第三讲大气污染与控制工程

大气污染与控制工程环境科学与工程学院胡辉杨家宽李胜利

Tel87542224；E-mail:gyhj08@;yjiakuan@环境工程导论内容一、大气与大气污染二、空气质量标准、大气污染物及危害三、大气污染气象学及大气污染模型四、颗粒污染物及除尘工艺五、VOCs及净化工艺六、SOx及脱硫工艺七、NOx及脱氮工艺一、大气与大气污染按照国际标准化组织（ISO）对大气和空气的定义：大气（atmosphere）：是指环绕地球的全部空气的总和（theentiremassofairwhichsurroundstheEarth）。环境空气（ambientair）：是指人类、植物、动物和建筑物暴露于其中的室外空气（outdoorairtowhichpeople，plants，animalsandstructuresareexposed）大气与空气环境空气的重要性和特性环境空气的重要性一个成年人每天呼吸大约两万次，吸入的空气量大约10～15m3（13.6kg），约食物重量的10倍（食物1.5kg、水2kg）。环境空气是一种资源，而且是一种可更新的资源。环境空气的性质：环境空气是一种混合气体，平均分子量为28.966，标准状态下的密度为1.293kg/m3。大气污染大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。大气污染的一般过程Emission:SourcesMeasurementControlEffectson:HumanhealthMaterialsGlobalclimateAtmosphere:TransportDilutionModificationPollutantremovalbyNaturalmechanism源头排放大气扩散危害受体自然消除亟待解决的大气污染问题臭氧层破坏温室效应酸雨汽车尾气污染大气污染的特点(1)气量大，浓度低。给监测和治理带来困难。(2)非稳态。由于大气的运动，如风的影响以及产生漩涡而扩散，随着时间、空间、气象条件的变化而变化的。(3)二次污染物。由于太阳光的照射，使进入大气中的某些污染物质产生光化学反应，生成生物毒性更大的物质。总之，大气中污染物及污染物存在的状态是多变的，因此对掌握大气污染的防治规律带来许多困难。大气污染的发展国外：18世纪末→20世纪中；“煤烟型污染”

20世纪50年代以后：“石油型污染”国内：“煤烟型污染”几类典型的大气污染①煤烟型（或还原型）污染主要污染源是燃煤。主要污染物是SO2、NOx、CO和微粒物质，它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。几类典型的大气污染②石油型（或交通型或氧化型）污染污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。主要污染物是CO、NOX和HC。在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染——光化学烟雾。它对人体、动植物、材料均会产生破坏作用，并且严重影响大气能见度。光化学烟雾实例几类典型的大气污染③VOCs污染可挥发性有机物（volatileoganiccompounds),简称VOCs，是指室温下饱和蒸汽压大于133.132kPa、常压下沸点50-260℃以内的有机化合物，包括烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳香烃等。来源：固定源和移动源几类典型的大气污染④臭味污染根据发臭基团的不同可以将恶臭污染物分为以下几个类别：第一类，含硫化合物，即硫化氢、硫醇、硫醚和二硫化碳等；第二类，含氮化合物，即氨、三甲胺和尿素等；第三类，不饱和脂肪酸及烃类。

一)气溶胶状态污染物1.粉尘

是指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定的时间内能保持悬浮状态。2.烟尘是燃料和其它物质燃烧的产物。3.雾

是气体中液滴悬浮体的总称。大气污染物种类大气污染物种类二)气体状态污染物

1.一次污染物：

从污染源直接排入空气中的原始污染物；

2.二次污染物：

一次污染物进入空气后，经过一系列化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物质。

表

气体状态大气污染物种类SO3、H2SO4及硫酸盐NO2、HNO3及硝酸盐无醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O3无SO2、H2SNO、NH3CO、CO2C1~C10化合物HF、HCI含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氢化合物卤素化合物二次污染物一次污染物污染物大气污染源类型1．按人们的社会活动功能分类

①生活污染源②工业污染源③交通污染源2．按污染源的几何形态分类

①点污染源②面污染源③线污染源大气污染危害1.颗粒物对人体健康的影响飘尘对人体的危害作用(PM10,PM2.5)

2.气体状态污染物对人体健康的影响①具有很强的刺激性的SO2气体②NOX的毒性③O3的刺激性作用④挥发性有机化合物(VOCs)中的有毒有害3.对城市环境中的植物、器物和材料的损失4.能见度降低几类典型的大气污染

