大氣環(huán)境控制4

1、APIp空氣污染指數(shù)就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物空氣污染指數(shù)就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)值形式，并分級濃度簡化成為單一的概念性指數(shù)值形式，并分級表征空氣污染程度和空氣質量狀況，適合于表示表征空氣污染程度和空氣質量狀況，適合于表示城市的短期空氣質量狀況和變化趨勢。城市的短期空氣質量狀況和變化趨勢。p空氣污染的污染物有：煙塵、總懸浮顆粒物、可空氣污染的污染物有：煙塵、總懸浮顆粒物、可吸入懸浮顆粒物、二氧化氮、二氧化硫、一氧化吸入懸浮顆粒物、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、揮發(fā)性有機化合物等等。碳、臭氧、揮發(fā)性有機化合物等等。APIpAPI是評估空氣質量狀況的一組

2、數(shù)字，它能告訴您今天或明天您呼吸的空氣是清潔的還是受到污染的，以及您應當注意的健康問題。p空氣污染指數(shù)關注的是吸入受到污染的空氣以后幾小時或幾天內(nèi)人體健康可能受到的影響。p 空氣污染指數(shù)劃分為050、51100、101150、151200、201250、251300和大于300七檔，對應于空氣質量的七個級別，指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。 空氣污染指數(shù)范圍及相應的空氣質量類別 空氣污染指空氣污染指數(shù)數(shù)APIAPI空氣質量空氣質量狀況狀況對健康的影響對健康的影響建議采取的措施建議采取的措施0 05050優(yōu)優(yōu) 可正?；顒涌烧；顒?151100100良良101101

3、150150輕微污染輕微污染 易感人群癥狀有輕易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀現(xiàn)刺激癥狀 心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者應減少體力消耗和戶患者應減少體力消耗和戶外活動外活動151200151200輕度污染輕度污染201201250250中度污染中度污染 心臟病和肺病患者心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動癥狀顯著加劇，運動耐受力降低，健康人耐受力降低，健康人群中普遍出現(xiàn)癥狀群中普遍出現(xiàn)癥狀 老年人和心臟病、肺病老年人和心臟病、肺病患者應在停留在室內(nèi)，并患者應在停留在室內(nèi)，并減少體力活動減少體力活動251300251300中度重污中度重污染染300300

4、重污染重污染 健康人運動耐受力健康人運動耐受力降低，有明顯強烈癥降低，有明顯強烈癥狀，提前出現(xiàn)某些疾狀，提前出現(xiàn)某些疾病病 老年人和病人應當留在老年人和病人應當留在室內(nèi)，避免體力消耗，一室內(nèi)，避免體力消耗，一般人群應避免戶外活動般人群應避免戶外活動Air Pollution Index(API) and Air QualityAPIAir Pollutants Concentration（mg/Nm3）SO2（average a day）NO2（average a day）PM10（average a hour）CO（average a hour）O3（average a hour）500.0

5、500.0800.050 50.1201000.1500.1200.150 100.2002000.8000.2800.350 600.4003001.6000.5650.420 900.8004002.1000.7500.5001201.0005002.6200.9400.6001501.200如何計算如何計算API ？空氣污染指數(shù) 污染物濃度（mg/mN3） API PM10 （日均值） SO2 （日均值） NO2 （日均值） CO （小時均值） O3 （小時均值） 50 0.050 0.050 0.080 5 0.120 100 0.150 0.150 0.120 10 0.200 20

6、0 0.350 0.800 0.280 60 0.400 300 0.420 1.600 0.565 90 0.800 400 0.500 2.100 0.750 120 1.000 500 0.600 2.620 0.940 150 1.200 PM10=0.215mg/m3Concentration of PM10 (mg/m3)API0.10.20.3502001000.4)(SSCCKII)(SSLSLSCCCCIIIIAPI = max I(NO2), I(SO2), I(PM10)CLILCSISHomework In Zhengzhou city, concentration o

7、f the three major air pollutants are shown as the following: SO2: 1.200 mg/m3 ， NO2: 0.160 mg/m3, PM10: 0.250 mg/m3 What is the API of Zhengzhou city, and which type of air quality of this city is?(250),(SO2)大氣環(huán)境大氣環(huán)境萬方科技學院萬方科技學院郭雪白郭雪白環(huán)境科學概論環(huán)境科學概論三、三、 大氣環(huán)境中污染物的擴散大氣環(huán)境中污染物的擴散：平均風速風向頻率污染系數(shù)（1）風）風 為綜合反映某一

8、地區(qū)為綜合反映某一地區(qū)風向頻率風向頻率和和平均風速平均風速對對大氣污染影響的程度，常用大氣污染影響的程度，常用污染系數(shù)污染系數(shù)來表達：來表達： 該風向的平均風速風向頻率污染系數(shù)各風向的總次數(shù)某風向出現(xiàn)次數(shù)風向頻率P%100 方方 位位NNEESESSWWNW 總計總計風向風向頻率頻率/14871214171513100平均平均風速風速/ms-133345666污染污染系數(shù)系數(shù)4.72.72.332.82.82.52.1相對相對污染污染系數(shù)系數(shù)/211210131212119100（2）湍流）湍流p大氣湍流，是指大氣中無規(guī)則的、三維的小尺度運動。大氣湍流，是指大氣中無規(guī)則的、三維的小尺度運動。p

