環(huán)境工程概論

第五章

大氣污染與控制第一節(jié)大氣的組成與結(jié)構(gòu)

一、大氣的組成

大氣是由多種氣體及懸浮物微粒混合而成，其組成可分為三個(gè)部分：干燥清潔的空氣各種雜質(zhì)干潔空氣的主要成分是氮?dú)?、氧氣和氬氣等，它們分別占總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù)為78.09％、20.95％、0.93％，三者共占干潔空氣總?cè)莘e的99.96％以上；其它成分所占容積不到0.04％，次要成分為：二氧化碳、氖、氦、氪、氙、氫氣和臭氧等。

干潔空氣的平均分子量為28.966，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為1.293Kg/m3。在從地面到90公里的高空，除了二氧化碳和水蒸氣及臭氧外，干潔空氣的組成基本上保持不變，因?yàn)椋河捎诖髿獾拇怪边\(yùn)動、水平運(yùn)動、湍流及分子擴(kuò)散，使不同高度、不同地區(qū)的大氣得以交換和混合。分子態(tài)氮和惰性氣體的理化性質(zhì)不活潑。固氮作用所消耗的氮基本上被反硝化作用形成的氮所補(bǔ)充；而燃燒、巖石土壤風(fēng)化、氧化、呼吸和有機(jī)物分解所消耗的氧可以由植物光合作用產(chǎn)生的氧得到補(bǔ)充。自然大氣的懸浮微粒（固體及液體）主要是指自然因素造成的，巖石和土壤風(fēng)化、火山爆發(fā)、海水濺末等，多集中于大氣底層，這些懸浮微粒，含量或是化學(xué)組成都是變化的。

大氣中的水蒸汽和二氧化碳的含量隨著時(shí)間、地點(diǎn)、氣象條件的不同而有較大的變化，在極地地區(qū)和沙漠地區(qū)其容積可達(dá)4％，大氣中的水汽的含量雖然不多，但對天氣變化起著重要作用。當(dāng)某種物質(zhì)的含量遠(yuǎn)大于正常含量時(shí)，或某種物質(zhì)完全不存在，一旦存在都構(gòu)成了污染。由于大氣中的水能以零值到飽和的各種濃度存在，所以一般不把水看作污染物。

二、大氣的結(jié)構(gòu)大氣是自然環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存的必不可少的物質(zhì)條件。在自然地理學(xué)上把在地球引力作用下而隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層稱為大氣圈，其厚度約為地球表面到1200－1400千米的范圍。

大氣圈的總質(zhì)量約為6000萬億噸，約為地球質(zhì)量的百萬分之一。由于地球引力的作用，大氣的主要質(zhì)量集中在下部，50％的質(zhì)量集中在離地面以下五千米的范圍內(nèi)，75％集中在10千米以下，90％集中在離地面30千米以下的范圍內(nèi)，高度在100千米以上的空氣質(zhì)量僅占整個(gè)大氣圈質(zhì)量的百萬分之一。對流層平流層根據(jù)大氣氣溫的垂直分布、化學(xué)組成和運(yùn)動規(guī)律，大氣圈可相對劃分為五個(gè)氣層：對流層、平流層、中間層、暖層和逸散層。1.對流層：為最接近地面的一層，其厚度隨緯度和季節(jié)變化，其平均厚度為12千米，赤道地區(qū)為17－18千米，兩極地區(qū)為8－9千米，夏季較厚，冬季較薄。大氣質(zhì)量的75％以上是集中在該層，有如下特點(diǎn)：氣溫隨高度的增加而下降

距海平面的高度每增加100米，氣溫下降0.65攝氏度，這種氣溫層結(jié)為遞減層結(jié)，不同地區(qū)、季節(jié)和不同高度，降低的數(shù)值不同?？諝鈱α飨聦涌諝怏w積膨脹，密度降低，暖氣上升；上層冷空氣下降，冷熱空氣發(fā)生垂直對流；又由于地面有海陸之分，晝夜之分，及緯度高度之分，因而不同地區(qū)，溫度有所差別，形成水平方向的對流。對大氣污染物的擴(kuò)散和傳播起著重要作用。大氣密度大

大氣總質(zhì)量的75％集中于此層。溫度、濕度等各要素水平分布不均勻

大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物及人類活動產(chǎn)生的有毒物質(zhì)進(jìn)入空氣層，該層除氣流作垂直和水平運(yùn)動外，化學(xué)過程十分活躍，并伴隨氣團(tuán)變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露云等一系列的氣象現(xiàn)象。該層對人類的影響較大，大氣污染主要發(fā)生在這一層。

在對流層中，因受地表的影響又可分為兩層：1－2公里以下，受地表機(jī)械力和熱力強(qiáng)烈作用的影響，為摩擦層或邊界層，大氣污染絕大部分集中于此，1－2公里以上為自由大氣層，主要的天氣過程發(fā)生于此。2.平流層：從對流層頂?shù)?5千米左右的范圍，大氣密度低，下層為同溫層，30－35千米以上溫度升高，原因：15－35千米處有厚20公分的臭氧層。氣溫隨高度增加而升高，每升高1千米，氣溫平均上升1－2攝氏度。特點(diǎn)：大氣穩(wěn)定平流層垂直對流運(yùn)動很小原因是氣溫上熱下冷，以平流運(yùn)動為主，污染物進(jìn)入此層后，形成一薄層氣流，很快隨地球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動分布到全球。大氣透明度高，沒有云霧雨等現(xiàn)象3.中間層：平流層頂?shù)骄嗟孛?0－85千米的區(qū)域。該層沒有臭氧吸收太陽紫外線，氣溫隨高度增加迅速下降，頂界溫度可降至零下83到零下113攝氏度，出現(xiàn)強(qiáng)烈的空氣垂直運(yùn)動。中間層頂在太陽紫外線的作用下使空氣電離，該層幾乎沒有水蒸氣和塵埃，大氣透明度好。

