第1講概論

大氣污染控制工程一、大氣污染及其分類二、大氣污染的影響三、大氣污染防治法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系四、中國的大氣污染綜合防治一、大氣污染及其分類1.大氣污染及大氣污染物的定義如果大氣中的某種物質(zhì)達到一定濃度，并持續(xù)足夠的時間，以致對公眾健康、動物、植物、材料、大氣特性或環(huán)境美學(xué)產(chǎn)生可測量的不利影響，這就是大氣污染。

引起大氣污染的物質(zhì)就稱為大氣污染物。2.大氣污染物的分類按污染物的狀態(tài)分氣溶膠狀態(tài)污染物：以顆粒狀態(tài)存在于大氣中的污染物。氣體狀態(tài)污染物：以分子狀態(tài)存在于大氣中的污染物。按污染物的來源分一次大氣污染物：直接以原始形態(tài)排放入大氣中的污染物。二次大氣污染物：大氣中的一次污染物通過化學(xué)反應(yīng)生成的化學(xué)物質(zhì)（大氣污染物）。3.倍受關(guān)注的大氣環(huán)境問題和污染物（1）光化學(xué)煙霧:光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳氫化合物在紫外線照射下反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O3)和過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。光化學(xué)煙霧實例細顆粒物對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量造成的危害要遠比粗顆粒物大細顆粒物本身可能是有毒、有害物質(zhì)細顆粒物易成為其它污染物的運載體和反應(yīng)體細顆粒物污染可導(dǎo)致低能見度顯著降低（2）細微顆粒物污染（3）酸沉降:酸沉降是指某一平面上具有致酸潛勢的物質(zhì)的積累。致酸物質(zhì)是自然和人為活動的過程中產(chǎn)生的。致酸物質(zhì)按存在形態(tài)分為干和濕兩種。酸雨的危害水的低pH值使得魚的骨骼畸形生長，最終導(dǎo)致死亡引起樹木的大量不正常死亡嚴重腐蝕建筑物中國酸雨的分布變化主要位于長江以南

pH<5.6

pH<7.0

pH>7.0

N/ATaiwan

Acidraindistributionin80’s

pH>7.0pH<7.0pH<5.6

pH<5.0pH<4.5pH<4.0

Acidraindistributioninmiddle90’s

（4）全球變暖和氣候變化:MajorGreenhouseGases

GasContributiontoglobalwarming(％)CO257CFCS25CH412N2O6全球平均氣溫的變化大氣中二氧化碳含量的變化在過去的100年間，地球的平均溫度增加了0.3～0.6℃，海平面高度增加了10～25cm。氣溫和海平面高度仍會持續(xù)上升。眾多模型的模擬結(jié)果表明，到2010年氣溫將增加1～3.5℃，海平面上升15～95cm。氣溫升高和大氣中溫室氣體的濃度具有很強的相關(guān)性。人類活動極大地增加了大氣中溫室氣體的含量。4.中國城市的大氣污染概況1999年全國重點城市主要大氣污染物分布TSPSO2NOx2002年中國城市空氣質(zhì)量狀況

不同空氣質(zhì)量狀況下的人口比例全國城市空氣質(zhì)量分級比例不同規(guī)模城市空氣污染程度（2002年）空氣質(zhì)量達標(biāo) SO2超標(biāo) 顆粒物超標(biāo)二、大氣污染的影響1.對人體健康的影響CO對人體健康的影響CO（10-6）對人體健康的影響5～10對呼吸道患者有影響30人滯留8h，視力及神經(jīng)機能出現(xiàn)障礙40人滯留8h，出現(xiàn)氣喘1201h接觸，中毒，血液中CO—Hb>10%2502h接觸，頭疼，血液中CO—Hb=40%5002h接觸，劇烈心痛，眼花，虛脫300030min即死亡NO2對人體健康的影響NO2（10-6）對人體健康的影響1聞到臭味5聞到強臭味10～1510min眼、鼻受到刺激501min內(nèi)人呼吸困難803min感到胸痛、惡心100～150在30～60min內(nèi)死亡250很快死亡2.對植物的傷害注：二氧化氮濃度和暴露時間與植物死亡、葉器官損傷和新陳代謝或生長影響之間的關(guān)系Source：Springer-VerlagandProf.D.C.MacLean

暴露時間，h

0.1

0.1

1.0

10

100

1000

NO2濃度，ppm

NO2濃度，mg/m3

暴露時間，d

3.對器物和材料的影響注：平均二氧化硫濃度和不同暴露時間與低碳鋼的腐蝕之間的關(guān)系（1963－1964年9月，在芝加哥的七個地點進行的實驗）Source：AirandWasteManagementAssociationMeanSO2concentration，ppmWeightlossper100gpanel，g4.對大氣能見度的影響對大氣能見度或清晰度有影響的污染物，一般應(yīng)是氣溶膠粒子、能通過大氣反應(yīng)生成氣溶膠粒子的氣體或有色氣體，包括：總懸浮顆粒物（TSP）SO2和其它氣態(tài)含硫化合物，在大氣中以較大反應(yīng)速率生成硫酸鹽和硫酸氣溶膠粒子NO和NO2，在大氣中反應(yīng)生成硝酸鹽和硝酸氣溶膠粒子光化學(xué)煙霧，反應(yīng)生成亞微米的氣溶膠粒子能見度與大氣中顆粒物濃度的關(guān)系

應(yīng)用最廣的估算能見度的方程是Koschmeider方程：

LV為能見度范圍，即一般人剛剛可以將暗色物體（例如山或高樓）從天空的背景上分辨出來的距離。此方程是估算方程，基于大氣顆粒物為一般組成的情況。 能見度與自然景觀

USEPA在1999年宣布，將在未來幾十年內(nèi)致力于提高國家公園和曠野地區(qū)的空氣質(zhì)量

例：美國大煙霧山國家公園（北卡羅萊納州）照片

晴天 霧天三、大氣污染防治法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)體系1995年8月29日修改后的大氣污染防治法，在控制大氣污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量方面起到了積極的作用：強化了酸雨和二氧化硫污染控制推動了煤炭的清潔利用加快了淘汰嚴重污染大氣的落后工藝和設(shè)備的步伐開始生產(chǎn)和使用無鉛汽油法規(guī)實施后，一些地區(qū)依法強化環(huán)境管理，大氣環(huán)境質(zhì)量確實得到了改善但未能有效地遏制大氣環(huán)境質(zhì)量的惡化：

大氣污染形勢仍然十分嚴峻，大多數(shù)城市還處于比較嚴重的污染程度；缺少推動煤炭清潔利用的法律措施，燃煤污染仍然沒有得到有效遏制；大中城市機動車排氣污染正在迅速增加；大多數(shù)城市揚塵污染突出；大氣污染物排放總量居高不下，缺少有效的法律措施；現(xiàn)行法律的法律責(zé)任部分內(nèi)容偏少，力度不夠。

2.大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系主題內(nèi)容與適用范圍 本標(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。 本標(biāo)準(zhǔn)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)量功能區(qū)的分類和標(biāo)準(zhǔn)分級環(huán)境空氣質(zhì)量功能區(qū)分類一類區(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)。環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分級（環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為三級）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注：①適用于城市地區(qū)；②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)；③適用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)區(qū)。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)二氧化硫

SO2年平均

日平均

1小時平均0.02

0.05

0.150.06

0.15

0.500.10

0.25

0.70mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))總懸浮顆粒物TSP年平均

日平均0.08

0.120.20

0.300.30

0.50mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))可吸入顆粒物PM10年平均

日平均0.04

0.050.10

0.150.15

0.25mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))二氧化氮

NO2年平均

日平均

1小時平均0.04

0.08

0.120.080.12

0.240.08

0.12

0.24mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))一氧化碳

CO日平均

1小時平均4.00

10.004.00

10.006.00

20.00mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))臭氧

O31小時平均0.160.200.20mg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))鉛

Pb季平均

年平均1.50

1.00μg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))苯并[a]芘

B[a]P日平均0.01μg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))氟化物

F日平均

1小時平均7①

20①μg/m3

(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))月平均植物生長季平均1.8②

1.2②3.0③

2.0③

μg/(dm2?d)空氣污染指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)(試行)空氣污染指數(shù)分級濃度限值計算公式：當(dāng)?shù)趉種污染物濃度為時，其分指數(shù)為四、中國的大氣污染綜合防治1.能源利用情況注：中國正在不斷提高能源使用的效率，但還未達到美國的水平（1980-1995年數(shù)據(jù)）2.主要污染物排放注：近年來GDP持續(xù)增長，主要污染物排放卻有所下降來源：中國統(tǒng)計年鑒，中國環(huán)境狀況公報第2講燃燒與大氣污染1.燃料的性質(zhì)2.燃料的燃燒過程及燃燒產(chǎn)物3.燃燒所需空氣量和產(chǎn)生煙氣量的計算4.燃燒過程中硫氧化物的形成5.燃燒過程中顆粒污染物的形成6.燃燒過程中其他污染物的形成第一節(jié)燃料的性質(zhì)1.

