環(huán)境工程技術(shù)與應(yīng)用（研究生）全冊配套完整課件3

環(huán)境工程技術(shù)與應(yīng)用（研究生）全冊配套完整課件3現(xiàn)代污染控制理論與技術(shù)第三篇大氣污染控制理論與技術(shù)主要內(nèi)容氣溶膠基本理論01大氣污染物控制實(shí)例以電廠為例0201氣溶膠基本理論參考書目：1、《氣溶膠科學(xué)引論》，盧正永2、《現(xiàn)代除塵理論與技術(shù)》，向曉東氣溶膠(aerosols)任何物質(zhì)的固體微?；颍ê停┮后w微粒懸浮于氣體介質(zhì)（通常指空氣）中所形成的，具有特定運(yùn)動規(guī)律的整個分散體系。包括兩個部分組成：其一，被懸浮的微粒物，稱為分散相；

其二，承載微粒物的氣體，稱為分散介質(zhì)。微粒物懸浮于氣體或液體分散介質(zhì)中時(shí)，將受到氣體或液體介質(zhì)粘滯力的作用，具有一定的穩(wěn)定性，此時(shí)的粒子類似于“溶膠”狀。簡單的說，懸浮于空氣中的微粒物?？梢允枪虘B(tài)，也可以是液態(tài)，更多的則是固態(tài)和液態(tài)兩者的混合物。1.1基本概念氣溶膠的來源大氣氣溶膠的來源復(fù)雜，按照產(chǎn)生的過程分為自然源和人為源。自然源主要來自于洋面氣泡的破裂、土壤的風(fēng)蝕、生物的孢子花粉以及火山爆發(fā)、森林火災(zāi)等。人為源主要來自化石燃料燃燒、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動等；人為排放氣態(tài)污染物在一定條件下的氣－粒轉(zhuǎn)化過程也是大氣氣溶膠的一個重要來源。粉塵（dust）：懸浮于空氣中的固體微粒最為通常的一種氣溶膠。通常由粉碎、碾磨、爆破等各種機(jī)械作用形成。一般來說粒徑都較大（1~100μm）。在靜態(tài)空氣條件下，一般沒有再懸浮，粉塵在空氣中的停留時(shí)間不長。煙（smoke）：有機(jī)性的可燃物質(zhì)由不完全燃燒而形成的固體粒子云，粒徑一般較小，約在1μm以下。在空氣中沉降很慢或基本不沉降，在空氣中停留時(shí)間長。飛灰（flyash）：有機(jī)物燃燒的殘留物中的細(xì)微顆粒形成的氣溶膠，粒徑一般在10μm以下，它們總是隨煙一起彌散于大氣之中。1.1.1氣溶膠的形成與分類煙塵（fume）：非有機(jī)物的固體或液體物質(zhì)在燃燒過程中形成的固體氣溶膠通常在金屬冶煉、焊接以及液體的蒸發(fā)、升華、溶解等過程中形成在都市地區(qū)尤其突出霧（fog）由液體（主要指水）噴射、蒸發(fā)、霧化、蒸汽冷凝等過程而形成的高濃度的液體氣溶膠霧是一種液滴，其形狀為球形，粒徑小，通常在1μm以下低濃度的微小霧滴均勻分布在空氣匯總個，對太陽光發(fā)生閃射時(shí)會凸顯特有的光學(xué)現(xiàn)象，即霾（haze）氣溶膠的形成與分類煙霧（smog）：煙（包括煙塵）與霧的混合體，是液體氣溶膠和固體氣溶膠的混合物。是大氣污染的主要來源，特別是城市地區(qū)大氣環(huán)境空氣質(zhì)量的主要障礙。氣溶膠的形成與分類德林卡和哈奇德粒狀污染物分類方法分類名稱粒徑生成方式固體粒子粉塵1～100破碎、篩分、運(yùn)輸、機(jī)械加工、揚(yáng)塵凝結(jié)固體煙霧0.1～1燃燒焊接、金屬冶煉、熔解、蒸發(fā)、升華、凝聚煙0.001～0.3木材、紙、布、油、煤、香煙等燃燒而形成液體粒子靄1～100蒸汽的凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)、液體噴霧等霧5～50水蒸氣的凝結(jié)按氣溶膠動力學(xué)性能分類氣溶膠的形成與分類名稱粒徑范圍自由分子區(qū)過渡區(qū)滑動區(qū)連續(xù)區(qū)Kn>1010～0.3<0.3<0.1dp/μm<0.010.01～0.4>0.4>1.3氣溶膠的形成與分類按粒徑的大小：總懸浮顆粒物(TSP)：用標(biāo)準(zhǔn)大容量顆粒采樣器在濾膜上所收集到的顆粒物的總質(zhì)量，通常稱為總懸浮顆粒物。Dp(粒徑)在100

m以下，其中多數(shù)在10

m以下，是分散在大氣中的各種粒子的總稱。飄塵：

Dp

＜10

m能在大氣中長期飄浮的懸浮物質(zhì)，如煤煙、煙氣、霧等。降塵：能用采樣罐采集到的大氣顆粒物。在TSP中直徑大于30μm的粒子由于自身的重力作用會很快沉降下來，這部分顆粒物稱為降塵?？晌肓Ｗ樱阂子谕ㄟ^呼吸過程而進(jìn)入呼吸道的粒子。目前國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建議將其定為Dp≤10μm。細(xì)粒子：其粒徑小于2.5μm，記為：PM2.5中國環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中PM10、PM2.5的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB3905-2012美國環(huán)保局1997年提出、2003年通過了PM2.5國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定PM2.5的年均濃度和日均濃度限值分別為15和65μg/m3。按顆粒物成因分:

分散性氣溶膠：指固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)經(jīng)粉碎、噴射形成微小粒子分散在大氣中形成的氣溶膠，如海浪分濺、農(nóng)藥噴灑等。

凝聚性氣溶膠：由氣體或蒸汽遇冷凝聚成液態(tài)或固態(tài)微粒而形成的氣溶膠。氣溶膠的形成與分類氣溶膠濃度氣溶膠濃度是指單位空氣體積中氣溶膠的某一物理量的量值的大小在不同的情況下，相對于不同的物理量則有不同的“濃度”粒子數(shù)濃度（l/m3）：單位空氣體積中氣溶膠粒子數(shù)質(zhì)量濃度（kg/m3)：單位空氣體積中氣溶膠粒子的質(zhì)量量活度濃度（Bq/m3）：放射性活度用所關(guān)注的某些特定物質(zhì)（例如各種化學(xué)有毒物質(zhì)）和微量元素（例如砷、硅等）的含量表征濃度值。泛泛地說氣溶膠溶度沒有意義，必須指出是什么濃度氣溶膠的表征量氣溶膠的粒度單分散度氣溶膠多分散度氣溶膠：不同粒徑大小，且具有一定分布規(guī)律氣溶膠的粒度分布：是指氣溶膠的某一物理量相對于粒子大小的分布關(guān)系指明什么量與粒子大小的關(guān)系1.1.2氣溶膠的表征量氣溶膠研究：（1）氣溶膠的形成和產(chǎn)生（2）氣溶膠的各種運(yùn)動規(guī)律（3）氣溶膠的各種基本技術(shù)（采樣技術(shù)、測量技術(shù)、凈化技術(shù)、通風(fēng)防塵技術(shù)等等）（4）氣溶膠的各種效應(yīng)（生物效應(yīng)、大氣環(huán)境影響效應(yīng)等等）1.1.3氣溶膠粒子的粒徑分布等效直徑定義數(shù)學(xué)表達(dá)式長度徑直徑在一給定方向上測量平均徑在多個方向上測量后取平均投影－周長徑有與粒子同樣周長的圓的直徑投影－面積徑有與粒子同樣投影面積的圓的直徑表面積徑有與粒子同樣表面積的圓的直徑體積徑與粒子同體積的球的直徑斯托克斯徑與粒子同密度和同沉降速度的球的直徑1.1.4氣溶膠粒子的分形幾何特征對于形狀不規(guī)則的塵粒，如何描述其大小和群體幾何特征呢？提出了平均徑、等效徑、球形度、形狀系數(shù)等概念，其中等效徑用得最普遍。這種等效徑是粗糙的，有條件的。例如用空氣動力分離機(jī)理除塵時(shí)，同等密度得球形塵粒比等效體積相同的扁平或條形塵粒易分離；在靜電及過濾分離機(jī)理中，無論用空氣動力徑，還是等效體積徑，不規(guī)則塵粒比接近球形的塵粒易捕集。某種除塵器，其分級效率隨產(chǎn)塵的生產(chǎn)工藝不同而不同，即與產(chǎn)塵的物理、化學(xué)過程有關(guān)。對于多個塵粒凝聚在一起所形成的“松而不散”的鏈狀粉塵團(tuán)，似乎引入任何概念都失去了效力。用分形幾何來描述某一粉塵群的幾何特征自相似和分維分形理論簡介由分割尺度比為r的

個相似圖形構(gòu)成，指數(shù)D稱為相似維數(shù)Koch曲線的構(gòu)造由全體縮小1/3的4個相似形構(gòu)成的：N=4，r=1/3其維數(shù)為D=lg4/lg3=1.2618···粉塵的分形幾何特征描述某一類粉塵的分形幾何特征的前提是：(1)對于凝聚塵，若組成該塵團(tuán)的顆粒數(shù)超過數(shù)十個，無論多少，滿足近似自相似；(2)對于單一塵，無論大小，滿足統(tǒng)計(jì)自相似。凝聚塵的分形幾何特征:研究者討論了凝聚塵的某些等效徑和分維的關(guān)系——遷移率等效徑，即其沉降速度與球形塵粒相同的粒徑(如Stokes徑)，m；——投影等效徑，m；——吸附等效徑，m；——空氣動力等效徑，m；——常數(shù)。對于單體布朗擴(kuò)散凝聚，凝聚塵的三維空間分維D=2.10～2.18。粉塵的粒度和形態(tài)是除塵技術(shù)的主要研究內(nèi)容之一，而粉塵幾乎不存在完全規(guī)則的幾何形狀。為描述粉塵的粒度和形態(tài)，人們引入了等效徑、形狀系數(shù)、球形度等概念。這些概念都是與規(guī)則球體相比較來定義的，因此，無法反映出粉塵粒子復(fù)雜多變的幾何特征。粉塵的分形幾何特征單一塵的分形幾何特征:

p——顆粒周長，m；S——顆粒表面積，m2；——與雖小自相似結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；D——周邊分維數(shù)；DA——表面積分維數(shù)。用吸附參數(shù)計(jì)算分形維數(shù)在吸附實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)被吸附氣體的相對壓力在P/P0<0.37范圍以內(nèi)，可以認(rèn)為氣體分子主要在微孔內(nèi)發(fā)生單分子層吸附，其吸附情況能夠完全反映固體的表面結(jié)構(gòu)特征。式中，

