【環(huán)境課件】第九章-大氣污染物排放與擴(kuò)散

第九章

大氣污染物排放與擴(kuò)散

主要內(nèi)容9.1大氣層結(jié)構(gòu)及氣象根底知識9.2大氣擴(kuò)散根本理論9.3大氣擴(kuò)散理論應(yīng)用9.4煙囪高度設(shè)計(jì)和廠址選擇9.1大氣層結(jié)構(gòu)及氣象根底知識9.1.1大氣的結(jié)構(gòu) 大氣圈在垂直方向上分為5層。 1．對流層：大氣污染現(xiàn)象主要發(fā)生在這一層里，特別是靠近地面的l～2km范圍內(nèi)。

2．平流層：高度大約50～55km。又稱為同溫層。在平流層中，持別是在20～35km范圍內(nèi)臭氧集中，稱為臭氧層。

3．中間層：高度可達(dá)85km左右。

4．熱成層：上界達(dá)800km，也稱為電離層。

5．逸散層：大氣圈的最外層，高度達(dá)800km以上。大氣圈的層狀結(jié)構(gòu)

氣象根底知識表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象，統(tǒng)稱氣象要素。氣象要素主要有：氣溫、氣壓、氣濕、風(fēng)向、風(fēng)速、云況、能見度、降水情況、輻射、日照等。 1)相對濕度f：空氣的實(shí)際水汽壓力與飽和水蒸氣壓的比 2)露點(diǎn)溫度td：濕空氣在水汽含量不變的情況下，等壓降溫至對水汽而言到達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)的溫度成為露點(diǎn)。大氣邊界層的溫度場

氣溫垂直遞減率，簡稱氣溫直減率，指單位(通常取l00m)高度差氣溫變化率的負(fù)值。假設(shè)氣溫隨高度增加是遞減的，γ為正值，反之，γ為負(fù)值。干絕熱遞減率，干空氣在絕熱上升或下降過程中，每升高或下降單位高差的溫度變化率的負(fù)值，稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率。式中Ti表示干空氣塊的溫度，它不同于周圍空氣的溫度。氣溫的垂直分布

大氣中的溫度層結(jié)有四種典型情況：(1)氣溫隨高度的增加是遞減的γ>0，大多數(shù)情況是這種分布，稱為正常分布或遞減層結(jié)；(2)氣溫直減率等于或近似等于干絕熱直減率，γ＝γd，稱為中性層結(jié)；(3)氣溫隨高度增加而增加γ<0，稱為氣溫逆轉(zhuǎn)，簡稱逆溫；(4)氣溫不隨高度變化γ＝0，稱為等溫層結(jié)。溫度層結(jié)曲錢

逆溫

輻射逆溫：越接近地面的空氣降溫越大，而遠(yuǎn)離地面的空氣降溫較小，因而形成了自地面開始向上的逆溫層。下沉逆溫：由于空氣下沉受到壓縮增溫而形成的逆溫。平流逆溫：由暖空氣平流到冷地外表上而形成的逆溫。鋒面逆溫：在鋒面上，如果冷暖空氣的溫差較大，也可以出現(xiàn)逆溫。湍流逆溫：低層空氣湍流混合形成的逆溫。下沉逆溫的形成示意圖鋒面逆溫示意圖

湍流逆溫的形成過程

大氣的靜力穩(wěn)定度與大氣污染

污染物在大氣中的擴(kuò)散與大氣穩(wěn)定度有密切的關(guān)系。大氣靜力穩(wěn)定度可以用氣溫直減率與干絕熱遞減率之差來判別。未飽和濕空氣的穩(wěn)定度的判據(jù)：

當(dāng)時(shí)，大氣不穩(wěn)定； 當(dāng)時(shí)，大氣中性； 當(dāng)時(shí)，大氣穩(wěn)定。

氣溫層結(jié)與煙羽形狀

(1)波浪型，煙羽呈波浪狀，污染物擴(kuò)散良好，發(fā)生在不穩(wěn)定大氣中。(2)錐型，煙羽呈圓錐形，發(fā)生在中性條件下。(3)平展型，煙羽垂直方向擴(kuò)散很小，發(fā)生在煙囪出口處于逆溫層。(4)爬升型(屋脊型)，煙羽的下部是穩(wěn)定的大氣，上部是不穩(wěn)定的大氣。(5)漫煙型(熏蒸型)，煙羽的下部是不穩(wěn)定的大氣，上部處于逆溫層中。(6)受限型，發(fā)生在煙囪出口上方和下方的一定距離內(nèi)大氣不穩(wěn)定區(qū)域。氣溫層結(jié)與典型的煙羽形狀