燃料的分類2.

燃料的化學(xué)組成典型液體和氣體燃料的化學(xué)組成成分2.

燃料的化學(xué)組成典型固體燃料的化學(xué)組成成分3.

燃料組成對燃燒的影響碳：可燃元素。1kg純碳完全燃燒時，放出32860kJ的熱量。不完全燃燒生成CO時，放出9268kJ的熱量。無煙煤含碳量約90%~98%，一般煤的含碳量約50%~95%。氫：是燃料中發(fā)熱量最高的元素。煤中氫的含量為2%~10%1kg氫完全燃燒時能放出120500kJ的熱量。

3.

燃料組成對燃燒的影響氧：氧在燃料中與碳和氫生成化合物，降低了燃料的發(fā)熱量氮：燃料中含氮量很少，一般為0.5%~1.5%硫：以三種形態(tài)存在：有機硫、硫化鐵硫和硫酸鹽硫。前兩種能放出熱量，稱之為揮發(fā)硫。硫燃燒生成產(chǎn)物為SO2和SO3，其中SO2占95%以上。3.

燃料組成對燃燒的影響水分：煤中水分由表面（外部）水分和吸附（內(nèi)部）水分組成。外部水分可以靠自然干燥除去。內(nèi)部水分要放在干燥箱中加熱到102~105

C，保持2h后才能除掉?；曳郑菏侨剂现胁豢扇嫉V物質(zhì)。4.煤的分類和組成

煤的基本分類褐煤：熱值為3000~4000kcal/kg最低品位的煤，形成年代最短揮發(fā)分大于40%，適于燒鍋爐、氣化煙煤：熱值為4200~7500kcal/kg形成年代較褐煤長，碳含量75%~90％，成焦性較強揮發(fā)分在10%~40%之間，適于煉焦、氣化、動力燃料無煙煤：熱值為4200~7500kcal/kg煤化時間最長，含碳量最高（高于93％），成焦性差揮發(fā)分小于10%，適于民用、冶金、建材、氣化4.煤的分類和組成

煤的成分分析工業(yè)分析（proximateanalysis）測定煤中水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分。估測碳含量和熱值，是評價工業(yè)用煤的主要指標(biāo)。元素分析（ultimateanalysis）用化學(xué)分析的方法測定去掉外部水分的煤中主要組分碳、氫、氮、硫和氧的含量。4.煤的分類和組成煤中硫的形態(tài)4.煤的分類和組成煤的成分的表示方法

要確切說明煤的成分，必須同時指明百分比的基準(zhǔn)，常用的基準(zhǔn)有以下四種：收到基：鍋爐爐前使用的燃料，包括全部灰分和水分

空氣干燥基：以去掉外部水分的燃料作為100%的成分，即在實驗室內(nèi)進行燃料分析時的試樣成分

4.煤的分類和組成干燥基：以去掉全部水分的燃料作為100%的成分，干燥基更能反映出灰分的多少干燥無灰基：以去掉水分和灰分的燃料作為100%的成分4.煤的分類和組成煤的成分的表示方法及其組成的相互關(guān)系

第二節(jié)燃料燃燒過程及燃燒產(chǎn)物1.燃燒過程及燃燒產(chǎn)物

燃燒過程是可燃物的快速氧化過程（放熱反應(yīng)）完全燃燒的產(chǎn)物：CO2、H2O不完全燃燒的產(chǎn)物：CO2、H2O&CO、黑煙及其他部分氧化產(chǎn)物如果燃料中含有S和N，則會生成SO2和NO空氣中的部分N可能被氧化成NO－熱力型NOx2.燃燒過程產(chǎn)生的污染物燃燒可能釋放的污染物：CO2、CO、SOx、NOx、CH煙、飛灰、金屬及其氧化物等溫度對燃燒產(chǎn)物的絕對量和相對量都有影響（見后圖）燃料種類和燃燒方式對燃燒產(chǎn)物也有影響3.燃燒產(chǎn)物與溫度的關(guān)系

4.燃料完全燃燒的條件（3T）第三節(jié)燃燒所需空氣量和產(chǎn)生煙氣量的計算1.燃料燃燒煙氣量計算的假定：空氣組成：20.9%O2和79.1%N2，兩者體積比為：N2/O2=3.78氣體的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：溫度273.15k,壓力101325Pa燃料中的氧可用于燃燒燃料中硫被氧化為SO2不考慮NOX的生成燃料的化學(xué)式為CxHySzOw2.燃燒方程式燃料重量=12x+1.008y+32z+16w3.燃料燃燒所需的空氣量理論空氣量：按化學(xué)反應(yīng)式計算，燃料完全燃燒時所需要的空氣量3.燃料燃燒所需的空氣量空氣過剩系數(shù)實際空氣量與理論空氣量之比。以

表示，

通常>1所需實際空氣量部分爐型的空氣過剩系數(shù)4.燃燒產(chǎn)生的煙氣量煙氣量計算（CO2、SO2、N2和H2O）完全燃燒時理論煙氣量（m3/kg)完全燃燒時理論干煙氣量（m3/kg)4.燃燒產(chǎn)生的煙氣量完全燃燒時實際煙氣量（m3/kg)完全燃燒時實際干煙氣量（m3/kg)燃料燃燒煙氣量計算實例[例題]某種煤（收到基）的元素分析為：C65.7%；H3.2%；S1.7%；O2.3%；灰分18.1%；水分9.0%。假設(shè)空氣過剩系數(shù)為1.4，燃料完全燃燒。假定空氣中不含水分。1）計算燃煤1kg所需要的理論空氣量和實際空氣量；2）計算燃煤1kg所產(chǎn)生的理論煙氣量和實際煙氣量；3）計算實際煙氣中SO2的濃度以（mg/m3表示）；4）假定煙塵的排放因子為20%，計算實際煙氣中煙塵的濃度（以mg/m3表示）。煤組成的表示方法:CxHySzOw已知：C:65.7%,H:3.2%,S:1.7%,O:2.3%灰分:18.1%,水分:9%，按1000g煤計算可燃元素質(zhì)量g摩爾數(shù)C657

