1、第五節(jié) 大氣污染物濃度的估算1.大氣湍流的基本概念 大氣的無規(guī)則運動稱為大氣湍流。風(fēng)速的脈動（或漲落）和風(fēng)向的擺動就是湍流作用的結(jié)果。 湍流形成原因可以分為兩種湍流；一是由于垂直方向溫度分布不均勻引起的熱力湍流，其強度主要取決于大氣的穩(wěn)定度；二是由于垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度引起的機械湍流，其強度主要取決于風(fēng)速梯度和地面粗糙度。實際上的湍流是上述兩種湍流的疊加。 大氣擴散的基本問題，是研究湍流與煙流傳播和物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系問題，目前處理這類問題有三種理論： 1.梯度輸送理論通過菲克擴散理論的類比建立起來的。 2.湍流統(tǒng)計理論泰勒（G.I.Tayler）首先用統(tǒng)計學(xué)方法研究湍流擴散問題，

2、并于1921年提出了著名的泰勒公式。薩頓（O.G.Sutton）首先應(yīng)用泰勒公式，提出解決污染物在大氣擴散的實用模式。高斯（Gaussian）在大量實測資料分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用湍流統(tǒng)計理論得到了正態(tài)分布假設(shè)下的擴散模式，即高斯模式。 3.相似理論2.高斯擴散模式1）高斯模式的有關(guān)假定 高斯擴散模式適用于均一的大氣條件，以及地面開闊平坦的地區(qū)，點源的擴散模式。排放大量污染物的煙囪、放散管、通風(fēng)口等，雖然其大小不一，但是只要不是討論煙囪底部很近距離的污染問題，均可視其為點源。 高斯擴散模式有4點假設(shè)條件：污染物的濃度在y、Z軸上都是正態(tài)分布在整個擴散空間中，風(fēng)速均勻不變；污染源的源強是連續(xù)的、均勻的

3、在擴散過程中污染物的質(zhì)量是不變的，即煙氣到達(dá)避免全部反射，不發(fā)生沉降和化學(xué)反應(yīng)。 在下風(fēng)向任意點（X，y，Z）的污染物濃度公式為： 2）地面濃度模式 高架源的地面濃度公式，z=0煙氣抬升的原因有二：一是煙氣在煙囪內(nèi)向上運動，具有一定的初始動量，使它離開煙囪后繼續(xù)上升，這叫做動力抬升；二是由于煙氣的溫度高于周圍空氣的溫度而產(chǎn)生一定的浮力，在浮力作用下而上升，這稱為浮力抬升或熱力抬升。動力抬升取決于煙氣出口的流速和煙囪出口的內(nèi)徑，而浮力抬升高度主要取訣于煙氣與周圍爐溫差。此外，煙囪出口處的平均鳳速、大氣穩(wěn)定度等因素對煙氣的抬升高度都有影響。有效源高是大氣污染物擴散計算中的重要參數(shù)，正確地估算煙囪的

4、有效高度，對大氣環(huán)境質(zhì)量控制和煙囪的幾何高度的設(shè)計都具有重要意義。 幾種常用的煙氣抬升高度計算公式。布里格斯（Briggs）公式 布里吉斯公式是用因次分析方法導(dǎo)出的，用實測資料推算的常數(shù)項。它的計算值與實測值比較接近，應(yīng)用較廣。下面給出適用于不穩(wěn)定和中性大氣條件下的計算式： 我國的國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的公式 我國的制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法GB/T13201-91中對煙氣抬升計算公式作了如下規(guī)定：當(dāng)QH2100kw和Ts-Ta35K時 式中：n0、n1、n2系數(shù)，按表中選取Pa大氣壓力，hPa，取臨近氣象站年平均值；Qv實際排煙量，m3/s；QH煙氣的然釋放率，kw； Ts煙囪出口處的煙氣

5、溫度QH/Kw地表狀況（平原）n0n1n2當(dāng)QH21000農(nóng)村或城市郊區(qū)1.4271/32/3城區(qū)及近郊區(qū)1.3031/32/32100 QH21000，且Ts-Ta35K農(nóng)村或城市郊區(qū)0.3323/52/5城區(qū)及近郊區(qū)0.2923/52/51）封閉型擴散模式封閉型擴散模式推導(dǎo)思路首先假定，擴散到逆溫層中的污染物可忽略不計，把逆溫層底看成是和地面一樣能起全反射作用的鏡面。這樣，污染物就在地面和逆溫層底之間受到這兩個鏡面的全反射作用而進行擴散，其濃度分布可用像源法處理。這時，污染源在兩鏡面上形成的像不只一個，而是無窮多個像對。污染物的濃度可看成是實源和無窮多對像源貢獻之和，于是地面軸線上的污染物