1、酸雨与酸沉降

指pH<5.6的酸性降雨。现在泛指酸性物质以湿沉降或干沉降的形式从大气转移到地面上。酸沉降的研究始于酸雨研究。酸雨已成为当今世界上最严重的区域性环境问题之一。直接引起酸沉降的主要物质是人为和天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2），其天然源一般是全球分布的，而人为排放的SOX和NOX则具有地区性分布的特点。干燥的洁净大气中CO2的体积分数为3.30×10-4，其溶于纯水并达到平衡状态时,水(溶液)的pH值约为5.6,因此就应将洁净大气中CO2溶解且达到平衡状态时降水的pH值视为酸雨的本底pH值。pH=5.6上限的由来酸雨形成机制酸雨对植物的危害损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。此外，还会损害根系生长及其功能；减弱输送作用与导致生物产量减少。《城西的那棵老熔树》

摄影福建省三明市梅列区检察院刑保兴1997年4月2001年4月酸雨的经济损失评估酸雨的越界迁移与全球化问题酸沉降的迁移导致全球化环境问题

90年代，我国酸性降雨中硫酸根与硝酸根摩尔比大约为6.4:1，硫酸根的原生物主要是SO2；硫酸根、铵和钙离子浓度远高于欧美，硝酸根浓度低于欧美；因此，我国的酸雨是硫酸型。目前，我国酸性降雨中硫酸根与硝酸根摩尔比大约为4:1酸雨成分2001年度二氧化硫浓度区域分布中国SO2排放量网络分布（1995）2001年度全国降

水pH值分布全国降水pH年均值等值线分布图我国酸性降雨中硫酸根与硝酸根摩尔比大约为6.4:1，硫酸根的原生物主要是SO2；硫酸根、铵和钙离子浓度远高于欧美，硝酸根浓度低于欧美；因此，我国的酸雨是硫酸型。

我国酸雨严重的原因1）能源结构水电70-90%其它30-10%其它23.8燃煤76.2%燃煤50.4%其它49.6%燃煤26%其它74%燃煤32.9%其它67.1%我国的能源结构（90年统计）美国1950年能源结构美国1970年能源结构摩洛哥、挪威能源结构日本1955年能源结构燃煤16.7%其它83.3%日本1975年能源结构

一些国家能源结构比较我国酸雨严重的原因2）煤炭特点：中国煤炭中灰分、含硫量较高。大部分煤炭灰分在25-28%左右含硫量变化范围较大：0.1%-10%;1995年全国商品煤含硫量平均值为1.13%1983-1991年二氧化硫排放量与煤炭消耗量的相关系数达0.96几类典型的大气污染2、沙尘暴沙尘暴是一种风与沙相互作用的灾害性天气现象，它的形成与地球温室效应、厄尔尼诺现象、森林锐减、植被破坏、物种灭绝、气候异常等因素有着不可分割的关系。沙尘暴作为一种高强度风沙灾害，并不是在所有有风的地方都能发生，只有那些气候干旱、植被稀疏的地区，才有可能发生沙尘暴。风沙风沙北京的风沙沙尘暴沙尘暴2007年2月28日凌晨1时55分左右，新疆一列火车在吐鲁番境内遭遇特大沙尘暴，列车被狂风吹翻，目前至少有4人死亡。沙尘暴甘肃乍得

3、全球变暖/温室效应大气层中某些气体对短波和可见光吸收很弱，而对长波辐射吸收强烈，因此地球表面从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的“温室效应”。1880－2000年全球气温变化温室效应的产生白天太阳可见光白天红外辐射夜间红外辐射

太阳可见光:0.3~0.7μm(短波辐射)

向外层空间的红外辐射:>1μm(长波辐射)

温室气体对可见光是透明的，然而对红外长波辐射具有强烈吸收气体对入射太阳光与对外辐射的不同吸收二、空气质量标准、大气污染物及危害四大类主要大气污染物

颗粒污染物（Particulates）

易挥发有机废气（VOCs)

硫氧化物（SOx）

氮氧化物（NOx）环境空气质量控制标准的种类和作用

环境空气质量控制标准按用途分：大气环境质量标准大气污染物排放标准大气污染控制技术标准大气污染预警预报标准按其适用范围分国家标准地方标准行业标准环境空气质量标准

环境空气（Ambientair）质量标准是以保障人体健康和一定的生态环境为目标，而对大气环境中各种污染物的允许含量所作的限制规定。是最基本的大气环境标准，是进行大气环境科学管理，制定大气污染防治规划和大气污染物排放标准的依据，是环境管理部门的执法依据。大气环境污染物排放标准

大气污染物排放标准是为实现大气环境质量标准，对污染源排入大气的污染物允许含量的限制规定。是控制大气污染源的污染物排放量和选择设计净化装置的重要依据，也是环境管理部门的执法依据。大气污染物排放标准可分为国家标准、地方标准和行业标准。

大气污染控制技术标准

是根据污染物排放标准引申出来的辅助标准，如燃料、原料使用标准，净化装置选用标准，排气囱高度标准及卫生防护距离标准等。是为保证达到污染物排放标准而从某一方面做出的具体技术规定，目的是使生产、设计和管理人员容易掌握和执行。