12=54.75H32

1=32S17

32=0.53O23

16=1.44水分90

18=5灰分181化學(xué)分子式:C54.75H32S0.53O1.44

1）理論空氣量、實際空氣量的計算2）理論煙氣量、實際煙氣量的計算3）計算實際煙氣中SO2的濃度（mg/m3）1kg煤中含硫17g,可產(chǎn)生34g二氧化硫1kg煤燃燒產(chǎn)生的煙氣量為9.685m3。煙氣中二氧化硫濃度為：4）計算實際煙氣中煙塵的濃度1kg煤中含灰分181g,20%進入煙氣，1kg煤燃燒產(chǎn)生的煙氣量為9.685m3。煙氣中煙塵濃度為：第3講大氣污染氣象學(xué)教學(xué)內(nèi)容§1大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素§2大氣的熱力過程§3大氣的運動和風(fēng)1、教學(xué)要求要求了解與大氣污染相關(guān)的氣象學(xué)基本知識，理解和掌握大氣圈的結(jié)構(gòu)、主要氣象要素、大氣穩(wěn)定度和逆溫的概念。2、教學(xué)重點掌握大氣層結(jié)構(gòu)及大氣的熱力過程。3、教學(xué)難點大氣的熱力過程、大氣穩(wěn)定度和逆溫。建議學(xué)時數(shù)：2學(xué)時大氣擴散源受體大氣擴散酸雨越境轉(zhuǎn)移（日本、南朝鮮……）大氣科學(xué)大氣物理、化學(xué)……大氣氣象學(xué)……污染氣象學(xué)……氣象條件對污物的稀釋、擴散作用污染物對氣象的影響

§1大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)高度(km)一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)每升高100m，氣溫降低0.65℃

N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強烈照射，N2和O2產(chǎn)生不同程度的離解一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)Ozonelayer大氣層的結(jié)構(gòu)。大氣層可以分為對流層（最貼近地面、密度最大的一層）、平流層（較高的、氣體組成相同但密度較小的氣層）以及電離層（由已電離的氣體組成）圖行星邊界示意圖在對流層內(nèi)，從動力學(xué)的觀點可把大氣層次劃分為:自由大氣層、邊界層(摩擦層)和近地面層一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)對流層（～10km左右）集中了大氣質(zhì)量的3/4和全部的水蒸氣，主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.650C強烈對流作用溫度和濕度的水平分布不均大氣邊界層－對流層下層1～2km，地面阻滯和摩擦作用明顯自由大氣－大氣邊界層以上，地面摩擦可以忽略

近地層－地面上50～100m，熱量和動量的常通量層一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)平流層（對流層頂～50~55km）同溫層－對流層頂35~40km，氣溫-550C左右同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加集中了大部分臭氧沒有對流運動，污染物停留時間很長中間層（平流層頂～85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對流運動強烈一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)暖層（中間層頂～800km）氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離－電離層散逸層（暖層以上）氣溫很高，空氣稀薄空氣粒子可以擺脫地球引力而散逸大氣壓力總是隨高度的升高而降低均質(zhì)大氣層－80～85km以下，成分基本不變大氣氣壓場分布大氣水汽分布二、主要氣象要素氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學(xué)中統(tǒng)稱為～。與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有：

氣溫氣壓空氣濕度（氣濕）、

風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）

云量云狀

能見度

降水蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。二、主要氣象要素1．氣溫

表示大氣溫度高低的物理量。天氣預(yù)報中：1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫。

二、主要氣象要素2．氣壓任一點的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量.氣壓總是隨高度的增加而降低的。氣壓隨高度遞減關(guān)系式可用氣體靜力學(xué)方程式描述，即ΔP=-ρgΔZ，其積分式—壓高公式：據(jù)實測近地層高度每升高100米，氣壓平均降低約12.4毫巴（1mb=100Pa)，在高層小于此值。單位：mb（毫巴）

大氣的壓強1atm＝101326Pa＝1013.26mb=760mmHg

靜力學(xué)方程:

二、主要氣象要素3．氣濕反映空氣中水汽含量和空氣潮濕程度的一個物理量。常用的表示方法有：絕對濕度、水蒸氣壓力、體積百分比、含濕量、相對濕度、露點等。絕對濕度－1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量相對濕度－空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的絕對濕度的百分比含濕量－濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量水汽體積分數(shù)－水汽在濕空氣中所占的體積分數(shù)露點－同氣壓下空氣達到飽和狀態(tài)時的溫度二、主要氣象要素3．氣濕

二、主要氣象要素4.風(fēng)向和風(fēng)速（windspeedanddirection)什么是風(fēng)？空氣的流動就形成風(fēng)。風(fēng)的形成：風(fēng)主要由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。

風(fēng)的形成除熱力原因外，還有動力原因，自然界的風(fēng)是由于這兩種原因綜合作用的結(jié)果，但只要有溫差存在，空氣就不會停止運動。二、主要氣象要素

4．風(fēng)向和風(fēng)速水平(horizontal)方向的空氣運動稱為風(fēng)。

（垂直方向－升降氣流）風(fēng)的來向叫風(fēng)向（16個方位圓周等分）風(fēng)速：單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動距離（2或10min平均）

(km/h)

F－風(fēng)力級（0～12級）

二、主要氣象要素

4．風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)玫瑰圖

風(fēng)速,m/s某地區(qū)1988年的風(fēng)玫瑰圖。同心圓表示風(fēng)的頻率，例如，吹南風(fēng)的頻率約為11％，其中風(fēng)速大于10.82m/s的頻率約為1％，風(fēng)速在3.35～5.41m/s的頻率為3.5左右。云

高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500米以下）二、主要氣象要素6．能見度能見度：在當(dāng)時的天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到或辨認出目標(biāo)物的最大距離級別（0~9級，相應(yīng)距離為50～50000米）

，單位：m，Km。能見度的大小反應(yīng)了大氣的混濁現(xiàn)象，反映出大氣中雜質(zhì)的多少。大氣中的霧、水汽、煙塵等，可使能見度降低。

二、主要氣象要素7、太陽高度角太陽高度角為太陽光線與地平線間的夾角，是影響太陽輻射強弱的最主要的因子之一。ho即太陽高度角，它隨時間而變化。8、降水降水是指大氣中降落至地面的液態(tài)或固態(tài)水的通稱。如雨、雪等。降水是清除大氣污染物的重要機制之一?！?大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換1、什么是輻射？自然界中的一切物體都以電磁波的形式時刻不停的向外傳遞能量，這種傳遞能量的方式稱為輻射，以輻射的方式向四周輸送的能量稱輻射能，有時簡稱輻射。

2、大氣對太陽輻射的減弱及影響因素（1）吸收輻射;（2）散射作用;（3）反射;（4）透過大氣層.3、大氣溫度依地面溫度的變化關(guān)系地面溫度（土壤溫度）的日變化是周期性的，具有一最高值和最低值，在一天里地表溫度最高值在13點左右，最低溫度在日出前后。氣溫的年變化曲線與地表溫度年變化曲線平行，但振幅較小。太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長波輻射加熱大氣近地層大氣溫度隨地表溫度變化

太陽能太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量（約為3.75×1026W）的22億分之一，但已高達173,000TW（1012W），也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于500萬噸煤。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換太陽常數(shù)地球在日地平均距離處時，和太陽光垂直的大氣上界單位面積每單位時間所接收的所有波長的太陽輻射總能量它常以S表示，其值為：1.96卡／（厘米2·分）1367瓦／米2多數(shù)文獻上：1370瓦／米2一年中由于日地距離的變化所引起太陽輻射強度的變化不超過上3.4％太陽輻射光譜太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)可見光區(qū)占太陽輻射總量的50％紅外區(qū)占43％紫外區(qū)只占能量的7％在波長0.48微米的地方，太陽輻射的能力達到最高值，數(shù)值約為3.0卡/cm2.分以上輻射的規(guī)律(1)所有物體不論其溫度如何，都向外放射輻射能。高溫的太陽和地球都在不停地向外輻射能量(2)溫度較高的物體單位面積放射的總能量，要比溫度低的物體放射多。如太陽表面溫度為6000°K，而地球表面的平均溫度為288°K，因而，太陽表面單位面積上放射的能量要比地球表面放射的能量大幾百萬倍(3)物體溫度愈高，其放射的最大輻射的波長愈短；反之，物體的溫度愈低，其放射的最大輻射波長愈長。例如，太陽放射的最大輻射波長0.5微米，而地球放射的最大輻射波長為10微米。(4)輻射能力強的物體，其吸收輻射的能力也強；反之，輻射能力弱的物體，吸收能力也弱。黑體吸收能力最強，放射能力也最強。地球和太陽，對于它們各自的溫度而言，都是吸收和放射能力很強的物體，可看作是近似黑體。而地球大氣則是選擇性的吸收和輻射體。對于某種確定波長的輻射可讓其透過(即不吸收)；對于另外波長的輻射，則近乎不透明的(即吸收很強)