4.暖層：從中間層頂?shù)?00千米的高度，（熱成層）。密度低，氣體在宇宙線和太陽的作用下呈電離狀態(tài)，又稱為電離層。特點(diǎn)：氣溫隨高度增加而上升，1200攝氏度?？諝庀”?，聲波不能傳播。空氣處于高度電離狀態(tài)，具有導(dǎo)電性，能反射無線電波，對遠(yuǎn)程通訊極為重要。5.逸散層：

大氣的外層，高度為800千米以上?？諝鈽O為稀薄，幾乎全部電離，氣體粒子的運(yùn)動速度可達(dá)每秒12千米。能克服地球引力逸散至星際空間。該層氣溫隨高度升高略有增加。均質(zhì)層：大氣運(yùn)動以湍流擴(kuò)散為主，80－85千米以下，氮氧比例不變。非均質(zhì)層：85千米以上，分子擴(kuò)散為主，氣體組成隨高度變化而變化。第二節(jié)大氣污染

一、大氣污染的概念：是指人類活動或自然過程使某些物質(zhì)介入大氣層，呈現(xiàn)一定的濃度，達(dá)到一定的時(shí)間，并因此破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展條件，對人和生物造成危害的現(xiàn)象。原因：人為和自然因素。自然因素：火山活動、森林火災(zāi)、巖石和土壤風(fēng)化，大氣圈的空氣運(yùn)動等。人為因素：生產(chǎn)活動和生活活動。大氣污染類型按照污染的范圍分為四類：局部地區(qū)大氣污染：煙囪排氣造成的直接影響；地區(qū)性大氣污染：工礦區(qū)及其附近地區(qū)或整個(gè)城市的地區(qū)污染；廣域性大氣污染：大城市或大工業(yè)帶，酸雨；全球性大氣污染：溫室效應(yīng)、臭氧層破壞等。二、大氣污染源及污染類型（一）污染源是指造成大氣環(huán)境污染的污染物的發(fā)生源。即向大氣環(huán)境排放有害物質(zhì)的或?qū)Υ髿猸h(huán)境產(chǎn)生有害影響的場所、設(shè)備和裝置的總稱。又分為天然大氣污染源和人為污染源。人為污染源又有多種分類：（1）

按污染源存在形式：固定污染源：煙囪、爐灶等移動污染源：汽車、火車等（2）按污染物排放形式分為：點(diǎn)源：集中在一點(diǎn)或可看作一點(diǎn)的小范圍內(nèi)排放污染源，煙囪線源：高速公路面源：在一個(gè)大的范圍排放污染物，工業(yè)區(qū)（3）污染物排放空間：高架源：煙囪；地面源：民用爐灶（4）污染物排放時(shí)間：連續(xù)源：火力發(fā)電廠間斷源：間歇生產(chǎn)過程的排氣瞬時(shí)源：事故排放（5）污染源發(fā)生類型：工業(yè)污染源：農(nóng)業(yè)污染源：生活污染源：交通污染源：（二）大氣污染類型：

以污染物的化學(xué)性質(zhì)及其存在的大氣環(huán)境狀況為依據(jù)劃分。還原（煤煙）型：使用煤炭和石油的地區(qū)，二氧化硫、一氧化碳和顆粒物。倫敦?zé)熿F型。氧化（汽車尾氣）型。以石油為主要燃料的地區(qū)。一氧化碳、氮氧化物和碳?xì)浠衔锏?。這些污染物在紫外線的照射下引起化學(xué)反應(yīng)，生成二次污染物，包括臭氧、醛類等，具有極強(qiáng)的氧化性，洛杉磯光化學(xué)煙霧。以燃料性質(zhì)和地區(qū)污染物的組成和反應(yīng)：（1）煤炭型：煙氣、粉塵、二氧化硫等一次污染物，硫酸、硝酸及其鹽類氣溶膠等二次污染物。造成的污染源為企業(yè)的煙氣排放和取暖設(shè)備的煙氣排放。（2）石油型：汽車排放、石油冶煉等，氮氧化物、烴類、等炭氫化合物，以及在大氣中形成的臭氧，各種自由基及其反應(yīng)生成的一系列中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物。（3）混合型：煤炭為燃料的污染物及化學(xué)性物質(zhì)。（4）特殊型：工廠排出的特有污染物，局限于局部地區(qū)，氯堿工業(yè)氯氣污染等。

三、大氣污染的來源及主要污染物來源：燃料燃燒；工業(yè)生產(chǎn)過程；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程；交通運(yùn)輸；我國的大氣污染物主要來源于燃料的燃燒，其次工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸。