9、大氣湍流表現(xiàn)為大氣湍流表現(xiàn)為和和隨隨位置的位置的不同而呈不同而呈，并由此，并由此引起引起、以及以及等氣象屬性的隨機漲落。等氣象屬性的隨機漲落。p機械湍流，是指由于機械機械湍流，是指由于機械的或動力的作用引起的湍的或動力的作用引起的湍流，其大小決定于流，其大小決定于風速風速分分布和布和地面粗糙度地面粗糙度，當空氣，當空氣流過粗糙的地表時，會隨流過粗糙的地表時，會隨地面的起伏而抬升或下沉，地面的起伏而抬升或下沉，從而產(chǎn)生垂直方向湍流，從而產(chǎn)生垂直方向湍流，風速越大機械湍流強度越風速越大機械湍流強度越大。大。p熱力湍流，是指由于大熱力湍流，是指由于大氣的垂直方向溫度變化氣的垂直方向溫度變化引起的湍流

10、，其強度引起的湍流，其強度決決定于大氣垂直方向的穩(wěn)定于大氣垂直方向的穩(wěn)定程度定程度，垂直方向的溫，垂直方向的溫度變化越大，熱力湍流度變化越大，熱力湍流的強度越大；相反即越的強度越大；相反即越小。小。根據(jù)湍流成因分為兩種湍流風的垂直切變：風隨高度變化的不連續(xù)現(xiàn)象。有風的垂直切變：風隨高度變化的不連續(xù)現(xiàn)象。有時表現(xiàn)在風向上，有時表現(xiàn)在風速上，有時二者時表現(xiàn)在風向上，有時表現(xiàn)在風速上，有時二者皆備。皆備。p湍流能否發(fā)生及其強度大小主要決定于湍流能否發(fā)生及其強度大小主要決定于、和和。p簡言之，它與大氣穩(wěn)定度和風速垂直切變有關。簡言之，它與大氣穩(wěn)定度和風速垂直切變有關。大氣越不穩(wěn)定，越有利于湍流的發(fā)生；

11、風速垂直大氣越不穩(wěn)定，越有利于湍流的發(fā)生；風速垂直切變越大，湍流越易發(fā)生。切變越大，湍流越易發(fā)生。（3）逆溫p 對流層大氣的熱量主要直接來自地面的長波輻射，一般對流層大氣的熱量主要直接來自地面的長波輻射，一般情況下，離地面越遠，氣溫越低，即氣溫隨高度增加而遞情況下，離地面越遠，氣溫越低，即氣溫隨高度增加而遞減，平均垂直遞減率為減，平均垂直遞減率為0.65/100米。但在一定條件下，米。但在一定條件下，對流層的某一高度有時也會出現(xiàn)對流層的某一高度有時也會出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的氣溫隨高度增加而升高的現(xiàn)象，這種氣溫逆轉的現(xiàn)象就是逆溫?，F(xiàn)象，這種氣溫逆轉的現(xiàn)象就是逆溫。p逆溫象一個蓋子一樣阻礙著氣

12、流的垂直運動，所以也叫阻逆溫象一個蓋子一樣阻礙著氣流的垂直運動，所以也叫阻擋層。由于污染空氣積聚在它的下面，所以會造成嚴重的擋層。由于污染空氣積聚在它的下面，所以會造成嚴重的大氣污染。大氣污染事件大多都發(fā)生在大氣污染。大氣污染事件大多都發(fā)生在有逆溫又靜風的條有逆溫又靜風的條件下。件下。氣溫垂直遞減率氣溫垂直遞減率 在對流層內(nèi)，氣溫垂直變化的總趨勢是，隨高度的增加氣溫逐漸降低。氣溫隨高度的變化稱為氣溫垂直遞減率，可用參數(shù)表示。 上式中，負號表示氣溫隨高度而降低。 TZ 干絕熱遞減率干絕熱遞減率 dp干氣團在絕熱垂直運動過程中，升降單位距離(通常取100m)的溫度變化值稱為干空氣溫度的絕熱垂直遞減

13、率，簡稱干絕熱直減率d dTZ 1 /100dpdTgKmdZ c上式可見，在干絕熱過程中，氣團每上升或下降100 m，溫度約降低或升高1K，即 d為固定值，而氣溫直減率為固定值，而氣溫直減率 則隨著則隨著時間和空間變化，這是兩個不同的概念。時間和空間變化，這是兩個不同的概念。 大氣的溫度層結 p氣溫隨垂直高度的分布規(guī)律稱為溫度層結，因此坐標圖上氣溫變化曲線也稱為溫度層結曲線溫度層結曲線。溫度層結反映了沿高度的大氣狀況是否穩(wěn)定，其直接影響空氣的運動，以及污染物質的擴散過程和濃度分布。r 0，遞減層結r = rd，中性層結r =0， 等溫層結 r 0，逆溫層結 溫度層結類型p（1）遞減層結。遞減

14、層結。氣溫沿高度增加而降低，即0，如曲線1所示。遞減層結屬于正常分布，一般出現(xiàn)在晴朗的白天，風力較小的天氣。地面由于吸收太陽輻射溫度升高，使近地空氣也得以加熱，形成氣溫沿高度逐漸遞減。p（2）等溫層結。等溫層結。氣溫沿高度增加不變，即0，如曲線2所示。等溫層結多出現(xiàn)于陰天、多云或大風時，由于太陽的輻射被云層吸收和反射，地面吸熱減少，此外晚上云層又向地面輻射熱量，大風使得空氣上下混合強烈，這些因素導致氣溫在垂直方向上變化不明顯。p（3）逆溫層結。逆溫層結。氣溫沿高度增加而升高，即0，如曲線3所示。逆溫層結簡稱逆溫，其形成有多種機理。當出現(xiàn)逆溫時，大氣在豎直方向的運動基本停滯，處于強穩(wěn)定狀態(tài)。F輻