為相對吸附量，Vm為BET計(jì)算得到的單層吸附容積(cc／g)，V為在相對吸附壓力P/P0時(shí)的N2吸附容積（cc/g）；r＝3－D，D為氣體吸附的表面分形維數(shù)。粉塵分形幾何特征在除塵技術(shù)中的應(yīng)用探討采用分維可以更科學(xué)地描述粉塵的幾何特征，主要用于以下幾方面:分維數(shù)的不同表征了粉塵表面曲折變化的復(fù)雜程度。如周邊分維Dp或表面積分維DA越大，表示周邊越曲折多變或表面積越大；如果二維平面分維DS或三維空間分維D越小，表示粉塵越不規(guī)則。引入分維的粉塵粒度分布函數(shù)更能從數(shù)學(xué)上精確嚴(yán)格地反映實(shí)際粉塵的分布特征。對于不同類型的粉塵，只要分維數(shù)相同，在相同的運(yùn)行條件下，某種除塵設(shè)備對它們的收塵性能相同，這樣，就增強(qiáng)了不同除塵設(shè)備之間的可比性。周邊分維表面積分維二維平面分維三維空間分維各種分維數(shù)及變化范圍氣溶膠粒子的分形幾何特征工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵和顆粒物具有分形結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的顆粒學(xué)中的粒度定義是有條件的，分維數(shù)能更合理地表示粉塵的幾何特征，如粉塵的粒度及分布；對某一類粉塵，因無論大小，滿足統(tǒng)計(jì)自相似，則整個粉塵群的分維近似為一常數(shù)，因此，只要測取若干個(最好不少于20個)大小不同的單一塵的分維，取其平均值即代表整個粉塵群的分維。若有多個塵粒膠結(jié)在一起，仍可當(dāng)單一塵處理，這不會影響其統(tǒng)計(jì)結(jié)果：在確定粉塵分維時(shí)，測量碼尺存在一個合理的取值范圍，對于凝聚塵，測量碼尺

可取單體直徑的0.1～1；對于單一塵，

可取顆粒直徑

的1／20～1／5；表面積分維DA和三維空間分維D對描述粉塵的幾何特征尤為重要在除塵技術(shù)中，確定單一塵分維是重要的，但關(guān)于單一塵的分形幾何特征研究還處在剛起步階段，所以，在單一塵分維的測試方法上，在不同種類粉塵的最小自相似結(jié)構(gòu)的確定及各類粉塵的分維數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立等方面有著廣泛的研究課題。1.2氣溶膠的動力學(xué)特性氣溶膠動力學(xué)特性處于懸浮狀態(tài)的氣載性微粒物質(zhì)氣溶膠粒子使粒子處于懸浮狀態(tài)的氣體介質(zhì)抑制粒子的隨機(jī)運(yùn)動支撐粒子反抗其重力影響，在粒子之間起緩沖衰減作用。氣溶膠的動力學(xué)特性涉及氣載粒子及氣體介質(zhì)兩部分的各自特性及其相互間的相關(guān)特性1.2.1空氣的性質(zhì)微觀：從分子運(yùn)動學(xué)的觀點(diǎn)，空氣可以被視為由許多被此間處于隨機(jī)運(yùn)動的小球（分子)、而在整體上又處于有規(guī)律的約束中的一個無限整體所組成在所研究的空氣中具有無限大量的氣體分子；每個空氣分子的大小與其分子間的間距相比是很小的，而且彼此在每次碰撞前一直處于連續(xù)的直線運(yùn)動狀態(tài)；空氣分子是球形，除了彈性碰撞以外彼此間不發(fā)生有能量交換的其它相互作用。宏觀：從空氣動力學(xué)的觀點(diǎn)，空氣可以被視為一種累不有其約束力的、像水一樣不可分的連續(xù)流體介質(zhì)。空氣的性質(zhì)摩爾體積：1mol空氣在非標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積標(biāo)態(tài)下：24.02L分子數(shù)及分子間距：在任何溫度與壓力下，每升空氣中的分子數(shù)為：n=Va/Vm標(biāo)態(tài)下，1cm3空氣中的分子數(shù)為2.5×1019分子之間的間距為：△s=（Vm/NA)1/2標(biāo)態(tài)下：△s=3.4×10-7（cm）空氣分子的運(yùn)動速度:各空氣分子的運(yùn)動速度不同，相對于平均速度的分布遵從麥克斯韋爾波厄茲曼分布

算術(shù)平均速度：均方根速度已知空氣壓力p和空氣密度ρg，可簡化估算式：空氣的性質(zhì)空氣的平均動能：20℃時(shí)，1μm球形粒子所獲得的平均能量為6.07X10-21J空氣的平均自由能20℃時(shí)，λ=6.95×10-6cm空氣的性質(zhì)空氣的粘滯特性：表示氣體分子或氣溶膠粒子在空氣中運(yùn)動時(shí)所受到的粘滯阻力或摩擦阻力動力粘度：代表氣體分子動量轉(zhuǎn)移的規(guī)律動力粘度與空氣溫度有關(guān)，且隨溫度的升高而粘滯阻力增大。一般情況下，動力粘度與空氣壓力無關(guān)。氣體的動力粘度與溫度和壓力的關(guān)系與液體介質(zhì)的粘度和溫度的關(guān)系正好相反。空氣的擴(kuò)散特性:氣體分子的擴(kuò)散運(yùn)動使得分子從高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移。空氣分子擴(kuò)散用擴(kuò)散系數(shù)D表征:空氣動力學(xué)理論雷諾數(shù)從宏觀看，空氣可以視為一種不可分的，不可壓縮而又具有重力的連續(xù)流體介質(zhì)，其運(yùn)動模式可以用雷諾數(shù)Re來表征：Re定義為：物體周圍的空氣（流體）介質(zhì)由于加速或減速而引起的慣性力與由于空氣（流體）粘滯特性而引起的粘滯摩擦力之比：1/ν

運(yùn)動粘度Re是一個無量綱參數(shù)，其大小直接描述了流體介質(zhì)（如空氣）在一個物體（如氣溶膠粒子）周圍的流動模式：高Re，說明流動以慣性力為主，此時(shí)的流動屬于湍流；低Re，說明運(yùn)動以粘滯力為主，此時(shí)的流動屬于層流運(yùn)動；居間的Re，運(yùn)動呈湍流和層流之間的過渡性不穩(wěn)定狀Re例，估算由1μm的粒子組成的氣溶膠在一內(nèi)徑為25cm的管道內(nèi)以2.5m/s的速度運(yùn)動時(shí)氣溶膠流的流動模式空氣在管道內(nèi)運(yùn)動的Re：氣溶膠粒子相對于空氣或空氣相對于氣溶膠的運(yùn)動：流動條件物體（粒子）在靜止流體中運(yùn)動的Re流體在管道內(nèi)流動的Re層流<1<2100過渡態(tài)1~10002100~4000湍流>1000>4000載帶氣溶膠粒子的空氣流相對于管壁面而言是湍流運(yùn)動，而氣溶膠粒子與空氣之間則是一種層流運(yùn)動。1.2.2氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動Stocks定律：Stocks假設(shè)：（1）空氣是一種連續(xù)、不可壓縮、只具有粘滯特性的無限流體介質(zhì)；（2）所載帶的粒子為球形的剛性粒子斯托克斯(Stokes)區(qū)=24／ReRe≤1得著名的斯托克斯阻力公式

滑移修正氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時(shí)，顆粒發(fā)生滑動——坎寧漢修正進(jìn)一步可簡化：滑移修正氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動坎寧漢修正因子粒子直徑d（μm）100101.00.10.010.001C1.0011.1081.1763.01523.776232.54對1μm以下的粒子，修正是很明顯的，對10μm以上的粒子，C≈1，可以不用修正不同Kn數(shù)范圍流體及顆粒特點(diǎn)區(qū)域Kn數(shù)的范圍

特

點(diǎn)

dp（μm）連續(xù)介質(zhì)區(qū)

<10－3

分子間碰撞在流場中占主導(dǎo)地位，

>1.3滑流區(qū)

10－3～10－1

速度滑移和溫度跳躍區(qū)，

≥0.4過渡區(qū)

10－1～10區(qū)域中的氣體平均自由程λ與特征長度dp

同一量級，氣體分子之間的碰撞和氣體分子與壁面之間的碰撞對氣體同等重要，連續(xù)介質(zhì)不成立。

0.01~0.4自由分子流區(qū)

