5m的煙囪，其排放情況如下：s =20m/s, Ts=165, Ta=15 , u10=3m/s, P=1105Pa，試用不同的抬升公式計(jì)算中性情況下的有效煙囪高度。 解： T=TsTa=(165+273) (15+273)=150K U80= u10(Hs/10)m=3(80/10)0.15=4.1m/s Q= s d2/4=20 1.52 /4=35.34m3/s QH=0.35PQ T/Ts=0.35 1000 35.34 150/(165+273) =4235.96kJ/s 采用不同抬升公式計(jì)算結(jié)果如下表所示：137表 煙囪有效高度的計(jì)算結(jié)果抬升公式

46、霍蘭德布里吉斯國標(biāo)H(m)21.179.970.1H (m)101.1159.7150.1選擇抬升高度公式的依據(jù)：當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、地形條件和煙云排放情況138（五）風(fēng)速的確定大氣邊界層的概念：指地面向上1000米的大氣層。大氣邊界層內(nèi)的風(fēng)速對污染物的擴(kuò)散有重要的影響。風(fēng)速確定的方法：主要有以下兩種：1391、對數(shù)律式中：u高度為 z 處的風(fēng)速，m/s ；u* 摩擦速度，m/s； k=0.4 ，卡門常數(shù)；z 高度，m ；z0地面粗糙度， m，可按下表選?。?40300以上400以上密集的大樓（大城市）100100-400分散的大樓（城市）3020-100村落，分散的樹林1010-30農(nóng)作物地區(qū)3

47、1-10草原有代表性的Z0 （cm）Z0（cm）地面類型有代表性的地面粗糙度1412、指數(shù)律 由于氣象上測得的地面風(fēng)速通常為10米高度處的風(fēng)速，所以上式可寫成：142 式中：u, u1, u10分別是高度z, z1和10m處的風(fēng)速，m/s; m是和大氣穩(wěn)定度與地形有關(guān)的常數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)無實(shí)驗(yàn)值時(shí)，在200m以下可按下表選取，在200m以上取200m處的風(fēng)速。1430.250.150.100.070.07鄉(xiāng)村0.300.250.200.150.10城市E，F(xiàn)DCBA穩(wěn)定度指數(shù)m的值144 例題：若石油精煉廠自平均有效源高60m處排放出的SO2濃度為80g/s，有效源高處的平均風(fēng)速為6m/

48、s，試計(jì)算冬季陰天正下風(fēng)向距煙囪500m處地面軸線的SO2濃度。 解：在陰天大氣條件下，穩(wěn)定度為D級，由圖查得X=500m處，y=35.5m， z =18.1m，將數(shù)據(jù)代入公式，得145146五、煙囪計(jì)算煙囪的作用：充分利用大氣的自凈作用，降低地面污染物濃度。煙囪設(shè)計(jì)的內(nèi)容：煙囪高度和出口內(nèi)徑。計(jì)算的思路：在已知污染物地面允許濃度的情況下，運(yùn)用高斯擴(kuò)散模式反解煙囪的高度。煙囪的高度：又稱為煙囪的幾何高度，用HS表示：HS=HH式中：H有效源高，m； H抬升高度， m147（一）煙 囪高度的計(jì)算1、“精確” 計(jì)算法計(jì)算過程：先取一個(gè)假定的煙囪高度HS，再計(jì)算抬升高度H；然后將當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、地形

49、條件和污染源條件代入擴(kuò)散模式進(jìn)行計(jì)算，得出下風(fēng)向地面濃度分布；再看這些濃度分布數(shù)據(jù)是否達(dá)到規(guī)定的要求，如達(dá)不到，則另取一個(gè)較大的HS，重復(fù)以上過程，直到所取的HS在滿足地面濃度達(dá)標(biāo)的前提下為最小，這個(gè)最小的值HS即為要確定的煙囪高度。1482、“簡化” 計(jì)算法 該法以地面最大濃度不超過規(guī)定要求為依據(jù)，直接由最大濃度公式求出煙囪高度，簡單快速，應(yīng)用廣泛。 設(shè)允許地面濃度為C允，則HS=HH149150151(1)風(fēng)速 的確定危險(xiǎn)風(fēng)速：它對污染物的地面濃度有很大的影響。一方面它會降低抬升高度，另一方面它又有利于擴(kuò)散稀釋。這樣最大落地濃度隨風(fēng)速的變化不是單調(diào)的，而是存在著某一個(gè)風(fēng)速，它使最大落地濃度