警报标准

大气污染警报标准是为保护大气环境不致恶化，或根据大气污染发展趋势预防发生污染事故而规定的空气中污染物含量的极限值。超过这一限值就应警报，以便采取必要的预防措施，尽量减少对人们的危害。

中华人民共和国国家标准 环境空气质量标准

Ambientairqualitystandard

GB3095－1996

(代替GB3095－82)

国家环境保护局1996-01-18批准 1996-10-01实施主题内容与适用范围 本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定。 本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。环境空气质量功能区的分类和标准分级环境空气质量功能区分类一类区为自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护的地区。二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。三类区为特定工业区。环境空气质量标准分级（环境空气质量标准分为三级）一类区执行一级标准二类区执行二级标准三类区执行三级标准各项污染物的浓度限值注：①适用于城市地区；②适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区；③适用于农业和林业区。空气污染指数分级浓度限值空气污染指数污染物浓度/mg·Nm-3APIPM10(日均值)SO2

(日均值)NO2(日均值)CO(日均值)O3

(日均值)500.0500.0500.08050.1201000.1500.1500.120100.2002000.3500.8000.280600.4003000.4201.6000.565900.8004000.5002.1000.7501201.0005000.6002.6200.9401501.200空气污染指数范围及相应的空气质量类别空气污染指数API空气质量状况对健康的影响建议采取的措施0～50优

可正常活动

51～100良101～150轻微污染

易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状

心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动151~200轻度污染201～250中度污染

心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群中普遍出现症状

老年人和心脏病、肺病患者应在停留在室内，并减少体力活动251~300中度重污染>300重污染

健康人运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病

老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动如何计算API？PM10=0.215mg/m3ConcentrationofPM10(mg/m3)API0.10.20.3502001000.4API=maxI(NO2),I(SO2),I(PM10)CLILCSIS1、人体健康（HumanHealth）2、物品财产（Properties）3、能见度（Visibility）4、全球气候（GlobalClimate:GlobalWarming

StratosphericOzoneDepletion)大气污染的危害剂量－反应曲线，阈值/门槛值

Dosage

Dosage=C--------concentrationofpollutantst---------exposuretime

Dose-responsecurveDose(Concentration)Response(Harmfuleffects)No-thresholdthreshold1、人体健康（HumanHealth）AnimalexperimentLaboratoryexperimentswithhumansEpidemiologicalstudiesofhumanpopulations

BiologicalMechanism2、物品财产（Properties）植物动物雕像等建筑物水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物建筑物的毁坏3、能见度（Visibility）

Distantscene

Thelongerdistance,themoreparticlesbetweenusandthescene,thelessclearly.

Particlesbetweenusandthescenescattersunlight(ormoonlightorstreetlight)towardus,whichpreventusfromseeingdistantscenesclearly.ThebookaboutVisibilityThebookaboutVisibility4、全球气候（GlobalClimateI:

GlobalWarming）全球变暖/温室效应大气层中某些气体对短波和可见光吸收很弱，而对长波辐射吸收强烈，因此地球表面从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的“温室效应”。1880－2000年全球气温变化温室效应的产生白天太阳可见光白天红外辐射夜间红外辐射

太阳可见光:0.3~0.7μm(短波辐射)

向外层空间的红外辐射:>1μm(长波辐射)

温室气体对可见光是透明的，然而对红外长波辐射具有强烈吸收气体对入射太阳光与对外辐射的不同吸收温室气体主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烃、一氧化二氮等。当它们在大气中的浓度增加时，大气的温室效应就会加剧，引起地球表面和大气层下部的温度升高。人类活动排放温室气体的贡献

（1980－1990）温室气体的主要贡献者－CO2甲烷的温室效应比CO2高25倍温室效应的危害1、地球上的病虫害和传染疾病增加

史前病毒，虫害加剧2、海平面上升

专家预测2050年全球温升2－4摄氏度，海平面上升，纽约，上海，东京和悉尼淹没

3、气候反常，海洋风暴增多；

98年洪水；2004年7.9级强地震，引发海啸，印尼23万人死亡或失踪，50万人无家可归

4、土地干旱，沙漠化面积增大

西部干旱，缺水，黄河断流，沙漠化厄尔尼诺厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流，是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨。但这种模式每2—7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。