15、射逆溫輻射逆溫F下沉逆溫下沉逆溫F平流逆溫平流逆溫F鋒面逆溫鋒面逆溫F湍流逆溫湍流逆溫F地形逆溫地形逆溫根據(jù)根據(jù)，可將逆溫分為：，可將逆溫分為：l輻射逆溫輻射逆溫由于地面強烈的輻射冷卻而形成的逆溫。一般發(fā)生在由于地面強烈的輻射冷卻而形成的逆溫。一般發(fā)生在的的，當，當（小于（小于3 3米米/s/s）時，地面的長波輻射損失大量熱量）時，地面的長波輻射損失大量熱量而使溫度迅速下降，貼近地面的空氣由于地熱傳導作用從下面開始冷卻，而使溫度迅速下降，貼近地面的空氣由于地熱傳導作用從下面開始冷卻，氣溫也隨之下降。越接近地面的空氣降溫越大，而遠離地面的空氣受地氣溫也隨之下降。越接近地面的空氣降溫越大，而遠離地

16、面的空氣受地面輻射影響較小，損失熱量也較少，降溫速度較慢，因而形成了面輻射影響較小，損失熱量也較少，降溫速度較慢，因而形成了，稱作，稱作。隨著地面輻射冷卻的加劇，逆溫逐。隨著地面輻射冷卻的加劇，逆溫逐漸向上擴展，漸向上擴展，。一般。一般，逆溫便逐漸自下而上消失。，逆溫便逐漸自下而上消失。輻射逆溫有非常明顯的日變化。輻射逆溫有非常明顯的日變化。 地面白天加熱，大氣自下而上變暖；地面白天加熱，大氣自下而上變暖；地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻圖為輻射逆溫在一晝夜間從生成到消失的過程。 (a)是下午時遞減溫度層結；(b)是日落前1h逆溫開始生成的情況；隨著地面輻射的增強，

17、地面迅速冷卻，逆溫逐漸向上發(fā)展，黎明時達到最強(圖c)；日出后太陽輻射逐漸增強，地面逐漸增溫，空氣也隨之自下而上增溫，逆溫便自下而上的逐漸消失(圖d)；大約在上午10點鐘左右逆溫層完全消失(圖e)。 輻射逆溫的生消過程輻射逆溫的生消過程l下沉逆溫下沉逆溫p由于穩(wěn)定氣層整層空氣下由于穩(wěn)定氣層整層空氣下沉壓縮增溫而形成的逆溫沉壓縮增溫而形成的逆溫稱為下沉逆溫，稱為下沉逆溫，下沉逆溫下沉逆溫又稱為又稱為壓縮逆溫壓縮逆溫。p上層空氣下沉落入高壓氣上層空氣下沉落入高壓氣團內(nèi)因受壓而變熱，使氣團內(nèi)因受壓而變熱，使氣溫高于底層的空氣而出現(xiàn)溫高于底層的空氣而出現(xiàn)隨高度的增加氣溫也增加隨高度的增加氣溫也增加的現(xiàn)

18、象。的現(xiàn)象。p下沉逆溫的形成受氣壓影下沉逆溫的形成受氣壓影響較大而與晝夜沒有關系，響較大而與晝夜沒有關系，因此沒有明顯的日變化。因此沒有明顯的日變化。p下沉氣流下沉氣流，所以下沉逆溫，所以下沉逆溫，而是，而是中（離中（離地面地面1km以上高空），對以上高空），對某高度有一層空氣某高度有一層空氣ABCD，其厚度為，其厚度為h。當它下沉時，由于。當它下沉時，由于，以及，以及使該氣層使該氣層變成變成A B C D ，厚度減少為，厚度減少為h （h h）。）。由于頂部由于頂部CD下下沉到沉到C D 的距離比底部的距離比底部AB下沉到下沉到A B 的距離大，使氣層頂?shù)木嚯x大，使氣層頂部的絕熱增溫比底部增

19、溫高。部的絕熱增溫比底部增溫高。如果氣層下沉的距離很大，就如果氣層下沉的距離很大，就可能出現(xiàn)可能出現(xiàn)頂部氣溫比底部氣溫高頂部氣溫比底部氣溫高，從而形成，從而形成逆溫層逆溫層。l平流逆溫平流逆溫p冬季，中緯度沿海地區(qū)海面上溫度高，陸地上溫冬季，中緯度沿海地區(qū)海面上溫度高，陸地上溫度低，當海上的暖空氣流到大陸上時，常常形成度低，當海上的暖空氣流到大陸上時，常常形成平流逆溫。平流逆溫。p同樣暖空氣平流到低地、山谷、盆地內(nèi)積聚的冷同樣暖空氣平流到低地、山谷、盆地內(nèi)積聚的冷空氣上方時，也可以形成平流逆溫?？諝馍戏綍r，也可以形成平流逆溫。l鋒面逆溫鋒面逆溫當對流層中當對流層中(4).大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度是