>10氣體分子平均自由行程λ遠(yuǎn)大于特征長度dp

，分子對壁面的碰撞占主導(dǎo)，可忽略分子間的碰撞

<0.01慣性力影響的修正氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動Stock定律假定空氣介質(zhì)只具有粘滯特性，意味著粒子運(yùn)動只受粘滯力，而沒有考慮慣性力。粒子在運(yùn)動速度增大或粒子直徑增大是，粒子具有明顯的慣性力，stock定律不能成立。一般在Re<5時(shí)，stocks定律可用下式近似表示：非球形粒子的修正形狀因子氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動形狀因子阻力形狀因子動力學(xué)形狀因子空氣動力學(xué)形狀因子體積形狀因子不同形狀的氣溶膠粒子的形狀因子空氣動力學(xué)形狀因子Def：空氣動力學(xué)形狀因子定義為粒子的斯托克斯直徑dst與非球形粒子的幾何直徑dg之比可見，斯托克斯直徑dst實(shí)際是任意密度的非球形粒子通過空氣動力學(xué)形狀因子ka等效為球形粒子的等效直徑。物質(zhì)煤玻璃石英陶瓷粘土巖石dg（μm）0.64~4.35~152~100.7~1.9>42~83.5~12ka0.70.740.680.680.660.620.63不規(guī)則形狀粒子的動力學(xué)形狀因子空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑Def：空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑dae即一個任意密度和形狀的氣溶膠粒子，若與一個單位密度（1g/cm3）的球形粒子具有相同的空氣動力學(xué)特征時(shí)（具體說就是在靜止空氣中具有相同的沉降速度時(shí)），這個球形粒子的直徑就是該氣溶膠粒子所具有的空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑。相比斯托克斯直徑，空氣動力學(xué)直徑不僅強(qiáng)調(diào)了形狀等效，還強(qiáng)調(diào)了密度等效。已知：氣溶膠粒子的幾何直徑dg，密度和表示不規(guī)則形狀特征的形狀因子，可換算出氣溶膠粒子的空氣動力學(xué)直徑dae空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑已知一個密度為ρ的非球形粒子，可將其幾何直徑dg等效為空氣動力學(xué)直徑。例：一個幾何直徑dg=2.5μm的煤塵粒子，計(jì)算其空氣動力學(xué)直徑首先，需要知道煤塵粒子的密度，假定煤塵粒子密度按其母體物質(zhì)煤估算，為ρ=2.25g/cm3，其次，空氣動力學(xué)形狀因子ka為0.7非剛性粒子的修正氣溶膠粒子的沉降運(yùn)動非固體物質(zhì)形成的粒子（如液滴）為非剛性粒子；其運(yùn)動特點(diǎn)是：在其內(nèi)部產(chǎn)生自循環(huán)運(yùn)動而減少其粒子表面的摩擦力，因而要減少氣體介質(zhì)所施加給粒子的阻力。當(dāng)ηp遠(yuǎn)小于ηηp為形成粒子的母體物質(zhì)的動力粘度；η為空氣介質(zhì)的動力粘度。氣溶膠粒子的沉降空氣中的粒子只受自身的重力和空氣的粘滯阻力作用而無其他外力作用時(shí)將發(fā)生沉降運(yùn)動：經(jīng)過一段時(shí)間后，阻力最終會等于重力，粒子保持勻速運(yùn)動。此時(shí)的速度稱為最終沉降速度。將阻力代入上式，得最終沉降速度如在斯托克斯區(qū)，粒子的最終沉降速度為馳豫時(shí)間物理意義：在空氣中作自然沉降的粒子，無論其初始速度如何，終將達(dá)到一個穩(wěn)定的沉降速度，在達(dá)到這個恒定的沉降速度之前所經(jīng)歷的時(shí)間即為粒子的弛豫時(shí)間截止距離氣溶膠的幾個特性運(yùn)動參數(shù)牛頓阻力定律在高Re情況下，氣溶膠粒子在氣體介質(zhì)中運(yùn)動時(shí)會受到氣體介質(zhì)所施加的阻力，這種阻力通常稱為曳力（drag）對于直徑為d，以速度ν運(yùn)動的球形粒子所受到的阻力為：當(dāng)1<Re<1000時(shí)，當(dāng)Re>1000時(shí)，CD=0.44阻力系數(shù)CD與Re的關(guān)系沉降末速度的估算CD=f（Re）當(dāng)Re>1000,當(dāng)1<Re<1000,如果已知粒子直徑d和顆粒密度ρp，有查圖，獲得Re值，由計(jì)算末端沉降速度沉降末速度的估算當(dāng)1<Re<1000,如果已知末端沉降速度vt和顆粒密度ρp，有查圖，獲得Re值，由計(jì)算末端沉降速度粒子的曲線運(yùn)動氣溶膠粒子作曲線運(yùn)動的原因：在靜止的或是勻速運(yùn)動的空氣中，沿某一軸線運(yùn)動的粒子受到其它軸向外力的作用，或是外力隨時(shí)間或位置改變而發(fā)生變化時(shí)，可能使粒子產(chǎn)生曲線運(yùn)動；在流動的空氣中，當(dāng)流動空氣流發(fā)生收縮、改變方向或是繞過障礙物運(yùn)動時(shí)，氣體流線會發(fā)生彎曲，從而引起其中載帶的粒子作曲線運(yùn)動。粒子受到的外力可分解為X方向和Y方向。如果Re<1，則兩方向上的力彼此不受影響，可獨(dú)立求解。在靜止空氣中，以初始速度u0拋射出的粒子運(yùn)動軌跡：粒子的曲線運(yùn)動在流動的空氣中，當(dāng)流動空氣流發(fā)生收縮、改變方向或是繞過障礙物運(yùn)動時(shí)，氣體流線會發(fā)生彎曲，從而引起其中載帶的粒子作曲線運(yùn)動。如粒子繞過障礙物運(yùn)動時(shí)的曲線運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡與粒子大小有關(guān)。粒子愈大，抗拒氣流作曲線運(yùn)動而繼續(xù)維持原運(yùn)動方向能力愈強(qiáng)。Stocks數(shù)ψ：粒子的截止距離同障礙物的特征長度之比其物理意義：stocks數(shù)越小，粒子跟蹤空氣流流線運(yùn)動的情況越好；stocks數(shù)越大，粒子抗拒隨流線運(yùn)動的能力越強(qiáng)，即越能脫離流線而維持原運(yùn)動方向繼續(xù)運(yùn)動。1.2.3氣溶膠粒子的擴(kuò)散氣溶膠粒子的擴(kuò)散是由于氣體分子的隨機(jī)熱運(yùn)動，碰撞粒子并使其內(nèi)系統(tǒng)的一部分輸?shù)搅硪徊糠值倪^程。在這一過程中，粒子沒有特定的運(yùn)動方向。隨機(jī)運(yùn)動的結(jié)果使粒子總是由較高濃度的區(qū)域向較低濃度的區(qū)域擴(kuò)散。應(yīng)用：根據(jù)擴(kuò)散理論所建立的濃度分布規(guī)律數(shù)學(xué)模型對通風(fēng)工程、空氣凈化和空氣質(zhì)量評價(jià)等方面都具有十分重要的實(shí)用價(jià)值，吸收壁擴(kuò)散模型對于粒子輸運(yùn)與沉降過程的研究，以及用多孔填料吸收污染物的凈化機(jī)理研究均具有重要指導(dǎo)意義。一些推導(dǎo)方法對建立有外力作用下氣溶膠粒子的濃度分布表達(dá)式提供了有用的參考。擴(kuò)散的基本定律費(fèi)克(Fick)第一擴(kuò)散定律在各向同性的物質(zhì)中，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的擴(kuò)散物質(zhì)的量(又稱通量)與濃度梯度成正比，即F——通量，kg／m2s；D一一擴(kuò)散系數(shù)，m2／s；C——質(zhì)量濃度，kg／m3。其擴(kuò)散系數(shù)D由斯托克斯一愛因斯坦公式給出：——玻耳茲曼常數(shù)，=1.38×10-23J／K；T——絕對溫度，K；擴(kuò)散的基本定律費(fèi)克(Fick)第二擴(kuò)散定律由于擴(kuò)散作用，任何一點(diǎn)的氣溶膠濃度還將隨時(shí)間發(fā)生變化。對于各向同性的介質(zhì)當(dāng)在z方向上有速度為u的介質(zhì)運(yùn)動時(shí)，流動項(xiàng)通常遠(yuǎn)大于在該方向上的擴(kuò)散項(xiàng)，有對于柱坐標(biāo)，上式為費(fèi)克第二定律揭示了空間中某一點(diǎn)的氣溶膠粒子由于擴(kuò)散所引起的濃度隨時(shí)間變化關(guān)系。粒子的平均自由程氣體分子與氣溶膠粒子運(yùn)動軌跡的比較氣體分子做布朗運(yùn)動的運(yùn)動軌跡是首尾相接的折線，折線的長短代表氣體分子的平均自由程氣溶膠粒子的布朗運(yùn)動軌跡則是連續(xù)的光滑曲線，因?yàn)楣饣€，其平均自由程為一種表觀的平均自由程氣溶膠粒子的平均自由程定義為粒子在其運(yùn)動中運(yùn)動方向每改變90o移動的相對距離。布朗旋轉(zhuǎn)運(yùn)動氣溶膠粒子應(yīng)受氣體分子的隨機(jī)碰撞可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動在時(shí)間t內(nèi)，直徑為d的粒子圍繞一給定的旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用均方旋轉(zhuǎn)角表示：光柱中看到的微粒閃動即非規(guī)則形狀的氣溶膠粒子布朗旋轉(zhuǎn)的結(jié)果。布朗旋轉(zhuǎn)運(yùn)動隨粒徑減小而劇烈加快<1μm以下的粒子，其旋轉(zhuǎn)頻率可以快到無法用肉眼感知；>20μm以上的粒子，其旋轉(zhuǎn)頻率慢到無法用肉眼感知；10~20μm范圍的粒子造成微粒閃動現(xiàn)象。粒子隨垂直高度的分布當(dāng)氣溶膠粒子與氣體分子處于平衡狀態(tài)時(shí)，氣溶膠粒子具有同氣體分子一樣的平均自由能：粒子所具有的平均速度在平衡狀態(tài)下，粒徑為d的氣溶膠粒子濃度c（d）在垂直高度的分布遵從下列規(guī)律：某一給定大小的氣溶膠粒子，在無外力且與氣體介質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，它們不會處于一個等高線上，而是按上述規(guī)律分布在一個垂直高度范圍。0.1μm的粒子大致分布在沉積表面的0.8mm的垂直帶內(nèi)；0.01μm的粒子則可能分布在50cm的垂直帶內(nèi)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散擴(kuò)散沉積氣體中的粒子濃度不隨時(shí)間而變化的擴(kuò)散空氣中粒子濃度c=c0為常數(shù)時(shí)，考慮粒子向某一壁面的擴(kuò)散令c=c0的恒定區(qū)域（c0恒定的濃度帶）到表面的距離為δ（δ為擴(kuò)散濃度邊界層）于是擴(kuò)散沉積面源在x＝0處存在一平面源的擴(kuò)散物質(zhì)這是一維擴(kuò)散問題。設(shè)擴(kuò)散系數(shù)D為常數(shù)，該方程的解為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散粒子擴(kuò)散而損失在壁面或其它表面上，粒子濃度隨時(shí)間變化在靜止介質(zhì)中氣溶膠粒子的擴(kuò)散對t>0，當(dāng)