厄尔尼诺厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的海面水温异常升高，海水水位上涨，并形成一股暖流向南流动。它使原属冷水域的太平洋东部水域变成暖水域，结果引起海啸和暴风骤雨，造成一些地区干旱，另一些地区又降雨过多的异常气候现象。在科学上此词语用于表示在秘鲁和厄瓜多尔附近几千公里的东太平洋海面温度的异常增暖现象。当这种现象发生时，大范围的海水温度可比常年高出3－6摄氏度。太平洋广大水域的水温升高，改变了传统的赤道洋流和东南信风，导致全球性的气候反常。厄尔尼诺“厄尔尼诺”一词来源于西班牙语，原意为“圣婴”。19世纪初，在南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等西班牙语系的国家，渔民们发现，每隔几年，从10月至第二年的3月便会出现一股沿海岸南移的暖流，使表层海水温度明显升高。南美洲的太平洋东岸本来盛行的是秘鲁寒流，随着寒流移动的鱼群使秘鲁渔场成为世界三大渔场之一，但这股暖流一出现，性喜冷水的鱼类就会大量死亡，使渔民们遭受灭顶之灾。由于这种现象最严重时往往在圣诞节前后，于是遭受天灾而又无可奈何的渔民将其称为上帝之子－－圣婴。拉尼娜拉尼娜是西班牙语“LaNina”-“小女孩,圣女”的意思,是厄尔尼诺现象的反相，指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象，表现为东太平洋明显变冷，同时也伴随着全球性气候混乱，总是出现在厄尔尼诺现象之后。气象和海洋学家用来专门指发生在赤道太平洋东部和中部海水大范围持续异常变冷的现象（海水表层温度低出气候平均值0.5℃以上，且持续时间超过6个月以上）。拉尼娜也称反厄尔尼诺现象。

拉尼娜最近一次拉尼娜现象出现在1998年，持续到2000年春季趋于结束。厄尔尼诺与拉尼娜现象通常交替出现，对气候的影响大致相反，通过海洋与大气之间的能量交换，改变大气环流而影响气候的变化。从近50年的监测资料看，厄尔尼诺出现频率多于拉尼娜，强度也大于拉尼娜。中国海洋学家认为，中国在1998年遭受的特大洪涝灾害，是由“厄尔尼诺—拉尼娜现象”和长江流域生态恶化两大成因共同引起的。

4、全球气候（GlobalClimateII:Stratosphericozonedepletion)臭氧层性质：O3是一种淡蓝色气体，具有特殊刺激性臭味．大气中的臭氧非常稀少，整个大气中臭氧含量仅为10-6。假如将大气中所有的臭氧压缩到地面，在地表的大气压下厚度将近为2.5～3.5mm．臭氧在大气中主要分布在两个区域．90％存在于距地面20一40km的平流层中(随纬度不同，该距离也不同)，平流层中臭氧含量占这一高度空气总量的10-5

OzonelayerO2+hv

->O+O(1)O+O2

->O3

(2)臭氧能吸收99％以上来自太阳的紫外线辐射

20世纪70年代中期，美国科学家发现了南极上空的臭氧层有变薄现象。1984年英国南极科学家根据英国哈利湾南极站30年观测资料，首次提出在南极上空出现了一个巨大的“臭氧空洞”，该“空洞”大小相当于整个美国大陆．

从20世纪70年代中期至90年代中期，南极O3气柱总量下降了180DU(将0℃，标准海平面压力下，1Q-5m厚的臭氧定义为1个Dobson单位，即1DU)．臭氧层破坏现象的发现北极1987年德国科学家发现北极上空出现臭氧层空洞，其中心位于离北极约1127km的斯匹次卑尔根岛上空，大小约为南极臭氧层空洞的1／3。在2000年北极上空18km处的臭氧损耗已达到最高水平，累积耗损达60％．臭氧层破坏现象的发现其它地区1、中国的北京和昆明两个监测站经观测发现，北京和昆明上空的臭氧总量也呈下降趋势，在最近l0年分别减少了5％和3%。2、青藏高原上空每年6月到10月上旬，出现一个明显的臭氧浓度异常低值的中心，该中心臭氧浓度的总量逐年降低，年均递减率达0.35％．3、在过去10年日本北海道上空的臭氧量减少了3．3％。东京在1980年到20世纪80年代后期，UV-B段辐射增加了30％。4、莫斯科天文学家指出，俄罗斯上空的臭氧骤减使整个西伯利亚受到了威胁．5、最近20年，北美、北非、欧洲臭氧层中的臭氧减少了3%。经统计，与20世纪70年代相比，南极和北极地区春季的臭氧总量分别减少了50％和15％；南半球中纬度地区全年平均减少了5%。北半球中纬度地区冬／春季减少了6％，夏/秋季减少3%臭氧层破坏现象的发现破坏臭氧层的物质1）、氮氧化物，包括NO、NO2、N20,飞行器2）氯氟烃，CFCs（氟里昂）、三氯氟甲烷(CFC—11)和二氯二氟甲烷(CFC—12)3)溴氟烃(Halons)，哈龙1301(CF3Br)、哈龙1211(CF2BrCl)和溴代甲烷(CH3Br或标记为MeBr)4)一些自然活动产生的自由基HOx(H、OH、HO2)氟里昂CFCs:几十年至百年以上三氯氟甲烷(CFC—11)：平均寿命为50年，二氯二氟甲烷(CFC—12)：平均寿命为110年，CFC—113：为90年。哈龙1301(CF3Br)：65年哈龙1211(CF2BrCl)：20年溴代甲烷(CH3Br或标记为MeBr)：0.8~1.7年臭氧层破坏机理臭氧的消失