20、是指在垂直方向上大氣穩(wěn)定的程度。污染物在大氣中的擴散與大氣穩(wěn)定度有密切的關系。大氣的穩(wěn)定程度直接影響湍流活動的強弱，影響空氣污染物的擴散。p大氣的穩(wěn)定度含義可以理解為，如果一空氣塊受到外部作用，獲得了向上或向下的初始運動速度后，可能發(fā)生三種情況：(1) 氣塊加速上升或下降，稱這種大氣是不穩(wěn)定的；(2) 氣塊逐漸減速并有返回原來高度的趨勢，稱這種大氣是穩(wěn)定的；(3)氣塊做等速直線運動，稱這種大氣是中性的。 (1)avav (2) (3)a=0v垂直方向上的大氣類似處于不同平衡狀態(tài)的小球n 判定近地面層穩(wěn)定度的判定近地面層穩(wěn)定度的條件條件：用氣溫的垂直遞減率r與干絕熱遞減率rd可以比較方便地判斷氣

21、層的穩(wěn)定度。n 當大氣層處于不穩(wěn)定層結時，會促使湍流運動的發(fā)展，使大氣擴散稀釋能力加強；反之則對湍流起抑制作用，減弱大氣的擴散能力。穩(wěn)定 r0穩(wěn)定rrd不同不同大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度/溫度層結溫度層結下的煙型下的煙型2.影響大氣污染的地理因素1）地形和地物的影響p氣流與地形地物發(fā)生摩擦，使風向風速及污染物的擴散稀釋發(fā)生變化；p山脈對風輸送污染物的屏障、阻滯作用；p封閉的山谷盆地，靜風、小風頻率大，不利于污染物擴散；p城市高層建筑使平均風速減小，在建筑物背風區(qū)風速下降，局部地區(qū)產(chǎn)生渦流，不利于污染物擴散。2）山谷風3）海陸風4）城市熱島環(huán)流2)、山谷風山谷風與污染物擴散p山谷風會形成的局部區(qū)域的封

22、閉性環(huán)流，不利于大氣污染物的擴散。p當夜間出現(xiàn)山風時，由于冷空氣下沉谷底，而高空容易滯留由山谷中部上升的暖空氣，因此時常出現(xiàn)使污染物難以擴散稀釋的逆溫層。若山谷有大氣污染物卷入山谷風形成的環(huán)流中，則會長時間滯留在山谷中難以擴散。p在山風與谷風的轉換期，風向不穩(wěn)定，由于風向擺動，污染物不易擴散。p如果在山谷內(nèi)或上風峽谷口建有排放大氣污染物的工廠，則峽谷風不利于污染物的擴散，并且污染物隨峽谷風流動，從而造成峽谷下游地區(qū)的污染。p 當煙流越過橫擋于煙流途徑的山坡時，在其迎風面上會發(fā)生下沉現(xiàn)象，使附近區(qū)域污染物濃度增高而形成污染，如背靠山地的城市和鄉(xiāng)村。煙流越過山坡后，又會在背風面產(chǎn)生旋轉渦流，使得高

23、空煙流污染物在漩渦作用下重新回到地面，可能使背風面地區(qū)遭到較嚴重點污染。3)、海陸風海陸風與污染物擴散p海陸風會形成的局部區(qū)域的環(huán)流，抑制了大氣污染物向遠處的擴散。p白天，海岸附近的污染物從高空向海洋擴散出去，可能會隨著海風的環(huán)流回到內(nèi)地，這樣去而復返的循環(huán)使該地區(qū)的污染物遲遲不能擴散，造成空氣污染加重。p在日出和日落后，當海風與陸風交替時大氣處于相對穩(wěn)定甚至逆溫狀態(tài)，不利于污染物的擴散。p大陸盛行的季風與海陸風交匯，兩者相遇處的污染物濃度也較高，如我國東南沿海夏季風夜間與陸風相遇。p有時，大陸上氣溫較高的風與氣溫較低的海風相遇時，會形成鋒面逆溫。4)、城市熱島環(huán)流p 城市邊界層及熱島環(huán)島示意

24、圖熱島環(huán)流與污染物擴散p城市熱島效應的形成與盛行風和城鄉(xiāng)間的溫差有關。夜晚城鄉(xiāng)溫差比白天大，熱島效應在無風時最為明顯，從鄉(xiāng)村吹來的風速可達2m/s。p雖然熱島效應加強了大氣的湍流，有助于污染物在排放源附近的擴散。但是這種熱力效應構成的局部大氣環(huán)流，一方面使得城市排放的大氣污染物會隨著鄉(xiāng)村風流返回城市；另一方面，城市周圍工業(yè)區(qū)的大氣污染物也會被環(huán)流卷吸而涌向市區(qū)，這樣，市區(qū)的污染物濃度反而高于工業(yè)區(qū)，并久久不宜散去。城市局部渦流p地面上的建筑物除了阻礙了氣流運動而使風速減小，有時還會引起局部環(huán)流，這些都不利于煙流的擴散。p當煙流掠過高大建筑物時，建筑物的背面會出現(xiàn)氣流下沉現(xiàn)象，并在接近地面處形成

25、返回氣流，從而產(chǎn)生渦流。結果，建筑物背風側的煙流很容易卷入渦流之中，使靠近建筑物背風側的污染物濃度增大，明顯高于迎風側，如圖所示。坐標系 右手坐標系（食指x軸；中指y軸；拇指z軸），原點：為無界點源或地面源的排放點，或者高架源排放點在地面上的投影點；x為主風向；y為橫風向；z為垂直向n高斯模式的四點假設 pa污染物濃度在y、z風向上分布為正態(tài)分布pb全部高度風速均勻穩(wěn)定pc源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的pd擴散中污染物是守恒的（不考慮轉化） 3、大氣污染物擴散模式、大氣污染物擴散模式1)無界空間連續(xù)點源擴散模式2222( , , )exp ()222yzyzqyzc x y zu 平均風速，m/s； q

