噪声与振动控制之环境工程.

１大气污染２大气污染防治第二部分、大气环境第五章、大气污染5.1、大气的组成地球上的大气是环境的重要组成要素，并参与地球表面的各种过程，是维持一切生命所必须。大气的质量好坏，对整个生态系统和人类健康有直接的影响。大气的污染及防治是目前重要环境问题之一。在大气地理、大气气象和自然地理的研究中，大气是指大区域或全球的气流或气体。1、什么是大气？2、大气的成分恒定可变的不定的惰性气体氮（78.09%）氧（20.95%）氩（0.93%）氖氦氪氙氡等二氧化碳（0.02~0.04）%水蒸气（4以下）%纯净空气1来源于火山喷发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾难引起的。主要的成分有：尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、盐类及恶臭气体。2人类的社会活动。如：煤烟、尘、硫氧化物、氨氧化物等，这是最主要的不定成分来源5.2、大气的污染形成和污染源自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动，改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒物质，使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等构成损坏，即为大气污染。1、大气污染的定义2.污染的形成1）原于人对能源的利用，2）14世纪，燃煤的烟成为主要的问题，3）18世纪，工业用燃料3.污染源的种类：1）按污染源存在的形式2）按污染源排放的方式3）按排放时间4）按污染物产生的类型1）按污染源存在的形式2）按污染源排放的方式3）按排放时间4）按污染物产生的类型1高架源2面源3线源1连续2间断3瞬间1固定污染源2移动污染源1工业污染源2家庭3汽车排气4农业4.空气中的污染物1）重要的空气污染物（5种）：碳氢化合物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从各类污染源排出的物质一次污染物反应性污染物非反应性污染物在大气中长与某些其他物质发生反应，或成为催化剂性质稳定不产生化学反应，或反应速度很慢一次污染物在大气中的物理作用或化学反应：1气体污染物之间的化学反应。如：OHSSOSH222232催化剂2空气中粒状污染物对气体污染物的吸附作用，或粒状污染物表面上的化学物质与气体污染物之间的化学反应。如：MgSMgSOSOMgO423443气体污染物在其溶胶中的溶解作用。4气体污染物在太阳光作用下的光化学反应。3）二次污染物一次污染物的各种化学反应的结果生成的一些列新的污染物为二次污染物。常见的二次污染物：臭氧、过氧化乙酰硝酸酯、硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸气溶胶、过氧化氢等。在干燥的空气中，二氧化硫的含量达800ppm时，人们是可以忍受的。但在形成硫酸气溶胶后，其含量仅0.8ppm人即不可忍受。4)大气污染物主要污染物的性质、来源和危害1一氧化碳来源：汽车排放，不完全燃烧空气中的一氧化碳可以转化成二氧化碳，既有自净的能力，但机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来源于矿物燃料的燃烧过程，也有来自生产或使用硝酸工厂的排放，氮肥厂或冶炼厂等3碳氢化合物主要来源于生物的分解作用。危害：能导致生成有害的光化学烟雾4硫氧化物硫氧化物的主要来源于矿物燃料的燃烧危害：生成硫酸气溶胶酸雨腐蚀性引起各种疾病5微粒微粒是指空气中分散的液态或固态物质，也称气溶胶，包括：尘、烟、雾和碳烟等尘：大于1um的固体微粒烟：小于1um的固体微粒雾：液体微粒，直径可达100um碳烟：极细，可集成一串大于10um的尘埃中的颗粒物质成为降尘，可以沉降于地面，10um以下的为飘沉。6其他有害物质石棉、汞和铍等7光化学烟雾光化学烟雾，最早1964年出现在美国洛杉矶，其是由HC和NOX在阳光照射作用下发生化学反应而生成刺激性物质，在一天内成分浓度不断发生变化。危害：1遮挡阳光，使气温降低，或形成冷凝核心，使云雾和雨水增多，以至影响气候。2使可见度降低。