第三讲大气污染与控制工程2

大气污染与控制工程环境科学与工程学院胡辉杨家宽

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)OzonelayerO2+hv->O+O(1)O+O2

->O3

(2)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。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，近似相等温度T与大气稳定度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1km，气温下降10℃为什么污染物气团上升过程，气温会下降？－10℃/km=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