按照大氣污染物的形成過程可分為：一次污染物：是指直接從污染源排放的污染物質(zhì)，二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、顆粒物等。二次污染物：由一次污染物在大氣中相互作用經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成的與一次污染物的物化性質(zhì)完全不同的新的大氣污染物，其毒性比一次污染物強(qiáng)。常見的為硫酸及其鹽類、硝酸及其鹽類、臭氧、光化學(xué)氧化劑等。按照污染物存在的物理狀態(tài)可分為：1.氣溶膠污染物：由懸浮于氣態(tài)介質(zhì)中的固體或液體粒子所組成的空氣分散系統(tǒng)。粉塵：是由固體物質(zhì)的破碎、研磨、分級、輸送等機(jī)械過程產(chǎn)生的顆粒物，或由于巖石、土壤風(fēng)化等自然過程產(chǎn)生的顆粒物。懸浮于大氣中的為粉塵，其粒經(jīng)小于100微米，粒經(jīng)大于10微米的，靠重力作用能在短時(shí)間沉降到地面的為降塵。飄塵：粒經(jīng)小于10微米的不易沉降，能長期在大氣中漂浮，為飄塵或可吸入顆粒物PM10，粒經(jīng)小于2.5微米的為PM2.5，它含有大量有毒有害物質(zhì)，能穿透肺泡溶入血液，停留時(shí)間長，輸送距離遠(yuǎn)，又有極強(qiáng)的消光性，影響大氣能見度，對大氣環(huán)境質(zhì)量和人體影響很大。煙塵：粒經(jīng)小于1微米，它包括因升華、燃燒、氧化等過程形成的煙氣，也包括燃料不完全燃燒所生成的黑煙以及由于蒸汽的凝結(jié)所形成的煙霧。霧塵：懸浮于大氣中的小液體粒子懸浮體的總稱。水霧、酸堿霧、油霧等。我國的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)粉塵顆粒物的大小，分為總懸浮物和可吸入顆粒物：大氣中粒經(jīng)小于等于100微米的所有固體顆粒統(tǒng)稱為總懸浮顆粒物（TSP）。大氣中粒經(jīng)小于10微米的所有固體顆粒統(tǒng)稱為可吸入顆粒物。2.氣態(tài)污染物：硫氧化物：二氧化硫和三氧化硫。氮氧化物：一氧化氮、二氧化氮。炭氧化物：一氧化碳、二氧化碳。炭氫化合物：有機(jī)廢氣。鹵素化合物：含氯化合物及含氟化物。四、大氣污染化學(xué)：1.光化學(xué)煙霧：礦物燃料燃燒過程中，直接向大氣排放的氮氧化物和炭氫化物為一次污染物。一次污染物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、醛、酮、酯類新的污染物，為二次污染物。機(jī)理：二氧化氮在紫外線的照射下，分解為一氧化氮和原子氧，然后和炭氫化合物反應(yīng)，經(jīng)過一系列的復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)生臭氧、過氧乙酰硝酸酯、甲醛、酮、丙烯醛等。危害：眼睛，催淚劑，對鼻咽、氣管和肺有明顯的刺激作用。毒性很大，降低大氣能見度。2.酸雨：一般認(rèn)為,酸雨是由于燃燒高硫煤排放的二氧化硫等酸性氣體進(jìn)入大氣后,造成局部地區(qū)大氣中的二氧化硫富集,在水凝結(jié)過程中,溶解于水形成亞硫酸,然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化劑的的氧化作用生成硫酸,隨雨水降下形成酸雨。純凈的降水，在25攝氏度、一個(gè)大氣壓狀態(tài)下，pH大約為5.65。

酸雨的危害：對人體健康的直接危害,硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部組織,引起肺水腫等疾病而使人致死.損害人體的呼吸道系統(tǒng)和皮膚。破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。引起河流、湖泊的水體酸化,嚴(yán)重影響水生動植物的生長。改變土壤性質(zhì)與結(jié)構(gòu)。破壞植被、森林.腐蝕建筑物.防治措施：提高化石燃料的利用率；可替代可再生燃料。3.臭氧層空洞

在距離地面約25Km處，有一層由太陽強(qiáng)輻射造成的臭氧層，它能吸收太陽紫外線，使大部分有害射線不能到達(dá)地球表面，保護(hù)地球生物免遭傷害，是地球的“保護(hù)傘”。20世紀(jì)70年代以來，人們大量使用冰箱、空調(diào)，釋放出大量的氟氯烴化合物（氟利昂），上升到臭氧層，通過光化學(xué)反應(yīng)大量消耗臭氧。1979-1990年，全球臭氧總量大致下降3%，南極附近臭氧量減少尤為嚴(yán)重，出現(xiàn)了全球臭氧量最低值，大約低于全球平均值的30%-40%，相對于其他地區(qū)來說，就象是一個(gè)洞，這就是“南極臭氧洞”。造成的危害及防治對策:大氣中的臭氧總量每減少1%，到達(dá)地面的太陽紫外線輻射就會增加2%。到達(dá)地面的太陽紫外線輻射增加，一方面直接危害人體健康，象皮膚癌、白內(nèi)障、各種傳染病患者會大幅度增加。對生態(tài)環(huán)境和農(nóng)林牧漁業(yè)造成破壞，農(nóng)產(chǎn)品減產(chǎn)、品質(zhì)下降，漁業(yè)產(chǎn)量減少，森林覆蓋率減少等等，給人類和地球上的生物帶來巨大災(zāi)難。使氣候出現(xiàn)異常，而帶來災(zāi)害。防治措施：蒙特利爾條約

為了保護(hù)臭氧層，國際社會要求各國減少并逐步禁止氟氯烴等消耗臭氧層的物質(zhì)的排放，發(fā)達(dá)國家要求到2000年停止使用氟氯烴，發(fā)展中國家則在2016年凍結(jié)使用，2040年淘汰；4.溫室效應(yīng)

