環(huán)境學(xué)概論第二章大氣環(huán)境

1、第二章　大氣環(huán)境,第一節(jié) 大氣的結(jié)構(gòu)與組成第二節(jié) 大氣污染及其類型第三節(jié) 全球性大氣環(huán)境問題第四節(jié) 大氣污染的危害第五節(jié) 大氣污染治理技術(shù)第六節(jié) 大氣污染的綜合防治,第一節(jié)　大氣的結(jié)構(gòu)與組成,一、大氣的結(jié)構(gòu)對流層: 對流運動顯著，大氣現(xiàn)象復(fù)雜多變 平流層:臭氧( O3 )層, 平流層中空氣無對流 ,適于空中飛行中間層 熱成層（暖層、電離層）逸散層,,高層大氣,,,,,15,35,,大氣的垂直分層

2、,對流層,平流層,對流旺盛近地面，緯度不同厚度變；高度增來溫度減，只因熱源是地面；天氣復(fù)雜且多變，風(fēng)云雨雪較常見。,,氣溫初穩(wěn)后升熱只因?qū)又谐粞醵嗨搅鲃犹鞖夂酶呖诊w行很適合,上冷下熱高空對流,高層大氣,電離層能反射無線電波，對無線電通訊有重要作用,第一節(jié)　大氣的結(jié)構(gòu)與組成,二、大氣的組成干潔空氣大氣中除去水汽和雜質(zhì)的空氣。干潔空氣的組成干潔空氣中的主要成分為N2（占78.09%）、 O2(占20.95%)、A

3、r(占0.93%)及一些微量元素， 如CO2、O3、H2、CH4、He、Kr、Ne等。,第一節(jié)　大氣的結(jié)構(gòu)與組成,二、大氣的組成大氣可變成分主要包括CO2、O3、水汽和雜質(zhì)。這些可變成分如含量正常，則對環(huán)境和生命有機體是有益而無害的，但含量變化后(過多或缺乏)都會造成不良影響及危害。干潔空氣較穩(wěn)定原因：主要組成物質(zhì)為N2和 O2，前者化學(xué)性質(zhì)不活潑，后者的消耗與釋放量相互補償。,成云致雨的必要條件,主要成分,次要成分,水

4、 汽,固體雜質(zhì),生物體的基本成分,維持生物活動的必要物質(zhì),植物光合作用的原料；對地面保溫,吸收紫外線，使地球上的生物免遭過量紫外線的傷害,成云致雨的必要條件；對地面保溫,干潔空氣,O3,N2,O2,CO2,大氣各成分的作用,第二節(jié)　大氣污染及其類型,一、大氣污染概念: 指由于人類活動或自然過程使大氣中一些物質(zhì)的含量達到有害的程度(一般指有害物質(zhì)，如SO2、NOX、HC、O3、飄塵等超過國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))，以至破壞人和生態(tài)系統(tǒng)

5、的正常生存和發(fā)展，對人體、生態(tài)和材料造成危害的現(xiàn)象。,第二節(jié)　大氣污染和污染物,一、大氣污染發(fā)生過程:,大氣環(huán)境,,,污染源,輸入,輸出,輸入速率＞輸出速率,第二節(jié)　大氣污染和污染物,二、大氣污染源概念: 向大氣環(huán)境排放有害物質(zhì)或?qū)Υ髿猸h(huán)境產(chǎn)生有害影響的場所、設(shè)備和裝置。分類: 按污染物質(zhì)來源分：天然源和人為源。按污染源性狀分：固定源和移動源。按污染物空間分布分：點源、線源和面源按污染物排放時間分：連續(xù)源、間斷源和瞬時源

6、。,,,,大 氣 污 染 源,第二節(jié)　大氣污染和污染物,三、大氣污染物及大氣污染類型大氣污染物的概念指由于人類活動或自然過程排入大氣的并對環(huán)境或人產(chǎn)生有害影響的那些物質(zhì)。大氣污染物的分類: 從形成過程：一次、二次污染物從存在狀態(tài)：氣態(tài)和固體顆粒態(tài)的污染物,第二節(jié)　大氣污染和污染物,三、大氣污染物及大氣污染類型氣溶膠狀污染物(粒狀) 總懸浮顆粒物(TSP)：D(粒徑)在100μm以下，其中多數(shù)在10μm以下，是分散