6、濃度可表示成為： 式中 D-逆溫層底高度，即混合層高度，m; n-煙流在兩界之間的反射次數(shù)。為了估算熏煙條件下的地面濃度，假設(shè)煙流原是排入穩(wěn)定層內(nèi)的，當(dāng)逆溫層消失到高度hf時，在高度hf以下濃度的垂直分布是均勻的，計算公式為: 4.煙囪高度的設(shè)計 1）煙囪高度的計算 確定煙囪高度，既要滿足大氣污染物的擴散稀釋要求，又要考慮節(jié)省投資；最終目的是保證地面濃度不超過大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度限值。煙囪高度的計算方法，目前應(yīng)用最普遍的是按高斯模式的簡化公式。由于對地面濃度的要求不同，煙囪高度的計算方法有幾種，下面介紹按地面最大濃度的計算方法。 該法是按保證污染物的地面最大濃度不超過大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

7、的濃度限值來確定煙囪高度。若設(shè) 為大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的某污染物的濃度限值， 為其環(huán)境本底濃度，則由地面最大濃度的高斯模式得到煙囪高度計算公式：按保證 則由式： 2）煙囪設(shè)計中的幾個問題 (1)上述煙囪高度計算公式皆是在煙流擴散范圍內(nèi)溫度層結(jié)是相同的條件下；按錐形煙流高斯模式導(dǎo)出的。在上部逆溫出現(xiàn)頻率較高的地區(qū)，按上述公式計算后，還應(yīng)按封閉型擴散模式校核。在輻射逆溫較強的地區(qū)，應(yīng)該用熏煙型擴散模式較核。(2) 煙流抬升高度對煙囪高度的計算結(jié)果影響很大，所以應(yīng)選用抬升公式的應(yīng)用條件與設(shè)計條件相近的抬升公式。否則，可能產(chǎn)生較大的誤差。在一般情況下，應(yīng)優(yōu)先采用“制訂方法和原則”中推薦的公式。(3)

8、為防止煙流因受周圍建筑物的影響而產(chǎn)生的煙流下洗現(xiàn)象，煙囪高度不得低于它所附屬的建筑物高度的1.52.5倍；為防止煙囪本身對煙流產(chǎn)生的下洗現(xiàn)象，煙囪出口煙氣流速不得低于該高度處平均風(fēng)速的1.5倍。為了利于煙氣抬升，煙囪出口煙氣流速不宜過低，一般宜在2030ms；排煙溫度直在100 以上；當(dāng)設(shè)計的幾個煙囪相距較近時，應(yīng)采用集合（多管）煙囪，以便增大抬升高度。5.廠址選擇 廠址選擇是個復(fù)雜的綜合性課題，它涉及到政治、經(jīng)濟、技術(shù)等多方面的問題。本節(jié)不是對廠址選擇的綜述，而是僅從充分利用大氣對污染物的擴散稀釋能力，防止大氣污染的角度，對廠址選擇中的幾個問題作一簡介。3）溫度層結(jié)一般污染物的擴散是在距地面

9、幾百米的范圍內(nèi)進行的，所以離地面幾百米范圍內(nèi)的溫度層結(jié)對污染物的擴散稀釋過程影響很大，選廠時必須加以注意。最不利于擴散的是近地層逆溫（主要是輻射逆溫）和上部逆溫。因此應(yīng)收集逆溫層的高度、厚度、強度、出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間等項資料。高架源出口位于逆溫層之中，由于垂直擴散微弱，污染源附近的地面濃度反而低，但遠(yuǎn)距離地面濃度要比沒逆溫時高，污染范圍較大，在近地層逆溫破壞時將產(chǎn)生短時間漫煙型污染。另一種情況是高架源出口高于逆溫層項，將產(chǎn)生爬升型擴散，最為有利。除了風(fēng)和溫度層結(jié)外，其它氣象條件也要適當(dāng)考慮。例如，降水會沖洗和溶解部分大氣中的污染物,所以降水多的地方大氣往往較清潔。低云和霧較多的地方易造成更大的

10、污染。在水陸風(fēng)（或海防風(fēng)）較穩(wěn)定的大型水域或與山地交界的背山地段不宜建廠。必須建廠時，應(yīng)使廠區(qū)和生活區(qū)的連線與海岸平行，以減少水陸風(fēng)（或海陸風(fēng)）造成的污染。地形對大氣污染的影響是十分復(fù)雜的，上述幾點僅是最基本的考慮，對具體情況必須作具體分析。在地形復(fù)雜的地方選廠，一般應(yīng)進行專門的氣象觀測和現(xiàn)場擴散實驗，或進行風(fēng)洞模擬實驗，以便對當(dāng)?shù)氐臄U散條件作出較準(zhǔn)確的評價，確定必要的對策或防護距離。第六節(jié) 空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)1）環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)是執(zhí)行中華人民共和國環(huán)境保護法和中華人民共和國大氣污染防治法，實施環(huán)境空氣質(zhì)量管理及防治大氣污染的依據(jù)和手段。環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)按其用途可