太陽輻射在大氣中的減弱太陽輻射通過大氣時，分別受到大氣中的水汽、二氧化碳、微塵、氧和臭氧以及云滴、霧、冰晶、空氣分子的吸收、散射、反射等作用，而使投射到大氣上界的太陽輻射不能完全到達地面假設(shè)大氣層頂?shù)奶栞椛涫?00％。那么太陽輻射通過大氣后發(fā)生散射、吸收和反射(反射云量反射表示)，向上散射占4％，大氣吸收占21％,云量吸收占3％,云量反射占23％30％反射和散射回宇宙20％被大氣吸收50％被地面吸收大氣中云層和較大顆粒的埃塵能將太陽輻射中的一部分能量反射到宇宙空間去。其中反射最明顯的是云。不同的云量，不同的云狀，云的不同厚度所發(fā)生的反射是不同的。高云：平均反射25％中云：平均反射50％低云：平均反射65％稀薄云：10-20%很厚的云層：反射可達90％云量反射平均：達50～55大氣對太陽輻射的反射二、氣溫的垂直變化氣溫直減率

（大氣）干空氣絕熱繪制溫度遞減率－

干絕熱直減率

（空氣團）一般滿足，大氣絕熱過程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無熱交換

空氣塊膨脹（做功）耗內(nèi)能T定性空氣塊壓縮（外氣對它做功）T內(nèi)能（由壓力變化引起）1.氣溫直減率定量：熱力學(xué)第一定律

（第一定律＋狀態(tài)方程）

其中

1.氣溫直減率1.氣溫直減率代入上式得：實際中，Ti、T相差<10K，則2.氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)）

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)

1.大氣穩(wěn)定度的概念定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映其是否容易對流

定性描述：

外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速，有返回趨勢，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處，中性不穩(wěn)定條件下有利于擴散三、大氣穩(wěn)定度2.大氣穩(wěn)定度的判據(jù)定量判斷

三、大氣穩(wěn)定度則有判據(jù)：

2.大氣穩(wěn)定度的判據(jù)四、逆溫逆溫不利于擴散輻射：1.輻射逆溫：

地面白天加熱，大氣自下而上變暖；

地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻

太陽

地球

：短波

地球

大氣層：長波

大氣吸收長波強四、逆溫輻射逆溫的生消過程四、逆溫2.下沉逆溫（多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi)）很厚的氣層下沉

壓縮變扁

頂部增溫比底部多四、逆溫3.平流逆溫暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成4.湍流逆溫下層湍流混合達上層出現(xiàn)過渡層逆溫

四、逆溫5.鋒面逆溫冷、暖氣團相遇冷暖間逆溫

暖氣上爬，形成鋒面五、煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系

波浪型（不穩(wěn)）錐型（中性or弱穩(wěn)）扇型（逆溫）爬升型（下穩(wěn)，上不穩(wěn)）漫煙型（上逆、下不穩(wěn)）

§3大氣的運動和風(fēng)一、引起大氣運動的作用力

直接作用力

重力水平氣壓梯度力（垂直上與重力基本平衡）間接作用力地轉(zhuǎn)偏向力（相對運動：方向改變）慣性離心力（大氣曲線運動：很?。┠Σ亮Γń?～2km內(nèi)明顯）

二、大氣邊界層中風(fēng)隨高度變化

Ekman（愛克曼）螺旋線（北半球下視，地偏力指向運動右方，故順時針；南半球則相反）

高度增高，風(fēng)速增大，方向逐漸接近地轉(zhuǎn)風(fēng)。

三、近地層風(fēng)速廓線模式

1.對數(shù)律風(fēng)速廓線模式平均風(fēng)速隨高度變化中性層結(jié)：對數(shù)律，粗糙度和摩擦速度三、近地層風(fēng)速廓線模式

2.指數(shù)律風(fēng)速廓線模式平均風(fēng)速隨高度變化非中性層結(jié)：

指數(shù)律，穩(wěn)定度參數(shù)四、地方性風(fēng)場

1．海陸風(fēng)

四、地方性風(fēng)場

2．山谷風(fēng)

四、地方性風(fēng)場

3．城市熱島環(huán)流

圖3-1城市熱島示意圖第4講大氣擴散濃度估算模式教學(xué)內(nèi)容§1湍流擴散的基本理論§2高斯擴散模式§3污染物濃度的估算方法§4特殊氣象條件下的擴散模式§5城市及山區(qū)的擴散模式§6煙囪高度設(shè)計§7廠址選擇1、教學(xué)要求要求了解湍流擴散的基本理論，理解和掌握高斯擴散模式、煙囪高度的設(shè)計和廠址的選擇。2、教學(xué)重點掌握影響污染物稀釋擴散法控制的有關(guān)條件；污染物濃度估算的高斯模式，煙囪高度的設(shè)計方法。3、教學(xué)難點污染物稀釋擴散法控制，污染物濃度估算的高斯模式?！?湍流擴散的基本理論一、湍流概念簡介擴散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流：擴散比分子擴散快105～106倍1、什么是湍流？

除在水平方向運動外，還會由上、下、左、右方向的亂運動，風(fēng)的這種特性和擺動稱為大氣湍流。（有點象分子的熱運動）或者說湍流是大氣的無規(guī)則運動

。2、湍流與擴散的關(guān)系把湍流想象成是由許多湍渦形成的，湍渦的不規(guī)則運動而形成它與分子運動極為相似。3.湍流起因有兩種形式：熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）機械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度

4.湍流運動的判據(jù)——雷諾數(shù)雷諾還找到了由層流運動轉(zhuǎn)換到湍流運動的判據(jù)——雷諾數(shù)（Re）臨界雷諾數(shù)試驗（圓管）表明：當(dāng)Re>2000時的流體流動是湍流當(dāng)Re<2000時的流體流動是層流數(shù)值Re＝2000叫臨界雷諾數(shù)大氣湍流——臨界雷諾數(shù)對于大氣：V=1.5×10-5m2/s若取L=1m只要U>0.1m/s則Re>6000所以通常認為大氣運動都是湍流運動二、湍流擴散理論簡介主要闡述湍流與煙流傳播及湍流與物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系1.梯度輸送理論德國科學(xué)家菲克，在1855年發(fā)表了一篇題為“論擴散”的著名論文。在這篇論文中，他首先提出了梯度擴散理論。他把這個理論表述為：“假定食鹽在其溶劑中的擴散定律與在導(dǎo)體中發(fā)生的熱擴散相同，是十分自然的?！蓖ㄟ^泰勒（G.I.Tayler）與菲克（A.Fick）擴散理論的類比建立起來的。菲克認為分子擴散的規(guī)律與傅立葉提出的固體中的熱傳導(dǎo)的規(guī)律類似，皆可用相同的數(shù)學(xué)方程式描述。湍流梯度輸送理論進一步假定，由大氣湍流引起的某物質(zhì)的擴散，類似于分子擴散，并可用同樣的分子擴散方程描述。為了求得各種條件下某污染物的時、空分布，必須對分子擴散方程在進行擴散的大氣湍流場的邊界條件下求解。然而由于邊界條件往往很復(fù)雜，不能求出嚴格的分析解，只能在特定的條件下求出近似解，再根據(jù)實際情況修正。二、湍流擴散理論簡介2.湍流統(tǒng)計理論：泰勒(G．I．TaYler)首先應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法研究湍流擴散問題，并于1921年提出了著名的泰勒公式。湍流統(tǒng)計理論假定：流體中的微粒與連續(xù)流體一樣，呈連續(xù)運動，微粒在進行傳輸和擴散時，不發(fā)生化學(xué)和生物學(xué)反應(yīng)；微粒的大小和質(zhì)量不計，并將微粒運動看作是相對于一定空間發(fā)生的。圖4-1表示從污染源釋放出的粒子，在風(fēng)沿著x方向吹的湍流大氣中擴散的情況。假定大氣湍流場是均勻、穩(wěn)定的。從原點釋放出的一個粒子的位置用y表示，則y隨時間而變化，但其平均值為零。如果從原點放出很多粒子，則在x軸上粒子的濃度最高，濃度分布以x軸為對稱軸，并符合正態(tài)分布。圖4-1由湍流引起的擴散3.相似理論湍流相似擴散理論，最早始于英國科學(xué)家里查森和泰勒。后來由于許多科學(xué)家的努力，特別是俄國科學(xué)家的貢獻，使湍流擴散相似理論得到很大發(fā)展。湍流擴散相似理論的基本觀點是，湍流由許多大小不同的湍渦所構(gòu)成，大湍渦失去穩(wěn)定分裂成小湍渦，同時發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移，這一過程一直進行到最小的湍渦轉(zhuǎn)化為熱能為止。從這一基本觀點出發(fā)，利用量綱分析的理論，建立起某種統(tǒng)計物理量的普適函數(shù)，再找出普適函數(shù)的具體表達式，從而解決湍流擴散問題。我們把這種理論稱為相似擴散理論。利用這些理論進行研究時，常采用數(shù)值分析法、現(xiàn)場研究法和實驗室模擬研究法三種方法。理論和方法的運用不可分割，應(yīng)該將它們很好地結(jié)合在一起，得出與實際大氣污染擴散相符合的計算模式。