3燃煤时生成的SOX，在加上微粒，对人体危害特别大。4可见度差，增加燃料消耗。5用四乙铅做汽油防爆剂，排入空气中的铅，危害大1刺激眼睛2臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽等症状。3臭氧能损害有机物，如橡胶、棉布、尼龙等。4引起哮喘及引起植物毁坏5.3、大气中污染的影响因素光化学烟雾的危害：在早上8点钟左右HC和NO2的浓度最高，经过2-3小时的阳光照射下后，臭氧和醛类的浓度出现最高值，到了晚上，这些污染物的浓度下降。一、影响大气污染的因素主要有以下几种：1、污染物的性质及成分排入大气的污染物通常由各种气体和固体颗粒物体组成，它们的性质是由它们的化学成分决定的。不同的化学成分在大气中造成的化学反应和清除过程不同。直径大小不同的固体颗粒在大气中的沉降速度及清除过程不同，因而对浓度分布的影响也不同。1污染物的性质及成分2污染物的几何形状和排放方式3地理因素4气象条件2、污染物的几何形状和排放方式一）地形和地物的影响：地面是一个凹凸不平的曲面，会影响气流方向和风速；山脉的阻滞作用，对风速影响很大，尤其是山谷盆地；城市中的高层建筑、体形大的建筑物，能造成气流在小范围内产生涡流，阻碍气流的运动，降低了近地层风速梯度，并使风向摆动大。一般规律是建筑物背风区风速下降，在局部地区产生涡流，不利于气体扩散。二）山谷风：冷暖谷风山谷风谷风山风冷暖山风3、地理因素三）海陆风：海风陆风海陆风海风陆风四）城市热岛环流：A城市热岛环流：1）城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高2）城市的覆盖物（如建筑、水泥路面等）热容量大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖；是指由城乡温度差引起的局地风。B产生城乡温度差异的主要因素是：由于城市市区净热量吸入比周围乡村多，故平均气温比周围乡村高（特别是夜间），于是形成了所谓城市热岛。城乡年平均温差一般为0.4~1.5度，有时可达6~8度，其差值与城市的大小、性质、当地气候条件及纬度有关。由于城市温度经常比农村高（特别是夜间），气压比乡村低，所以形成一种从周围农村吹向城市城区的特殊的局地风，称为城市热岛环流或城市风3）城市上空笼罩着一层烟雾和二氧化碳，使地面有效辐射减弱C环流成因二、大气边界层的温度场4、气象条件:（一）气温垂直递减梯度1对流层内温度变化随高度的增加温度逐渐下降1）大气中的温度场2）大气的水平流动和湍流2地面温度高的原因1）地面是大气的主要和直接热源2）水汽和固体杂质的分布从低空向高空减少，他们吸收地面辐射能力很强3气温垂直递减率气温随高度的变化，称为气温垂直递减率d干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度（通常取用单位高度为100）所造成的温度下降数值，称为干绝热递减率，以表示：ddzdTid4温度层结气温沿垂直高度的分布，称为气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结大气温度层结的4种类型：1）气温随高度增加而递减，称为正常分布层结或递减层结02）气温直减率等于或近似等于干绝热直减率。d3）气温不随高度变化，称为中性层结。04）气温随高度的增加而增加，称为逆温。0气温高度1234(二)逆温1、逆温层一般将气温随高度增加而增加的大气层称为逆温层或阻挡层注意：当发生等温或逆温时，大气是稳定的，大大阻碍了气流的运动，不利于污染物的扩散。2、逆温生成的原因成因辐射逆温下沉逆温平流逆温锋面逆温湍流逆温1)辐射逆温1)辐射逆温辐射逆温是指在晴空无云(或少云)的夜间,当风速较小(3)时,地面因强烈的有效辐射而很快冷却,近地面冷却最为强烈,较高的气层冷却较慢,因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层。ZZZT(a)T(b)T(c)ZT(d)ZT(e)辐射逆温的生成过程a下午递减温度层结b日落1小时逆温开始生成的情况c黎明时达到最强d日出后逆温逐渐消失e上午10点中左右逆温层完全消失辐射逆温在陆地上常年可见,但以冬季最强。辐射逆温层的厚度可达200~300m，有时可达400m左右。