近幾十年來，由于人類消耗的能源急劇增加，森林遭到破壞，大氣中CO2的濃度不斷上升。CO2就像溫室的玻璃一樣，并不影響太陽對地球表面的輻射，但卻能阻礙由地面反射回高空的紅外輻射，這就像給地球罩上了一層保溫膜，使地球表面氣溫增高，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)的危害：對氣候的影響海平面上升對農(nóng)業(yè)的影響對人類的影響對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響：防治溫室效應(yīng)的對策：

一、技術(shù)手段：改進(jìn)能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化技術(shù)，提高能源的利用率。調(diào)整結(jié)構(gòu)，促進(jìn)能源的替代?？刂粕挚撤ァｉ_發(fā)新技術(shù)，吸收大氣中二氧化碳等溫室氣體。二、經(jīng)濟(jì)手段：

提高化石燃料的價(jià)格

征收產(chǎn)品環(huán)境稅

實(shí)行許可證交易

聯(lián)合履約對于應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)的產(chǎn)品及投資，政府給予財(cái)政補(bǔ)貼。五、大氣污染概況1.國外大氣污染概況三個(gè)階段：18世紀(jì)末到20世紀(jì)中葉，煤煙型污染。20世紀(jì)50年代到70年代，區(qū)域性污染，復(fù)合污染，環(huán)境法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代以后，綜合治理，全球性大氣污染。2.我國大氣污染概況特點(diǎn)：多數(shù)城市污染嚴(yán)重；危害嚴(yán)重的污染物為煙塵和二氧化硫。六、大氣污染的危害對人體的危害；對植物的危害；對器物的危害；七、大氣污染控制的綜合措施

大氣污染綜合防治是指為了達(dá)到區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量控制目標(biāo)，對多種大氣污染控制方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理性、區(qū)域適應(yīng)性和實(shí)施可能性等進(jìn)行最優(yōu)化選擇和平價(jià)，從而得出最優(yōu)的控制技術(shù)方案和工程措施。防治結(jié)合。大氣污染綜合防治措施主要包括兩個(gè)方面：全局性措施和技術(shù)性措施。1.全局性措施全面規(guī)劃，合理布局嚴(yán)格環(huán)境管理：法律和組織保證控制大氣污染的技術(shù)措施：實(shí)施清潔生產(chǎn)；合理利用能源；建立綜合性工業(yè)基地；集中供熱、供暖；改變?nèi)剂蠘?gòu)成?？刂骗h(huán)境污染的技術(shù)政策綠化造林2.工程技術(shù)措施高煙囪擴(kuò)散稀釋局部控制八、大氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：是以保障人體健康和一定的生態(tài)環(huán)境為目標(biāo)，規(guī)定大氣環(huán)境中主要污染物的最高允許濃度，是進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量管理、大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和制定大氣污染防治規(guī)劃及污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。我國82年制定96年修訂了國家級的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)－《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095－1996）分為三級：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）正常生長的空氣質(zhì)量要求。大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的作用：評價(jià)環(huán)境質(zhì)量及污染狀況；作為制定污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)；分級、分區(qū)、分期管理大氣環(huán)境的水準(zhǔn)；便于因地制宜制定大氣污染綜合防治規(guī)劃。

大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：以實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量為目標(biāo)，限制污染物的排放，直接控制污染源排出的污染物濃度和排放量，以防治大氣污染。大氣污染物控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：輔助標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合工藝特點(diǎn)，規(guī)定必須采取的污染控制措施。大氣污染警報(bào)標(biāo)準(zhǔn)：為保護(hù)大氣環(huán)境質(zhì)量不惡化或根據(jù)大氣污染發(fā)展趨勢，預(yù)防污染事故發(fā)生而規(guī)定的大氣中污染物含量的極限值。第三節(jié)

大氣污染物的擴(kuò)散和輸送一、影響污染物在大氣中擴(kuò)散的氣象因素

影響大氣污染物擴(kuò)散的氣象因素主要有：（1）氣象動力因子：風(fēng)和湍流；（2）氣象熱力學(xué)因子：溫度層結(jié)和大氣穩(wěn)定度、逆溫等。

（一）氣象動力因子：1.風(fēng)：太陽輻射在地面不同地區(qū)、在大陸和海洋之間，在地區(qū)中高層和低層之間不是均勻分布的，所以在它們之間形成一定的溫差。由于溫差作用，進(jìn)而形成不同的氣壓，冷空氣的氣壓大于熱空氣的氣壓，高壓區(qū)的冷空氣會流向低壓區(qū)。定義：氣象學(xué)上，把空氣的水平運(yùn)動稱為風(fēng)。把空氣的垂直方向上的運(yùn)動稱為升降氣流。風(fēng)是個(gè)矢量，有大小和方向（風(fēng)的來向）。風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣沿水平方向運(yùn)動的距離。風(fēng)向的表示方法：（1）方位表示法：一般把圓周均分成16個(gè)方位。（2）角度表示法：以正北為0度，順時(shí)針增加，將圓周分為360度，來決定風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，風(fēng)都是以風(fēng)玫瑰圖表示。大氣污染程度與風(fēng)向頻率成正比，某一風(fēng)向頻率越大，其下風(fēng)向受到污染的幾率越高。大氣污染程度與風(fēng)速成反比，某一風(fēng)向的風(fēng)速越大，下風(fēng)向的污染程度受到污染的程度越小。風(fēng)對污染物濃度分布的作用一是整體輸送，因而污染區(qū)總是在污染源的下風(fēng)向；二是沖淡稀釋，因此污染物濃度總是與風(fēng)速成反比。2.湍流：在摩擦層，風(fēng)速時(shí)大時(shí)小，有陣性，并在主導(dǎo)風(fēng)向的左右上下出現(xiàn)無規(guī)則的擺動，風(fēng)的這種無規(guī)則的陣性和擺動為大氣的湍流。大氣運(yùn)動具有十分明顯的湍流特性。大氣的湍流運(yùn)動可以使各部分的氣體得到充分混合，進(jìn)入大氣的污染物，在湍流混合作用下逐漸分散稀釋，稱為大氣擴(kuò)散。近地層大氣湍流的形成和強(qiáng)度取決于兩種因素：（1）機(jī)械或動力作用