臭氧的生成臭氧层破坏的链式反应总反应Y为使臭氧分解的活性物质HOX(H、HO、HO2)NOX(NO、NO2)XOX(Cl、ClO、Br、BrO)活性物质不消耗HOX的生成主要是H2与O或H2O与CH4反应生成破坏反应总反应CFCs破坏机理Cl的生成总反应O3的破坏一个氯原于进入链反应能破坏10万个臭氧分子，直至与一些含氢类化合物或甲烷反应全部生成HCl为止。并且氯化氢应及时在平流层被清除，否则会重新生成氯原于．其反应机理为溴化物也能破坏臭氧层，如果在大气中氯和N20浓度保持恒定，Br的浓度由0.02g/kg增至0.1g/kg

，臭氧浓度将减少4％。其破坏作用机制为:N2O氧化生成的NOX和超音速飞机排放的NO，也破坏臭氧层：NO的生成O3破坏总反应臭氧层破坏形成原因臭氧层破坏原因臭氧层破坏原因CFCs破坏臭氧层机理(I)ClO+ClO+M->Cl2O2+MCl2O2+hv->Cl+ClO2ClO2+M->Cl+O2+Mthen:2x(Cl+O3)->2x(ClO+O2)net:2O3->3O2and(II)ClO+BrO->Br+Cl+O2Cl+O3->ClO+O2Br+O3->BrO+O2net:2O3->3O2TheHalleyResearchStationTheOzoneHoleMonthlyOzoneAveragesforOctoberMPEGmovieofTOMSozonemeasurementsfromNov1978toJan1992

CFCsSimcat3DModel臭氧层空洞的危害皮肤癌与白内障三、大气污染气象学及大气污染模型大气圈垂直结构中间层平流层对流层均质层：至80-85km，主要成分氮和氧的组成比例几乎不变非均质层散逸层（逃逸层，外层）暖层（热层，电离层）15-35km同温臭氧层高度(km)大气圈垂直结构N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解对流层至10km－16km稳定的气体组成强流的对流与湍流稳定降低分布6.5℃/km50－100m，人类活动区域及污染物l－2km以下，边界层或摩擦层lkm－2km以上，自由大气层，如雨、雪、雹形成区域平流层/同温层对流层顶向上到50km左右空气以平流为主，无对流同温层约－55℃，然后逐渐升高至－3℃由于逆温分布，污染物停留时间很长中间层对流层顶到85km温度随高度的增加迅速降低，至－83℃大气稀薄对流运动强烈热层/暖层/电离层从中间层顶向上到800km在强烈的紫外线和宇宙射线的作用下，大气中的N2、O2分子电离成了O2+、O+及NO+等离子，该层温度随高度的增加而急剧上升，最高可达1700℃。逃逸层/逸散层热层以上的大气层空气极其稀薄大部分分子电离粒子收引力小，能进入太空主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为～。与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温气压空气湿度（气湿）、

风（风向、风速）

云量云状

能见度

降水蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。风向和风速主要气象要素

水平(horizontal)方向的空气运动称为风。

（垂直方向－升降气流）风的来向叫风向（16个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或10min平均）

(km/h)

F－风力级（0～12级）

风向和风速－风玫瑰图风速,m/s某地区1988年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11％，其中风速大于10.82m/s的频率约为1％，风速在3.35～5.41m/s的频率为3.5%左右。几个重要概念1）温度递（直）减率γ，高度每增加单位高度的温度降低℃/单位高度（100m，1km)2)干绝热递减率: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100m)所造成的温度降低数值

气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温温度层结

气温垂直分布一般有四种情况①气温随高度的增加而降低。此时γ＞0，γ＞

γd②气温基本上不随高度变化。此时，γ=0（等温层结）③气温随高度增加而上升。此时γ＜0

④气温垂直递减率接近于1K/100m，即γ=γd

（中性层结）图

气温垂直递减率γ标准大气压γ＞0干绝热等温层γ=0逆温层γ＜0大气层高度气温γd＞0三.气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆温度层结与逆温2．逆温

近地层空气温度随高度的增加而上升的一种现象.

