1、 第二章 大氣環(huán)境1大氣中主要污染物及污染類型 2大氣污染物的轉(zhuǎn)化及光化學(xué)煙霧形成機制3污染物擴(kuò)散模式及影響遷移的因素 4主要大氣污染物的控制技術(shù)及綜合防治5主要的大氣污染問題本章要點 第一節(jié) 大氣污染和污染物 大氣污染的發(fā)生 大氣污染 指大氣中污染物質(zhì)的濃度達(dá)到了有害程度，以致破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對人和物造成危害的現(xiàn)象。大氣污染的發(fā)生 在一定時空范圍內(nèi)，由于人為活動或自然原因污染物輸入大氣的速率大于輸出的速率，污染物在大氣中積累，導(dǎo)致大氣污染。 大氣污染主要由人為活動引起，多發(fā)生在城市和工業(yè)區(qū)，具有區(qū)域性，是全球性環(huán)境問題。第一節(jié) 大氣污染和污染物 大氣污染源自然源火山爆

2、發(fā)森林火災(zāi)塵土飛揚按來源與污染性狀固定源工廠企業(yè)排放源農(nóng)業(yè)污染排放源家庭爐灶排放源汽車、火車、飛機等交通工具排放源人工源移動源按排放方式按排放時間按排放高度點源線源面源瞬時源間斷源連續(xù)源地面源高架源污染源第一節(jié) 大氣污染和污染物 大氣污染物污染物類別 一次污染物 二次污染物 人為來源 含硫化合物 SO2 、H2S SO3, H2SO4, MSO4 含硫燃料燃燒 含氮化合物 NO 、NH3 NO2 , HNO3, MNO3 高溫下N2-O2反應(yīng) 碳氧化合物 CO 、CO2 無 燃燒過程 碳?xì)浠衔?C1C12 醛、酮、PAN燃料燃燒、煉油 鹵素化合物 HF , HCl , ClFC3 無 冶金工

3、業(yè) 顆粒物 重金屬、PAH H2SO4, SO42, NO3 燃燒 用有效直徑“空氣動力學(xué)直徑“D p”表示粒徑大小： D p D g. K(/ )1/2 Dg 幾何直徑； 忽略浮力效應(yīng)的粒子密度； 參考密度，1 gcm-3； K 性狀系數(shù)，粒子為球狀時，K1.0 對球狀粒子，影響DP；當(dāng) 較大時，DP Dg。 由于多數(shù)大氣粒子 10，因此，DP k3 。 SO2液相氧化反應(yīng) O3對SO2的液相氧化 O3 + SO2 + H2O 2H+ + SO42 +O2 O3 + HSO3 HSO4+ O2 O3 + SO32 SO42+ O2 當(dāng) O3 0.05mlm-3，且pH0，遞減層結(jié) d ，中性

4、層結(jié) 0，等溫層結(jié) 0，逆溫 在大氣某高度，氣團(tuán)在垂直方向上相對穩(wěn)定的程度，與和d有關(guān)。 假設(shè)：某氣團(tuán)的狀態(tài)函數(shù)為Ti、Pi和i，周圍大氣狀態(tài)函數(shù)為T、P、。單位體積氣團(tuán)受到周圍大氣的浮力為g，氣團(tuán)本身的重力為ig。 在浮力和重力作用下的向上加速度為： a g (i) / i 大氣穩(wěn)定度根據(jù)準(zhǔn)靜力條件(PiP)和理想氣體狀態(tài)方程: =P / RT 則：a g (TTi) / T氣團(tuán)運動滿足絕熱條件，在Z高度下的溫度： Ti Ti0d Z周圍大氣溫度: T T0Z在同一起始溫度下, T0Ti0 ，則： a g Z(d ) / T高度11 11.212 12.013 12.811 11.012 1

5、2.013 13.011 10.812 12.013 13.2100200300A0.8/100mB1.0/100mC1.2/100m0d0，0，氣團(tuán)加速運動，大氣不穩(wěn)定。d0，0，氣團(tuán)減速運動，大氣穩(wěn)定。d = 0， 0，大氣是中性的。 用d 0 作為大氣靜力穩(wěn)定度的判據(jù)。輻射逆溫：夜晚，地面向大氣層輻射熱量，由于近地層大氣冷卻快，高層大氣冷卻慢，形成了氣溫上高下低的逆溫層。 一般出現(xiàn)在少云無風(fēng)的夜間，具有明顯的日變化規(guī)律和年變化趨勢 。 逆溫 氣溫隨高度增加而不變或增加的現(xiàn)象，與對流層中氣溫垂直分布的情況正好相反，0。逆溫層阻擋了大氣垂直運動，不利于污染物的擴(kuò)散 abcde下午時日落前1h

