噪聲與振動控制之環(huán)境工程

1、大氣污染 大氣污染防治 第二部分、大氣環(huán)境 第五章、大氣污染 5.1、大氣的組成 地球上的大氣是環(huán)境的重要組成要素，并參與地球表 面的各種過程，是維持一切生命所必須。大氣的質(zhì)量好壞， 對整個生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有直接的影響。大氣的污染及 防治是目前重要環(huán)境問題之一。 在大氣地理、大氣氣象和自然地理的研究中，大氣 是指大區(qū)域或全球的氣流或氣體。 1、什么是大氣？ 2、大氣的成分 恒定 可變的 不定的 惰性氣體 氮（78.09%） 氧（20.95%） 氬（0.93%） 氖氦氪氙氡等 二氧化碳（0.020.04）% 水蒸氣（4以下）% 純凈空氣 1來源于火山噴發(fā)、森林火災(zāi)、海嘯、地震 等暫時性的災(zāi)難引

2、起的。主要的成分有：塵 埃、硫、硫化氫、硫氧化物、氮氧化物、鹽 類及惡臭氣體。 2人類的社會活動。如：煤煙、塵、硫氧化 物、氨氧化物等，這是最主要的不定成分來 源 5.2、大氣的污染形成和污染源 自然界中局部的質(zhì)能變化和人類的生產(chǎn)和生活活 動，改變大氣圈中某些原有成分和向大氣中排放有毒 物質(zhì)，使大氣質(zhì)量惡化，影響原來有利的生態(tài)平衡體 系，嚴(yán)重威脅著人體健康和正常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及對 建筑物和設(shè)備財產(chǎn)等構(gòu)成損壞，即為大氣污染。 1、大氣污染的定義 2.污染的形成 1） 原于人對能源的利用， 2）14世紀(jì)，燃煤的煙成為主要的問題， 3）18世紀(jì)，工業(yè)用燃料 3.污染源的種類： 1）按污染源存在的形式

3、 2）按污染源排放的方式 3）按排放時間 4）按污染物產(chǎn)生的類型 1）按污染源存在的形式 2）按污染源排放的方式 3）按排放時間 4）按污染物產(chǎn)生的類型 1高架源 2面源 3線源 1連續(xù) 2間斷 3瞬間 1固定污染源 2移動污染源 1工業(yè)污染源 2家庭 3汽車排氣 4農(nóng)業(yè) 4.空氣中的污染物 1）重要的空氣污染物（5種）： 碳?xì)浠衔?一氧化碳 氮氧化物 硫氧化物 微粒 一次污染物和二次污染物 2）一次污染物 一次污染物是指從各類污染源排出的物質(zhì) 一次污染物 反應(yīng)性污染物 非反應(yīng)性污染物 在大氣中長與某些其 他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，或 成為催化劑 性質(zhì)穩(wěn)定不產(chǎn)生化學(xué)反 應(yīng)，或反應(yīng)速度很慢 一次污染物在

4、大氣中的物理作用或化學(xué)反應(yīng)： 1氣體污染物之間的化學(xué)反應(yīng)。如： OHSSOSH 222 232 催化劑 2空氣中粒狀污染物對氣體污染物的吸附作用，或粒狀 污染物表面上的化學(xué)物質(zhì)與氣體污染物之間的化學(xué)反應(yīng)。 如： MgSMgSOSOMgO 42 344 3氣體污染物在其溶膠中的溶解作用。 4氣體污染物在太陽光作用下的光化學(xué)反應(yīng)。 3）二次污染物 一次污染物的各種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果生成的一 些列新的污染物為二次污染物。 常見的二次污染物：臭氧、過氧化乙酰硝酸酯、硫酸 及硫酸鹽氣溶膠、硝酸及硝酸氣溶膠、過氧化氫等。 在干燥的空氣中，二氧化硫的含量達(dá)800ppm時，人們 是可以忍受的。但在形成硫酸氣溶膠后