50、達(dá)到極大值，這個(gè)風(fēng)速稱為危險(xiǎn)風(fēng)速或臨界風(fēng)速，用 表示，其計(jì)算如下：抬升公式可表示為：152 其中，B代表抬升公式中除 以外的其它因子，A為：153154計(jì)算煙囪高度的原則：要求地面絕對濃度不超過規(guī)定值，即CabsmC0Cb，由此得出煙囪高度應(yīng)為：式中： C0大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大允許濃度，mg/m3； Cb本底濃度，mg/m3155注意：如果煙囪高度采用危險(xiǎn)風(fēng)速來設(shè)計(jì)，將保證地面污染物濃度在任何情況下不會超過允許標(biāo)準(zhǔn)，然而設(shè)計(jì)出的煙囪也是最高的，投資將最大。實(shí)際上，從各地氣象資料來看，危險(xiǎn)風(fēng)速出現(xiàn)的頻率很小，為滿足這種很少出現(xiàn)的情況而花過多的投資不合算。如按常年平均風(fēng)速來設(shè)計(jì)煙囪，煙囪高度較矮

51、，投資較省，但只能保證有50%的概率使地面污染物濃度不超過允許值，當(dāng)風(fēng)速小于平均風(fēng)速時(shí)，污染物濃度可能超標(biāo)。因此 從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩方面來考慮，選擇一個(gè)具有可接受的保證率的風(fēng)速來設(shè)計(jì)煙囪高度是比較合理的，它可以保證在可接受的保證率下，地面污染物濃度不超過允許標(biāo)準(zhǔn)。對于污染較大但出現(xiàn)頻率較低的氣象條件，可通過污染預(yù)報(bào)用調(diào)節(jié)生產(chǎn)的辦法來解決。156(2)允許標(biāo)準(zhǔn)濃度C允的設(shè)置C允=f p(C0CB) 式中：C0當(dāng)?shù)貓?zhí)行的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；CB當(dāng)?shù)噩F(xiàn)在的本底濃度； f該項(xiàng)目可占的污染權(quán)重；P地形因子，由當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門確定，也可參考下表選?。?.50.71.0P山區(qū)丘陵平原地形條件1573、進(jìn)行煙囪高度設(shè)計(jì)

52、時(shí)的注意事項(xiàng)（1）為使煙囪能避免氣流下洗現(xiàn)象或下沉現(xiàn)象的影響，要求煙囪的高度至少為鄰近建筑物或障礙物高度的2.5倍。（2）避開煙囪有效高度H與出現(xiàn)頻率最高或較多的混合層高度相等，因此時(shí)的情況最壞，地面濃度等于一般情況下的2倍。158（二）煙囪出口直徑的計(jì)算煙囪出口直徑可按下式計(jì)算： 式中：d出口直徑，m； Q煙氣排放量，m3/s； s 煙氣出口速度, m/s。159對于煙氣出口速度s的選擇：1、選擇的原則：避免下洗現(xiàn)象或下沉現(xiàn)象的產(chǎn)生；2、選取的方法：按氣流下沉的經(jīng)驗(yàn)法則來選取，一般將s /u2.0作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 煙氣出口速度的大小對煙流抬升影響很大。煙流速度過大，雖然煙氣的動(dòng)量抬升提高，但卻

53、促進(jìn)了與周圍空氣的混合，反而降低了煙流的整體抬升，所以煙氣出口速度有一個(gè)合適的范圍。煙氣出口速度可按下面的經(jīng)驗(yàn)法則選取：160不出現(xiàn)氣流下沉s /u2.0從理論上說，煙道氣的向上動(dòng)量應(yīng)能克服由煙囪周圍吹過的風(fēng)速所引起的向下壓力梯度，不應(yīng)出現(xiàn)氣流下沉1.8 s /u 2.0氣流下沉極輕微，一般不出現(xiàn)1.5 s /u 1.8處于氣流下沉的邊緣s /u=1.0非?？赡艹霈F(xiàn)氣流下沉0.8s /u1.0煙被吸入整個(gè)煙囪背風(fēng)面的較低壓力區(qū)，出現(xiàn)氣流下沉s /u0.8物理解釋條件注：上表中：s 煙道氣出口速度， m/s ；u平均風(fēng)速， m/s161例題1：在東經(jīng)102.5，北緯29.8 的某平原地區(qū)，有一污

54、染排放源，源高90m，出口內(nèi)徑2.5m，煙氣出口溫度150 ，NOx排放量250kg/h，在7月12日北京時(shí)間16h，當(dāng)?shù)貧庀鬆顩r是：氣溫28 ，云量6/3，地面風(fēng)速2m/s，試計(jì)算該排放源造成的最大地面濃度是多少？(教材P176習(xí)題13)162163164165166167168例題2：平原地區(qū)某污染源SO2的排放量為60m/s，煙氣流量為260m3/s，煙氣溫度為423K，大氣溫度293K。該地區(qū)的SO2背景濃度為CB=0.04mg/m3，環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為二級標(biāo)準(zhǔn)C0=0.05321mg/m3，設(shè)z/y=0.5, 10=3m/s, m=0.25。試設(shè)計(jì)煙囪高度和出口內(nèi)徑。 (教材P176