6、黎明時日出后上午10時輻射逆溫的日變化規(guī)律形成逆溫層逆溫層逐漸消失開始形成逆溫逆溫完全消失正常溫度層結(jié) 下沉逆溫/壓縮逆溫： 大規(guī)模氣流在下沉過程中受到壓縮而增溫. 頂部增溫快，底部增溫慢，形成逆溫層。 多出現(xiàn)在大氣高壓控制區(qū)的高空大氣中，逆溫范圍廣，厚度達(dá)幾百米。 正常溫度層結(jié)逆溫層結(jié)湍流逆溫：由低空大氣湍流運動發(fā)生熱量交換而形成，逆溫層出現(xiàn)在混合層以上的過渡層。逆溫層鋒面逆溫：冷暖氣流在對流層相遇，暖氣流在冷氣流上方形成的逆溫。僅發(fā)生在冷空氣一方。平流逆溫：海面上空暖氣流吹到大陸上空時，下層大氣受冷地面影響而降溫，上層大氣降溫慢而形成逆溫層。主要發(fā)生在中緯度沿海地區(qū)冬季。近地層逆溫 輻射逆

7、溫、地形逆溫、平流逆溫、湍流逆溫自由大氣逆溫 下沉逆溫和鋒面逆溫 逆溫常由幾種原因共同形成，應(yīng)綜合考慮當(dāng)時、當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件和地理條件。不同溫度層結(jié)下典型的煙羽形狀 波浪型，d0，不穩(wěn)定，不形成煙霧事件。 圓錐型，d0，中性層結(jié)，污染物向遠(yuǎn)處輸送。 上升型，對地面污染小， 下部穩(wěn)定 d 0 上部不穩(wěn)定 d 0 漫煙型，地面污染嚴(yán)重，下方不穩(wěn)定 d 0上方穩(wěn)定 d 1 以上5種煙型可作為判斷大氣穩(wěn)定度的參考。 影響煙云擴(kuò)散的因素復(fù)雜，除氣象因素外，還應(yīng)考慮地形地貌等下墊面的影響。平展型，形成逆溫， d1 煙囪高時，污染物被輸送到遠(yuǎn)方；煙囪低時，近地面嚴(yán)重污染。 第三節(jié) 大氣中污染物的擴(kuò)散 影響污染

8、物遷移的因素 風(fēng)和湍流的影響 風(fēng)風(fēng)：大氣的水平運動。 風(fēng)向決定大氣污染物的運動方向；每個地區(qū)有主風(fēng)向，污染區(qū)在污染源的下風(fēng)向。 風(fēng)速決定著近地面大氣污染物的稀釋速度。 風(fēng)速和風(fēng)向有季節(jié)變化和日變化規(guī)律。 熱力湍流：大氣在垂直方向上溫度分布不均勻形成對流，強度取決于大氣穩(wěn)定度。 機械湍流：大氣在垂直方向上風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度引起的湍流，強度取決于風(fēng)速梯度和地面粗糙度。 大氣湍流大氣湍流：大氣的無規(guī)則運動。使污染物向各個方向擴(kuò)散。 風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴(kuò)散的根本因素，風(fēng)速越大，湍流越強，污染物擴(kuò)散越快。近地層風(fēng)速廓線和風(fēng)速廓線模式風(fēng)速廓線：平均風(fēng)速隨高度變化的曲線。風(fēng)速廓線模式：

9、風(fēng)速廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 對數(shù)模式： u = (u*/k) ln (z/z0) 應(yīng)用條件：中性溫度層結(jié)，近地面。地面類型 草原 農(nóng)作物區(qū) 村落和分散的樹林分散的大樓（城市）密集的大樓（城市） z0 (cm )1-1020-3020-100100-400400-典型z0（cm）31030100300有代表性的地面粗糙度z0值 指數(shù)模式： u = u1(z/z1)m 應(yīng)用條件：非中性溫度層結(jié)，離地面數(shù)米300米以上穩(wěn)定度級別ABCDEF歐文m城市0.150.150.200.250.400.50鄉(xiāng)村0.070.070.100.150.350.55技術(shù)原則和方法 m0.100.150.200.250.3