時(shí)，濃度趨于零。在單位截面無限長方體中擴(kuò)散物質(zhì)的總量M為特解：如果在x＝0處有一不滲透邊界(“反射壁”)，所有的擴(kuò)散發(fā)生在x的正方向，這時(shí)非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散擴(kuò)散沉積無限體積中的垂直平面在垂直壁x＝0處與含有靜止氣溶膠的很大空間相連，此處初始濃度時(shí)均勻的一維問題，其初始邊界條件為令x為離開平面的距離擴(kuò)散沉積滿足邊界條件的解是式中，erf為誤差函數(shù)在單位時(shí)間、單位面積壁上的粒子沉降量為：式中負(fù)號表示與x正方向相反的擴(kuò)散。無限體積中的垂直平面于是，在時(shí)間間隔t0～t內(nèi)到達(dá)單位面積壁面上的粒子數(shù)量為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散擴(kuò)散沉積兩個垂直平面其初始條件為間距為H的兩個豎直平面，其間有均勻濃度為c0的氣溶膠，考慮氣溶膠粒子在兩個平面的沉積邊界條件為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散擴(kuò)散沉積管道內(nèi)的擴(kuò)散沉積管道內(nèi)氣流為層流運(yùn)動時(shí)，可用下面的公式估算氣溶膠粒子在管道內(nèi)因擴(kuò)散而引起的沉積損失。對流擴(kuò)散的一般方程對流擴(kuò)散流動空氣流中粒子的轉(zhuǎn)移通量由兩項(xiàng)構(gòu)成：分子擴(kuò)散引起的轉(zhuǎn)移通量Jm：流動氣流引起的轉(zhuǎn)移通量Jconv：總的轉(zhuǎn)移通量則為：濃度c隨時(shí)間t的變化率為：在直角坐標(biāo)中，穩(wěn)態(tài)對流擴(kuò)散：對流擴(kuò)散的表征參數(shù)Peclet數(shù)對流擴(kuò)散在既有分子擴(kuò)散又有對流擴(kuò)散的體系中，用u0代表體系的對流平均速度；L為發(fā)生明顯擴(kuò)散的區(qū)間；c0為粒子的初始濃度Pe=u0L/D,對流擴(kuò)散的Peclet數(shù)各種邊界層對流擴(kuò)散層流邊界層的擴(kuò)散邊界層厚度代表由表面到氣流速度達(dá)到平均速度99%處的距離各種邊界層對流擴(kuò)散湍流邊界層的擴(kuò)散湍流邊界層=粘滯力層+過渡層+湍流層對于湍流運(yùn)動，單位面積上沉積的粒子數(shù)可表示為：擴(kuò)散力：定常流氣溶膠在“反射壁”管道中的擴(kuò)散在流動介質(zhì)中氣溶膠粒子的擴(kuò)散對于定長流設(shè)速度均一，對此微分方程，由高斯(Gauss)公式給出濃度分布的解對于點(diǎn)源向無限大空間的擴(kuò)散，設(shè)單位時(shí)間釋放物質(zhì)的量(源強(qiáng))為M，則必有=4DKπ在流動介質(zhì)中氣溶膠粒子的擴(kuò)散于是，對于點(diǎn)源向無限大空間的擴(kuò)散，煙氣在大氣中的擴(kuò)散模式如果在有兩無限大平面邊界影響下點(diǎn)源在定常流中的擴(kuò)散，設(shè)邊壁為“反射壁”，可用鏡像法得出濃度分布。定常流氣溶膠在“反射壁”管道中的擴(kuò)散在流動介質(zhì)中氣溶膠粒子的擴(kuò)散當(dāng)擴(kuò)散物質(zhì)碰到邊壁時(shí)，粒子不被吸收，將被反射。在反射區(qū)內(nèi)的濃度是實(shí)源濃度分布和虛源濃度分布的疊加。一實(shí)源濃度分布和兩虛源濃度分布分別為由疊加原理，在反射區(qū)內(nèi)的濃度為定常流氣溶膠在“反射壁”管道中的擴(kuò)散在流動介質(zhì)中氣溶膠粒子的擴(kuò)散對于半徑為R的圓管，若點(diǎn)源位于管中心（不在中心時(shí)，問題要復(fù)雜的多），如圖所示，實(shí)源濃度分布為定常流氣溶膠在“反射壁”管道中的擴(kuò)散在流動介質(zhì)中氣溶膠粒子的擴(kuò)散利用對稱性，在反射區(qū)內(nèi)虛源對半徑為r的點(diǎn)的濃度的貢獻(xiàn)，相當(dāng)于實(shí)源在半徑為2R-r的濃度值，即在反射區(qū)內(nèi)的濃度為1.2.4在外力作用下氣溶膠粒子的擴(kuò)散假定在外力作用下(如電場力)，使某一粒徑的氣溶膠粒子具有橫向速度v，分別在垂直于y＝0的平面向兩側(cè)運(yùn)動。該問題的擴(kuò)散方程是由對稱性可知該方程滿足邊界條件a為矩形管寬，b為矩形管高氣溶膠粒子在矩形管中的濃度分布為：其中，β由式可算出A可由第1個邊界條件確定1.2.5氣溶膠粒子的凝聚Def：分散的微細(xì)粒子通過物理的或化學(xué)的作用互相接觸而結(jié)合成較大顆粒的過程稱為凝并或稱凝聚。凝并熱凝并聲凝并電凝并單分散度的球形粒子的熱凝并凝并使粒子數(shù)濃度c將隨時(shí)間t的增加而減少，假如每兩個粒子間經(jīng)過一次碰撞就黏附一起形成凝并粒子，其減少的速率為：令，并忽略第二項(xiàng)t=0，c=c0，積分有：若令tH為從起始時(shí)刻到濃度將至初始濃度c0一半所需要的時(shí)間，

（tH稱為半值時(shí)間）凝并系數(shù)單分散度氣溶膠凝并的半值時(shí)間多分散度球形粒子凝并設(shè)有計(jì)數(shù)濃度為c，半徑為r1的塵粒向半徑為r2的中心粒子碰撞，那么單位時(shí)間，粒子r1的減少量應(yīng)等于單位時(shí)間這兩種粒子的碰撞次數(shù)。靜止連續(xù)介質(zhì)中球形塵粒熱凝并公式D1——半徑rl粒子的擴(kuò)散系數(shù)，除2是為了避免重復(fù)計(jì)算兩次碰撞；c——數(shù)量濃度，個／m3?？紤]到兩種粒子相互擴(kuò)散，因此D1和r1應(yīng)該用D1+D2和rl+r2替代。于是，合量的濃度變化率是：兩種不同大小的粒子凝并多分散度球形粒子凝并對于布朗擴(kuò)散過程，愛因斯坦給出kB——玻耳茲曼常數(shù)，b=1.3810-23J／K；T——絕對溫度，K；——?dú)怏w動力黏度，Pa·S。若粒子大小接近空氣分子自由程

時(shí),D乘Cunningham滑移修正系數(shù)Cu。于是更一般的熱凝并方程是：Kt稱為熱凝并系數(shù)。有：多分散度球形粒子凝并熱凝并系數(shù)的值很小，因此，為了要使其增長到較大的塵粒需要較長的時(shí)間。一般來說，在起始含塵質(zhì)量濃度高，粒徑相差較大的多分散性塵粒，熱凝并效應(yīng)是較為明顯的，即使這樣，熱凝并的凝聚過程仍十分緩慢。如使1μm的塵粒群增大一倍，需要100min以上的時(shí)間。因而這種凝并在工業(yè)中很難得到應(yīng)用。聲凝并Def:在聲場和超聲場中，對細(xì)小粒子的聲凝并機(jī)理有不同的解釋。其中一種認(rèn)為由于聲波引起的振動，使不同大小的粒子間被帶動的程度不同而產(chǎn)生不同的移動速度。小粒子由于質(zhì)量小將參與到大振幅的聲波振動，并與難以振動的大顆粒相碰撞而產(chǎn)生凝并。通常認(rèn)為超聲凝并的機(jī)理是因下列3個方面的原因所造成的：第一，在聲場中不同大小塵粒振動的振幅不同而導(dǎo)致粒子間的碰撞：第二，由于氣流和顆粒問的相對速度在粒子之間造成的流體吸引力；第三，由于聲輻射壓的作用，使粒子沉積到聲駐波的波腹上。可收集亞微米級顆粒：利用聲凝并可以大大提高微粒的凝并速率。聲凝并方法收集亞微米粉塵是有效的，曾一度引起除塵界的極大關(guān)注。耗電量大：產(chǎn)生幾十kHz甚至更高頻率的聲波，需耗用大量的電能約為37.3～522W／(m3·min)-1，同時(shí)還需要消除噪聲的危害，因而限制了它的實(shí)際應(yīng)用。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，最低能量消耗約為12～240w／(m3·min)-1。這比一般除塵器中消耗的能量還要高很多。電凝并Def:

電凝并包括帶電粒子間的庫侖凝并和外電場力作用下帶電粒子間的凝并。對于庫侖凝并，Williams和Loyalka給出了較嚴(yán)格的庫侖凝并系數(shù)Kc計(jì)算式——分別為塵粒1及塵粒2的粒徑，m——分別為粒徑為r1，r2的塵粒所帶的電量，C；——玻耳茲曼常數(shù)，J／K；——?dú)怏w的絕對溫度，K；——空氣介電常數(shù)，=8.85×10-12c／(V·M)。Eliasson等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在對稱異極荷電情況下，亞微米粒子的電凝并速率比中性粒子的熱凝并速率高102～10-14倍。對于1μm的塵粒，庫侖凝并系數(shù)Kc≈10-13～10-14m3／s，1.2.6氣溶膠粒子成核作用與蒸發(fā)