7、在大氣中的各種粒子的總稱。飄塵（可吸入粒子(IP)）：D＜10μm能在大氣中長期飄浮的懸浮物質(zhì)，如煤煙、煙氣、霧等。 降塵：D＞30μm的粒子，靠重力作用可在短時間內(nèi)降到地面的。,顆粒物有固體的灰塵、煙塵、煙霧以及液體的云霧和霧滴，它們中一部分是致癌、致畸、致突變物質(zhì)，并能被人體吸收而危害人體健康，另一方面，它們是有毒物質(zhì)的載體，使一些氣體污染物轉(zhuǎn)化成為有害的顆粒物或使某些污染物的毒性增強。,煙塵的作用：1）凝結(jié)核

8、 2）吸收太陽輻射 3）降低能見度 4）影響植物體生長飄塵（可吸入粒子(IP)） 大于10μm的顆粒物能被鼻腔的鼻毛吸留住，而小于10μm的飄塵卻能長驅(qū)直入侵蝕肺泡，叫“可吸入粒子”。在可吸入微粒中 80%可沉積于肺泡，且沉積時間可達數(shù)年之久，導(dǎo)致肺心病等一系列病變。,第二節(jié)　大氣污染和污染物,三、大氣

9、污染物及大氣污染類型氣狀污染物含硫化合物主要指SO2和SO3、H2S。危害：,溫度大時，與水作用，是形成酸雨的主要來源。 二氧化硫是一種無色的刺激性氣體, 腐蝕性很 大，會嚴(yán)重刺激人的呼吸系統(tǒng)。 二氧化硫破壞植物的葉綠素，使植物脫水壞死。 在適當(dāng)條件下和飄塵結(jié)合在一起，或與水汽中的水蒸汽結(jié)合形成硫酸霧，硫酸霧微粒侵入人體肺部，可以引起肺水腫和肺硬化等疾病導(dǎo)致死亡。,第二節(jié)　大氣污染和污染物,氣狀污染物氮的氧化物N

10、OX是NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等的總稱，造成大氣污染的NOX最主要是NO和NO2。來源：汽車尾氣排放危害：,1）氮氧化物可轉(zhuǎn)化為硝酸，形成酸雨2）是形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)3）是消耗臭氧的重要因子4）NO2對人有生理刺激和腐蝕作用，引起城市居 民產(chǎn)生急性呼吸道病變的一種原因5）可腐蝕織物、材料、破壞染料，使它褪色6）危害植物，使其組織受害而落葉，甚至枯萎,第二節(jié)　大氣污染和污染物,氣狀污染物

11、碳的氧化物CO：主要是由含碳化合物不完全燃燒產(chǎn)生的無色無味無刺激性的有毒氣體。對人體的危害主要是阻礙體內(nèi)氧氣的傳輸，使人體缺氧，導(dǎo)致死亡。CO2：是一種無毒的氣體，是大氣中的 “正?！背煞?，主要來源于生物的呼吸和化石燃料等的燃燒。目前，大氣中CO2濃度逐漸升高，每年上升0.4%。由于二氧化碳吸收地面長波輻射，使地球升溫，導(dǎo)致溫室效應(yīng)，從而形成全球氣候變化。,第二節(jié)　大氣污染和污染物,氣狀污染物碳氫化合物(HC)HC是自然界中必

12、不可少的物質(zhì)，主要指烷烴、烯烴和芳香烴等具有揮發(fā)性的有機物，它們主要是由碳原子和氫原子組成。碳氫化合物主要來源于自然界植物分解，人為產(chǎn)生的量很小，但它們是形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)。含鹵素化合物主要指一些氟氯烴類物質(zhì)，它們主要破壞臭氧層，引起溫室效應(yīng)。,第二節(jié)　大氣污染和污染物,三、大氣污染物及大氣污染類型大氣污染類型 按污染物的性質(zhì)分還原型(煤炭型)氧化型(汽車尾氣型),第二節(jié)　大氣污染和污染物,還原型(煤炭型)主要污染物