5、，其含量僅 0.8ppm人即不可忍受。 4)大氣污染物 主要污染物的性質(zhì)、來源和危害 1一氧化碳 來源：汽車排放，不完全燃燒 空氣中的一氧化碳可以轉(zhuǎn)化成二氧化碳，既有自 凈的能力，但機(jī)理目前尚不完全了解 2氮氧化物 主要是一氧化氮和二氧化氮 來源于礦物燃料的燃燒過程，也有來自生產(chǎn)或使 用硝酸工廠的排放，氮肥廠或冶煉廠等 3碳?xì)浠衔?主要來源于生物的分解作用。 危害：能導(dǎo)致生成有害的光化學(xué)煙霧 4硫氧化物 硫氧化物的主要來源于礦物燃料的燃燒 危害：生成硫酸氣溶膠 酸雨 腐蝕性 引起各種疾病 5微粒 微粒是指空氣中分散的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，也稱氣溶膠， 包括：塵、煙、霧和碳煙等 塵：大于1um的固體

6、微粒 煙：小于1um的固體微粒 霧：液體微粒，直徑可達(dá)100um 碳煙：極細(xì)，可集成一串 大于10um的塵埃中的顆粒物質(zhì)成為降塵，可以 沉降于地面，10um以下的為飄沉。 6其他有害物質(zhì) 石棉、汞和鈹?shù)?7光化學(xué)煙霧 光化學(xué)煙霧，最早1964 年出現(xiàn)在美國洛杉磯，其是 由HC和NOX在陽光照射作用 下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成刺激 性物質(zhì)，在一天內(nèi)成分濃度 不斷發(fā)生變化。 危害：1遮擋陽光，使氣溫降低，或形成冷凝核心， 使云霧和雨水增多，以至影響氣候。 2使可見度降 低。3燃煤時生成的SOX，在加上微粒，對人體危害 特別大。 4可見度差，增加燃料消耗。5用四乙鉛做 汽油防爆劑，排入空氣中的鉛，危害大

7、1刺激眼睛 2臭氧會引起胸部壓縮、刺激粘膜、頭痛、咳嗽等癥狀。 3臭氧能損害有機(jī)物，如橡膠、棉布、尼龍等。 4引起哮喘及引起植物毀壞 5.3、大氣中污染的影響因素 光化學(xué)煙霧的危害： 在早上8點(diǎn)鐘左右HC和NO2的濃度最高，經(jīng)過2-3小 時的陽光照射下后，臭氧和醛類的濃度出現(xiàn)最高值，到 了晚上，這些污染物的濃度下降。 一、影響大氣污染的因素主要有以下幾種： 1、污染物的性質(zhì)及成分 排入大氣的污染物通常由各種氣體和固體顆 粒物體組成，它們的性質(zhì)是由它們的化學(xué)成分決 定的。不同的化學(xué)成分在大氣中造成的化學(xué)反應(yīng) 和清除過程不同。直徑大小不同的固體顆粒在大 氣中的沉降速度及清除過程不同，因而對濃度分

8、布的影響也不同。 1污染物的性質(zhì)及成分 2污染物的幾何形狀和排放方式 3地理因素 4氣象條件 2、污染物的幾何形狀和排放方式 一）地形和地物的影響： 地面是一個凹凸不平的曲面，會影響氣流方向和風(fēng)速； 山脈的阻滯作用，對風(fēng)速影響很大，尤其是山谷盆地； 城市中的高層建筑、體形大的建筑物，能造成氣流在 小范圍內(nèi)產(chǎn)生渦流，阻礙氣流的運(yùn)動，降低了近地層風(fēng)速 梯度，并使風(fēng)向擺動大。一般規(guī)律是建筑物背風(fēng)區(qū)風(fēng)速下 降，在局部地區(qū)產(chǎn)生渦流，不利于氣體擴(kuò)散。 二）山谷風(fēng)： 冷 暖 谷風(fēng) 山谷風(fēng) 谷風(fēng) 山風(fēng) 冷 暖 山風(fēng) 3、地理因素 三）海陸風(fēng)： 海風(fēng)陸風(fēng) 海陸風(fēng) 海風(fēng) 陸風(fēng) 四）城市熱島環(huán)流： A 城市熱島環(huán)流

9、： 1）城市人口密集、工業(yè)集中，使得能耗水平高 2）城市的覆蓋物（如建筑、水泥路面等）熱容量大， 白天吸收太陽輻射熱，夜間放熱緩慢，使低層空氣 變暖； 是指由城鄉(xiāng)溫度差引起的局地風(fēng)。 B 產(chǎn)生城鄉(xiāng)溫度差異的主要因素是： 由于城市市區(qū)凈熱量吸入比周圍鄉(xiāng)村多，故平均氣溫比 周圍鄉(xiāng)村高（特別是夜間），于是形成了所謂城市熱島。 城鄉(xiāng)年平均溫差一般為0.41.5度，有時可達(dá)68度，其 差值與城市的大小、性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及緯度有關(guān)。 由于城市溫度經(jīng)常比農(nóng)村高（特別是夜間），氣壓比鄉(xiāng) 村低，所以形成一種從周圍農(nóng)村吹向城市城區(qū)的特殊的 局地風(fēng)，稱為城市熱島環(huán)流或城市風(fēng) 3）城市上空籠罩著一層煙霧和二氧化碳，