55、習(xí)題14)169170171172173本章小結(jié)影響大氣污染的因素：污染物的性質(zhì)、環(huán)境因素、氣象因素大氣擴(kuò)散模型預(yù)測地面污染物的濃度：是否符合污染物排放標(biāo)準(zhǔn)煙囪高度的計(jì)算：重點(diǎn)是確定、H內(nèi)徑的計(jì)算：注意確定合適的煙氣出口速度s選擇模型的條件參數(shù)的選擇： y ， z的選擇今后對模型將進(jìn)一步完善并運(yùn)用CFD手段來進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的模擬，避免大氣污染事件的發(fā)生對擴(kuò)散模型進(jìn)行變形處理174第三章 燃燒與大氣污染第一節(jié) 燃料燃燒與大氣污染一、能源結(jié)構(gòu)與大氣污染 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，燃料的消耗也在逐年增加，能源的不合理利用是造成大氣污染的主要原因。大氣污染物中的主要成分是由燃料燃燒造成的，要控制大氣

56、污染，就要研究燃料燃燒與大氣污染的關(guān)系，以制定相應(yīng)的污染治理措施。1、能源結(jié)構(gòu)175能源生產(chǎn)總量及構(gòu)成年份能源生產(chǎn)總量（104t標(biāo)準(zhǔn)煤）占能源生產(chǎn)總量的比重（%）原煤原油天然氣水電199010392274.219.02.04.8199110484474.119.22.04.7199210725674.318.92.04.8199311105974.018.72.05.3199411872974.617.61.95.9199512903475.316.61.96.2199613261675.217.02.05.8199713241074.117.32.16.5199812425071.918.5

57、2.57.1199911000068.220.93.17.8176 能源消費(fèi)總量及構(gòu)成年份能源消費(fèi)總量（104t標(biāo)準(zhǔn)煤）占能源消費(fèi)總量的比重（%）煤碳石油天然氣水電19909870376.216.62.15.1199110378376.117.12.04.8199210917075.717.51.94.9199311599374.718.21.95.219941273775.017.41.95.7199513117674.617.51.86.1199613894874.718.01.85.5199713817371.520.41.76.2199813221469.621.52.26.71999

58、12200067.123.42.86.7177 能源結(jié)構(gòu)分析：從以上兩表的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，在一次性能源的構(gòu)成中，煤碳占有主要地位，約占70%，石油約占20%，清潔能源的比重還相當(dāng)?shù)?。因?，加大新能源的開發(fā)力度，改變目前仍以煤碳為主的傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)，使我國能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的發(fā)展相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，是今后能源建設(shè)與控制大氣污染所面臨的一個(gè)重大問題。1782、能源結(jié)構(gòu)與大氣污染 概況： 化石燃料對大氣污染的貢獻(xiàn)：化石燃料的燃燒特別是不完全燃燒將導(dǎo)致大量的煙塵、硫氧化物、氮氧化物、氟氧化物、碳氧化物的產(chǎn)生，尤其是燃煤引起的大氣污染問題最為嚴(yán)重。如1995年，我國二氧化硫的排放量達(dá)23701

59、04噸，居世界第一位，而二氧化硫排放量與煤碳消耗量從1983年至1955年的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.96。我國二氧化碳排放量僅次于美國，居第二位。因此，未來能源消費(fèi)增長量、增長方式將是決定我國大氣污染發(fā)展趨勢的重要因素。 179化石燃料與大氣污染類型：我國現(xiàn)階段的能源結(jié)構(gòu)以煤碳為主，決定了我國大氣污染的特征?！案鶕?jù)1998年中國環(huán)境狀況公報(bào)：我國的大氣環(huán)境污染仍以煤煙型為主，主要污染物是二氧化硫和煙塵。酸雨問題依然嚴(yán)重”。 同時(shí)，從1980年以后，受經(jīng)濟(jì)增長的推動(dòng)，我國機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長迅速。全國汽車保有量年增長率保持在13%，特別是一些大型和特大型城市如北京、廣州、上海、成都等機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長速率遠(yuǎn)高于全

60、國平均水平。到1999年，全國汽車保有量已超過1500萬輛。汽車燃油排放的氮氧化物、一氧化碳、碳?xì)浠衔锱欧趴偭空鹉晟仙Ｊ钩鞘械奈廴绢愋统尸F(xiàn)煤煙型和汽車尾型的復(fù)合污染。180(1)燃料燃料及其分類：燃料指在燃燒過程中，能夠放出熱量，且在經(jīng)濟(jì)上可行的物質(zhì)。燃料的分類一般按物理狀態(tài)分為固體燃料、液體燃料、氣體燃料三類。燃料的分類及其主要形式燃料的分類主要存在形式固體燃料煤碳及其各種固體衍生制品、固體酒精、固體石蠟等。液體燃料汽油、柴油、煤油、酒精等。氣體燃料天然氣、煤氣、丁烷等非常規(guī)燃料城市固體廢棄物、商業(yè)和工業(yè)固體廢棄物、農(nóng)產(chǎn)物及農(nóng)村廢物、水生植物和水生廢物、污泥處理廠廢物、可燃性工業(yè)和采礦