13、：SO2、CO和顆粒物，在低溫、高溫陰天、小風(fēng)、逆溫情況下，在當(dāng)?shù)氐匦螚l件的影響下，被封蓋在城市上空，造成對人體健康極大的危害，致使上千人死亡。類似這樣的事件發(fā)生過多起，最典型的當(dāng)屬1952年12月發(fā)生在英國首都倫敦的SO2煙霧中毒事件。,,,倫敦?zé)熿F事件,第二節(jié)　大氣污染和污染物,氧化型(汽車尾氣型)污染物主要來自于汽車排氣、燃油鍋爐以及石油化工生產(chǎn)。一次污染物主要為NOX和HC、生成的二次污染物為O3、醛類、酮類、過氣乙酸硝酸脂。

14、發(fā)生在光照強烈的熱帶、亞熱帶、8～9月中午或午后陽光強烈時。最典型的當(dāng)屬1965年前后的洛杉磯光化學(xué)煙霧。,大氣污染類型 按污染物的性質(zhì)分還原型(煤炭型)氧化型(汽車尾氣型)按燃料性質(zhì)和大氣污染物的組成劃分煤炭型：產(chǎn)生粉塵、二氧化硫、煙氣等石油型：產(chǎn)生氮氧化物、烯烴等碳氫化合物混合型：有煤和石油的特殊型：磷肥廠氟污染,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng)定義：一個原子、分子、自由基或離子吸收一個光子引起的

15、反應(yīng)。前提：光輻射吸光物質(zhì)（分子、原子、自由基）,能量來源,載體,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng)（一）光輻射特點光子：一個電子在兩個能級之間做一次躍遷所發(fā)射出的電磁波叫一個光子能量差,普朗克系數(shù),單光子頻率,光 速,波 長,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng)（一）光輻射特點太陽波譜,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng)（一）光輻射特點太陽波譜,,380nm,760

16、nm,,2000nm,,,波長,,290,,145,,55 KJ/(g.mol),光量子激發(fā)電子運動約需200KJ/(g.mol)的能量，因此，只有接近紫外線或光譜較低的可見光部分才能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng)（二）吸光物質(zhì),第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng)激發(fā)：光解：直接反應(yīng)：發(fā)生熒光：碰撞反應(yīng)：,吸光物質(zhì)（O2、CO、CO2、N2）,,,,,導(dǎo)致化學(xué)變化

17、,回到初始狀態(tài),初級過程,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,一、光化學(xué)反應(yīng),次級過程,區(qū)別在于反應(yīng)物：反應(yīng)物是激發(fā)物種者為初級反應(yīng)；為反應(yīng)生成物者為次級反應(yīng)。例：,初級反應(yīng),次級反應(yīng),次級反應(yīng),第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,二、硫氧化物在大氣中的化學(xué)轉(zhuǎn)化SO2的氧化作用光化學(xué)氧化催化氧化,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,SO2的氧化作用光化學(xué)氧化直接光氧化激發(fā)態(tài)分子直接與氧氣反應(yīng)生成SO3,高能量，不穩(wěn)定,低能量

18、，穩(wěn)定,,,,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,SO2的氧化作用光化學(xué)氧化直接光氧化SO2吸收光子成激發(fā)態(tài)分子3SO2被直接氧化：碰撞猝滅：,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,SO2的氧化作用光化學(xué)氧化間接光氧化二氧化硫與強氧化性自由基反應(yīng)，再與氧氣反應(yīng)生成三氧化硫。自由基來自于一次污染物，如OH、HO2（過氧氫基）、RO2（過氧烴基）如：,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,二、硫氧化物在大氣中的化學(xué)轉(zhuǎn)化S

19、O2的氧化作用光化學(xué)氧化催化氧化,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,SO2的氧化作用催化氧化均相中（氣態(tài)），二氧化硫在光化學(xué)氧化作用下氧化成三氧化硫的速度非常慢；非均相中，二氧化硫被水滴吸附，再氧化成硫酸鹽。自然狀況下，非均相為主，如燃煤過程中有煙塵同時產(chǎn)生。,與氧氣先反應(yīng)，有水時形成濕沉降，無水時形成干沉降,鐵、錳,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,三、氮氧化物在大氣中的化學(xué)轉(zhuǎn)化NO2的光化學(xué)反應(yīng),,,,第三節(jié)　大氣環(huán)

20、境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,三、氮氧化物在大氣中的化學(xué)轉(zhuǎn)化NO2的化學(xué)反應(yīng)與自由基、O3、NO3的氧化反應(yīng),第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,三、氮氧化物在大氣中的化學(xué)轉(zhuǎn)化HONO的化學(xué)反應(yīng)光解　　　　　　　　　　　　　　　氧化,羥基自由基,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,三、氮氧化物在大氣中的化學(xué)轉(zhuǎn)化HNO3的化學(xué)反應(yīng)氧化中和存在形態(tài)多：25度，濕度＜62%時，固態(tài)化,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、