由機(jī)械力產(chǎn)生的為機(jī)械湍流，它主要取決于風(fēng)速的分布和地面的粗糙度。當(dāng)空氣流過粗糙的下墊面時(shí)，會隨著地面的起伏而抬升或下沉，會產(chǎn)生垂直方向的湍流，引起風(fēng)速和風(fēng)向的突然改變。風(fēng)速越大，機(jī)械湍流越強(qiáng)。（2）熱力因素

由熱力所產(chǎn)生的為熱力湍流，是指由于大氣的垂直方向溫度的變化所引起的湍流，它主要是由于大氣的垂直穩(wěn)定度所引起的。一般情況下，大氣湍流的強(qiáng)弱既決定于機(jī)械因素，又取決于熱力因素，是兩者綜合作用的結(jié)果。大氣污染物的擴(kuò)散，主要靠大氣湍流的作用。如果大氣只有層流流動，沒有湍流，則從煙囪排出的廢氣向下風(fēng)向漂移時(shí)，會象煙管保持相同的粗細(xì)。煙云在向下風(fēng)向漂移時(shí)，除本身的分子擴(kuò)散外，還受到大氣湍流的作用，而使煙團(tuán)周界逐漸擴(kuò)張。

空氣污染的稀釋是大氣湍流和分子擴(kuò)散的直接結(jié)果。湍流擴(kuò)散的速率比分子擴(kuò)散快10萬到百萬倍，以致分子擴(kuò)散效應(yīng)在大氣擴(kuò)散中可以忽略不計(jì)。所以大氣湍流就是大氣擴(kuò)散。（二）大氣熱力學(xué)因子1.溫度層結(jié)溫度層結(jié)是指大氣在垂直方向上的溫度梯度。污染物在大氣中的擴(kuò)散主要受湍流的影響，而大氣湍流在很大程度上取決于近地層的垂直溫度分布。（1）干絕熱遞減率：空氣團(tuán)在大氣中的升降過程看作絕熱過程，因?yàn)樗c周圍的熱量交換很小，可以忽略。當(dāng)一個(gè)干空氣團(tuán)在大氣中絕熱上升時(shí)，因周圍氣壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于反抗外界壓力做膨脹功，溫度下降；反之，氣團(tuán)絕熱下降時(shí)溫度將升高。干空氣團(tuán)或未飽和的濕空氣團(tuán)絕熱上升或下降單位高度（100米）時(shí)溫度降低或升高的數(shù)值為干絕熱遞減率，γd一般為0.98K/100米。（2）氣溫遞減率：大氣環(huán)境中，氣溫隨高度的變化為氣溫遞減率γ。指在垂直方向上垂直升高100米氣溫的變化值。γd是對氣團(tuán)而言，γ針對周圍空氣而言，γd是個(gè)常數(shù)，可正可負(fù)，不是常數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下，對流層內(nèi)的氣溫遞減率平均為0.65攝氏度/100米。各高度的氣溫垂直遞減率是因時(shí)、因地不同。（3）氣溫的垂直分布污染物的遷移、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在離地面10千米以內(nèi)的對流層。在對流層中，氣溫垂直變化的總趨勢是：隨著高度的增加氣溫逐漸降低，原因是：因?yàn)榈孛媸谴髿獾闹饕暮椭苯拥臒嵩?，近地面層的溫度比上層要高；水汽和氣體固體雜質(zhì)的分布從低空向高空減少，它們吸收地面輻射的能力強(qiáng)，也使得近地面層氣溫比上層高。在實(shí)際中，氣溫垂直分布（大氣的溫度層結(jié)）有三種情況：A、氣溫隨高度遞減B、氣溫不隨高度發(fā)生變化C、氣溫隨高度增加2.逆溫

氣溫隨高度的增加而升高的情況。γ小于零的大氣層結(jié)為逆溫。由于逆溫層內(nèi)氣溫隨高度的增加而增加，它將阻礙氣團(tuán)的上升運(yùn)動，所以逆溫層又稱阻擋層。污染的空氣不能穿過逆溫層而只能在它的下面擴(kuò)散，因此，就可能造成高濃度的污染。