氣溶膠粒子的成核是通過物理過程和化學(xué)過程形成的，氣體經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，向粒子轉(zhuǎn)化的過程從動力學(xué)角度可以分為4步：均相成核或非均相成核，形成細(xì)粒子分散在空氣中；在細(xì)粒子表面，經(jīng)過多相氣體反應(yīng)，使粒子長大；由布朗凝聚和湍流凝聚，粒子繼續(xù)長大；經(jīng)過干沉降（重力沉降或與地面碰撞后沉降）和濕沉降（雨除和沖刷）清除。以上過程雖屬于物理過程，但實(shí)際上都以化學(xué)反應(yīng)為推動力。冷凝中的成核現(xiàn)象1.2.6氣溶膠粒子成核作用霧狀氣溶膠的形成需有一個凝聚表面蒸汽分子本身形成的聚合體帶電離子或帶電離子的聚合體其他固體物質(zhì)的微小顆粒成核現(xiàn)象：借助于一個凝聚核心形成液態(tài)氣溶膠的現(xiàn)象。均質(zhì)成核現(xiàn)象：蒸汽的成核現(xiàn)象發(fā)生在同類物質(zhì)的蒸汽分子的聚合體表面非均質(zhì)成核現(xiàn)象：蒸汽的成核現(xiàn)象發(fā)生在不同類物質(zhì)形成的聚合體表面的蒸汽分子成核現(xiàn)象均質(zhì)成核現(xiàn)象氣溶膠粒子的冷凝1、蒸汽必須過飽和，以達(dá)到能發(fā)生冷凝的程度；2、蒸汽分子的聚合體（核心）必須形成，使得冷凝作用有凝聚表面；3、蒸汽分子逐漸凝聚到這些類似于“胚胎”的聚合體核心上，進(jìn)而逐漸擴(kuò)大，最終成為一個液滴。飽和比均質(zhì)成核現(xiàn)象Def：某一氣體體系中有一液體蒸汽表面，該液體蒸汽的飽和比：液體蒸汽的周圍氣體的局部蒸汽壓該種蒸汽在溫度為T的整個液體表面的飽和蒸汽壓S>1，過飽和S=1，飽和S<1，欠飽和Kelvin現(xiàn)象均質(zhì)成核現(xiàn)象為使液滴保持穩(wěn)定，周圍氣體必須處于過飽和。超飽和是無塵空氣中蒸汽分子形成聚合體而成為冷凝核心的基礎(chǔ)。在均質(zhì)成核現(xiàn)象中，作為凝聚核心的蒸汽分子聚合體，在一定飽和比值下，其直徑必須要大于臨界直徑，才能繼續(xù)生長為液滴。臨界直徑d0與蒸汽分子飽和比S的關(guān)系液滴的表面張力離子成核均質(zhì)成核現(xiàn)象空氣中若有導(dǎo)電離子存在，在無塵空氣中，液滴冷凝所要求的飽和比要低得多。在有導(dǎo)電離子存在的情況下，臨界直徑d0與飽和比S的關(guān)系為：液滴上的電荷或離子聚合體的電量氣體介質(zhì)和液滴的介電常數(shù)在相同的d0情況下，要求能維持繼續(xù)生長的飽和比顯然降低了，也就是說，作為冷凝核心聚合體的液體，在有離子存在的情況下，其繼續(xù)生長的可能性提高了非均質(zhì)成核現(xiàn)象1、蒸汽必須過飽和，以達(dá)到能發(fā)生冷凝的程度；2、蒸汽分子逐漸凝聚到這些類似于“胚胎”的聚合體核心上，進(jìn)而逐漸擴(kuò)大，最終成為一個液滴。非均質(zhì)成核在氣溶膠的形成，特別是大氣環(huán)境的氣溶膠形成中是一種最通常的現(xiàn)象。且在百分之幾的過飽和度條件下都能發(fā)生。冷凝核的來源非均質(zhì)成核現(xiàn)象有機(jī)物質(zhì)的光化作用產(chǎn)物可能是自然界冷凝核的最重要來源；風(fēng)傳送到空間的灰塵離子，海水中海鹽揮發(fā)形成的NaCl晶核；森林大火的煙灰、人工爆破的微塵、火山爆發(fā)的揮發(fā)物等等；隕石塵和宇宙塵也被視為冷凝核的一個來源；有機(jī)物質(zhì)的腐爛揮發(fā)形成的微小顆粒.0.001~2.0μm0.001~0.4μm，Aitken核0.4~2.0μm，大核>2.0巨核冷凝核成分非常復(fù)雜，概略地說，可分為可溶性核和不可溶性核。不可溶核的成核現(xiàn)象不可溶核分為兩種情況：核心粒子表面一當(dāng)液滴浮在其上時(shí)，易于潮解，其后的行為特征可視為一個純液滴，因而均質(zhì)成核的Kelvin效應(yīng)可直接采用，但在相同的飽和比下所要求的核心粒徑卻要小很多；凝聚核心難于潮解，成核過程要困難的多，所要求的過飽和條件也要苛刻得多。核心表面正處于凝聚中的液體對在核心粒子表面已形成的液滴小球有收縮的趨勢，因而只有當(dāng)這種不可溶核的表面被小液滴全部覆蓋后，在核心粒子表面的液體覆蓋過程才會形成，這就要求很高的過飽和條件。以水在NaCl核心上的成核冷凝為例可溶核的成核問題一個NaCl核心在一定飽和比下，水蒸氣在其上發(fā)生冷凝，形成一個飽和的NaCl溶液液滴，進(jìn)一步的冷凝使得液滴越聚越大，溶液濃度越變越稀。變?yōu)橐粋€其行為類似于純液體（鹽溶液）形成的液滴。一般來說，在這樣的溶液形成的液滴表面上，其鹽溶液的平衡飽和蒸汽壓要小于純?nèi)軇ㄋ┬纬傻囊旱伪砻娴娘柡驼羝麎?。說明，有了凝聚核心（鹽晶核）的冷凝成核作用較無這種核心來的容易。Maxwell公式液態(tài)氣溶膠的蒸發(fā)和生長液滴每秒鐘蒸發(fā)（或生長）的質(zhì)量為：溶劑的擴(kuò)散系數(shù)，對于水，D=0.22cm2/s蒸汽分子的摩爾質(zhì)量液滴直徑液滴表面的飽和蒸汽壓離開液滴表面的空間的局部蒸汽壓假定液滴表面的局部蒸汽壓等于液滴的飽和蒸汽壓Langmuir公式液態(tài)氣溶膠的蒸發(fā)和生長Maxwell公式給出了一個定液滴直徑的液滴的蒸發(fā)速度，但液滴在蒸發(fā)過程中，其直徑逐漸減小，所以Maxwell公式應(yīng)表示為液滴質(zhì)量對蒸發(fā)（或生長）時(shí)間的微分式：對時(shí)間積分：描述了一個直徑為d的液滴，其飽和蒸汽壓為P0，周圍介質(zhì)的蒸汽壓為P時(shí)，因蒸發(fā)（生長）而將直徑減?。ㄔ龃螅┑脚R界直徑d0所需時(shí)間。愛根核模：小于0.05μm