大氣邊界層的風(fēng)場

大氣的運(yùn)動(dòng)是在各種力的作用下產(chǎn)生的。作用于大氣上的水平力，有水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力和慣性離心力。平均風(fēng)速隨高度的變化曲線稱為風(fēng)速廓線。我國常用冪函數(shù)風(fēng)速廓線模式，?制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原那么與方法?(GB/T13201-91)給出計(jì)算公式(P449)，可計(jì)算得到煙囪出口以及煙囪有效高度處的平均風(fēng)速。風(fēng)對大氣污染物擴(kuò)散的影響

風(fēng)從風(fēng)速和風(fēng)向兩個(gè)方面對大氣污染物的擴(kuò)散產(chǎn)生影響，可以用風(fēng)向頻率和污染系數(shù)來表征。風(fēng)向頻率、風(fēng)速復(fù)合玫瑰圖9.2大氣擴(kuò)散根本理論污染物進(jìn)入大氣后，隨著大氣的運(yùn)動(dòng)發(fā)生遷移、擴(kuò)散稀釋和降解轉(zhuǎn)化。遷移：污染物隨著大氣在x、y、z三個(gè)方向上平移運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的遷移作用。推流遷移只改變污染物所處的位置，并不改變污染物的濃度。分散稀釋：主要作用機(jī)理有分子擴(kuò)散，湍流擴(kuò)散和彌散作用。降解和轉(zhuǎn)化作用包括重力沉降，降水和云霧對污染物的清洗作用，地外表對大氣污染物的去除作用，大氣中污染物的化學(xué)反響。大氣擴(kuò)散模式

污染源的情況

1.污染物的成分和性質(zhì)

2.源的幾何形狀和排放方式

污染源按其幾何形狀劃分，可分為點(diǎn)源、線源、面源和體源。 按施放污染物的持續(xù)時(shí)間來劃分，可分為瞬時(shí)源和連續(xù)源。

3.源強(qiáng):通常瞬時(shí)點(diǎn)源的源強(qiáng)以一次排放的總量表示。連續(xù)點(diǎn)源的源強(qiáng)以單位時(shí)間的排放量表示。

4.源的高度

源高對地面污染物濃度的影響

點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式

1.瞬時(shí)單煙團(tuán)正態(tài)擴(kuò)散模式是一切正態(tài)擴(kuò)散的根底。2.無邊界連續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散模式，所謂無界連續(xù)點(diǎn)源是指無限大空間內(nèi)的連續(xù)點(diǎn)源。3.高架連續(xù)排放點(diǎn)源高斯擴(kuò)散模式

P點(diǎn)的實(shí)際污染物濃度應(yīng)為實(shí)源和虛源作用之和。

①地面任一點(diǎn)濃度，令z=0②地面軸線濃度，令y=0，③最大落地點(diǎn)濃度和落地點(diǎn)距離cmax，xmax

④地面絕對最大濃度 危險(xiǎn)風(fēng)速uabsm：出現(xiàn)地面絕對最大濃度的風(fēng)速4.連續(xù)排放點(diǎn)源擴(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)散模式導(dǎo)出。今其有效源高H＝0時(shí)得空間任一點(diǎn)濃度為，地面連續(xù)點(diǎn)源所產(chǎn)生的污染物濃度是無界連續(xù)點(diǎn)源所產(chǎn)生的污染物濃度的兩倍。

9.3大氣擴(kuò)散理論應(yīng)用

9.3.1煙氣抬升高度計(jì)算有效源高He由煙囪幾何高度H1與煙氣抬升高度△H組成。He＝H1＋△H有效源高He的計(jì)算：HJ/T2.2-93計(jì)算方法；Holland公式；Bviggs公式9.3.2大氣穩(wěn)定度分級以及擴(kuò)散參數(shù)確定Pasquill分級方法；修訂的Pasquill分類法；擴(kuò)散參數(shù)確實(shí)定9.4煙囪高度設(shè)計(jì)和廠址選擇

9.4.1煙囪高度設(shè)計(jì)計(jì)算

1.根據(jù)地面最大濃度公式計(jì)算

2.根據(jù)地面絕對最大濃度不超過容許濃度的計(jì)算方法3.根據(jù)一定保證率計(jì)算4.根據(jù)點(diǎn)源煙塵允許排放率計(jì)算