10、00.35 穩(wěn)定度參數(shù)的m值 第三節(jié) 大氣中污染物的擴(kuò)散 影響污染物遷移的因素 輻射和云的影響 太陽輻射是地面和大氣的主要能量來源。 云對輻射的反射強度取決于云層厚度。天氣形勢的影響 局部地區(qū)的氣象條件受到天氣形勢的影響； 不利的天氣形勢與特殊的地理特征相結(jié)合，可以使區(qū)域污染程度加重。 影響大氣污染的地理因素 山區(qū)地形：山坡和谷地受熱不均而產(chǎn)生山谷風(fēng)，是以24小時為周期的局地環(huán)流。循環(huán)出現(xiàn)，不利于污染物擴(kuò)散。 山區(qū)天氣狀況受到大的天氣系統(tǒng)控制，如果在迎風(fēng)山坡處有污染源存在，過山氣流將污染物帶到背風(fēng)坡，加重背風(fēng)坡的大氣污染。主風(fēng)向 水陸界面：陸地和海洋的熱力差異而引起海陸風(fēng)，是以小時為周期的大氣

11、局地環(huán)流。造成污染物在海陸間反復(fù)運移，重復(fù)污染。 城市效應(yīng) 城市溫度高于周圍鄉(xiāng)村，形成從鄉(xiāng)村吹向市區(qū)的“城市風(fēng)”，市區(qū)上升的暖氣流在周圍鄉(xiāng)村下沉，如此循環(huán)形成“城市熱島環(huán)流”。 第三節(jié) 大氣中污染物的擴(kuò)散 大氣污染物的擴(kuò)散模式 高架連續(xù)點源大氣擴(kuò)散模式設(shè):連續(xù)點源高度h 原點o:排放點和地面垂直投影x軸:指向平均風(fēng)向y軸:與x軸垂直z軸:垂直x o y平面污染源下風(fēng)向某點，污染物的濃度:222222;,2exp2exp2exp2zzyzyHzyxHzHzyuQc 有效源高：Hh + H 正態(tài)分布假設(shè)下，高架連續(xù)點源煙羽擴(kuò)散模式 高架連續(xù)點源地面濃度 z=0時，地面任一點的濃度2222;0,2e

12、xp2expzyzyHyxHyuQc 地面軸線濃度 y0、z022;0,0,2expzzyHxHuQc地面軸線最大濃度 y0、z0，y /z常數(shù) yzHxHueQc2max;0,0,2地面軸線最大濃度點的z值2maxHxxz 地面連續(xù)點源大氣擴(kuò)散模式 H0時，地面連續(xù)點源在空間任一點x、y、z的濃度 22220 ;,2exp2expzyzyzyxzyuQc地面源的地面濃度 220; 0 ,2expyzyyxyuQc 地面軸線濃度 zyxuQc0;0,0,高架源和地面源的地面軸線濃度分布cxxc高架源地面源 有效源高 Hh +H 影響煙羽抬升的因素?zé)熡鸬某跏紕恿浚号c煙羽出口速度、煙囪排 放口的內(nèi)

13、徑有關(guān)。煙氣抬升的浮力：取決于煙羽溫度Ts與周圍大氣溫度Ta的差別，即T = TsTa。煙羽和周圍大氣混合的速率：取決于大氣的平均風(fēng)速、湍流強度和溫度層結(jié)。 下墊面性質(zhì)：主要影響湍流強度。 計算煙羽抬升高度 霍蘭德經(jīng)驗式 hsQduH61079.95.11條件: 中性條件下的H ； 不穩(wěn)定條件下的H，計算值增加1020%； 穩(wěn)定條件下的H，計算值減少1020%； 不適合高溫?zé)煔饣驘焽韪哂?00 m的H 。 第三節(jié) 大氣中污染物的擴(kuò)散 擴(kuò)散參數(shù)的確定確定方法：現(xiàn)場測定、風(fēng)洞模擬實驗、經(jīng)驗計算或圖表估算 PG 擴(kuò)散曲線法確定y和z天氣資料：天氣狀況、風(fēng)速、云量、云狀和日照等擴(kuò)散等級：A、B、C、D

14、、E、F 穩(wěn)定級 yz與下風(fēng)向距離x 的函數(shù)關(guān)系曲線 大氣穩(wěn)定級別劃分表地面風(fēng)速ms-1白天太陽輻射陰天白天晚上有云的夜間強中弱薄/低云5/10云量0.42AA-BBD2-3A-BBCDEE3-5BB-CCDDE5-6CC-DDDDD6CDDDDD計算實例 某火力發(fā)電廠煙囪高20 m，排放口直徑4 m，煙氣出口速度3 ms-1，煙氣溫度316，地面風(fēng)速2.1 ms-1，西南風(fēng)向。SO2排放量為270gs-1；煙囪頂部大氣溫度為10，地面氣壓100103Pa，煙囪高度處風(fēng)速4ms-1。求：清晨日出時，距離排放源600 m處SO2的地面軸線濃度？ 解：據(jù)表，大氣穩(wěn)定度為E型，弱穩(wěn)定性。查圖2.20