2)下沉逆温：下沉逆温有称压缩逆温。当高压区内某一层空气发生强度较大的气团下沉运动时，常可使原来具有稳定层结的空气层压缩成逆温层结。hA`B`C`D`ABCDh`下沉逆温3)平流逆温：由暖空气平流到冷地表面上形成的逆温称为平流逆温4)湍流逆温：低层空气湍流混合形成的逆温称为湍流逆温ATBZd湍流混合dABTZ湍流混合5）锋面逆温在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气团因其密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区，称为锋面。在锋面上，如果冷暖空气的温差较大，即可以出现逆温。锋面逆温仅在冷空气一边。(三)不同温度层结下的烟型1翻卷型(波浪型)2锥型3平展型4爬升型5漫烟型三、大气水平运动和湍流（一）大气的水平运动1、作用于大气上的力：1）水平气压梯度力2）地球偏向力3）惯性离心力4）摩擦力2、近地层风速廓线平均风速随高度变化的曲线称为风速廓线，风速廓线的数学表达式称为风速廓线模式。1）中性层结条件下的风速廓线模式：0lnzzKuu2）非中性层结条件下的风速廓线模式：mzzuu)(11（二）大气的湍流运动大气的无规则运动称为大气湍流。风速的脉动和风向的摆动就是湍流的作用1垂直方向上的温度分布分布不均引起的热力湍流2垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起的机械湍流5.4大气污染控制一、控制空气污染的途径二、移动源污染物控制三、固定源微粒污染物的控制四、硫氧化物和氮氧化物的控制从以下方面进行介绍：一、控制空气污染的途径1、合理的工业布局2、区域采暖，集中供热3、高烟囱排烟4、改变燃料构成5、进行技术革新，改善燃烧过程6、改革生产工艺7、开发新能源8、减少机动车辆的废气污染二、移动源污染物控制1、内燃机的改造1）调节燃料与空气的配比2）延迟点火，可减少氮氧化物含量，降低压缩比也能减少氮氧化物和HC的排出量，但此时燃料利用不经济。3）曲柄箱装上通风系统，使排出的气体返回引擎中燃烧利用。4）用小罐活性炭吸附其挥发的燃料，待再点火时，由新鲜空气冲洗并带入燃烧室中。2、尾部排气系统的改进1）采用较浓的燃料与空气配比，并另设一热反应器，使尾气能保温足够时间，以便与新鲜空气继续燃烧。2）增设接触转化器，使HC与CO氧化成水和二氧化碳。3）使部分尾气返回燃烧，使燃烧室温度降低，减少氮氧化物的排出量，同时由于燃料与空气的配比不变，因此HC和CO也不会增多。3、改换燃料改造燃料性能和试制新型燃料4、研制新式发动机三、固定源微粒污染物的控制微粒排量绝大部分是来自固定源，其控制方法有：（1）改变污染源的特性，使微粒产量减少。如改用天然气代替煤作燃料；以原子能代替火力发电；以卫生填埋代替垃圾焚烧等（2）应用控制装置将微粒除净后再进行排放。方法的选用与考虑容积效率、微粒特性、净化要求、许可的压力降和费用等因素。常见的几种方法如下：1.沉降室当含尘的气体进入沉降室后，气体流速降低，微粒大于40的主粒便借重力沉降。此法常用作初级除尘。2.离心或旋风分离器对直径大于40um的微粒，收尘率大于95%；而对于直径小于8um的微粒收尘率在50%以下。3.洗涤器对直径为2-3um的微尘，收尘率可达96%4.静电除尘气对直径小于1um的微尘，仍有显著除尘效果5.织物袋滤室对直径小于1um的微尘，净化率可达100%，同时可有效地除去0.01的微粒。但价格高。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，特别是在浓雾时期2）少烧煤或不烧煤而改用其它能源，如原子能或水力等3）加高烟囱，加强空气的稀释扩散作用4）通过提高燃料效率和控制入口，减少燃料的耗用量。5）从烟囱排气中除硫6）从燃料中预先脱硫从烟囱排气中除硫的方法：（1）含硫浓度高的烟（2）含硫浓度低的烟氨法活性炭石灰乳法从燃料中预先脱硫（1）燃料油经催化和加氢后使起脱硫。（2）燃料油进行气化加工而脱硫（3）煤气化在使用2.氮氧化物的控制氮氧化物的控制方法有：1改革工艺或改进燃烧条件。降低燃烧温度以减少氮氧化物的产生2借催化还原法或吸收法净化排烟中的氮氧化物还原法非选择性还原法选择性还原法吸收法碱吸收法熔融盐吸收法硫酸吸收法氢氧化物完