【環(huán)境課件】第九章-大氣污染物排放與擴散

第九章

大氣污染物排放與擴散

主要內容9.1大氣層結構及氣象根底知識9.2大氣擴散根本理論9.3大氣擴散理論應用9.4煙囪高度設計和廠址選擇9.1大氣層結構及氣象根底知識9.1.1大氣的結構 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。

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范圍內臭氧集中，稱為臭氧層。

3．中間層：高度可達85km左右。

4．熱成層：上界達800km，也稱為電離層。

5．逸散層：大氣圈的最外層，高度達800km以上。大氣圈的層狀結構

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、風向、風速、云況、能見度、降水情況、輻射、日照等。 1)相對濕度f：空氣的實際水汽壓力與飽和水蒸氣壓的比 2)露點溫度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飽和狀態(tài)時的溫度成為露點。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值。假設氣溫隨高度增加是遞減的，γ為正值，反之，γ為負值。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；(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；(3)氣溫隨高度增加而增加γ<0，稱為氣溫逆轉，簡稱逆溫；(4)氣溫不隨高度變化γ＝0，稱為等溫層結。溫度層結曲錢

逆溫

輻射逆溫：越接近地面的空氣降溫越大，而遠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散與大氣穩(wěn)定度有密切的關系。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)：

當時，大氣不穩(wěn)定； 當時，大氣中性； 當時，大氣穩(wěn)定。

氣溫層結與煙羽形狀

(1)波浪型，煙羽呈波浪狀，污染物擴散良好，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大氣不穩(wěn)定區(qū)域。氣溫層結與典型的煙羽形狀

大氣邊界層的風場

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

風從風速和風向兩個方面對大氣污染物的擴散產生影響，可以用風向頻率和污染系數(shù)來表征。風向頻率、風速復合玫瑰圖9.2大氣擴散根本理論污染物進入大氣后，隨著大氣的運動發(fā)生遷移、擴散稀釋和降解轉化。遷移：污染物隨著大氣在x、y、z三個方向上平移運動所產生的遷移作用。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：主要作用機理有分子擴散，湍流擴散和彌散作用。降解和轉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反響。大氣擴散模式

污染源的情況

1.污染物的成分和性質

2.源的幾何形狀和排放方式

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

3.源強:通常瞬時點源的源強以一次排放的總量表示。連續(xù)點源的源強以單位時間的排放量表示。

4.源的高度

源高對地面污染物濃度的影響

點源擴散的高斯模式

1.瞬時單煙團正態(tài)擴散模式是一切正態(tài)擴散的根底。2.無邊界連續(xù)點源的擴散模式，所謂無界連續(xù)點源是指無限大空間內的連續(xù)點源。3.高架連續(xù)排放點源高斯擴散模式

P點的實際污染物濃度應為實源和虛源作用之和。

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

④地面絕對最大濃度 危險風速uabsm：出現(xiàn)地面絕對最大濃度的風速4.連續(xù)排放點源擴散模式

地面連續(xù)點源擴散模式可由高架連續(xù)點源擴散模式導出。今其有效源高H＝0時得空間任一點濃度為，地面連續(xù)點源所產生的污染物濃度是無界連續(xù)點源所產生的污染物濃度的兩倍。

9.3大氣擴散理論應用

9.3.1煙氣抬升高度計算有效源高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的計算：HJ/T2.2-93計算方法；Holland公式；Bviggs公式9.3.2大氣穩(wěn)定度分級以及擴散參數(shù)確定Pasquill分級方法；修訂的Pasquill分類法；擴散參數(shù)確實定9.4煙囪高度設計和廠址選擇

9.4.1煙囪高度設計計算

1.根據(jù)地面最大濃度公式計算

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