大氣湍流與污染物的擴散圖a表示煙團在比它尺度小的湍渦作用下，一邊隨風(fēng)遷移，一邊受到湍渦的攪擾，邊緣不斷與周圍空氣混合，體積緩慢地膨脹，煙團內(nèi)部的濃度也不斷地降低。圖8.3b表示煙團受到大尺度湍渦的作用。這時煙團主要被湍渦所挾帶，本身增長不大。圖8.3c表示煙團受到大小尺度相當(dāng)?shù)耐臏u扯動變形，這是一種最強的擴散過程。在實際大氣中同時存在著各種不同大小的湍渦，擴散過程是上述幾種過程共同完成的。4.研究湍流的主要方法5.三種理論的比較

這三個理論分別：考慮不同的物理機制，采用不同參數(shù)，利用不同的氣象資料，在不同的假定條件下建立起來的。它們具有不同的有缺點，只能在一定范圍內(nèi)使用湍流的概念（運動流場的各種特性量是時間和空間的隨機變量）大氣運動的湍流性（雷諾數(shù)遠大于下臨界數(shù)）雷諾數(shù)（特征尺度、流動速度、分子動力學(xué)粘性系數(shù)）湍流的基本特征：（1）隨機性，（2）非線性，（3）擴散性，（4）渦旋性，（5）耗散性熱力湍流和機械湍流（不穩(wěn)定、風(fēng)切變）大氣湍流與污染物的擴散（快、各種湍渦）研究湍流的主要方法：一種是半經(jīng)驗理論方法，另一是湍流統(tǒng)計理論方法湍流擴散的梯度輸送理論（歐拉方法）湍流擴散的統(tǒng)計理論（拉格朗日方法）湍流擴散的相似理論§2高斯擴散模式一、高斯模式的有關(guān)假定1.坐標(biāo)系坐標(biāo)系取排放點（無界源、地面源或高架源排放點）在地面的投影點為原點，主風(fēng)向為x軸，y軸在水平面內(nèi)垂直于x軸，正方向在x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面，向上為正，即右手坐標(biāo)系。食指—x軸；中指—y軸；拇指—z軸。此坐標(biāo)系中，煙流中心與x軸重合或煙流在oxy平面的投影為x軸。2.四點假設(shè)

a．污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布b．全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定c．源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）

高斯擴散模式坐標(biāo)系高斯擴散模式的坐標(biāo)系二、無界空間連續(xù)點源擴散模式上式中：ū—平均風(fēng)速；Q—源強是指污染物排放速率。與空氣中污染物質(zhì)的濃度成正比，它是研究空氣污染問題的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通常：（?。┧矔r點源的源強以一次釋放的總量表示；（ⅱ）連續(xù)點源以單位時間的釋放量表示；（ⅲ）連續(xù)線源以單位時間單位長度的排放量表示；（ⅳ）連續(xù)面源以單位時間單位面積的排放量表示。δy—側(cè)向擴散參數(shù)，污染物在y方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是距離y的函數(shù)，m；δz—豎向擴散參數(shù)，污染物在z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是距離z的函數(shù)，m；未知量—濃度c、待定函數(shù)A(x)、待定系數(shù)a、b；式①、②、③、④組成一方程組，四個方程式有四個未知數(shù)，故方程式可解。1.高斯煙流的形態(tài)2.高斯煙流的濃度分布高斯煙流中心線上的濃度分布

三、高架連續(xù)點源擴散模式高架源既考慮到地面的影響，又考慮到高出地面一定高度的排放源。地面對污染物的影響很復(fù)雜，如果地面對污染物全部吸收，則⑧式仍適用于地面以上的大氣，但根據(jù)假設(shè)④可認為地面就象鏡子一樣對污染物起全反射作用，按全反射原理，可用：“像源法”處理這類問題?？梢园裀點污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實源作用，一部分是虛源作用。見下頁圖：相當(dāng)于位置在（0，0，H）的實源和位置在（0，0，-H）的像源，當(dāng)不存在地面時在P點產(chǎn)生的濃度之和。（1）實源作用：由于坐標(biāo)原點原選在地面上，現(xiàn)移到源高為H處，相當(dāng)于原點上移H，即原式⑧中的Z在新坐標(biāo)系中為（Z-H）,不考慮地面的影響，則：

以上模式適用于氣態(tài)污染物和粒徑小于10μm的飄塵，對于大10μm的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。7、傾斜煙云模式在預(yù)測上述顆粒時，假設(shè)沉積和無沉積有相同的分布形式，但在整個煙云離開源以后，便以重力終端速度下降（ut）,此時，只要將高斯模式中有效源高H用())來置換即可得到傾斜煙云模式。

→

四、顆粒物擴散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴散計算大于15μm的顆粒物：傾斜煙流模式

地面反射系數(shù)§3污染物濃度的估算q

源強計算或?qū)崪y

平均風(fēng)速多年的風(fēng)速資料

H

有效煙囪高度

、擴散參數(shù)一.煙氣抬升高度的計算

初始動量：速度、內(nèi)徑煙溫度－>浮力煙氣抬升一.煙氣抬升高度的計算抬升高度計算式

1.Holland公式：適用于中性大氣條件（穩(wěn)定時減小，不穩(wěn)時增加10％～20％）

Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強的情況下一、煙氣抬升高度的計算抬升高度計算式（續(xù)）2.Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件

一、煙氣抬升高度的計算二、擴散參數(shù)的確定P－G曲線法P－G曲線Pasquill常規(guī)氣象資料估算Gifford制成圖表1.擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別1.擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴散曲線確定和1.擴散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用地面最大濃度估算2.擴散參數(shù)的確定－中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法穩(wěn)定度分類方法改進的P－T法

太陽高度角

（式4-29，地理緯度，傾角）

輻射等級穩(wěn)定度云量（加地面風(fēng)速）

2.擴散參數(shù)的確定－中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法擴散參數(shù)的選取擴散參數(shù)的表達式為（取樣時間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時間大于0.5h，不變，§4特殊氣象條件下的擴散模式主要指氣象條件與高斯模式不一樣（溫度層結(jié)構(gòu)均一，實際中難以實現(xiàn)）