26、源強， g/s；y側向擴散參數(shù)，污染物在y方向分布的標準偏差，m；z豎向擴散參數(shù)，污染物在z方向分布的標準偏差，m；高架源須考慮到地面對擴散的影響。高架源須考慮到地面對擴散的影響。根據(jù)假設可認為地面就象鏡子一根據(jù)假設可認為地面就象鏡子一樣對污染物起全反射作用，按全反樣對污染物起全反射作用，按全反射原理，可用射原理，可用 “像源法像源法”處理處理把把P點污染物濃度看成為兩部分點污染物濃度看成為兩部分（實源和像源）作用之和。（實源和像源）作用之和。建立三個坐標系：建立三個坐標系：1、以實源在地面的投影點為原點；、以實源在地面的投影點為原點；P點坐點坐標為（標為（x，y，z）；）； 2、以實源為原點

27、；、以實源為原點；3、以像源為原點。、以像源為原點。2)以高架連續(xù)點源大氣污染數(shù)學模式為例討論。以高架連續(xù)點源大氣污染數(shù)學模式為例討論。p（1）實源貢獻：P點在以實源為原點的坐標系中的垂直坐標為（z-H）。不考慮地面的影響，實源在P點形成的污染物濃度2222()( , , ,)exp ()222yyyzqyzHc x y z Hu n實實源源的的貢貢獻獻2222()( , , ,)exp ()222yyyzqyzHc x y z Hu n實實源源的的貢貢獻獻（2）像源貢獻：）像源貢獻：P點在以像源為原點的坐標系中的點在以像源為原點的坐標系中的垂直坐標為（垂直坐標為（z+H），像源在），像源在P

28、點形成的污染物濃點形成的污染物濃度為：度為：2222()( , , ,)exp ()222yzyzqyzHc x y z Hu n像像源源的的貢貢獻獻2222()( , , ,)exp ()222yzyzqyzHc x y z Hu n像像源源的的貢貢獻獻2)(exp2)()exp2exp(2)(222222zzyzyHzHzyuQHzyxc、式中式中:c污染物濃度，污染物濃度，g / m3 ；Q源強，源強， g / s ； y 用濃度標準偏差表示的用濃度標準偏差表示的y 軸上的擴散系數(shù)；軸上的擴散系數(shù)； z 用濃度標準偏差表示的用濃度標準偏差表示的z 軸上的擴散系數(shù)；軸上的擴散系數(shù)；H 煙流

29、中心距地面高度，也稱煙囪有效高度，煙流中心距地面高度，也稱煙囪有效高度，m；數(shù)值為煙囪高度數(shù)值為煙囪高度h 與煙羽抬升高度與煙羽抬升高度 H之和之和. H = h + Hu煙囪高度的平均風速，煙囪高度的平均風速，m / s； 因此，對于一個高架連續(xù)點源下風向某一點污染物濃度因此，對于一個高架連續(xù)點源下風向某一點污染物濃度可用下式表示：可用下式表示：高架連續(xù)點源地面濃度高架連續(xù)點源地面濃度:即即: z = 0時：時：)2)exp(2exp()0(2222zyzyHyuQHyxc、高架連續(xù)點源地面軸線濃度高架連續(xù)點源地面軸線濃度即即: y = 0 、z = 0時：時：)2exp()00(22zzy

30、HuQHxc、高架連續(xù)點源的地面最大濃度：高架連續(xù)點源的地面最大濃度：當當 y = 0 、z = 0 ，并設，并設 y / z = a = 常數(shù)常數(shù)， 對對 z 求導并令其等于零求導并令其等于零, 即：即：0)2exp(222zzzHauQdd可得：可得：yzHuaQc2max2地面連續(xù)點源擴散模式：地面連續(xù)點源擴散模式：當當H = 0 時：時：)2)exp(2exp()0(2222zyzyzyuQzyxc、地面連續(xù)點源軸線的濃度地面連續(xù)點源軸線的濃度:當當 y = 0、 z = 0、 H = 0 時：時：zyuQxc、)000(有效源高計算有效源高計算 煙羽抬升高度的計算十分復雜煙羽抬升高度

31、的計算十分復雜,通常用經(jīng)驗關通常用經(jīng)驗關系式來計算，例如系式來計算，例如Holland 公式：公式：)1079.95 .1 (1)1068.25 .1 (65hssassQdvudTTTpudvH式中：式中：vs 實際狀態(tài)下的煙流出口速度，實際狀態(tài)下的煙流出口速度，m/s；d 煙囪出口直徑煙囪出口直徑, m；Ts、Ta 分別為煙氣出口溫度和環(huán)境大氣溫度，分別為煙氣出口溫度和環(huán)境大氣溫度，K；p大氣壓，大氣壓，pa ；Qh 煙氣熱釋放率煙氣熱釋放率 J/s ，即單位時間排出煙氣的熱量；，即單位時間排出煙氣的熱量；u煙囪高度的平均風速，煙囪高度的平均風速，m / s； Holland建議，大氣不穩(wěn)