21、光化學(xué)煙霧的形成洛杉磯：是美國西部太平洋沿岸的一個海濱城市，前面臨海，背后靠山。風(fēng)光優(yōu)美，常年陽光明媚，一年只有幾天下雨，氣候溫和。美國電影中心——好萊塢就設(shè)在它的西北郊區(qū)。洛杉磯南郊約100公里處的圣克利門蒂是美國西部白宮。美國第一個“迪斯尼樂園”也建在了這里。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成洛杉磯：自從1936年在洛杉磯開發(fā)石油以來，特別是二次世界大戰(zhàn)后，洛杉磯的飛機制造和軍事工業(yè)迅速發(fā)展，洛杉磯已成為

22、美國西部地區(qū)的重要海港，工商業(yè)的發(fā)達程度僅次于紐約和芝加哥，是美國的第三大城市。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成洛杉磯：隨著工業(yè)發(fā)展和人口劇增，洛杉磯在20世紀(jì)40年代初就有汽車250萬輛，每天消耗汽油1600萬升。市內(nèi)高速公路縱橫交錯，占全市面積的30%，每條公路通行的汽車每天達16.8萬次。由于汽車漏油、汽油揮發(fā)、不完全燃燒和汽車排氣，每天向城市上空排放大量石油烴廢氣、一氧化碳、氧化氮和鉛煙（當(dāng)時所用汽車

23、為含四乙基鉛的汽油）。,,,,,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成光化學(xué)煙霧：20世紀(jì)40年代，每到秋冬季節(jié)，在美國加利福尼亞州洛杉磯市首先發(fā)現(xiàn)了一種強刺激性的淡藍的煙霧(后來命名為”光化學(xué)煙霧”)。許多人的眼睛輕度紅腫，嗓子疼痛，甚至還有人皮膚出現(xiàn)程度不等的潮紅、丘斑疹等；人們還常會產(chǎn)生呼吸困難和疲乏的感覺。,,在洛杉磯發(fā)生煙霧事件期間，生長在郊區(qū)的蔬菜全部由綠變褐，無人敢吃；遠離城市100千米以外的海拔200

24、0米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘減產(chǎn)。水果和農(nóng)作物減產(chǎn)，大批樹木落葉發(fā)黃，幾萬公頃的森林有1/4以上干枯而死。美國植物因光化學(xué)煙霧污染，每年減產(chǎn)達12％-13％，造成近1973億美元的損失。,另外，光化學(xué)煙霧還會促成酸雨形成，并使染料、繪畫褪色，橡膠制品老化，建筑物和機器受腐蝕等。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成定義：含有氮氧化物和烴類的大氣，在陽光紫外線的照射下發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的產(chǎn)物及反應(yīng)物的混合物。（8

25、0%O3、HNO3、PAN過氧乙酰硝酸酯、醛類、酮類）污染特征：藍色、淡黃色、強刺激性、有氣味危害：降低能見度、刺激人的眼睛、喉嚨、傷害植物葉片甚至是橡膠1951年，美國開始研究,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成過程：,1、CO、NO濃度峰值與運輸高峰期一致，而NO2、O3峰值滯后；2、夜間不出現(xiàn)光化學(xué)煙霧分析：NO不吸光，NO2吸光，對流層中O3的產(chǎn)生來源只有NO2,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的

26、化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成過程：,隨NO和C3H6等初始反應(yīng)物的氧化消耗、NO2和醛量增加，當(dāng)NO耗盡時，NO2出現(xiàn)最大值。此后，隨著NO2的消耗(濃度下降)，O3和其它氧化劑如過氧乙酰硝酸酯(PAN)產(chǎn)生了。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成過程：,NO被氧化為NO2;碳氫化合物的氧化消耗；臭氧(O3)和其它氧化劑如PAN的生成。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形

27、成機制：,NO2光解導(dǎo)致O3的生成,無外物，臭氧不積累，三者之間會形成穩(wěn)態(tài)。當(dāng)存在外物，加速NO向NO2轉(zhuǎn)化時，臭氧積累，這是煙霧形成的關(guān)鍵。此外物是什么？,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成機制：,有機HC化合物的氧化生成了活性自由基，尤其是HO2、RO2等,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成機制：,HO2、RO2引起了NO向NO2轉(zhuǎn)化，進一步提供了生成O3的NO2源，同時形成