積聚模：0.05~2μm

粗模態(tài)：大于2μm1.2.7氣溶膠粒子的三模態(tài)及其特性1.2.7氣溶膠粒子的三模態(tài)及其特性細(xì)粒子和粗粒子之間很少相互作用1.2.7氣溶膠粒子的三模態(tài)及其特性新鮮氣溶膠一般以核膜為特征的單峰型，“老化”氣溶膠表面積和體積分布以細(xì)粒子粗粒子為特征的雙峰型。氣溶膠的光學(xué)特性是氣溶膠各種物理特性中最特殊也是最重要的物理特性之一。消光作用光速1.3氣溶膠的光學(xué)特性所有氣溶膠粒子對光都會發(fā)生散射作用，某些粒子（主要是金屬粒子，碳粒子或大粒徑的粒子）對光還有吸收作用。散射和吸收的共同作用稱為消光作用。真空中的光速c=3×1010cm/s，光速c與波長λ、頻率f之間的關(guān)系為：為直接測定和應(yīng)用氣溶膠各種特性提供了廣闊領(lǐng)域。折射率1.3氣溶膠的光學(xué)特性真空中的光速與由某物質(zhì)形成的氣溶膠粒子的光速之比，稱為該種粒子對光的折射率：為了既能表示粒子對光的散射作用，又能表示對光的吸收作用，通常把折射指數(shù)表示成復(fù)數(shù)形式：表示散射作用表示吸收作用，n’=0時(shí)，表明只有散射作用而沒有吸收作用對于一些導(dǎo)電性粒子（如金屬粒子等），通常都對光有吸收作用。例如碳粒子的折射指數(shù)為（2-i），說明這種粒子對光既有散射作用，又對光有吸收作用?；镜墓鈱W(xué)量1.3氣溶膠的光學(xué)特性光強(qiáng)度(I)：表示發(fā)光體在單位時(shí)間、輻射到單位立體角的光能量，簡稱光強(qiáng)消光特性1.3氣溶膠的光學(xué)特性氣溶膠的消光是指一束入射光通過某一氣溶膠層（介質(zhì)層），由于受到粒子的散射和吸收，使得通過氣溶膠層以后在原光路上的出射光受到衰減。光通過一個介質(zhì)層，其光通量既要受到粒子的散射，又要受到吸收，因而光通量在通過粒子層后在原光路上將會減弱。光通量F（或光強(qiáng)度I）因吸收而引起的衰減遵從指數(shù)規(guī)律：因散射而引起的衰弱為：通過介質(zhì)層前的光通量介質(zhì)層的吸收系數(shù)介質(zhì)層的散射系數(shù)光受到散射和吸收的聯(lián)合作用而引起的減弱為：衰減系數(shù)，也稱濁度消光特性1.3氣溶膠的光學(xué)特性對于具有相同大小的多個粒子（單分散性氣溶膠）組成的介質(zhì)層，衰減系數(shù)可以表示為：單位空氣體積中的粒子數(shù)單個粒子的橫截面積單個粒子的消光效率入射到粒子橫截面A上的光通量對于多分散度氣溶膠，則有：消光效率因子的計(jì)算1.3氣溶膠的光學(xué)特性消光效率因子主要決定于粒子直徑d、粒子的折射指數(shù)m和入射光的波長λ等參數(shù)。定義粒徑參數(shù)α：當(dāng)α<<1，即對于很小的粒子，通常認(rèn)為粒子對光的吸收作用可以忽略，則：消光“異?！?.3氣溶膠的光學(xué)特性消光“異常”：當(dāng)α增大或粒子變大時(shí)，消光效率因子從第一個極大值迅速下降，在2左右波動，進(jìn)而趨于穩(wěn)定，最后使θE=2。這說明一個粒子有可能衰減掉其自身橫截面積2倍的光通量，這是由于光的衍射以及觀測的距離足夠遠(yuǎn)造成的：作為粒子本身要阻擋一個投影面積的光，加上衍射現(xiàn)象，第一個衍射環(huán)的中心恰好也是一個投影面積。因此，粒子本身散射掉一個投影面積的光，衍射環(huán)的黑影部分又除去一個投影面積的光，于是檢測器測到的似乎一個粒子損失了自身投影面積兩倍的光。角散射特性1.3氣溶膠的光學(xué)特性光照射到粒子上后散射到某一角度上的散射光，即角散射特性。散射角：光的傳播方向與經(jīng)過一個物體后散射光的傳播方向之間的夾角。散射平面：入射方向（入射光束）與觀測方向（散射光束）形成的平面。Rayleigh散射1.3氣溶膠的光學(xué)特性對小粒徑的不吸光粒子，即粒徑參數(shù)α<1的情況，氣溶膠對光的散射有比較確定的關(guān)系，可以用Rayleigh散射理論表示：當(dāng)強(qiáng)度I0的入射光照射到直徑為d的粒子上時(shí)，散射到某一角度θ的散射光強(qiáng)度可以表示為：通常在α<0.3或粒徑<0.05μm的范圍內(nèi)成立。Mie散射1.3氣溶膠的光學(xué)特性當(dāng)粒徑參數(shù)α增大時(shí)，α>1，粒子直徑>0.1μm到大約10μm范圍內(nèi)，散射強(qiáng)度為：多分散度氣溶膠的光學(xué)特性1.3氣溶膠的光學(xué)特性對比度（能見度）1.3氣溶膠的光學(xué)特性物體的對比度定義為：物體的光亮度背景的光亮度B=B’，Ct=0，物體不可見B<B’，Ct則為負(fù)值，物體看起來是深色的在大氣中，對比度可表示為：以天空水平面為背景的光亮度空間物體的光亮度氣溶膠粒子的衰減系數(shù)觀測體與物體之間的距離在正常情況下，在大氣中通常認(rèn)為對比度必須達(dá)到一個最低閾值Ct，min才能辨明一個以白色作背景的黑色物體?？梢曢撓拗?.3氣溶膠的光學(xué)特性通常認(rèn)為Ct，min=0.02能見度距離（可視距離），表示在最低對比度下能見到一個物體的最遠(yuǎn)距離。對于高空大氣氣溶膠，氣溶膠粒子都認(rèn)為以細(xì)顆粒為主，消光特性遵從Rayleigh規(guī)律：例：如果空氣中存在一種單分散的水霧滴，粒徑為d=0.2μm，粒數(shù)濃度為2X104/cm3,計(jì)算能見度距離為33km。氣溶膠理論基礎(chǔ)

氣溶膠化學(xué)大氣氣溶膠的化學(xué)組成、來源與去除大氣氣溶膠的危害主要內(nèi)容相關(guān)概念一次氣溶膠：由排放源直接排放到大氣中的顆粒物。二次氣溶膠：通過與氣體組分的化學(xué)反應(yīng)生成的顆粒物。均質(zhì)氣溶膠：所有顆粒物的化學(xué)組成相同。單譜氣溶膠：所有的顆粒物粒徑大小相同。多譜氣溶膠：多種粒徑大小的顆粒物。氣溶膠的來源大氣氣溶膠的來源復(fù)雜，按照產(chǎn)生的過程分為自然源和人為源。自然源主要來自于洋面氣泡的破裂、土壤的風(fēng)蝕、生物的孢子花粉以及火山爆發(fā)、森林火災(zāi)等。人為源主要來自化石燃料燃燒、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動等；人為排放氣態(tài)污染物在一定條件下的氣－粒轉(zhuǎn)化過程也是大氣氣溶膠的一個重要來源。大氣氣溶膠主要是通過干、濕沉降的方式去除。（1）干沉降：重力作用或與地面其他物體碰撞后沉降。（2）濕沉降：①雨除：氣溶膠的顆粒物作為凝結(jié)核，成為云滴中心，通過凝結(jié)和碰并，云滴增長為雨滴（若T<0℃即雪)，形成降雨/雪。②沖刷：在降雨/雪過程中，雨滴將大氣中的微粒挾帶或沖刷下來。氣溶膠的去除大氣氣溶膠污染化學(xué)的研究內(nèi)容大氣氣溶膠在大氣環(huán)境中的狀態(tài)和化學(xué)組成氣溶膠顆粒的化學(xué)性質(zhì)一般不活潑，對云霧、降水的形成能起到核化作用，某些微量氣體則以不同形式參與化學(xué)反應(yīng)，對氣溶膠粒子及其在空氣中的分散特征是重要的研究環(huán)節(jié)。大氣氣溶膠污染物及其污染化學(xué)大氣氣溶膠污染物是指在氣溶膠中危害人體健康和動植物生長及對建筑物有損害的重金屬離子、有害陰離子、病菌、引起人類和動物疾病的花粉和微細(xì)的塵埃氣溶膠污染化學(xué)的研究對象就是大氣環(huán)境中的氣、固、液混合體系和受其污染的受體。氣溶膠污染途徑及大氣氣溶膠污染的控制大氣氣溶膠污染的途徑分為大氣氣溶膠的來源、大氣氣溶膠的污染氣象、大氣氣溶膠的形成機(jī)理、污染運(yùn)移過程等多元途徑。其目的是為了大氣氣溶膠污染控制尋找理論基礎(chǔ)和化學(xué)治理。大氣氣溶膠污染化學(xué)研究的方法討論和研究氣溶膠的物理化學(xué)特性研究氣溶膠樣品中各種粒子的物理形貌研究大氣氣溶膠的污染途徑了解和研究大氣氣溶膠樣品的采集、處理和分析方法研究氣溶膠的源解析和評價(jià)方法，即污染物的來源研究大氣氣溶膠污染的防治方法研究氣溶膠的程序一般為：在不同時(shí)空采集樣品測試其化學(xué)成分研究其特性觀察樣品中各種粒子的形貌分析其污染途徑追溯其來源研究污染物的評價(jià)方法針對其特性有目的的研究治理方法氣溶膠粒子的化學(xué)組成1離子成分:SO42-

；NH4+

；NO3-

Mg2+；Ca2+；Na+；Cl-

2有機(jī)物含量:多環(huán)芳烴（PAHs）

有機(jī)碳（OC）和無機(jī)碳（EC）

3元素組成：地殼元素如Si,Fe,Al,Na,Mg,Ca和Ti等；

污染元素如Zn,K,Cd,Ni,Cu和Pb等。

陽離子：NH4+、Mg2+、Na+

、K+等金屬離子；陰離子：SO42-、NO3-及Cl-、Br-等鹵素離子存在；（一）離子成分

這些離子成分通常是氣溶膠理化特性研究的必測項(xiàng)目。它們對太陽光產(chǎn)生散射和吸收作用，使能見度降低，為大氣污染的標(biāo)志之一。除影響氣候變化，還可以控制氣溶膠粒子的酸化。所以研究離子的濃度、時(shí)空分布、粒徑分布等有利于研究氣溶膠形成機(jī)制，并預(yù)測氣溶膠的來源。1.種類（1）SO42-（一）離子成分非海鹽硫酸鹽（nss-SO42-）是對流層氣溶膠粒子中普遍存在的組分，在海洋和大陸環(huán)境中都能檢測到，但其氣態(tài)前體物不同。海洋中SO42-的氣態(tài)前體物：來自浮游植物產(chǎn)生的二甲基硫；大陸SO42-的氣態(tài)前體物：主要來自人為排放的SO2的轉(zhuǎn)化。（一）離子成分與SO2相比，氣溶膠中的H2SO4(SO42-)引起了更多更嚴(yán)重的問題:H2SO4/SO42-是大氣中的強(qiáng)酸，可以使降水酸化，導(dǎo)致酸雨的主要因素之一，引起一系列嚴(yán)重的生態(tài)問題；

H2SO4/SO42-主要分布在亞微米范圍的顆粒物中，不易沉降，可通過呼吸道進(jìn)入人體肺部，對人體健康有影響；

H2SO4/SO42-具有較高的消光系數(shù)，影響城市能見度的重要因素之一；大氣中的H2SO4/SO42-顆粒物在大氣化學(xué)和全球氣候效應(yīng)等過程中起著非常重要的作用。（2）NO3-（一）離子成分大氣中的HNO3/NO3-是光化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。NOx的光化學(xué)反應(yīng)生成了氣態(tài)HNO3，氣態(tài)HNO3在適當(dāng)?shù)臈l件下形成鹽進(jìn)入顆粒物，成為大氣顆粒物的重要組成部分。在沿海地區(qū)大氣中，NO3-可以以NaNO3的形式存在于粗粒子中，主要來自氣態(tài)硝酸和海鹽的反應(yīng)；在污染較嚴(yán)重的城市大氣中，NO3-主要以NH4NO3的形式存在于細(xì)粒子中，它是大氣中的氣態(tài)HNO3被氨中和的產(chǎn)物。（3）NH4+（一）離子成分在城市大氣中，氣態(tài)氨與大氣化學(xué)過程產(chǎn)生的二次污染物H2SO4、HNO3結(jié)合成鹽，形成(NH4)2SO4和NH4NO3。是大氣顆粒物細(xì)粒子的極為重要的組成部分，也是城市大氣二次污染的標(biāo)志產(chǎn)物。同時(shí)，NH3還可以和燃煤排放到大氣中的氣態(tài)HCl反應(yīng)生成NH4Cl，存在于細(xì)粒子中。（4）其他的水溶性離子（一）離子成分a.Cl-：海鹽粒子是大氣顆粒物中Cl-的主要貢獻(xiàn)者。沿海地區(qū)大氣顆粒物中的Cl-主要存在于粗粒子中；化石燃料（煤）的燃燒也可以排放，存在于細(xì)粒子中，使得燃煤取暖地區(qū)冬季細(xì)粒子中Cl-會產(chǎn)生富集。

b.Na+：海水中含量最高的陽離子，沿海地區(qū)中幾乎 都來于海洋排放，存在于粗模態(tài)中。由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常被作為海洋源的參比元素。（4）其他的水溶性離子（一）離子成分c.K+：大氣顆粒物中K+主要以細(xì)粒子模態(tài)存在，主要 為生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生；

d.Ca2+：來自于土壤，是土壤揚(yáng)塵的標(biāo)識元素，存在 于粗模態(tài)中。另外，道路揚(yáng)塵和建筑塵也含 有較多的Ca2+；e.Mg2+：既有海洋源，又有土壤源的貢獻(xiàn)，主要分 布于粗模態(tài)中。沿海站點(diǎn)的Na+濃度明顯高于其它內(nèi)陸城市。