11、分為環(huán)境空氣質(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)及大氣警報標(biāo)準(zhǔn)等。按其使用范圍可分為國家標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)劃分、標(biāo)準(zhǔn)分級、污染物項目、取值時間及濃度限值，采樣與分析方法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計的有效性規(guī)定。 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是以保護生態(tài)環(huán)境和人群健康的基本要求為目標(biāo)而對各種污染物在環(huán)境空氣中的允許濃度所作的限制規(guī)定。它是進行環(huán)境空氣質(zhì)量管理，大氣環(huán)境質(zhì)量評價及制定大氣污染防治規(guī)劃和大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。（一）制定原則首先要考慮保障人體健康和保護生態(tài)環(huán)境這一空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。其次，要合理地協(xié)調(diào)與平衡實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)所需的代價與社會經(jīng)濟效益之間的關(guān)系。（二）中國

12、的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)中華人民共和國環(huán)境保護法和中華人民共和國大氣污染防治法，為改善環(huán)境空氣質(zhì)量，防止生態(tài)破壞，創(chuàng)造清潔適宜的環(huán)境，保護人體健康，特制訂本標(biāo)準(zhǔn)。從1996年10月1日起實施，GB3095-1996同時代替GB309582。 適用于全國范圍的環(huán)境空氣質(zhì)量評價 。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級（三級）一級標(biāo)準(zhǔn)為保護自然生態(tài)和人群健康，在長期接觸下，不發(fā)生任何危害性影響的空氣質(zhì)量要求；二級標(biāo)準(zhǔn)為保護人群健康和城市、鄉(xiāng)村的動植物，在長期和短期的接觸情況下，不發(fā)生傷害的空氣質(zhì)量要求；三級標(biāo)準(zhǔn)為了保護人群不發(fā)生急、慢性中毒和城市一般動植物（敏感者除外）正常生長的空氣質(zhì)量要求。環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分類一

13、類區(qū)為自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其它需要特殊保護的地區(qū)；二類區(qū)為城鎮(zhèn)規(guī)劃中確定的居住區(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)。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)。 各項污染物的濃度限值污染物名稱取值時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)毫克/立方米二氧化硫年平均0.020.060.10(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))日平均0.050.150.251小時平均0.150.500.70總懸浮顆粒物年平均0.080.200.30日平均0.120.300.50可吸入顆粒物年平均0.040.100.15日平均0.050.150.25氮氧化物年平均0.050.050.

14、10日平均0.100.100.151小時平均0.150.150.30二氧化氮年平均0.040.040.08日平均0.080.080.121小時平均0.120.120.24一氧化碳日平均4.004.006.001小時平均10.0010.0020.00臭氧1小時平均0.120.160.20鉛季平均1.50微克/立方米年平均1.00(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))苯并a芘日平均0.01氟化物日平均7微克/(平方分米.日)1小時平均20月平均1.83.0植物生長季平均1.22.0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)。標(biāo)準(zhǔn)的實施標(biāo)準(zhǔn)由各級環(huán)境保護行政主管部門負(fù)責(zé)監(jiān)督實施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

15、了小時、日、月、季和年平均濃度的限值，在標(biāo)準(zhǔn)實施中各級環(huán)境保護行政主管部門應(yīng)根據(jù)不同目的監(jiān)督其實施。環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)由地級市以(含地級市)環(huán)境保護行政主管部門劃分，取同級人民政府批準(zhǔn)實施。2）大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)是以實現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，對從污染源排入大氣的污染物濃度（或數(shù)量）所作的限制規(guī)定。經(jīng)有關(guān)部門審批和頒布，具有法律約束力。除國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)外，各地、各部門還可根據(jù)當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境容量、污染源的分布和地區(qū)特點，在一定經(jīng)濟水平下實現(xiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)的可行性，制訂適用于本地區(qū)、本部門的排放標(biāo)準(zhǔn)。從1974年開始，中國實行的工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了二氧化硫、一氧化碳、硫化

16、氫等13種有害物質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)。 （一）制定原則以空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，綜合考慮控制技術(shù)的可行性和經(jīng)濟合理性以及地區(qū)的差異性，并盡量做到簡明易行。排放標(biāo)準(zhǔn)的制定方法大體上有兩種：按最佳適用技術(shù)確定的方法；按污染物在大氣中擴散規(guī)律推算排放標(biāo)準(zhǔn)的方法。（二）大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了33種大氣污染物的排放限值，同時規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中的各種要求。 在我國現(xiàn)有的國家大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)體系中，按照綜合性排放標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)性排放標(biāo)準(zhǔn)不交叉執(zhí)行的原則，鍋爐執(zhí)行GB13271-91鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)爐窯執(zhí)行GB9078-1996工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、火電廠執(zhí)行GB13223-1996火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、煉焦?fàn)t執(zhí)行GB16171-1996煉焦?fàn)t大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、水泥廠執(zhí)行GB4915-1996水泥廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、惡臭物質(zhì)排放執(zhí)行GB14554-93惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、汽車排放執(zhí)行GB14761.114761.7-93汽車大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、摩托車排氣執(zhí)行GB14621-93摩托車排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，其它大氣污染物排放