28、了含N的二次污染物如PAN和HNO3等。,,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成條件：,污染源條件存在排放NO2、HC等污染物的污染源，如汽車尾氣、以石油為原料的工廠排氣。,第三節(jié)　大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化,四、光化學(xué)煙霧的形成形成條件：,地理條件NO2需吸收波長為290-430nm的光南北緯60度之間，光強大夏季可能性＞冬季，夏季中午前后易發(fā)利于污染物在地面附近聚積的天氣，如天氣晴朗、高溫低濕、

29、有逆溫、風(fēng)力不大。,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,思考：影響大氣污染物擴散的因素有哪些？除污染源狀況外，還有氣象條件、近地層下墊面狀況,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,一、大氣邊界層的溫度場（一）氣溫垂直遞減率絕熱運動：假設(shè)一小空氣塊，在垂直方向上快速運動，來不及和外圍的空氣進行熱交換，則這個空氣塊的運動稱絕熱運動。干絕熱遞減率：干空氣塊或未飽和的空氣塊在絕熱條件下，每升高單位高度所造成的溫度下降數(shù)值：rd=-dTi/dZ=1K/10

30、0m。,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,一、大氣邊界層的溫度場（一）氣溫垂直遞減率溫度層結(jié)：氣溫沿高度分布的曲線。正常分布層結(jié)中性層結(jié)等溫層結(jié)逆溫,,,,利于擴散,不利于擴散,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,一、大氣邊界層的溫度場（二）大氣穩(wěn)定度定義：在垂直方向上大氣穩(wěn)定的程度分類：假定空氣塊受到某種外力作用，產(chǎn)生上升或下降運動，當(dāng)外力去除后，可能發(fā)生三種運動。氣塊減速并有返回原來高度的趨勢，則大氣是穩(wěn)定的；氣塊加速上升或下降

31、，則大氣是不穩(wěn)定的；氣塊停止運動或等速運動，則大氣是中性的。,處于不同平衡狀態(tài)的小球,不穩(wěn)定,穩(wěn)定,中性,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）大氣穩(wěn)定度與溫度層結(jié)的關(guān)系r>rd時，0＜r<rd時，r<0時，,,rd,T0,T0,r>rd,,T1,T2,T1>T2,氣塊繼續(xù)上升，大氣不穩(wěn)定，利于擴散,r<rd,T1＜T2,氣塊下降，大氣較穩(wěn)定，污染物在一定范圍內(nèi)擴散,上層空氣氣溫＞下層空氣

32、，空氣密度上層＜下層，不對流，不運動，大氣異常穩(wěn)定，污染物不易擴散,r<0,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,一、大氣邊界層的溫度場（三）逆溫定義：氣溫隨高度增加而增加的現(xiàn)象分類：根據(jù)逆溫的生成過程，分為七類,輻射逆溫－晴朗無云的夜間，黎明最重 下沉逆溫－赤道周圍空氣受熱上升，在中緯地帶下沉 平流逆溫－暖空氣平流到冷地面上 湍流逆溫－低層空氣發(fā)生湍流，上下層中間出現(xiàn)逆溫 鋒面逆溫－冷暖氣團相遇，暖氣團爬升 地形逆溫－白天

33、，山谷中 海岸逆溫－白天，海岸帶地面,,(a) 正常溫度層結(jié)(b) 逆溫開始生成，隨地面輻射增強，迅速冷卻，逐漸向上發(fā)展(c) 輻射達到最強時為黎明前(d) 日出后，地面增溫，空氣自下而上增溫，逆溫逐漸消失(e) 上午10時左右，逆溫消失 這種逆溫冬季最強，中緯度地區(qū)可達200－300m,,形成機制：當(dāng)高壓區(qū)內(nèi)某一層空氣發(fā)生下沉運動時，因氣壓逐漸增大，以及氣層向水平方向輻射，其厚度減少（h’<h）。這樣空氣層頂部