15、、2.21，污染源下風(fēng)向600 m處y 34 m，z14 m。煙羽抬升高度： 4598283598101001068. 25 . 144335H=21 設(shè)：H 減少15%，H18 m。源強為270gs-1， 則：600m處SO2地面軸線濃度： 0022. 01421820exp14341 . 214. 327022; 0 , 0 ,Hxc第四節(jié) 大氣污染綜合防治與管理 主要大氣污染物控制技術(shù)煙塵控制技術(shù) 改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，推行清潔能源、綠色交通等從源頭減少污染物排放。 采用去除煙塵設(shè)備，降低污物染排放量。 選設(shè)備依據(jù) 煙塵的特性和煙塵處理量。 設(shè)備的除塵效率和壓力損失等。 排放標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。

16、 機械式除塵裝置沉降室除塵：含塵的煙氣通過沉降室，大粒子在沉降室中受重力作用沉降。 旋風(fēng)除塵器 含塵煙氣沿壁作旋轉(zhuǎn)運動，塵粒在離心力和重力共同作用下沿外壁沉降，5um以下塵粒的去除率達(dá)50%。 慣性除塵裝置 含塵煙氣流與擋板相撞而改變運動方向，在慣性力的作用下，顆粒與煙氣分離，達(dá)到除塵的目的。 過濾式除塵裝置 含塵煙氣流通過圓筒狀濾袋時，粉塵被收集在濾料上。 濾紙或玻璃纖維作為濾料凈化空調(diào)氣體。 砂礫、炭等作濾料凈化高溫?zé)煔狻?纖維作濾料凈化工業(yè)尾氣。 濕式除塵裝置噴霧塔式洗滌器 含塵氣體與水接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞作用，捕集塵?；蚴沽皆龃蠖龎m。 根據(jù)原理，分為：重力噴霧、離心洗滌、

17、自激噴霧、塔式洗滌、填料洗滌、文丘里洗滌、機械誘導(dǎo)噴霧洗滌器等7類。 濕式除塵裝置文丘里洗滌 水通過咽喉管的噴嘴進(jìn)入，與煙塵慣性碰撞捕集細(xì)塵粒并凝聚，形成較大的含塵液滴，被捕集去除。 電除塵裝置 含塵氣體通過高壓電場而電離，使塵粒荷電。在電場力的作用下，塵粒沉積在集塵板上，將塵粒從氣流中分離出來。 二氧化硫凈化技術(shù) 燃料脫硫 1994年，成立了13個部委組成的潔凈煤技術(shù)推廣規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組。 1997年，國務(wù)院批準(zhǔn)了潔凈煤技術(shù)“九五”計劃和2010年發(fā)展綱要。 主要包括：煤炭洗選、加工型煤、氧化脫硫等技術(shù)，降低煤的含硫量。 主要成績： 空氣重介質(zhì)流化床干法選煤技術(shù)處于國際領(lǐng)先地位。 民用型煤技術(shù)達(dá)

18、到國際水平，實現(xiàn)商業(yè)化。 水煤漿技術(shù)具備工業(yè)化應(yīng)用的條件。 啟動整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）關(guān)鍵技術(shù)研究。 煤基液體燃料合成技術(shù)（煤變油）取得重大突破，萬噸級“煤變油”裝置在山西建成，使煤炭液化技術(shù)向工業(yè)化邁進(jìn)。 二氧化硫凈化技術(shù) 煙氣脫硫 濕法脫硫 雙堿法 吸收反應(yīng) 2NaOH Na2SO3 + H2O 2NaHSO3 再生過程 Na2SO3+ H2O + CaO CaSO3 + 2NaOH NaHSO3 + CaO CaSO3 + NaOH 濕法脫硫 噴霧干燥吸收法SO2氣體被霧化的Ca(OH)2或Na2CO3漿液吸收，同時，高溫?zé)煔馐箟A液干燥脫水，形成固體廢物。 干廢物由袋式除塵器或靜