封閉型擴散模式相當(dāng)于兩鏡面之間無窮次全反射實源和無窮多個虛源貢獻之和

n為反射次數(shù)，在地面和逆面實源在兩個鏡子里分別形成n個像一、封閉型擴散模式計算簡化：二、熏煙型擴散模式假設(shè)：

D

換成hf（垂向均勻分布）；q只包括進入混合層部分，

則仍可用上面公式

二、熏煙型擴散模式§5城市及山區(qū)擴散模式一、城市大氣擴散模式1.線源擴散模式一、城市大氣擴散模式2.面源擴散模式大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高40m；單個排放量<0.04t/h一、城市大氣擴散模式2.面源擴散模式（續(xù)）簡化為點源的面源擴散模式（續(xù)）形心上風(fēng)向距x0處有一虛擬點源，其煙流在形心處寬度正好與正方形寬度相等

煙流寬度：中心線到濃度為中心處距離的兩倍

（正態(tài)分布：）

確定、之后即可按點源計算面源濃度一、城市大氣擴散模式2.面源擴散模式（續(xù)）窄煙流模式某點的污染物濃度主要取決于上風(fēng)向面單元的源強，上風(fēng)向兩側(cè)單元對其影響很小某點的污染物濃度主要由它所在的面單元的源強決定3.常用城市空氣質(zhì)量模式箱模式單箱模式

多箱模式——如目前用于我國城市空氣污染指數(shù)預(yù)報的CAPPS模式城市多源模式如EPA推薦的ISC模式（IndustrialSourceComplexModel）光化學(xué)模式如EPA推薦的UAM－V（UrbanAirshedModel）模式線源模式如CALINE模式，用于計算公路的污染物排放城市空氣質(zhì)量模式的發(fā)展第一代模式PhotochemicalBoxModelOZIP/EKMA(forozone)ISC3,CALPUFF,AERMOD

(forprimarypollutants)GaussianDispersionModel城市空氣質(zhì)量模式的發(fā)展第二代模式

EulerianGridModels

:UAM,RADM,REMSAD,ROM城市空氣質(zhì)量模式的發(fā)展第三代模式（Models-3）－OneAtmosphere的概念A(yù)irToxicsOzoneAcidRainVisibility

PM2.5WaterQuality.OHNOx+VOC+OH

+hv--->O3SOx[orNOx]+NH3+OH

--->(NH4)2SO4[orNH4NO3]SO2+OH--->H2SO4NO2+OH--->HNO3VOC+OH--->OrgainicPM

OH<--->AirToxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)

FinePM(Nitrate,Sulfate,OrganicPM)

NOx+SOx+OH(LakeAcidification,Eutrophication)OneAtmosphereOneAtmosphere第三代模式（Models－3）二、山區(qū)擴散模式山區(qū)流場由于受到復(fù)雜地形的熱力和動力因子影響，流場均勻和定常的假定難以成立對風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形較為開闊及起伏不大的地區(qū)，濃度基本上遵循正態(tài)分布規(guī)律，只是擴散參數(shù)比平原地區(qū)大很多ERT模式高斯模式，只對有效源高進行修正NOAA和EPA模式NOAA－以高斯模式為基礎(chǔ)，對有效源高進行修正EPA－與NOAA相似，只是對所有穩(wěn)定度級別都進行了地形高度修正一、煙囪高度的計算2.按地面絕對最大濃度計算二、煙囪設(shè)計中的若干問題1.分析擬建廠地區(qū)可能產(chǎn)生的煙型及頻率，正確選用煙囪高度計算公式。煙型不同產(chǎn)生的地面最大濃度不同，煙囪高度的計算公式不同，因此確定煙型很重要。常用兩種方法：1）選用最不利的煙型相應(yīng)的煙囪高度計算公式；2）選擇保證一定的地面最大濃度出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間的煙型及相應(yīng)的煙囪高度計算公式。①波型:發(fā)生在天氣晴朗，風(fēng)速不大，比較緩和的日子里，近距離造成短時間的污染濃度比錐形高。近地層中，低矮煙囪發(fā)熱量小的污染源以此煙型為例，并應(yīng)校核逆溫層情況。②錐型:100m左右的煙囪多發(fā)生此煙型。此煙型發(fā)生在溫度層結(jié)近中性或中等到大風(fēng)的情況，即發(fā)生在多云有風(fēng)的白天或有風(fēng)的夜晚。③平展型和漫煙型:較大的發(fā)電廠以漫煙型為主，夜間多為平展型，日出后一段時間發(fā)生漫煙型。④封閉型:大于200m的較高煙囪以此型為主。觀測發(fā)現(xiàn)：當(dāng)混合層厚度在760—1065m間時，它造成的地面最大濃度可達錐形的三倍，Cmax可持續(xù)2—4小時，常出現(xiàn)在早晨和中午。地面最大濃度與B/H關(guān)系很大，在某一比值以后，污染濃度主要取決于B，煙囪高度只起次要作用。此時靠增加Hs減少污染濃度不經(jīng)濟。總之，目前Hs計算以錐形模式為主，對超高型煙囪無成熟可靠的方法。2.抬升公式很多，用何公式應(yīng)按具體情況而定，一般選霍氏公式3.公式中與氣象有關(guān)的參數(shù)取值有兩種方法：①取多年平均值；②取某一保障頻率的值：如已知ū＞3m/s的頻率為80%，取3m/s可保證有80%不超標(biāo)，而地面平均最大濃度可能比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)更低。上述計算公式實際上會遇到許多問題，必須予以考慮，如上述模式僅適于錐形擴散，實際是變化的，要根據(jù)建廠地區(qū)的氣象條件等來取值。

§3-6廠址選擇

一、選擇廠址所需的氣候資料

氣候資料是指氣象資料的常年統(tǒng)計形式。1、風(fēng)向和風(fēng)速氣候資料：為了一目了然，常把風(fēng)資料畫成風(fēng)玫瑰圖。圖a是風(fēng)向玫瑰圖；圖b風(fēng)速玫瑰圖是各個風(fēng)向的平均風(fēng)速絕對值。圖c是風(fēng)速和風(fēng)向頻率復(fù)合圖，該圖矢線長度代表風(fēng)向頻率大小，矢線末端的風(fēng)速羽代表平均風(fēng)速，每一羽可表示0.5或1.0m/s。。風(fēng)向（風(fēng)速）玫瑰圖：在8個或16個方向上給出風(fēng)向（風(fēng)速）的相對頻率或絕對值，用線段表示，連接各端點即成。風(fēng)玫瑰圖可按多年（5-10年或更長）的平均值作；也可按某月或某季的多年平均值作，山區(qū)地形復(fù)雜，風(fēng)向、風(fēng)速隨地形和高度而變，可做出不同地點和高度的風(fēng)玫瑰圖。靜風(fēng)（風(fēng)速<1.0m/s）或微風(fēng)（風(fēng)速為1～2m/s）情況大氣通風(fēng)條件差，容易引起高濃度污染，尤其是長時間靜風(fēng)會使污染物大量積累，引起嚴重污染。因此，在空氣污染分析中不僅應(yīng)統(tǒng)計靜風(fēng)頻率，有條件還要統(tǒng)計靜風(fēng)持續(xù)時間。

2.大氣穩(wěn)定度的氣象資料一般氣象臺沒有近地層大氣逆溫層結(jié)的詳細資料，但可據(jù)pasquill或我們廢氣排放制定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法。利用已知的氣象資料進行分類，統(tǒng)計出月（年、季）各穩(wěn)定度頻率，作出必要的圖表。3.混合層高度的確定

混合層高度是影響混合物鉛直擴散的重要參數(shù)。由于溫度層結(jié)的晝夜變化，混合層高度也隨時間變化?；旌蠈痈叨瓤煽醋鳉鈮K作干絕熱上升運動的上限高度。（即：干絕熱遞減率上限高度?；旌蠈佑撸瑒t污染物垂直擴散的范圍越大。）具體指出污染物在鉛直方向的擴散范圍。受太陽輻射的影響，午后混合層高度最大，在溫度—高度圖上，從上午最大地面溫度作干絕熱線，與早晨溫度探空曲線的交點高度為午后混合層高度，即最大混合層高度。見下頁圖示。