34、下沉的距離（l+h），要比底部下沉的距離（l+h’）大，所以頂部空氣的增溫要比底部多，從而形成逆溫層。,下沉逆溫 由于空氣下沉壓縮增溫形成的逆溫稱為下沉逆溫。,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,一、大氣邊界層的溫度場（三）煙型,從煙囪排出的煙流擴散的形狀與大氣的溫度層結(jié)有密切的關(guān)系。可以作為判定大氣穩(wěn)定度的一種依據(jù)。翻卷型（波浪型）錐型平展型爬升型熏蒸型,,波浪型γ＞γ d,,,,,,錐　型γ =γd,平展型（出口在逆溫層

35、）,,,,,,,,,煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系,熏煙型排出口上方： γ＜0 ， 排出口下方： γ＞γd,爬升型 排出口上方： γ＞γd ， 排出口下方：γ＜0,,,,,,,,煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,二、大氣水平運動和湍流（一）大氣水平運動受力氣壓梯度力地轉(zhuǎn)偏向力慣性離心力摩擦力：內(nèi)摩擦力（動力、阻力）　　　　　　外摩擦力（阻力）重力,直接動力,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（一）

36、大氣水平運動全球大氣水平運動,太陽輻射,,大氣壓（高、低壓）,,氣壓梯度力,,大氣水平運動,,環(huán)流,重力,,近地層地轉(zhuǎn)偏向力,風(fēng)帶,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,二、大氣水平運動和湍流（二）大氣湍流運動定義：大氣的無規(guī)則運動分類：熱力湍流：垂直方向上溫度分布不均引起機械湍流：垂直方向上風(fēng)速不均或地面粗糙引起,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,二、大氣水平運動和湍流（二）大氣湍流運動作用：強擴散能力湍流擴散理論梯度輸送理論：

37、分子擴散湍流統(tǒng)計理論：流體運動相似理論：與正態(tài)分布相似,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,三、影響大氣污染的地理因素地形地物（動力效應(yīng)）,,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,三、影響大氣污染的地理因素山谷風(fēng)（熱力效應(yīng)）,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,三、影響大氣污染的地理因素海陸風(fēng)（熱力效應(yīng)）,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,三、影響大氣污染的地理因素城市熱島環(huán)流,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,城市熱島環(huán)流成因人口密集、工業(yè)集中，能耗水平高

38、，釋熱量大地面多為混凝土，地表徑流快，蒸發(fā)少，散熱少城市覆蓋物熱容量大，白天吸熱快，夜間放熱慢，空氣變暖城市上空二氧化碳和煙霧多，不利于地面有效輻射，不利于散熱,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,四、影響大氣污染的其他因素污染物性質(zhì)、成分污染源按幾何形狀分：點源、線源、面源按排放方式分：高架源、地面源氣象因素雨水沖刷、霧,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,五、大氣中污染物擴散模式（一）有界條件下的大氣擴散模式坐標(biāo)系：x軸與平

39、均風(fēng)向一致，y軸在水平面上與風(fēng)向垂直，z軸指向天頂?shù)闹苯亲鴺?biāo)系。,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,五、大氣中污染物擴散模式（一）有界條件下的大氣擴散模式高斯模式的四點假設(shè)污染物在空間yoz平面中按高斯分布(正態(tài)分布)，在 x方向只考慮遷移，不考慮擴散；在整個空間中風(fēng)速是均勻、穩(wěn)定的，風(fēng)速大于lm／s；源強是連續(xù)均勻的；在擴散過程中污染物質(zhì)量是守衡的。,高斯模式的坐標(biāo)系和基本假設(shè)圖示,高架連續(xù)點源的高斯模式,,,,高架連續(xù)點源的高

40、斯模式,,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式高架連續(xù)點源地面上任一點濃度z=0地面軸線濃度，z=0且y=0地面軸線最大濃度，即對上式求最大值,δy和δz都隨x增加而增加，上式第一項隨x增大而減小，第二項則隨x增大而增大，必然存在最大值。假定橫向和負起向的擴散參數(shù)隨X增大而增大的倍數(shù)相同，即δy/δz＝K，則上式變?yōu)椋寒?dāng)偏數(shù)為0時，出現(xiàn)最大濃度值。,,,,地面軸線最大濃度,,,得：,,,此時,地面

41、軸線最大濃度,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式地面連續(xù)點源任一點濃度，H＝0地面濃度，H=0且z=0地面軸線，H=0，z=0且y=0,高斯模式的濃度擴散公式匯總,,,,,,,,,,,,,,,,地面軸線上點C(x,0,0),地面點C(x,y,0),任一點C(x,y,z),,,,,,,,,,地面連續(xù)點源,高架連續(xù)點源,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式地面連續(xù)點源源點濃度比較