32、定時，用上式計算的建議，大氣不穩(wěn)定時，用上式計算的 H應增應增加加10 20、而穩(wěn)定時減少、而穩(wěn)定時減少10 20；PG擴散曲線法確定擴散曲線法確定 y 和和 z 表表24（p.28）將大氣擴散稀釋能力分為）將大氣擴散稀釋能力分為A、B、C、D、E、F六個等級。六個等級。 PG曲線給出了擴散系數(shù)曲線給出了擴散系數(shù) y 和和 z 與下風向距離與下風向距離(x) 的函數(shù)關系。的函數(shù)關系。 根據(jù)常規(guī)氣象按表根據(jù)常規(guī)氣象按表24確定穩(wěn)定級別，然后在確定穩(wěn)定級別，然后在PG曲線圖上查了不同距離上的曲線圖上查了不同距離上的 y 和和 z 值。值。4. 高架連續(xù)排放點源下風濃度計算實例高架連續(xù)排放點源下風濃

33、度計算實例例：某火力發(fā)電廠的煙囪高20m，頂部直徑4 m，SO2 發(fā)生率為270g/s，煙囪出口處風速為3m/s，煙氣溫度598K，地面風速2.1 m/s，風向為西南。如果煙囪頂部的氣溫為283K，地面氣壓為100103 pa，煙囪高度處的風速為4m/s ，問在清晨日出時，距離煙囪600 m處，SO2 的濃度是多少？解：根據(jù)給定的條件，查表得當時大氣穩(wěn)定度為E 級, 由圖查得下風向600m處的 y 為34 m，z為14 m ，由Holland 公式計算出煙羽升高度：)(214589283589101001068.25 .1443)1068.25 .1 (355mdTTTpudvHsass 由于

34、穩(wěn)定度為E級，可將計算出的煙羽升高度值減少15，即：H 2185 18 (m) 距煙囪下風向600m處SO2 濃度（即高架連續(xù)點源地面軸線濃度，y = 0 、z = 0)：)/(0022.01421820exp14341.214.3270)2exp()00(32222mgHuQHxczzy、四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p除塵裝置概述除塵裝置概述 除塵裝置除塵裝置： 從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設備。從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設備。 除塵裝置類型除塵裝置類型： 1. 1. 機械式除塵器機械式除塵器 重力沉降室；慣性除塵器；旋風除塵器重力沉降室；慣性除塵器；旋風

35、除塵器 2. 2. 濕式除塵器濕式除塵器 3. 3. 過濾式除塵器過濾式除塵器 4. 4. 電除塵器電除塵器 四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p干式機械除塵器干式機械除塵器p一) 重力沉降室重力沉降室 利用粉塵與氣體的密度不同利用粉塵與氣體的密度不同, 依靠自身的重力從氣依靠自身的重力從氣 流中自然流中自然沉降下來，達到凈化目的的裝置沉降下來，達到凈化目的的裝置. 類類 型型 a. 水平氣流沉降室；水平氣流沉降室； b. 垂直氣流沉降室。垂直氣流沉降室。優(yōu)優(yōu) 點點 簡單，價低，便于維護，壓力損失小，可處理高溫氣體簡單，價低，便于維護，壓力損失小，可處理高溫氣體. 缺缺 點點

36、沉降小顆粒的效率低，一般只能除去沉降小顆粒的效率低，一般只能除去50m以上的大顆粒以上的大顆粒 .重力沉降室重力沉降室圖圖 水平氣流簡易重力沉降室水平氣流簡易重力沉降室四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p干式機械除塵器干式機械除塵器p二) 慣性除塵器慣性除塵器 利用粉塵與氣體在運動中的慣性力不同，使粉塵從氣流中利用粉塵與氣體在運動中的慣性力不同，使粉塵從氣流中分離出來的方法分離出來的方法 。類類 型型 a.沖擊式結構沖擊式結構 ； b.反轉式結構反轉式結構 。慣性除塵器的特點慣性除塵器的特點 a. 能分離能分離10-30m左右的塵粒，除塵效率為左右的塵粒，除塵效率為70; b.

37、 適合安裝在煙道上使用適合安裝在煙道上使用 ; c. 可設計成不同的結構形式，作為前一級除塵器與其他除可設計成不同的結構形式，作為前一級除塵器與其他除塵方法組成多級除塵系統(tǒng)。塵方法組成多級除塵系統(tǒng)。圖圖 慣性除塵器的分離機理示意圖慣性除塵器的分離機理示意圖慣性除塵器使含塵慣性除塵器使含塵氣流與擋板相撞，氣流與擋板相撞，或使氣流急劇地或使氣流急劇地改變方向，借助其改變方向，借助其中粉塵的慣性使粒中粉塵的慣性使粒子分離并捕集的除子分離并捕集的除塵裝置。塵裝置。四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p干式機械除塵器干式機械除塵器p三) 旋風除塵器旋風除塵器 利用離心力作用將塵粒從利用離心

38、力作用將塵粒從氣流中分離并捕集下來的裝置。氣流中分離并捕集下來的裝置。旋風除塵器的特點旋風除塵器的特點 a. a.結構簡單，造價低；結構簡單，造價低； b. b.無傳動機構及運動部件維護、修理方便；無傳動機構及運動部件維護、修理方便； c. c.可用于高溫含塵煙氣的凈化可用于高溫含塵煙氣的凈化; ; d. d.可干法清灰，可用它回收有價值的粉塵；可干法清灰，可用它回收有價值的粉塵； e. e.可用以凈化含高腐蝕性粉塵的煙氣。可用以凈化含高腐蝕性粉塵的煙氣。四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p濕式除塵器濕式除塵器 用水或其他液體與含塵廢氣相互接觸，實現(xiàn)分離用水或其他液體與含塵廢氣