大范圍內(nèi)的平均污染濃度，可以認為與混合層高度和混合層內(nèi)的平均風(fēng)速的乘積成反比。通常定義Dū為通風(fēng)系數(shù)。Dū－單位時間內(nèi)通過與平均風(fēng)向垂直的單位寬度混合層的空氣層。通風(fēng)系數(shù)越大，污染濃度越小。二、長期平均濃度的計算在廠址選擇和環(huán)境評價中，人們更關(guān)心的長期平均濃度的分布。下面討論長期平均濃度的計算方法。氣象隨提供的風(fēng)向資料是按16方位給出的，每個方位相當(dāng)于一個22.5o的扇形。因此，可按每個扇形計算長期平均濃度。推導(dǎo)時作以下假定：（1）同一扇形內(nèi)各角度的風(fēng)向頻率相同，即在同一扇形內(nèi)同一距離上，污染物濃度在y方向是相等的。（2）當(dāng)吹某一扇形風(fēng)時，全部污染物都落在這個扇形里。三、廠址選擇從環(huán)境保護角度出發(fā)，理想的建廠位置是污染本底值最小，擴散稀釋能力強，排出的污染物被輸送到城市或居民區(qū)的可能性最小的地方。1、本底濃度本底濃度超標(biāo)的地區(qū)不宜建廠，本底濃度雖未超標(biāo)，但加上擬建廠貢獻，短期內(nèi)又無法改進的也不宜建廠，應(yīng)選擇本底濃度小的地區(qū)建廠。2、風(fēng)向、風(fēng)速污染物危害的程度和受污染的時間及濃度有關(guān)，所以居住區(qū)、作物生長區(qū)都希望能設(shè)在受污染時間短、污染濃度低的位置，因而確定工廠和居民區(qū)的相對位置時要考慮風(fēng)向、風(fēng)速兩個因素。污染系數(shù)表示風(fēng)向、風(fēng)速綜合作用對空氣污染物擴散影響程度。其表達式為：污染系數(shù)=

某風(fēng)向污染系數(shù)小，表示該風(fēng)向吹來的風(fēng)所造成的污染小，因此污染源可布置在污染源在污染系數(shù)最小風(fēng)向的上側(cè)。3.溫度層結(jié)由于一般污染物擴散是在距地面幾米高范圍內(nèi)進行的，所以離地面幾百米范圍內(nèi)的大氣穩(wěn)定度對污染物的擴散稀釋過程有重要影響，選廠址必須注意收集逆溫層的強度、厚度、出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間等資料，要特別注意逆溫同時出現(xiàn)靜風(fēng)或微風(fēng)的情況。大型工廠：若排煙有效煙囪高度能突破經(jīng)常出現(xiàn)的逆溫層高度而在逆溫層以上擴散，對防止污染有利，若逆溫層出現(xiàn)在煙囪有效高度上部，往往易造成污染。中小工廠：距地面200~300米以下的逆溫層對中、小型工廠是不利的條件，高層逆溫對幾公里范圍內(nèi)的擴散影響不大。其它氣象資料：如降雨、云、霧等。4.地形地形對空氣污染的影響很復(fù)雜，在復(fù)雜地形建廠，必須作具體分析，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)洞試驗以便對當(dāng)?shù)氐臄U散稀釋條件做出準(zhǔn)確評價。無限風(fēng)光在險峰教學(xué)內(nèi)容§1粉塵的粒徑及粒徑分布§2粉塵的物理性質(zhì)§3凈化裝置的性能§4顆粒捕集理論基礎(chǔ)

建議學(xué)時數(shù)：2～4學(xué)時§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑定義：在實際中，因顆粒大小、形狀各異，故表示方法有所不同。一般分為兩類：單一粒徑：單個粒子的直徑；平均粒徑：粒子群的直徑。球形顆粒：d=直徑

單一粒徑分成

投影徑

非球形顆粒：

幾何當(dāng)量徑

物理當(dāng)量徑§1顆粒的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑（1）顯微鏡法定向直徑dF，也稱菲雷特（Feret直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向上的最大投影長度定向面積等分直徑dM，也稱馬?。∕artin直徑）：為各顆粒在投影圖中同一方向?qū)㈩w粒投影面積二等分的線段長度投影面積直徑dA，也稱黑烏德（Heywood直徑）：為與顆粒投影面積相等的圓的直徑Heywood測定分析表明，同一顆粒的dF>dA>dM一、顆粒的直徑顯微鏡法觀測粒徑直徑的三種方法a-定向直徑b-定向面積等分直徑c-投影面積直徑一、顆粒的直徑一、顆粒的直徑粒徑的測定結(jié)果與顆粒的形狀有關(guān)通常用圓球度表示顆粒形狀與球形不一致的程度圓球度：與顆粒體積相等的球體的表面積和顆粒的表面積之比Φs（Φs<1）正立方體Φs＝0.806，圓柱體Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)一、顆粒的直徑某些顆粒的圓球度二、粒徑分布粒徑分布指不同粒徑范圍內(nèi)顆粒的個數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例1.個數(shù)分布:每一間隔內(nèi)的顆粒個數(shù)（1）個數(shù)頻率：第i個間隔中的顆粒個數(shù)ni與顆?？倲?shù)Σni之比∑?i﹦1由計算結(jié)果可繪出頻度分布f的直方圖，用粒徑間隔中值可繪出頻度分布曲線，見圖b。最大頻度的粒徑dom稱為眾徑。二、粒徑分布（2）個數(shù)篩下累積頻率：小于第i個間隔上限粒徑的所有顆粒個數(shù)與顆?？倐€數(shù)之比Fi=∑?iFN=Σ?i=1二、粒徑分布（3）個數(shù)頻率密度二、粒徑分布粒數(shù)分布的測定及計算二、粒徑分布粒數(shù)眾徑－頻度p最大時對應(yīng)的粒徑，此時粒數(shù)中位徑（NMD）－累計頻率F=0.5時對應(yīng)的粒徑二、粒徑分布2.質(zhì)量分布類似于數(shù)量分布，也有質(zhì)量頻率、質(zhì)量篩下累積頻率、質(zhì)量頻率密度在所有顆粒具有相同密度、顆粒質(zhì)量與粒徑立方成正比的假設(shè)下，粒數(shù)分布與質(zhì)量分布可以相互換算同樣的，也有質(zhì)量眾徑和質(zhì)量中位徑（MMD）三、平均粒徑前面定義的眾徑和中位徑是常用的平均粒徑之一長度平均直徑表面積平均直徑體積平均直徑體積－表面積平均直徑三、平均粒徑（續(xù)）四、粒徑分布函數(shù)用一些半經(jīng)驗函數(shù)描述一定種類粉塵的粒徑分布1.正態(tài)分布頻率密度篩下累積頻率標(biāo)準(zhǔn)差四、粒徑分布函數(shù)1.正態(tài)分布（續(xù)）正態(tài)分布是最簡單的分布函數(shù)（1）（2）累計頻率曲線在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上為一條直線，其斜率取決于σ（3）正態(tài)分布函數(shù)很少用于描述粉塵的粒徑分布，因為大多數(shù)粉塵的頻度曲線向大顆粒方向偏移四、粒徑分布函數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布以lndp代替dp得到的正態(tài)分布的頻度曲線四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）對數(shù)正態(tài)分布在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上為一直線，斜率決定于四、粒徑分布函數(shù)2.對數(shù)正態(tài)分布（續(xù)）可用、MMD和NMD計算出各種平均直徑四、粒徑分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積頻率分布曲線四、粒徑分布函數(shù)3.羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）