逆温类型辐射逆温（如图)平流逆温下沉逆温（如图)锋面逆温(如图)图

辐射逆温的生消过程(a)逆温形成前的气温垂直分布;(b)逆温开始生成;(C)逆温逐渐向上扩展；(d)逐渐消失；(e)完全消失三.大气污染气象学及大气污染模型图

海风入侵时的锋面与扩散平流逆温下沉逆温：由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温。锋面逆温：在对流层中：锋面上，冷暖空气团相遇时，如果冷暖空气的温差很大时，就可以出现锋面逆温。图

下沉逆温的形成暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成暖空气团高温低温三.大气污染气象学及大气污染模型三.气象的热力因子温度层结与逆温、大气稳定度☆大气稳定度

大气稳定度是表示空气块在垂直方向的稳定程度

1.大气稳定度的判别①不稳定类（γ＞γd

）;②中性类（γ=γd

）;③稳定类（γ＜

γd

）

2.大气稳定度的分类(表3.2)稳定类：E和F中性类：D不稳定类：A、B、C季节风速白昼夜间0~2晴3~7多云8~10(阴)0~2(晴)3~7多云8~10阴夏春秋冬夏春秋冬各季各季<2m/sAA-BBA-BBB-CDEED2~2.9A-BBB-CBB-CCDED-ED3~4.9BB-CCB-CCC-DDD-EDDD5~6B-CCC-DCC-DDDD>6CDDDDDDD

p.T.ρ____周围环境空气

热力学第一定律+理想气体状态方程+准静力

p.T.ρ定压比热：干空气=996.5J/kg.K对于标准大气来说，在对流层下层的γ值为0．3—0．4℃／100m；中层为γ值为0.5—0．6℃／100m上层为0．65—0．75。C／100m。整个对流层的气温垂直递减串平均值为0．65℃／100m。ΔZ大气稳定度及气团垂直运动模型大气稳定度假如有一空气块(团)受到对流冲击力的作用，产生了向上或向下的运动，那么就可能出现三种情况：1）如果空气团受力移动后，逐渐减速，并有返回原来高度的趋势，这时的气层，对于该气团而言是稳定的；2）如空气团一离开原位就逐渐加速运动，并有远离原来高度的趋势，这时的气层，对于该气团而言是不稳定的；3）如空气团被推到某一高度后，既不加速也不减速，保持不动，这时的气层，对于该气团而言是中性气层。大气稳定度及气团垂直运动模型

p.T.ρ____周围环境空气

污染物气团浮力重力密度ρ与大气稳定度

temperaturedensity相同海拔高度，近似相等（准静力）温度T与大气稳定度气体状态方程大气垂直运动的稳定度决定于温度差，温度的分布（T,T’）随高度如何变化呢？讨论问题？干绝热直减率(Dryadiabaticlapserate)绝热条件下，干污染物气团每上升100m，气温下降1℃－1℃/100m=同样高度的周围空气温度T＝T0一γ·ΔZ。假设起始温度相同，即T0＝，则有:

从上式可见：当γ—γd＞0时，α＞0，气块加速运动，大气不稳定；当γ—γd＜0时，α＜0，气块减速运动，大气稳定；当γ=γd时，α＝0，大气是中性的。假设：γd=0

γ＞0时，α＞0，气块加速运动，大气不稳定；当γ＜0时，α＜0，气块减速运动，大气稳定；（逆温）当γ=γd时，α＝0，大气是中性的干绝热直减率（）可逆绝热假设重力气压体积能量消耗温度标准绝热直减率（）为什么正常环境大气温度随高度增加，会下降？标准绝热直减率（）地球的所有的能量来自于太阳地球相当于黑体，吸收辐射和辐射能力都很强大气层是选择性吸收和辐射体实际绝热直减率会受地域和时间影响而变化实际的环境温度直减率－？℃/km=大气稳定度与温度分布关系T(℃)Z(m)周围环境温度污染气团温度0实际环境大气温度直减率T(℃)Z(m)0干绝热直减率保持恒定10℃/km然而，实际环境大气温度直减率随时间的变化，随地理条件的变化不同(a)不稳Z0ZTT0T1’Z1T1气团上升T1’>T1

气团将越升越高气团下降T2’<T2

气团将越降越低T2T2’(b)中性TZ

a=0(c)稳定TZa气团上升T1’<T1

气团降低至稳定点气团下降T2’>T2

气团上升至稳定点T1’T1T2T2’(d)非常稳定TZ

逆温a逆温(Temperatureinversion)1、辐射逆温ZZTT300m10°C21°C(a)黎明(b)黎明+2h00

1、辐射逆温ZZTT300m1800m27°C(c)黎明+4h(d)下午0030°C2、平流逆温暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成暖空气团高温低温3、锋面逆温冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面混合高度(Mixingheight)地面排放的大气污染物，将上升到一个极限高度，并在这个极限高度范围内混合均匀。这个极限高度就称为混合高度。TZ0大气污染湍流扩散模型用来预测大气污染物排放后，在不同时间与空间的浓度分布所有的模型都采用必要的假设条件模型基于质量守恒定律theGaussianplumeidea（高斯烟羽模型）yZxHh