42、地面最大濃度值位置比較地面濃度分布比較,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式有效源高HeHe=Hs+△H煙流抬升高度△H的確定是計算有效源高的關(guān)鍵。熱煙流從煙囪出口噴出多大體經(jīng)過四個階段：煙流的噴出階段、浮升階段、瓦解階段和變平階段。產(chǎn)生煙流抬升的原因有兩個:一是煙囪出口處的煙流具有一定的初始動量，二是由于煙流溫度高于周圍空氣溫度而產(chǎn)生的凈浮力。,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式

43、有效源高He影響煙氣初始動量和浮力的因素很多，歸結(jié)為四種。煙氣本身的熱力性質(zhì)煙氣本身的動力性質(zhì)氣象條件近地層下墊面狀況,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式有效源高He煙氣抬升高度計算式：霍蘭德 (Holland)公式,上式中：Vs——煙囪口處的排煙速度　　　　D——煙囪排出口的內(nèi)徑　　　　Qh——煙氣熱釋放率　　　　u——煙囪口高度上的平均風(fēng)速　　　　Qm——煙氣排放質(zhì)量速率　　　　Cp

44、——恒壓煙氣的熱容　　　　Ts——煙氣出口溫度；Ta——大氣溫度。,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,（二）幾種常用的大氣擴散模式有效源高He增加煙氣上升高度的途徑：提高排煙溫度，以增加煙氣的浮力增加煙氣的噴出速度，增加初始動量增加排出的煙氣量，對慣性力和浮升力都有幫助,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,六、擴散參數(shù)的確定（一）帕斯奎爾擴散曲線法根據(jù)常規(guī)氣象資料確定大氣穩(wěn)定度級別根據(jù)云量、云狀、日照和風(fēng)速，查表2-14A－極不穩(wěn)

45、定，B－不穩(wěn)定，C－弱不穩(wěn)定，D－中性，E－弱穩(wěn)定，F(xiàn)－穩(wěn)定利用擴散曲線確定擴散參數(shù)曲線不如表準(zhǔn)確，如中性穩(wěn)定度下風(fēng)向10公里處的擴散參數(shù)值,第四節(jié)　大氣中污染物的擴散,六、擴散參數(shù)的確定（二）我國擴散參數(shù)取用原則平原農(nóng)村地區(qū)及城市遠郊區(qū)：ABC直接查表，DEF向不穩(wěn)定方向提高半級工業(yè)區(qū)：AB直接查，C提一級，DEF提一級半非工業(yè)區(qū)的城區(qū)：AB直接查，C提半級，DEF提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村和城市：AB直接查，C提一級，DEF

46、提一級半，等同于工業(yè)區(qū)。,,,,,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,一、主要大氣污染物控制技術(shù)（一）煙塵控制技術(shù)（二）二氧化硫凈化技術(shù)（三）汽車尾氣的催化凈化,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,一、主要大氣污染物控制技術(shù)（一）煙塵控制技術(shù)干式機械除塵裝置濕式除塵裝置過濾式除塵裝置電除塵裝置,,沉降室旋風(fēng)除塵慣性除塵,,,重力除塵器,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

47、力沉降室后，流動截面積擴大，流速降低（氣流速度一般為0.2～2.0m/s），較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降 。,重力沉降室,優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、投資少、操作維修管理容易壓力損失?。ㄒ话銥?0～100Pa）可處理高溫、高濕含塵氣體，并可回收干顆粒物。缺點體積大（氣流速度一般為0.2～2.0m/s ）效率低，一般只能去除50um以上大顆粒僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子,過濾式除塵裝置,使含塵氣流通過過濾材料將

48、粉塵分離捕集的裝置。根據(jù)過濾材料不同：采用濾紙或玻璃纖維等填充層作濾料的空氣過濾器，主要用于通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)方面的空氣凈化；采用砂、礫、焦炭等顆粒物作濾料的顆粒層除塵器，在高溫?zé)煔獬龎m方面廣泛應(yīng)用；采用纖維織物作濾料的袋式除塵器，主要在工業(yè)尾氣的除塵方面應(yīng)用較廣。,過濾式除塵裝置,優(yōu)點除塵效率高：去除1μm及以下的顆粒,效率可達99%以上。 適應(yīng)性強、操作彈性大（對含塵濃度、處理氣量以及氣流速度變化均能穩(wěn)定處理）；結(jié)構(gòu)簡單，