10、使地面有效輻射減弱 C 環(huán)流成因 二、大氣邊界層的溫度場 4、氣象條件: （一）氣溫垂直遞減梯度 1對流層內(nèi)溫度變化 隨高度的增加溫度逐漸下降 1）大氣中的溫度場 2）大氣的水平流動和湍流 2地面溫度高的原因 1）地面是大氣的主要和直接熱源 2）水汽和固體雜質(zhì)的分布從低空向高空減少，他們 吸收地面輻射能力很強(qiáng) 3氣溫垂直遞減率 氣溫隨高度的變化，稱為氣溫垂直遞減率 d 干空氣塊或未飽和的濕空氣塊在絕熱條件下每升高 單位高度（通常取用單位高度為100）所造成的溫 度下降數(shù)值，稱為干絕熱遞減率 ，以 表示： d dz dTi d 4溫度層結(jié) 氣溫沿垂直高度的分布，稱為氣溫沿高度分布曲線或 溫度層結(jié)

11、曲線，簡稱溫度層結(jié) 大氣溫度層結(jié)的4種類型： 1）氣溫隨高度增加而遞減， 稱為正常分布層結(jié)或遞減層結(jié) 0 2）氣溫直減率等于或近似 等于干絕熱直減率。 d 3）氣溫不隨高度變化，稱為中性層結(jié)。 0 4）氣溫隨高度的增加而增加，稱為逆溫。 0 氣溫 高度 1 2 3 4 (二)逆溫 1、逆溫層 一般將氣溫隨高度增加而增加的大氣層稱為逆溫層或 阻擋層 注意：當(dāng)發(fā)生等溫或逆溫時，大氣是穩(wěn)定的，大大 阻礙了氣流的運(yùn)動，不利于污染物的擴(kuò)散。 2、逆溫生成的原因 成因 輻射逆溫 下沉逆溫 平流逆溫 鋒面逆溫 湍流逆溫 1)輻射逆溫 1)輻射逆溫 輻射逆溫是指在晴空無云(或少云)的夜間,當(dāng)風(fēng)速較 小(3)時

12、,地面因強(qiáng)烈的有效輻射而很快冷卻,近地面 冷卻最為強(qiáng)烈,較高的氣層冷卻較慢,因而形成了自 地面開始逐漸向上發(fā)展的逆溫層。 ZZZ T (a) T (b) T (c) Z T (d) Z T (e) 輻射逆溫的生成過程 a下午遞減溫度層結(jié) b日落1小時逆溫開始生成的情況 c黎明時達(dá)到最強(qiáng) d日出后逆溫逐漸消失 e上午10點(diǎn)中左右逆溫層完全消失 輻射逆溫在陸地上常年可見,但以冬季最強(qiáng)。輻射逆溫層 的厚度可達(dá)200300m，有時可達(dá)400m左右。 2)下沉逆溫： 下沉逆溫有稱壓縮逆溫。當(dāng)高壓區(qū)內(nèi)某一層空氣發(fā) 生強(qiáng)度較大的氣團(tuán)下沉運(yùn)動時，?？墒乖瓉砭哂蟹€(wěn)定層 結(jié)的空氣層壓縮成逆溫層結(jié)。 h AB CD

13、 A B C D h 下沉逆溫 3)平流逆溫： 由暖空氣平流到冷地表面上形成的逆溫稱為平流逆溫 4)湍流逆溫： 低層空氣湍流混合形成的逆溫稱為湍流逆溫 AT BZ d 湍流混合 d A B T Z 湍流混合 5）鋒面逆溫 在對流層中的冷空氣團(tuán)與暖空氣團(tuán)相遇時，暖 空氣團(tuán)因其密度小就會爬到冷空氣上面去，形成一 個傾斜的過渡區(qū)，稱為鋒面。在鋒面上，如果冷暖 空氣的溫差較大，即可以出現(xiàn)逆溫。鋒面逆溫僅在 冷空氣一邊。 (三)不同溫度層結(jié)下的煙型 1翻卷型(波浪型) 2錐型 3平展型 4爬升型 5漫煙型 三、大氣水平運(yùn)動和湍流 （一）大氣的水平運(yùn)動 1、作用于大氣上的力： 1）水平氣壓梯度力 2）地球