风向

x=y=z=0

在烟囱底部高斯二维烟羽扩散方程连续稳态排放

水平扩散系数

垂直扩散系数垂直浓度分布四、颗粒污染物及除尘工艺颗粒物粒径与沉降速度buoyancygravityDragforceaμ

----运动粘度系数牛顿粘性定律颗粒物的重力沉降速度斯托克斯公式Stokes’lawSoρaircanbeignored,buoyant0什么叫除尘器？将带颗粒物气体引入一个具有一种或多种力作用的空间，在此空间，在一种或多种力的作用下实现颗粒物与气体的分离，此空间就叫做除尘器。力的种类：重力惯性力离心力水的粘附力阻力静电力除尘装置概述从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置

湿式除尘装置

干式除尘装置

按分离原理分类：重力除尘装置（机械式除尘装置）：重力

惯性力除尘装置（机械式除尘装置）：惯力离心力除尘装置（机械式除尘装置）：离心力洗涤式除尘装置：水的粘附力过滤式除尘装置：阻力电除尘装置：静电力声波除尘装置

袋式除尘电除尘重力除尘惯性除尘湿式除尘重力沉降室四.颗粒污染物及除尘工艺干式机械除尘器二)惯性除尘器

利用粉尘与气体在运动中的惯性力不同，使粉尘从气流中分离出来的方法。类型a.冲击式结构；b.反转式结构。惯性除尘器的特点

a.能分离10-30μm左右的尘粒，除尘效率为70％;b.适合安装在烟道上使用;c.可设计成不同的结构形式，作为前一级除尘器与其他除尘方法组成多级除尘系统。图惯性除尘器的分离机理示意图四.颗粒污染物及除尘工艺干式机械除尘器三)旋风除尘器

利用离心力作用将尘粒从气流中分离并捕集下来的装置。☆旋风除尘器的构造及工作原理(图)☆旋风除尘器的分类

a.切线进入式旋风除尘器；b.轴向进入式旋风除尘器旋风除尘器的特点

a.结构简单，造价低；b.无传动机构及运动部件维护、修理方便；c.可用于高温含尘烟气的净化;d.可承受内、外压力；e.可干法清灰，可用它回收有价值的粉尘；f.可用以净化含高腐蚀性粉尘的烟气。旋风水膜脱硫除尘器GasinGasoutLimeliquidinliquidout四.颗粒污染物及除尘工艺电除尘器

当含尘气体通过强电场时被电离而荷电，荷电的尘粒在电场力作用下到达集尘极，从而使尘粒从含尘气体中分离出来一种除尘装置。☆电除尘器的机理

含尘气体通过两极间非均匀电场时，在放电极周围强电场作用下，气体被电离，使带电尘粒在电场作用下推向集尘极，从而达到除尘目的。☆电除尘器的类型1.按集尘电极的型式①管式电除尘器；②板式电除尘器。2.按含尘气流在电除尘器中流动方式①立式电除尘器；②卧式电除尘器

3.按收尘极上清灰方式的不同

①干式电除尘器；②湿式电除尘器图

平板型集尘极的不均匀电场示意图++++(+)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)离子化区(A)集尘极(+)荷电层荷电层荷电层(-)(-)放电极(-)(B)(A)集尘极(+)高压直流电源含尘气体电荷产生粉尘荷电极板收集带点粉尘电场中移动静电除尘器工作过程清灰电除尘器外观图卧式立式宽间距卧式电除尘器HHD型宽间距卧式电除尘器电除尘器Dust-collectionplateLHigh–voltagewireforcoronadischargeCleangashDirtygasCoronadischargealongthelengthofwireCollecteddustonplateDustremovedfromplatestohoppers2H集尘板烟气清洁气体电晕线长度收集在集尘板上的尘电除尘器电除尘器烟道气烟道气详图：严密的放电极收集的粉尘风板的距离清洁气体四.颗粒污染物及除尘工艺湿式除尘器

用水或其他液体与含尘废气相互接触，实现分离捕集粉尘粒子和吸收有害气体的装置.类型a.重力喷雾除尘器；b.旋风水膜除尘器；c.贮水式冲击水浴除尘器；d.填料塔除尘器；f.文丘里除尘器；优点①除尘效率比干式除尘器的高；②可处理高温、高比阻、易燃易爆含尘气体；③具有除尘、冷却和净化的作用。

缺点①有废水处理问题；②洗涤水有一定的腐蚀性，金属设备易被腐蚀；③在寒冷地区使用湿式除尘器容易冻结；④能耗比较大。图

填料洗涤除尘器的类型a.错流型；b.顺流型；c.逆流型湿式除尘器文丘里湿法除尘器四.颗粒污染物及除尘工艺过滤式除尘器一)过滤式除尘器

利用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装置。类型1.按使用原料的性状不同;

2.按除尘器的应用目的;3.按粉尘粒子在除尘器中被捕获位置的不同(图);

内部过滤:粉尘粒子是在滤层内部而被捕集.