39、相互接觸，實現(xiàn)分離捕集粉塵粒子和吸收有害氣體的裝置捕集粉塵粒子和吸收有害氣體的裝置.優(yōu)優(yōu) 點點 除塵效率比干式除塵器的高；除塵效率比干式除塵器的高； 可處理高溫、高比阻、可處理高溫、高比阻、易燃易爆含塵氣體；易燃易爆含塵氣體； 具有除塵、冷卻和凈化的作用。具有除塵、冷卻和凈化的作用。 缺缺 點點 有廢水處理問題；有廢水處理問題； 洗滌水有一定的腐蝕性，金屬設洗滌水有一定的腐蝕性，金屬設備易被腐蝕；備易被腐蝕； 在寒冷地區(qū)使用濕式除塵器容易凍結；在寒冷地區(qū)使用濕式除塵器容易凍結； 能耗比較大。能耗比較大。圖圖 填料洗滌除塵器的類型填料洗滌除塵器的類型a.錯流型；錯流型； b.順流型；順流型； c

40、.逆流型逆流型圖圖 文丘里洗滌除塵器裝置系統(tǒng)文丘里洗滌除塵器裝置系統(tǒng)四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p過濾式除塵器過濾式除塵器p一) 過濾式除塵器過濾式除塵器 利用多孔過濾介質分離捕集氣體中固體或液體粒子的凈化裝置。利用多孔過濾介質分離捕集氣體中固體或液體粒子的凈化裝置。類類 型型 內(nèi)部過濾內(nèi)部過濾: 粉塵粒子是在濾層內(nèi)部而被捕集粉塵粒子是在濾層內(nèi)部而被捕集. 外部過濾外部過濾: 粉塵粒子是被阻擋在濾料的表面上粉塵粒子是被阻擋在濾料的表面上.圖圖 過濾除塵器的過濾方式過濾除塵器的過濾方式四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p過濾式除塵器過濾式除塵器p二) 袋式除

41、塵器袋式除塵器 含塵氣體通過濾袋濾去其中粉塵粒子的分離捕集裝置。含塵氣體通過濾袋濾去其中粉塵粒子的分離捕集裝置。優(yōu)優(yōu) 點點 對凈化含微米或亞微米粉塵粒子的效率較高；對凈化含微米或亞微米粉塵粒子的效率較高； 可捕集多種干性粉塵，特別是高比電阻粉塵；可捕集多種干性粉塵，特別是高比電阻粉塵； 含塵氣體濃度在相當大的范圍內(nèi)變化；含塵氣體濃度在相當大的范圍內(nèi)變化； 可設計制造出適應不同氣量的含塵氣體的要求；可設計制造出適應不同氣量的含塵氣體的要求； 穩(wěn)定可靠，無污泥處理和腐蝕等問題。穩(wěn)定可靠，無污泥處理和腐蝕等問題。缺缺 點點 受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能所影響；受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能所影響； 不適于

42、凈化含粘結和吸濕性強的含塵氣體不適于凈化含粘結和吸濕性強的含塵氣體 ； 凈化大含塵煙氣量所需投資比電除塵器高。凈化大含塵煙氣量所需投資比電除塵器高。圖圖 濾布的濾塵過程濾布的濾塵過程工作步驟：工作步驟： 1.過濾過濾 2.清灰清灰布袋除塵器原理示意圖布袋除塵器原理示意圖布袋除塵器外觀實例布袋除塵器外觀實例四四. .顆粒污染物及除塵工藝顆粒污染物及除塵工藝p電除塵器電除塵器 當含塵氣體通過強電場時被電離而荷電，荷電的塵粒在電場力作用下到達集塵當含塵氣體通過強電場時被電離而荷電，荷電的塵粒在電場力作用下到達集塵極，從而使塵粒從含塵氣體中分離出來一種除塵裝置。極，從而使塵粒從含塵氣體中分離出來一種除

43、塵裝置。電除塵器的機理電除塵器的機理 含塵氣體通過兩極間非均勻電場時，在放電極周圍強電場作用下，氣體被電離，含塵氣體通過兩極間非均勻電場時，在放電極周圍強電場作用下，氣體被電離，使帶電塵粒在電場作用下推向集塵極，從而達到除塵目的。使帶電塵粒在電場作用下推向集塵極，從而達到除塵目的。電除塵器的類型電除塵器的類型1. 1. 按集塵電極的型式按集塵電極的型式 管式電除塵器；板式電除塵器。管式電除塵器；板式電除塵器。2. 2. 按含塵氣流在電除塵器中流動方式按含塵氣流在電除塵器中流動方式 立式電除塵器；臥式電除塵器立式電除塵器；臥式電除塵器 3. 3. 按收塵極上清灰方式的不同按收塵極上清灰方式的不同

44、 干式電除塵器；濕式電除塵器干式電除塵器；濕式電除塵器圖圖 管式電除塵器的示意圖管式電除塵器的示意圖圖圖 平板型集塵極的不均勻電場示意圖平板型集塵極的不均勻電場示意圖+(+)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)離子化區(qū)離子化區(qū)(A)集集塵塵極極(+)荷電層荷電層荷電層荷電層荷電層荷電層(-)(-)放電極放電極(-)(B)(A)集集塵塵極極(+)高壓直流電源高壓直流電源含塵含塵氣體氣體圖圖 噴水型濕式電除塵器示意圖噴水型濕式電除塵器示意圖靜電除塵器外形靜電除塵器外形五、氣態(tài)污染物控制技術五、氣態(tài)污染物控制技術吸收設備p噴淋塔