14、偏向力 3）慣性離心力 4）摩擦力 2、近地層風(fēng)速廓線 平均風(fēng)速隨高度變化的曲線稱為風(fēng)速廓 線，風(fēng)速廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為風(fēng)速廓線模 式。 1）中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線模式： 0 ln z z K u u 2）非中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線模式： m z z uu)( 1 1 （二）大氣的湍流運(yùn)動 大氣的無規(guī)則運(yùn)動稱為大氣湍流。風(fēng)速的脈動 和風(fēng)向的擺動就是湍流的作用 1垂直方向上的溫度分布分布不均引起的熱力湍流 2垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度引起的機(jī)械湍流 5.4 大氣污染控制 一、控制空氣污染的途徑 二、移動源污染物控制 三、固定源微粒污染物的控制 四、硫氧化物和氮氧化物的控制 從以下方面進(jìn)

15、行介紹： 一、控制空氣污染的途徑 1、合理的工業(yè)布局 2、區(qū)域采暖，集中供熱 3、高煙囪排煙 4、改變?nèi)剂蠘?gòu)成 5、進(jìn)行技術(shù)革新，改善燃燒過程 6、改革生產(chǎn)工藝 7、開發(fā)新能源 8、減少機(jī)動車輛的廢氣污染 二、移動源污染物控制 1、內(nèi)燃機(jī)的改造 1）調(diào)節(jié)燃料與空氣的配比 2）延遲點(diǎn)火，可減少氮氧化物含量，降低壓縮比 也能減少氮氧化物和HC的排出量，但此時燃料利用 不經(jīng)濟(jì)。 3）曲柄箱裝上通風(fēng)系統(tǒng)，使排出的氣體返回引擎 中燃燒利用。 4）用小罐活性炭吸附其揮發(fā)的燃料，待再點(diǎn)火 時，由新鮮空氣沖洗并帶入燃燒室中。 2、尾部排氣系統(tǒng)的改進(jìn) 1）采用較濃的燃料與空氣配比，并另設(shè)一熱反應(yīng)器， 使尾氣能保

16、溫足夠時間，以便與新鮮空氣繼續(xù)燃燒。 2）增設(shè)接觸轉(zhuǎn)化器，使HC與CO氧化成水和二氧化碳。 3）使部分尾氣返回燃燒，使燃燒室溫度降低，減少氮 氧化物的排出量，同時由于燃料與空氣的配比不變， 因此HC和CO也不會增多 。 3、改換燃料 改造燃料性能和試制新型燃料 4、研制新式發(fā)動機(jī) 三、固定源微粒污染物的控制 微粒排量絕大部分是來自固定源，其控制方法有： （1）改變污染源的特性，使微粒產(chǎn)量減少。如改用天然 氣代替煤作燃料；以原子能代替火力發(fā)電；以衛(wèi)生填埋代 替垃圾焚燒等 （2）應(yīng)用控制裝置將微粒除凈后再進(jìn)行排放。方法的選 用與考慮容積效率、微粒特性、凈化要求、許可的壓力降 和費(fèi)用等因素。常見的幾

17、種方法如下： 1.沉降室 當(dāng)含塵的氣體進(jìn)入 沉降室后，氣體流 速降低，微粒大于 40的主粒便借重力 沉降。此法常用作 初級除塵。 2.離心或旋風(fēng)分離器 對直徑大于 40um的微粒，收 塵率大于95%； 而對于直徑小于 8um的微粒收塵 率在50%以下。 3.洗滌器 對直徑為2-3um 的微塵，收塵率 可達(dá)96% 4.靜電除塵氣 對直徑小于 1um的微塵， 仍有顯著除塵 效果 5.織物袋濾室 對直徑小 于1um的微塵， 凈化率可達(dá) 100%，同時 可有效地除去 0.01的微粒。 但價格高。 四、硫氧化物和氮氧化物 1.硫氧化物的控制 1）改用含硫低的燃料，特別是在濃霧時期 2）少燒煤或不燒煤而改用其它能源，如原子能 或水力等 3）加高煙囪，加強(qiáng)空氣的稀釋擴(kuò)散作用 4）