49、使用靈活，便于回收干料。缺點其應(yīng)用受濾布的耐溫（小于300度）、耐腐等操作性能的限制。不適于粘結(jié)性強及吸濕性強的塵粒，特別是煙氣溫度不能低于露點溫度（結(jié)露、堵塞）。若有少許破損，效率大大降低，且不易排查破損處。,,,袋式過濾除塵器示意圖,,,密閉過濾式除塵裝置,,,,,干式旋風(fēng)除塵器示意圖,,,慣性除塵器示意圖,,,濕式除塵器,,,文丘里洗滌器,,,,高壓靜電除塵器,,,陽極,陰極,靜電除塵器示意圖,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管

50、理,一、主要大氣污染物控制技術(shù)（一）煙塵控制技術(shù)選擇除塵裝置依據(jù)： 選擇除塵裝置時要考慮處理粉塵的特性（溫度、濕度、粒徑大小、比電阻），還應(yīng)考慮除塵裝置的氣體處理量，除塵裝置的效率及壓力損失等技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟性能指標(biāo)。,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,一、主要大氣污染物控制技術(shù)（二）二氧化硫凈化技術(shù)燃料脫硫燃燒過程中脫硫煙氣脫硫,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,（二）二氧化硫凈化技術(shù)燃料脫硫煤炭洗選煤炭轉(zhuǎn)化重

51、油脫硫,重力分選法,煤氣 液化氣,C－S,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,（二）二氧化硫凈化技術(shù)燃燒過程中脫硫流化床燃燒脫硫，即將脫硫劑（石灰石或白云石）粉碎成與煤同樣粒度（粒徑在2mm左右），與煤同時加入爐內(nèi)，在1073-1173K下燃燒，石灰石受熱分解析出CO2，形成多孔的CaO進而與SO2作用,生成硫酸鹽，以達到固硫的目的。,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,（二）二氧化硫凈化技術(shù)煙氣脫硫,,濕法,干法,,石灰/石灰石洗滌

52、法 雙堿法 海水脫硫 氨吸收法 氧化鎂法,以濕法煙氣脫硫為主的國家有日本（98%）、美國(92%)、德國(90%)等。,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,（二）二氧化硫凈化技術(shù)選用原則排煙脫硫的工藝原理及過程應(yīng)該簡單、易于操作和管理；脫硫裝置應(yīng)具有較高的去除效率，經(jīng)濟效益好，耐用、節(jié)省人力物力及占地面積；脫硫過程中不應(yīng)造成二次污染；脫硫用的吸收劑價格便宜又容易獲得；在工藝方法上盡可能回收有用的硫資源（副產(chǎn)品：硫酸、硫酸

53、銨、石膏）。,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,一、主要大氣污染物控制技術(shù)（三）汽車尾氣的催化凈化汽車尾氣中主要含有烴類（碳氫化合物）、CO、NOx,前兩種主要是燃料不完全燃燒所產(chǎn)生， NOx是由燃燒及氣缸中的高溫條件所造成。汽車尾氣的完全催化轉(zhuǎn)化一般分兩步完成：一步是催化還原NOx（利用尾氣中的CO、CHx作還原劑）；第二步，催化氧化（燃燒） CO、CHx，達到尾氣凈化的作用。,第五節(jié) 大氣污染綜合防治與管理,二、大氣污染綜合防治

54、定義方法全面規(guī)劃、合理布局選擇有利污染物擴散的排放方式區(qū)域集中供暖、供熱改變?nèi)剂蠘?gòu)成綠化造林改進大氣污染控制技術(shù),§2.5 大氣污染綜合防治與管理,甘肅省玉門市境內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電,復(fù) 習(xí),主要內(nèi)容大氣污染源和污染物大氣環(huán)境中污染物的化學(xué)轉(zhuǎn)化大氣中污染物的擴散大氣污染綜合防治與管理,復(fù) 習(xí),重點掌握大氣污染源的概念，分類；大氣污染物的分類；主要的大氣污染物大氣污染的化學(xué)轉(zhuǎn)化；光化學(xué)反應(yīng)的概念、條件和過