45、吸收設備污染氣體污染氣體入口入口清潔氣體清潔氣體出口出口循環(huán)泵循環(huán)泵攪拌器攪拌器氧化氧化空氣空氣入口入口去濕器去濕器水洗噴管水洗噴管漿液噴嘴漿液噴嘴多孔板多孔板污染氣體污染氣體入口入口清潔氣體清潔氣體出口出口循環(huán)泵循環(huán)泵攪拌器攪拌器氧化氧化空氣空氣入口入口去濕器去濕器水洗噴管水洗噴管漿液噴嘴漿液噴嘴多孔板多孔板吸收設備p填料塔填料塔填料塔(2)氣體吸附p吸附n用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于固體表面n吸附質被吸附物質n吸附劑附著吸附質的物質p優(yōu)點：效率高、可回收、設備簡單p缺點：吸附容量小、設備體積大p常用吸附劑：木炭、活性炭、沸石、硅膠、活性氧化鋁物理吸附和化學吸附物理吸

46、附化學吸附1.吸附力范德華力；2.不發(fā)生化學反應；3.過程快，瞬間達到平衡；4.放熱反應；5.吸附可逆；1.吸附力化學鍵力；2.發(fā)生化學反應；3.過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化學吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時，發(fā)生化學吸附吸附劑p吸附劑需具備的特性n內(nèi)表面積大n具有選擇性吸附作用n高機械強度、化學和熱穩(wěn)定性n吸附容量大n來源廣泛，造價低廉n良好的再生性能置換 & 再生p吸附飽和 置換置換p無法再生時置換吸附劑無法再生時置換吸附劑再生再生p通過物理或化學的方法使污染物從吸附劑上脫附通過物理或化學的方法使污

47、染物從吸附劑上脫附 實現(xiàn)吸附劑再生、污染物去除或資源化利用實現(xiàn)吸附劑再生、污染物去除或資源化利用吸附工藝p固定床 含污染物的氣含污染物的氣體體 吸附工藝p移動床吸附工藝p流化床活性炭吸附塔活性炭吸附塔活性炭吸附塔活性炭吸附塔氣體催化凈化p含塵氣體通過催化床層發(fā)生催化反應，使污染物轉化為無害或易于處理的物質p應用n工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2催化凈化工藝六、硫氧化物的污染控制六、硫氧化物的污染控制六、硫氧化物的污染控制p燃燒前燃料脫硫：燃燒前燃料脫硫：煤炭的固態(tài)加工煤炭的固態(tài)加工: :選煤工藝、型煤固硫選煤工藝、型煤固硫煤炭的轉化煤炭的轉化: :氣化、液化即對煤進行脫碳和加氫改氣化、液化即對煤進行脫

48、碳和加氫改變其原有的碳氫比，把煤轉化為清潔的二次燃料變其原有的碳氫比，把煤轉化為清潔的二次燃料p燃燒脫硫燃燒脫硫p煙氣脫硫煙氣脫硫1.燃料脫硫燃料脫硫（1）原煤脫硫）原煤脫硫煤的洗選。煤的洗選。 物理法物理法：煤、灰、黃鐵礦的密度、磁性、電性等不同，除去部分灰分：煤、灰、黃鐵礦的密度、磁性、電性等不同，除去部分灰分和無機硫。效率低。和無機硫。效率低。 FeS2（5）與煤（）與煤（1.25）的差別進行水洗。）的差別進行水洗。 化學法化學法：堿溶液浸泡煤：堿溶液浸泡煤微波照射微波照射打斷硫化合物化學鍵打斷硫化合物化學鍵生成生成H2S，與堿反應除去?？扇コc堿反應除去?？扇コ?0的無機硫和的無機硫和

49、70的有機硫。的有機硫。煤的氣化。水蒸氣、空氣作氣化劑將煤熱分解煤的氣化。水蒸氣、空氣作氣化劑將煤熱分解H2、CO、CH4、H2S與與Na2CO3等溶液反應脫除。等溶液反應脫除。 煤的液化。制取過程有機硫在加氫時轉變?yōu)槊旱囊夯?。制取過程有機硫在加氫時轉變?yōu)镠2S。 水煤漿。制備過程中進行煤的浮選凈化處理。水煤漿。制備過程中進行煤的浮選凈化處理。（2）燃料油脫硫）燃料油脫硫 常壓蒸餾得到重油，減壓蒸餾得到渣油，殘留常壓蒸餾得到重油，減壓蒸餾得到渣油，殘留(8090)硫。硫。 加氫反應：加氫反應：高壓加氫脫硫高壓加氫脫硫，切斷，切斷C-S-C化學鍵，以氫置換碳，化學鍵，以氫置換碳，生成生成H2S，再吸收分離。，再吸收分離。2. 燃燒脫硫燃燒脫硫石灰石（石灰石（CaCO3）脫硫劑，它們在燃燒過程中：）脫硫劑，它們在燃燒過程中： 受熱分解：受熱分解： CaCO3 CaO + CO2 再再 CaOSO2 1/2O2 CaSO4 主要有：主要有： 型煤固硫、流化床燃燒脫硫等技術。型煤固硫、流化床燃燒脫硫等技術。石