在北京、上海、廣州和烏魯木齊等大城市中NO3-和Ca2+的平均濃度均較高，這與城市大量的汽車尾氣排放和城市建設(shè)引起的揚(yáng)塵有關(guān);

城市和沿海地區(qū)的SO42-均具有較高濃度;

不同地區(qū)TSP中的水溶性離子濃度氣溶膠粒子中的有機(jī)物粒徑一般比較小，尺度多在0.1～5μm的范圍內(nèi)。種類：烴類（烷、烯、芳香烴、多環(huán)芳烴），亞硝胺，氮雜環(huán)化合物，酮，醌，酚、酸等，有生命的有機(jī)物（孢子，細(xì)菌，花粉）。（二）有機(jī)物1.多環(huán)芳烴(PAHs)：PAHs指兩個或兩個以上苯環(huán)連在一起的碳?xì)浠衔铩Ｆ湫再|(zhì)穩(wěn)定，數(shù)量多，種類多，廣泛存在于大氣環(huán)境中。來源：自然源：火山爆發(fā)、森林火災(zāi)和生物合成。人為源：煤、石油、木材以及有機(jī)高分子化合 物的不完全燃燒和裂解產(chǎn)生。多數(shù)來 自化學(xué)工業(yè)、交通運(yùn)輸和日常生活等。（二）有機(jī)物排放到大氣中的PAHs主要以氣相和吸附在顆粒物表面兩種形式存在。

2～3個苯環(huán)數(shù)的PAHs主要存在于氣相中；

4個苯環(huán)的在氣相和顆粒相均有顯著分布；

5～6個苯環(huán)的主要在顆粒物中。研究表明：有70～90％的PAHs分布在 Dp≤3.5μm的顆粒中。1.多環(huán)芳烴：其中，苯并[a]芘（B[a]P）被認(rèn)為是PAHs中毒性最強(qiáng)的化合物。由于全球大氣循環(huán)，在南極的雪和冰中也都檢測到了B[a]P。Sources：瀝青、燃煤的煙氣、油脂類食物的熏烤過程、香煙的煙氣、汽車尾氣等。從季節(jié)上分析，各地區(qū)冬春季節(jié)的PAHs濃度均高于夏季。工業(yè)區(qū)、交通密集區(qū)和商業(yè)區(qū)的PAHs含量較高，而清潔區(qū)明顯減少。來源：天然源：風(fēng)沙和火山爆發(fā)人為源：主要來自化石燃料的高溫燃燒過 程和其它高溫燃燒的工業(yè)過程， 如燃煤、燃油、木材燃燒、鋼鐵 廠、冶煉廠、廢物燃燒等。（三）化學(xué)元素組成不管是天然源還是人為源，均屬于一次氣溶膠粒子。元素組成基本可分為：地殼元素：Si,Al,Ca,Fe,Ti,V.

其氧化物熔點(diǎn)高，化學(xué)穩(wěn)定，在地殼中豐度很高。污染元素：S,Br,Pb,Zn,Cu,Cr,Co.

其化合物熔點(diǎn)低，易發(fā)生相變和化學(xué)反應(yīng)。 主要是人為活動直接或間接產(chǎn)生。但有些地殼元素，如Ca，在城市建筑塵的貢獻(xiàn)大，也是人為活動造成的。雙重元素如（K,Mg,Mn）：有人為，自然產(chǎn)生。（三）化學(xué)元素組成沙塵期間氣溶膠的化學(xué)元素濃度（ng/m3）類型地點(diǎn)ZnBaVMnFeAlMgCaNaTiTSP張家口372157025422509800018300041200669004030012100北京274870130121051000950002150043600147006100Yamaguchi3091503321090001600045001030015001100北京17010050360175003377088502651078701970青島341－105.4910.133202－－－－4291臨安455－－72.5373311075252385－320PM2.5青島213－131103755－－－－356Seoul18728.411.660.113101514472111738164.4Gwangju975.578.6957.115382300762146749064.2沙塵天氣時(shí)地殼元素如Al、Ca、Fe、Mg、Na、Ti、Ba和V等元素均達(dá)到了很高的濃度，通常表現(xiàn)為TSP>>PM2.5

；沙塵事件期間地殼元素濃度呈現(xiàn)出自西向東減弱的趨勢。

沙塵天氣時(shí)的地殼元素濃度要明顯高于非沙塵天氣。沙塵天氣時(shí)SeoulPM10中Al和Ca的濃度約為非沙塵的3.4倍；Gwangju中的濃度為非沙塵的5-6倍。

圖5.沙塵與非沙塵期間的元素濃度對比大氣氣溶膠的危害1.大氣化學(xué)反應(yīng)(干濕沉降,光化學(xué)煙霧,多相反應(yīng)界面etc.)2.氣候效應(yīng)(直接氣候效應(yīng)及間接氣候效應(yīng))3.環(huán)境質(zhì)量（能見度）

4.健康效應(yīng)

5.氣溶膠輻射強(qiáng)迫礦塵黑碳海鹽硫酸鹽硝酸鹽SO2,COS,DMSNOxVOCsH2OO3,H2O2OH,NO3radicalsVirusPAH,PCB

氣溶膠能吸附SO2、NOx及氣態(tài)有機(jī)有毒物質(zhì)（如PAHs、PCB等），并在氣溶膠表面發(fā)生多相反應(yīng)?；瘜W(xué)大氣化學(xué)反應(yīng)氣候效應(yīng)

氣溶膠通過直接和間接方式影響大氣輻射傳輸和地-氣系統(tǒng)輻射收支平衡，對氣候變化、云降水等影響巨大。氣溶膠輻射強(qiáng)迫

氣候系統(tǒng)總體趨于平衡狀態(tài)，即地氣系統(tǒng)所吸收的太陽輻射應(yīng)等于向外發(fā)射的紅外長波輻射。如果某種擾動打破了這個平衡，氣候系統(tǒng)會調(diào)整地表溫度來形成新的平衡。為了評估地球氣候系統(tǒng)輻射收支的外加擾動，IPCC引入了輻射強(qiáng)迫這個概念。氣溶膠輻射強(qiáng)迫輻射強(qiáng)迫的定義：單位W/m2全球氣候的變化由地氣系統(tǒng)輻射平衡狀況決定。任何對該系統(tǒng)平衡的擾動并因而使氣候發(fā)生變化的因子成為輻射強(qiáng)迫因子，主要有入射太陽輻射；溫室氣體、云和氣溶膠等。在描述這些因子對氣候的潛在影響時(shí)，往往采用“輻射強(qiáng)迫”（radiationforcing）。氣溶膠輻射強(qiáng)迫人類活動導(dǎo)致大氣中氣溶膠濃度不斷升高，一方面導(dǎo)致大氣對太陽光散射作用增強(qiáng)，反照率增加，產(chǎn)生負(fù)的輻射強(qiáng)迫；另一方面吸收太陽輻射，產(chǎn)生正的輻射強(qiáng)迫。大氣中氣溶膠通過直接和間接輻射強(qiáng)迫兩種方式影響全球氣候，對全球氣候變化產(chǎn)生重大影響。

直接輻射強(qiáng)迫：氣溶膠通過散射和吸收太陽輻射，產(chǎn)生直接輻射強(qiáng)迫；間接輻射強(qiáng)迫：可作為云凝結(jié)核，影響云的微物理特性和宏觀云量，影響地－氣系統(tǒng)的水循環(huán)，產(chǎn)生更加復(fù)雜和不確定的間接輻射強(qiáng)迫。氣溶膠輻射強(qiáng)迫氣溶膠輻射強(qiáng)迫與溫室氣體的輻射強(qiáng)迫比較：1.對流層大氣中氣溶膠的生命周期很短，導(dǎo)致空間分布高度不均，而且與排放源有關(guān)；2.氣溶膠直接輻射強(qiáng)迫是散射太陽短波輻射的過程，主要在白天和夏季起主導(dǎo)作用。即具有明顯的日變化和季節(jié)變化。3.氣溶膠的直接和間接輻射強(qiáng)迫都與顆粒物粒徑和化學(xué)組成有關(guān)，不能簡單以氣溶膠質(zhì)量源強(qiáng)衡量其輻射強(qiáng)迫的相對大??；氣溶膠輻射強(qiáng)迫與溫室氣體的輻射強(qiáng)迫比較：4.大氣氣溶膠尤其是人為氣溶膠的區(qū)域分布不均勻；5.氣溶膠的輻射強(qiáng)迫與其濃度的關(guān)系是非線性的，自然存在的氣溶膠的影響復(fù)雜；另外，氣溶膠作為凝結(jié)核影響云滴形成和降水的過程復(fù)雜，間接輻射強(qiáng)迫研究非常困難。能源開發(fā)利用與環(huán)境污染能源分類能源二次能源：火電、水電，焦炭、煤氣、蒸汽、熱水、汽油、柴油等一次能源常規(guī)能源可再生能源：水力不可再生能源：煤、石油、天然氣、核裂變新能源可再生能源：太陽能、生物質(zhì)能，風(fēng)力、潮汐、地?zé)岵豢稍偕茉矗汉肆炎兡茉撮_發(fā)利用與環(huán)境污染煤炭開采、加工、運(yùn)輸和使用開采