外部过滤:粉尘粒子是被阻挡在滤料的表面上.图

过滤除尘器的过滤方式Dirtygasstream△xCleanedgasflowFiltercakeFiltermedium布袋除尘器原理－粉尘过滤层四.颗粒污染物及除尘工艺过滤式除尘器二)袋式除尘器

含尘气体通过滤袋滤去其中粉尘粒子的分离捕集装置。优点

①对净化含微米或亚微米粉尘粒子的效率较高；②可捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘；③含尘气体浓度在相当大的范围内变化；④可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求；⑤稳定可靠，无污泥处理和腐蚀等问题。缺点

①受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响；②不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体；③净化大含尘烟气量所需投资比电除尘器高。

4、阻力大布袋除尘器结构含尘气流喷吹除尘清灰两类清灰方式shake-deflatebaghousepulse-jetbaghouse(震动反吹清灰袋式除尘器)(脉冲喷吹清灰袋式除尘器）震动清灰式LDB型布袋除尘器LPP系列脉冲袋式除尘器LPJ系列高压喷管脉冲袋除尘器Jet-Pulse大风量的烟气PPC系列气箱脉冲袋收尘器玻纤袋收尘器该收尘器适应性强、即能在高温(气温达250℃)，高湿（露点在60℃时）。LCXS型玻纤袋收尘器LDB型布袋除尘器LPP系列脉冲袋式除尘器PPC系列气箱脉冲袋收尘器电袋复合式静电除尘器布袋除尘器含尘气体净化气体五、VOCs及净化工艺VOCs的来源和特性常温下是液体或固体，平衡蒸汽较高，沸点较低，易于挥发到空气中形成气态污染物汽车制造业、自行车、摩托车、家用电器、电线电缆、漆包线、电机及电机绝缘处、电器、仪表、电子、石油化工、涂料、化工、印铁、印刷、家具、皮革、鞋业、玻璃、建材等行业等甲醛、甲苯、苯、乙醚、丙酮等重点控制三苯物质：苯、甲苯、二甲苯VOCs净化工艺(1)Condensation(冷凝法)(2)Adsorption(固体吸附法)(3)Absorption(液体吸收法)(4)combustion(Incineration)(焚烧法)(5)BiologicalOxidation(Biofiltration)(生物氧化法)浓度法氧化法常用吸附剂特性吸附剂类型活性炭活性氧化铝硅胶沸石分子筛4A5A13x堆积密度

/kg·m-3200～600750～1000800800800800热容/kJ(kg·K)-10.836～1.2540.836～1.0450.920.7940.794——操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/Å15～2518～48224513再生温度

/K373～413473～523393～423473～573473～573473～573比表面积

/㎡·g-1600～1600210～360600——————吸附剂再生(a)吸附(b)解吸气体吸收吸收设备填料塔喷淋塔吸收设备填料塔一般催化燃烧流程废气入口热交换器预热室催化床排气补充能量汽车尾气催化燃烧器六、SOx及脱硫工艺按脱硫设备的使用位置燃烧前脱硫燃烧中脱硫尾气脱硫按脱硫产物的处理情况抛弃法回收法按脱硫工艺湿法脱硫半湿法脱硫干法脱硫燃前脱硫煤炭的洗选

煤气化技术

水煤浆技术

燃烧中脱硫技术1）流化床燃烧技术2）炉内喷钙法。1、石灰石（石灰）——石膏法（湿法）2、简易石灰石（石灰）——石膏法（湿法）3、喷雾干燥法（石灰）4、海水脱硫工艺5、荷电干粉法（石灰）尾气脱硫技术湿法脱硫基本工艺过程石灰制备系统吸收氧化除雾烟气再加热石膏脱水水处理Fluegasdesulfurization(FGD)CaCO3+SO2+0.5O2CaSO4+CO2

limestone强制氧化湿法脱硫工艺FGDFGD反应原理烟气脱硫工艺比较七、NOx及脱氮工艺NOx的形成机理燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx：高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NOx：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOxNOx的控制技术燃烧后烟气净化——催化燃烧还原1.选择性催化还原法(SCR)脱硝（图）在