大多數(shù)空氣污染事件就發(fā)生在有逆溫及靜風(fēng)的條件下。逆溫可分為接地逆溫和上部逆溫。逆溫層的下限為逆溫高度，上下限的高度為逆溫層厚度。上下限的溫度差稱為逆溫強(qiáng)度。形成逆溫層的原因多種多樣。逆溫的類型：(1)輻射逆溫：經(jīng)常發(fā)生在無風(fēng)或小風(fēng)少云的夜晚，地面因強(qiáng)烈的太陽輻射而很快冷卻，近地面大氣冷卻最為強(qiáng)烈，高處的大氣冷卻較慢，逐漸從地面向上形成逆溫層。輻射逆溫的日變化過程為：傍晚，逆溫層在近地面生成；午夜逆溫強(qiáng)度達(dá)到最大；清晨逆溫層的厚度達(dá)到最大；日出后，逆溫逐漸消失。冬秋時(shí)節(jié)容易產(chǎn)生。a正常狀態(tài)b傍晚c黎明d、e日出(2)地形逆溫：是由于局部地區(qū)的地形形成的。主要在盆地和谷地中，日落后由于山坡散熱較快，使得坡面上的大氣溫度比谷地的大氣溫度低，冷空氣沿山坡下滑，使谷地的暖氣流抬升，形成了上部氣溫比底部氣溫高的逆溫。(3)下沉逆溫：在高壓控制區(qū)，高空存在大規(guī)模的下沉氣流，由于下沉氣流的絕熱作用，致使下沉運(yùn)動的終止高度出現(xiàn)逆溫。范圍大，可以不連結(jié)地面，一般可達(dá)數(shù)百米，下沉逆溫多發(fā)生在高空大氣中。(4)鋒面逆溫：在對流層中的冷空氣團(tuán)與暖氣團(tuán)相遇時(shí)，暖空氣因其密度小就會爬升到冷空氣的上面，形成一個(gè)傾斜的過渡區(qū)，為鋒面，在鋒面上，若冷暖空氣的溫差較大，形成逆溫。(5)湍流逆溫：

低層空氣湍流混合形成的逆溫。

(6)平流逆溫：由暖空氣平流到冷地表面上形成的逆溫。這是由于低層空氣受地表影響大、降溫多，而上層空氣降溫小形成的。暖空氣與地面之間溫差越大，逆溫越強(qiáng)。平流逆溫主要發(fā)生在冬季中緯度沿海地區(qū)，由于存在海陸溫差，當(dāng)海上的暖氣流到陸地上空時(shí)，形成平流逆溫。二、影響大氣擴(kuò)散的地理因素下墊面的不同也可影響到當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，形成局部地區(qū)的熱力環(huán)流，從而影響大氣污染擴(kuò)散，影響分為動力效應(yīng)和熱力效應(yīng)。動力效應(yīng)：主要由于地形和下墊面的粗糙度不同，改變了機(jī)械湍流、局部氣流和氣流運(yùn)動，影響污染物擴(kuò)散。熱力效應(yīng)：由于下墊面性質(zhì)不同，使得地面受熱和散熱不均勻，引起溫度場和風(fēng)場的變化，而影響到污染物的擴(kuò)散。（一）地形和底物地面為一個(gè)凹凸不平的粗糙面，氣流會與各種地形和底物發(fā)生摩擦，使風(fēng)向風(fēng)速變化，其影響程度與各障礙物的體積、形狀、高低有密切關(guān)系。地形：主要是谷地、盆地對氣流的影響。封閉的山谷和盆地，由于屏障作用，風(fēng)速減少，容易形成逆溫，溫度層結(jié)穩(wěn)定，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。底物：主要是城市各類建筑物和構(gòu)筑物，阻礙局地氣流運(yùn)行，降低風(fēng)速，在建筑物的背風(fēng)區(qū)容易形成小范圍的渦流，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。（二）局地氣流由下墊面的性質(zhì)差異導(dǎo)致地面熱力狀況不均勻造成的。

局地風(fēng)是在不同地形、底物條件下，由于近地層大氣的增熱和冷卻速度不同而引起的局部空氣的環(huán)流。常見的有海陸風(fēng)、山谷風(fēng)和城市熱島效應(yīng)。它們對大氣污染擴(kuò)散的影響很大。

1.山谷風(fēng)：為山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱，發(fā)生在山區(qū)，是以24小時(shí)為周期的局地環(huán)流。主要因?yàn)樯狡潞蜕焦仁軣岵痪鶆蛟斐傻摹ｏL(fēng)向有明顯的變化。白天：太陽先輻射到山坡上，山坡上的空氣受熱增溫快，密度??；山谷底部的空氣受熱慢，增溫慢，密度大，風(fēng)從山谷吹向山坡，為谷風(fēng)。夜晚：山坡空氣冷卻較快，密度大，山谷空氣冷卻慢，冷空氣從山坡滑向山谷，為山風(fēng)。在山風(fēng)和谷風(fēng)轉(zhuǎn)換期，風(fēng)向不穩(wěn)定，時(shí)而山風(fēng)，時(shí)而谷風(fēng)。對大氣擴(kuò)散的影響：山谷風(fēng)的污染根據(jù)地形條件及時(shí)間可出現(xiàn)以下幾種情況：一是山風(fēng)和谷風(fēng)轉(zhuǎn)換期的污染；二是山谷中熱力環(huán)流引起的漫煙；三、側(cè)向封閉山谷引起的高濃度污染；四、下坡風(fēng)氣層中的污染。