露天開采和地下開采露天開采對土地的影響大，為了保護(hù)環(huán)境與生態(tài)，露天煤礦要采用土地復(fù)原措施．其投資大。地下開采埋深較淺的煤層可能引起大面積的地面塌陷，對地表水系有廣泛的破壞作用。地下開采因?yàn)楣ぷ鳁l件惡劣，對礦工的身體健康危害遠(yuǎn)大于露天開采，并隨之產(chǎn)生一系列社會經(jīng)濟(jì)問題。均對水源有影響加工

提高產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是去除其中含硫分和灰分。洗煤可除去原煤中含硫量的40％~50％和灰分的65％～75%洗過的煤經(jīng)過蒸汽供干。產(chǎn)生大量的洗煤水和少量的空氣污染（灰塵、SO2、NOx

和CO2

現(xiàn)代洗煤廠的洗煤水經(jīng)貯存等處理后循環(huán)復(fù)用，大大減少了水污染和水資源的浪費(fèi)，同時(shí)還可提高煤粉的回收率。能源開發(fā)利用與環(huán)境污染煤炭開采、加工、運(yùn)輸和使用運(yùn)輸煤炭運(yùn)輸一般采用公路、內(nèi)河、鐵路和海運(yùn)方式。運(yùn)輸過程中主要的環(huán)境影響除運(yùn)輸工具本身耗能產(chǎn)生的各種污染因煤粉的灑漏和飛揚(yáng)污染環(huán)境、以及降水逕流帶走大量煤粉引起運(yùn)輸沿途水源的污染。利用直接燃燒、制焦或煤氣化、液化等方式。煤炭直接燃燒造成的污染是多方面的，其中最主要的大氣排放物為CO2、CO、SO2、煙塵、有機(jī)物、微量元素和放射性核素。煤炭的直接媲燒排出的污染物遠(yuǎn)大于煤氣或煤液化氣。煤炭還常常應(yīng)用于煉鋼工業(yè)，它使用的是煤炭通過于餾后的產(chǎn)品―焦炭和焦?fàn)t煤氣。在煉焦過程中產(chǎn)生的廢氣和廢水中含有酚等有害物，可引起大氣和水的嚴(yán)重污染。能源開發(fā)利用與環(huán)境污染石油與天然氣的生產(chǎn)和利用石油和天然氣往往是共生的，它們的燃燒也有許多共同點(diǎn)。石油和天然氣資源的勘探和開發(fā)，既可在陸上進(jìn)行也可在海上進(jìn)行。它們對生態(tài)與環(huán)境的影響也因此不完全相同。陸上開采的環(huán)境影響：①占用大量土地；②開采設(shè)施破壞當(dāng)?shù)氐淖匀痪坝^；③發(fā)生事故時(shí)可能引起石油泄漏、造成油田或運(yùn)輸途中的環(huán)境污染；④與石油、天然氣共生的鹵水可能會導(dǎo)致地表水的污染和影啊水生生態(tài)系統(tǒng)；⑤含硫物質(zhì)的徘放影響環(huán)境質(zhì)量。海上采油或天然氣最大的影響是發(fā)生事故時(shí)大量漏油污染海域造成近?；蜓匕兜貐^(qū)的嚴(yán)重污染石油的煉制對環(huán)境與生態(tài)的影響

①占用土地；②用水；③氣體與液體廢物的排放；④存在火災(zāi)或爆炸的危險(xiǎn)等。煉油廠除了廠房設(shè)施占用土地之外，還應(yīng)設(shè)置防護(hù)區(qū)以防止因工業(yè)事故造成居民的傷亡。能源開發(fā)利用與環(huán)境污染

核能開發(fā)和利用核能開發(fā)和利用包括了整個核燃料循環(huán)：鈾礦開采、加工濃縮元件制造反應(yīng)堆發(fā)電后處理廢物處理與處置。鈾礦開采空氣中放射性濃度較高。礦工吸入氡氣及其放射性衰變子體后引起的內(nèi)照射可能使礦土得肺癌的幾率明顯增加。鈾的提取、冶煉、濃縮和元件制造這些生產(chǎn)過程中的放射性危害，因?yàn)殁櫟母鞣N同位素是弱α放射性和有較長的半衰期，在工藝過程中隨三廢排人環(huán)境很少，影響也不大。核電站

通過核燃料的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)釋放能量發(fā)電的。在正常運(yùn)行過程中，除極少部分放射性通過三廢排入環(huán)境外，絕大多數(shù)都被持留在燃料元件的密封包殼之中或密閉的主回路內(nèi)。只有在發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，才有可能將堆內(nèi)包容的大量放射性泄漏出來進(jìn)入環(huán)境乏核燃料元件的后處理料直接貯存埋藏和貯存冷卻后由燃料后處理工廠進(jìn)行化學(xué)處理；回收核燃料中可裂變物質(zhì)以及去除裂變產(chǎn)物。在后處理過程中產(chǎn)生的大量放射性工藝廢水、廢氣和廢物將有一部分進(jìn)入環(huán)境。廢物處置關(guān)鍵就是要安全可靠地處置這些長壽命放射性，防止它們通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境。能源開發(fā)利用與環(huán)境污染水力資源的開發(fā)和利用水力資源是常規(guī)能源中的可再生能源。水力資源用于發(fā)電或抽水蓄能都需要建設(shè)水壩以及在水庫中存大量的水。由此對整個庫區(qū)和河流流域的生態(tài)環(huán)境有很大影響其它能源的開發(fā)和利用包括地?zé)崮?、太陽能、風(fēng)能、海洋能以及生物質(zhì)能。它們大多不排放大氣與水的污染物，均稱之為清潔能源。這類能源在開發(fā)利用過程中對環(huán)境的影響相對于化石燃料是比較小的能源的開發(fā)利用提供了人類創(chuàng)造文明和財(cái)富的動力，擴(kuò)大了就業(yè)機(jī)會、增加了收入、發(fā)展了社會經(jīng)濟(jì)、改善了生活條件和提高了生活質(zhì)量，同時(shí)也為治理環(huán)境污染創(chuàng)造了物質(zhì)條件；另一方面能源的開發(fā)利用造成的環(huán)境質(zhì)量下降和生態(tài)平衡的破壞又阻礙和限制了能源的發(fā)展。因此能源和環(huán)境不能孤立起來追求其自身的目標(biāo)，必須糾正能源發(fā)展規(guī)劃中不考慮環(huán)境因素的偏向，協(xié)調(diào)能源開發(fā)利用的正面和負(fù)面作用。中國的能源現(xiàn)狀中國能源特點(diǎn)：

中國是一個嚴(yán)重依賴化石能源的國家，可再生能源消費(fèi)比例低于世界平均水平能源資源開發(fā)難度較大。與世界相比，中國煤炭資源地質(zhì)開采條件較差，大部分儲量需要井工開采，極少量可供露天開采。石油天然氣資源地質(zhì)條件復(fù)雜，埋藏深，勘探開發(fā)技術(shù)要求較高。未開發(fā)的水力資源多集中在西南部的高山深谷，遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，開發(fā)難度和成本較大。非常規(guī)能源資源勘探程度低，經(jīng)濟(jì)性較差，缺乏競爭力。一次能源以煤為主火電廠的分類火電廠的分類火電廠的電能生產(chǎn)過程國際二氧化碳形式各國CO2減排行動碳減排技術(shù)碳減排技術(shù)工程減排技術(shù)市場減排方法管理減排方法結(jié)構(gòu)減排方法超（超）臨界技術(shù)、循環(huán)流化床技術(shù)（CFB）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（CHP），CCS技術(shù)提高可再生能源及核能等技術(shù)的比重，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)減低碳排放量通過電力調(diào)度順序、發(fā)電權(quán)交易和減少廠用電等措施減排采用清潔發(fā)展機(jī)制CDM進(jìn)行國際合作，轉(zhuǎn)讓資金和技術(shù)獲得核證減排量火電廠CO2減排的技術(shù)路線工程減排技術(shù)間接減排IGCC、CFB、CHPCCS燃燒前燃燒中燃燒后IGCC發(fā)電技術(shù)IGCC發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成IGCC發(fā)電技術(shù)IGCC技術(shù)特點(diǎn)發(fā)電效率顯著提高，目前可達(dá)43~45%污染物脫除效率高、耗水少，污染物排放量僅為常規(guī)燃煤電廠的10%，脫硫率可達(dá)99%，Nox和耗水量分別為常規(guī)電廠10%~20%和1/2~1/3；有利于CO2減排，目前成熟工藝可分離85%以上的CO2；可實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)和副產(chǎn)品的綜合利用，如氣化爐出來的煤氣可用于合成胺、甲醇、二甲醚等化工產(chǎn)品，硫的回收率接近99%等。IGCC技術(shù)的碳減排效果IGCC的CO2減排效果據(jù)有關(guān)資料顯示：目前，IGCC電廠的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗在240g/kWh以下，而2008年我國火力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為322g/kWh以一臺300MW機(jī)組為例，若年發(fā)電量為16.25億kWh注：*2008年火力發(fā)電量為2.8萬億kWh；**IGCC電站CO2捕獲率為85%；***1g標(biāo)準(zhǔn)煤≈2.496gCO2電廠煤耗華能上海石洞口第二電廠煤耗

脫硫投運(yùn)IGCC技術(shù)存在問題成本較高操作靈活性低和變負(fù)荷性能差建設(shè)周期較長和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少可用率低，目前的示范IGCC電廠可用率在70~85%富氧燃燒技術(shù)常規(guī)燃煤電站鍋爐排煙中CO2

的濃度一般為14%～16%,直接從此煙氣中分離回收低濃度的CO2

將使電站效率降低7%～29%,發(fā)電成本增加1.2～1.5倍富氧燃燒技術(shù)是利用空分系統(tǒng)獲得富氧或純氧,然后燃料與氧氣共同進(jìn)入專門的純氧燃燒爐進(jìn)行燃燒,一般需要對燃燒后的煙氣進(jìn)行重新