若設(shè)得到一般多選用質(zhì)量中位徑或四、粒徑分布函數(shù)3.羅辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler）判斷是否符合R－R分布應(yīng)為一條直線R－R的適用范圍較廣，特別對破碎、研磨、篩分過程產(chǎn)生的較細粉塵更為適用分布指數(shù)n>1時，近似于對數(shù)正態(tài)分布；n>3時，更適合于正態(tài)分布§2粉塵的物理性質(zhì)一、粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3粉塵體積不包括顆粒內(nèi)部和之間的縫隙－真密度用堆積體積計算——堆積密度空隙率——粉塵顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比二、粉塵的安息角與滑動角安息角：粉塵從漏斗連續(xù)落下自然堆積形成的圓錐體母線與地面的夾角滑動角：自然堆積在光滑平板上的粉塵隨平板做傾斜運動時粉塵開始發(fā)生滑動的平板傾角安息角與滑動角是評價粉塵流動特性的重要指標(biāo)安息角和滑動角的影響因素：粉塵粒徑、含水率、顆粒形狀、顆粒表面光滑程度、粉塵粘性三、粉塵的比表面積單位體積粉塵所具有的表面積以質(zhì)量表示的比表面積以堆積體積表示的比表面積四、粉塵的含水率粉塵中的水分包括附在顆粒表面和包含在凹坑和細孔中的自由水分以及顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分含水率－水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量之比含水率影響粉塵的導(dǎo)電性、粘附性、流動性等物理特性吸濕現(xiàn)象平衡含水率五、粉塵的潤濕性潤濕性－粉塵顆粒與液體接觸后能夠互相附著或附著的難易程度的性質(zhì)潤濕性與粉塵的種類、粒徑、形狀、生成條件、組分、溫度、含水率、表面粗糙度及荷電性有關(guān)，還與液體的表面張力及塵粒與液體之間的粘附力和接觸方式有關(guān)。粉塵的潤濕性隨壓力增大而增大，隨溫度升高而下降潤濕速度－潤濕性是選擇濕式除塵器的主要依據(jù)六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性1.粉塵的荷電性天然粉塵和工業(yè)粉塵幾乎都帶有一定的電荷荷電因素－電離輻射、高壓放電、高溫產(chǎn)生的離子或電子被捕獲、顆粒間或顆粒與壁面間摩擦、產(chǎn)生過程中荷電天然粉塵和人工粉塵的荷電量一般為最大荷電量的1/10荷電量隨溫度增高、表面積增大及含水率減小而增加，且與化學(xué)組成有關(guān)六、粉塵的荷電性和導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性比電阻導(dǎo)電機制：高溫（200oC以上），粉塵本體內(nèi)部的電子和離子—體積比電阻低溫（100oC以下），粉塵表面吸附的水分或其他化學(xué)物質(zhì)－表面比電阻中間溫度，同時起作用比電阻對電除塵器運行有很大影響，最適宜范圍104～1010六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性典型溫度－比電阻曲線六、粉塵的導(dǎo)電性和荷電性溫度和相對濕度對粉塵比電阻的影響較為干燥的粉塵的比電阻在3000F（420K）左右達到最大值七、粉塵的粘附性粘附和自粘現(xiàn)象粘附力－克服附著現(xiàn)象所需要的力粘附力：分子力（范德華力）、毛細力、靜電力（庫侖力）斷裂強度－表征粉塵自粘性的指標(biāo)，等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積分類：不粘性、微粘性、中等粘性、強粘性粒徑、形狀、表面粗糙度、潤濕性、荷電量均影響粘附性八粉塵的自燃性和爆炸性1.粉塵的自燃性自燃自然發(fā)熱的原因－氧化熱、分解熱、聚合熱、發(fā)酵熱影響因素：粉塵的結(jié)構(gòu)和物化特性、粉塵的存在狀態(tài)和環(huán)境存放過程中自然發(fā)熱熱量積累達到燃點燃燒2.粉塵的爆炸性§3凈化裝置的性能1.處理氣體流量漏風(fēng)率2.凈化效率3.壓力損失二.凈化效率的表示方法1.總凈化效率2.通過率3.分級除塵效率分割粒徑－除塵效率為50％的粒徑4.分級效率與總效率的關(guān)系（1）由總效率求分級效率（2）由分級效率求總效率5.多級串聯(lián)的總凈化效率總分級通過率總分級效率總除塵效率§4顆粒捕集的理論基礎(chǔ)對顆粒施加外力使顆粒相對氣流產(chǎn)生一定位移并從氣流中分離顆粒捕集過程中需要考慮的作用力：外力、流體阻力、顆粒間相互作用力外力：重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等顆粒間相互作用力：顆粒濃度不高時可以忽略一、流體阻力流體阻力＝形狀阻力＋摩擦阻力阻力的方向和速度向量方向相反

一、流體阻力流體阻力與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系

一、流體阻力顆粒尺寸與氣體平均自由程接近時，顆粒發(fā)生滑動——坎寧漢修正二、阻力導(dǎo)致的減速運動根據(jù)牛頓第二定律若僅考慮Stokes區(qū)域積分得速度由u0減速到u所遷移的距離若引入坎寧漢修正系數(shù)C停止距離－馳豫時間或松弛時間三、重力沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影響）湍流過渡區(qū)牛頓區(qū)Stokes直徑空氣動力學(xué)直徑四、離心沉降力平衡關(guān)系Stokes顆粒的末端沉降速度五、靜電沉降力平衡關(guān)系靜電沉降的末端速度習(xí)慣上稱為驅(qū)進速度，用表示，對于Stokes粒子：六、慣性沉降顆粒接近靶時的運動情況1.慣性碰撞慣性碰撞的捕集效率取決于三個因素氣流速度在靶周圍的分布，用ReD衡量顆粒運動軌跡，用Stokes數(shù)描述顆粒對捕集體的附著，通常假定為100％1.慣性碰撞慣性碰撞分級效率與的關(guān)系2.攔截直接攔截發(fā)生在顆粒距捕集體dp/2的距離內(nèi)攔截效率用直接攔截比R表示對于慣性大的顆粒對于慣性小的顆粒七、擴散沉降1.擴散系數(shù)和均方根位移顆粒的擴散類似于氣體分子的擴散對于粒徑約等于或大于氣體分子平均自由程的顆粒對于粒徑大于分子但小于氣體平均自由程的顆粒布朗擴散作用對于小粒子的捕集影響較大顆粒的均方根位移（時間t秒鐘）七、擴散沉降標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下布朗擴散平均位移與重力沉降的比較七、擴散沉降效率擴散沉降效率取決于皮克萊數(shù)Pe和雷諾數(shù)ReD粘性流單個圓柱體的效率勢流單個圓柱體效率孤立球形捕集體從理論上講，

是可能的2.擴散沉降效率慣性碰撞、直接攔截和布朗擴散的比較小結(jié)謝謝!第6講除塵裝置

機械除塵器電除塵器濕式除塵器過濾式除塵器除塵器的選擇與發(fā)展除塵裝置從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)微粒子的設(shè)備稱為除塵裝置

按分離原理分類：重力除塵裝置（機械式除塵裝置）

慣性力除塵裝置（機械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機械式除塵裝置）洗滌式除塵裝置過濾式除塵裝置電除塵裝置聲波除塵裝置

第一節(jié)機械除塵器機械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有：重力沉降室慣性除塵器旋風(fēng)除塵器重力沉降室重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置

氣流進入重力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降

模式包括層流式和湍流式兩種層流式模式假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用在煙氣流動方向，粒子與氣流速度相同縱剖面示意圖沉降室的長寬高分別為L、W、H，處理煙氣量為Q

氣流在沉降室內(nèi)的停留時間在t時間內(nèi)粒子的沉降距離該粒子的除塵效率

對于Stokes粒子，代入(5—79)對于Stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度（一般為0.3～2.0m/s）增加沉降室長度降低沉降室高度多層沉降室：使沉降高度減少為原來的1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù)

考慮清灰的問題，一般隔板數(shù)在3以下湍流式重力沉降室湍流模式1——假定沉降室中氣流處于湍流狀態(tài)，垂直于氣流方向的每個斷面上粒子完全混合分級除塵效率：

對于Stokes粒子，代入湍流模式2——完全混合模式，即沉降室內(nèi)未捕集顆粒完全混合對于Stokes粒子，代入三種模式的分級效率均可用歸一化對Stokes顆粒，分級效率與dp成正比重力沉降室歸一化的分級率曲線a