2.海陸風(fēng)：是海風(fēng)和陸風(fēng)的總稱。發(fā)生在海陸交界地帶，是以24小時(shí)為周期的一種局部環(huán)流，是由海洋和陸地之間的熱力差引起的。白天：太陽輻射，地表受熱增溫比海面快，陸地氣溫高于海面氣溫，熱空氣上升，使高空氣壓增大，海陸大氣間產(chǎn)生溫度差、氣壓差，使低空大氣由海洋流向陸地，為海風(fēng)。夜晚：陸地散熱冷卻較海面快，空氣冷卻，密度變大，空氣下沉，上層氣壓減低，此時(shí)海面氣溫升高，空氣上升，上空氣氣壓增高，形成熱力環(huán)流，上層風(fēng)吹向陸地，為陸風(fēng)。對大氣擴(kuò)散的影響：當(dāng)海風(fēng)吹陸上時(shí)，造成冷的海洋空氣在下，暖的陸地空氣在上面形成逆溫，則會形成沿海排放污染物向下游沖去形成短時(shí)間的污染。海陸風(fēng)對大氣污染的另一個(gè)作用是循環(huán)污染。特別是海風(fēng)和陸風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)，原來被陸風(fēng)帶走的污染物會被海風(fēng)帶回原地形成重復(fù)污染。3.城市的熱島效應(yīng)：氣溫的水平差異產(chǎn)生的局地環(huán)流。主要原因：(1)人口密集、工業(yè)集中、能耗水平高。(2)覆蓋物的熱容量大，使低層空氣冷卻較慢。(3)溫室氣體濃度高，使地面有效輻射減弱。局地環(huán)流的氣流從城市熱島上升在周圍鄉(xiāng)村下沉，風(fēng)從城市四周吹向城市中心，為城市風(fēng)。

第四節(jié)

大氣污染物的凈化技術(shù)根據(jù)大氣污染物的存在狀態(tài)，污染物的治理技術(shù)可概況為顆粒污染物的治理技術(shù)和氣態(tài)污染物的治理技術(shù)。一、顆粒污染物的治理技術(shù)減少工業(yè)生產(chǎn)排出的顆粒污染物的排放方法有兩類：一是改變?nèi)剂系臉?gòu)成，以減少顆粒物的生成；二是在固體顆粒物排放大氣之前，采用控制設(shè)備防塵，以降低對大氣的污染。根據(jù)除塵設(shè)備的工作原理，除塵方式有以下幾種：（一）機(jī)械除塵：利用重力、慣性和離心力等機(jī)械將顆粒物從氣流中分離出來，達(dá)到凈化的目的。根據(jù)作用力的不同，分為：重力沉降室、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器。1.重力沉降室是通過重力作用使粉塵從氣流中沉降分離的除塵裝置。原理：含塵氣流進(jìn)入重力沉降室后，由于擴(kuò)大了流動橫截面積使氣體流速大大降低，使較重的顆粒緩慢降落在灰斗中。分離50微米以上的粉塵。特點(diǎn)：除塵效率低，預(yù)除塵裝置。2.慣性除塵器在沉降室中設(shè)置擋板，使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇改變，借助粉塵本身的慣性力作用使其從氣流中分離出來。特點(diǎn)：分離效率低，分離10－20微米的粉塵。3.旋風(fēng)除塵器：離心除塵器。使含塵氣流沿某一方向作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，讓粒子在隨氣流旋轉(zhuǎn)中獲得離心力，將粉塵從氣流中分離出來。特點(diǎn)：除塵效率高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)部門。（二）濕式除塵：是使含塵氣體與液體（一般為水）密切接觸，利用形成的液膜、液滴與粉塵發(fā)生慣性碰撞、粘附、擴(kuò)散漂移與熱漂移、凝聚作用，從廢氣中捕集塵?；蚴沽＝?jīng)增大，并兼?zhèn)湮諝鈶B(tài)污染物作用的裝置。種類：重力噴霧洗滌器、旋風(fēng)式洗滌分離器、自激噴霧洗滌器、板式洗滌器、噴淋塔式防塵器、填料洗滌器和文丘里洗滌器等等。

特點(diǎn)：

濕式除塵器可以有效地把直徑為0.1－20微米的液態(tài)或固態(tài)粒子從氣流中除去，同時(shí)也可脫出氣態(tài)污染物。凈化效率高、能處理高溫、高濕、易燃易爆的廢氣及粘性的粉塵和液滴。存在設(shè)備腐蝕及污水污泥后續(xù)處理的問題，不利于副產(chǎn)品的回收。（三）過濾除塵：利于多孔性過濾介質(zhì)分離捕集氣體中固體或液體粒子的裝置。按濾塵方式分為：1.內(nèi)部過濾：把松散多孔的濾料填充在框架內(nèi)作為過濾層，粉塵在濾層內(nèi)部被捕集。2.外部過濾：用纖維織物濾紙等為濾料，通過濾料的表面捕集粉塵。袋式除塵器。

（四）靜電除塵是利用高壓電場產(chǎn)生的靜電力的作用實(shí)現(xiàn)固體粒子或液體粒子與氣流分離的方法。幾乎可以捕集所有的細(xì)微粉塵與霧狀液滴。

特點(diǎn)：捕集粒經(jīng)范圍：0.01－100微米，除塵效率很高。二、氣態(tài)污染物的治理技術(shù)一般凈化技術(shù)：1.燃燒法；通過氧化燃燒把廢氣或廢液中的有機(jī)化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。直接燃燒和催化燃燒。直接燃燒是指可燃物與空氣或氧氣直接混合燃燒。催化燃燒指利用催化劑使排氣中的可燃物在較低溫度下氧化分解。2.吸收法：利用某些液體來吸收排氣中的有害物質(zhì)，將其中一種或幾種氣態(tài)污染物除去。3.吸附法：利用多孔固體吸附劑氣體或液體混合物中一種或多種組分，使其吸附在吸附劑表面上，達(dá)到去除有害物質(zhì)的目的。吸附劑有活性碳、分子篩等。4.冷凝法：利用不同物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓的特性，通過對氣體的冷凝，使處于蒸汽狀態(tài)的有害物質(zhì)冷凝成液體，從廢氣中分離而使廢氣凈化。5.催化氧化法：利用催化劑的催化作用，使廢氣中的有害組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為無害或易于去除的物質(zhì)，主要有催化燃燒、催化還原、催化分解等。主要有害氣態(tài)污染物的治理技術(shù)：二氧化硫：氮氧化合物：含氟廢氣。