19、電除塵器捕集。 二氧化硫凈化技術(shù) 硫化床脫硫 石灰石和煤在高溫下燃燒，石灰石分解產(chǎn)生的CaO與SO2作用生成硫酸鹽，達(dá)到固硫作用。 相對較低的燃燒溫度也能降低NOx的生成。 工業(yè)上分為常壓循環(huán)流化床（CFBC）和增壓流化床（PFBC）。 汽車尾氣凈化技術(shù) 合理的交通規(guī)則 加快軌道交通建設(shè) 形成靠電運行的城市公交核心力量，建立多功能交通樞紐，加強軌道交通與其他交通、市區(qū)交通與市外交通的銜接，減少城市大氣污染。提倡公交優(yōu)先 交通工具的政策導(dǎo)向應(yīng)提倡大力發(fā)展軌道交通，優(yōu)化調(diào)整地面交通，適度發(fā)展小汽車，限制摩托車，逐步替換助動車。 汽車尾氣凈化技術(shù) 發(fā)展清潔汽車 發(fā)展污染物排放量低的燃?xì)馄?、混合動?/p>

20、汽車、電動車，通過技術(shù)手段降低車輛的污染物排放。 發(fā)展清潔的車用燃料，降低CO的排放。 總之，發(fā)展清潔汽車、清潔燃料及汽車環(huán)保技術(shù)對合理利用資源，改善大氣質(zhì)量等方面具有重要的意義。第四節(jié) 大氣污染綜合防治與管理 大氣污染綜合防治 全面規(guī)劃、合理布局（環(huán)境規(guī)劃） 選擇合理的排放方式區(qū)域集中供熱、供暖改變?nèi)剂蠘?gòu)成綠化造林、擴(kuò)大水域和濕地面積發(fā)展清潔生產(chǎn)末端治理，達(dá)標(biāo)排放第四節(jié) 大氣污染綜合防治與管理 大氣環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)按用途分為：大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 大氣污染警報標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)地方標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按適用范圍： 大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB309582） 以保障人類健康和正常生活條件

21、為主要目標(biāo)，對大氣環(huán)境中主要污染物的最高允許濃度作出規(guī)定。是進(jìn)行大氣污染評價，制定大氣污染防治規(guī)劃，大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，以及大氣環(huán)境管理的依據(jù)。 大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級分級 一級標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)自然生態(tài)和人群健康，在長期接觸情況下，不發(fā)生任何危害影響的空氣質(zhì)量要求。二級標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)人群健康和城市、鄉(xiāng)村的動植物，在長期和短期情況下不發(fā)生傷害的空氣質(zhì)量要求。三級標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)人群不發(fā)生急、慢性中毒和城市一般動植物（敏感者除外）能正常生長的空氣質(zhì)量要求。 根據(jù)各地區(qū)地理、氣候、生態(tài)、政治、經(jīng)濟(jì)和大氣污染程度，我國大氣環(huán)境質(zhì)量分為三類區(qū)：一類地區(qū) 國家規(guī)定的自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景游覽區(qū)、名勝古

22、跡和療養(yǎng)地等。執(zhí)行一級標(biāo)準(zhǔn)。二類地區(qū) 城市規(guī)劃中確定的居民區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)和廣大村寨。執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)。三類地區(qū) 大氣污染程度較重的城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)及城市交通樞紐、干線等。執(zhí)行三級標(biāo)準(zhǔn)。 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)以實現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，對各種污染源排放的污染物含量作出限制性規(guī)定，是控制污染物排放量和凈化設(shè)備設(shè)計參數(shù)的依據(jù)，也是環(huán)境管理部門執(zhí)法的依據(jù)。排放標(biāo)準(zhǔn)分為國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對不同行業(yè)作出了一系列規(guī)定，如：鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)（GB384183）、汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB3842384483）等。 大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 是大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的輔助規(guī)定。 是根據(jù)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的

23、要求，結(jié)合生產(chǎn)工藝的特點及衛(wèi)生防護(hù)帶的要求等，為保證達(dá)標(biāo)排放作出的技術(shù)規(guī)定。 目的是使生產(chǎn)人員、設(shè)計人員和管理人員掌握和執(zhí)行。 大氣污染警報標(biāo)準(zhǔn) 為預(yù)防發(fā)生污染事故，規(guī)定污染物含量的極限值，超過極限值發(fā)生警報，以便及時采取應(yīng)急措施。標(biāo)準(zhǔn)建立在對人體健康的影響和生物承受限度的綜合研究基礎(chǔ)之上。如：大氣污染物最高允許濃度（GB913788）、居民區(qū)大氣中有害物質(zhì)最高允許濃度（TJ3679）、車間空氣中有害物質(zhì)最高允許濃度（TJ3679）等。 第五節(jié) 當(dāng)前世界存在的主要大氣污染問題 溫室效應(yīng) 大氣中某些痕量氣體含量增加，而引起的地球平均氣溫上升的現(xiàn)象。 溫室氣體 產(chǎn)生溫室效應(yīng)的痕量氣體。主要有二氧化碳、甲烷、臭氧、氧化亞氮和氯氟烴（氟