第六章固體廢棄物的處理與處置第一節(jié)概述一、定義《固體廢物污染環(huán)境防治法》：固體廢物是指在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其它活動中產(chǎn)生的污染環(huán)境的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)，主要包括工業(yè)固態(tài)廢棄物、農(nóng)業(yè)固體廢棄物、城市生活垃圾和廢水處理的污泥。

廢物是物質(zhì)在特定的利用過程中，某些性能已經(jīng)沒有了使用價(jià)值，而非在所有使用過程都沒有使用價(jià)值，廢物僅僅是針對原所有者而言的。具有相對的概念，隨時(shí)空變遷而變化。

“放錯(cuò)地點(diǎn)的資源”

生產(chǎn)活動中的固廢：廢渣；生活活動中的固廢：垃圾二、分類及來源按照廢物的化學(xué)性質(zhì)：無機(jī)固體廢棄物有機(jī)固體廢棄物按照來源：礦業(yè)固體廢物工業(yè)固體廢棄物農(nóng)業(yè)固體廢棄物城市生活垃圾放射性固體廢棄物按照危害性危險(xiǎn)廢物一般廢物三、國內(nèi)外固體廢物的現(xiàn)狀

工業(yè)廢物以每年平均2－4％的速度增長。城市生活垃圾增長十分迅速：發(fā)達(dá)國家以3.2－4.5％的速度增長，發(fā)展中國家以2－3％增長。我國以9％的速度增長。我國產(chǎn)生的固廢的數(shù)量十分巨大，種類繁多，成份復(fù)雜，危險(xiǎn)廢物占5％。

現(xiàn)今我國城鎮(zhèn)垃圾的人均日產(chǎn)生量為1.2－1.4kg；人均年產(chǎn)生量為440－500kg。如果以39%的城市化人口測算，當(dāng)前，我國城市垃圾的年產(chǎn)生量已超過2.2億t，如果加上歷年來堆存在城市周邊尚未處理的60多億t陳腐垃圾，在我國現(xiàn)有的688座大、中城市中，已有200多座處于垃圾山的包圍之中。而且這些垃圾的產(chǎn)生量還在以6%－8%的速度在逐年增加

四、固廢的危害1.污染土壤：占用土地、毒化土壤。2.污染水體3.污染大氣4.影響環(huán)境衛(wèi)生、傳播疾病5.浪費(fèi)資源：運(yùn)輸管理費(fèi)用、資源的浪費(fèi)。

第二節(jié)固廢的處理與處置一、處理原則

無害化、減量化、資源化，是我國固體廢物污染控制的原則。并確定在今后較長的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)以無害化為主，并逐步向資源化過渡，無害化和減量化應(yīng)以資源化為條件。無害化：將固體廢物通過處理、處置和利用等工程措施，達(dá)到不損害人體健康、不污染自然環(huán)境的目的。焚燒、衛(wèi)生填埋、人工堆肥等。減量化：通過適當(dāng)?shù)耐緩綔p少和減小廢物的數(shù)量和容積，途徑:清潔生產(chǎn)和廢物的處理（源頭控制和末端處理）資源化：采取措施從固體廢物中回收有用物質(zhì)和資源，粉煤灰。原因：固廢作為一種資源具有強(qiáng)烈的時(shí)空特征，某一時(shí)空領(lǐng)域的廢物在另外一個(gè)時(shí)空領(lǐng)域可能是非常寶貴的資源。固廢資源化可以極大程度上緩解大部分資源的不可再生性與可持續(xù)發(fā)展之間的尖銳矛盾?？萍歼M(jìn)步使大量固廢的綜合利用成為可能。經(jīng)濟(jì)效益不容忽視。資源化的技術(shù)政策和實(shí)現(xiàn)形式：技術(shù)政策：技術(shù)上可行經(jīng)濟(jì)上合理不產(chǎn)生二次污染實(shí)現(xiàn)形式：物質(zhì)回收物質(zhì)轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換處理技術(shù)：預(yù)處理技術(shù)：壓實(shí)：利用外界壓力作用于固體廢物，增加其致密度，使其容重增大，體積減小，以便降低運(yùn)輸成本，延長填埋場壽命。破碎技術(shù)，利用外力使大塊固廢分裂為小塊，使其容積，便于運(yùn)輸。破碎的目的：減小體積便于運(yùn)輸和貯存；增大其比表面積，大幅度提高其反應(yīng)速率。分選技術(shù)：直接從固廢中回收有用成份，或?qū)⒐虖U進(jìn)行有效的分離。脫水和干燥：機(jī)械脫水、自然干化，減小體積便于運(yùn)輸。資源化技術(shù)：焚燒：無害化、資源化、減量化，回收熱能，處理對象為城市生活垃圾和可燃性固廢。熱解：利用大分子有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，使其在無氧或缺氧條件下，受熱分解為小分子有機(jī)物的過程。濕式氧化：在適當(dāng)高溫高壓下快速氧化反應(yīng)。生物處理：好氧堆肥；厭氧消化、沼氣發(fā)酵等。處置方法：