大气污染控制工程第三版课后习题答案及解析18章全

大气污染控制工程课后作业习题解答

第一章概论

1.1解：

按Imol干空气计算,空气中各组分摩尔比即体积比，故rh2=O.78Lmol,n^O.209mol,

n«r=0.00934mo1,na)2=0.00033mo1*质量百分数为

0.781x28.010.209x32.00

N%=x100%=75.51%,O%=x100%=23.08%

228.97x1228.97x1

.〃0.00934x39.940.00033x44.01

4r%=---------------x100%=1.29%，CO,%o/=---------------x100%=0M.05%。

28.97x128.97x1

1.2解：

由我国?环境空气质量标准?二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：

S02：0.15mg/m3,N02：0.12mg/m3,CO：4.OOmg/m%按标准状态下In^干空气计算,其摩尔

1x103

数为=44.643例/。故三种污染物体积百分数分别为:

22.4

0.15x1070,12x103

SQ＞：=0.052ppm,N02：=0.058ppm

64x44.64346x44.643

4.00x10-3

CO：=3.20ppmo

28x44.643

1.3解:

1.50x10^x154

=1.031g/〃心

1)p22.4x10-3

c=1'°*1°=6.70x10mol/nit。

22.4x10-3N

2)每天流经管道的CCL质量为1.031X10X3600X24X10-3kg=891kg

L4解：

每小时沉积量200X(500X15X60X10-6)X0.12用=量.8图

1.5解：

由？大气污染控制工程?P14(1-1),取\仁210

2.2x10^

生劲=此=210x=0.2369,

02HbPo,19.5x10-2

COHbCOHh/O.Hb0.2369

COHb饱和度0c---------=----=---------=1A9.11C50/%

COHb+O2Hb1+COHb!O2Hb1+0.2369

1.6解：

含氧总量为480°X20=960〃辽，不同co百分含量对应C0的量为:

100

2%：-^-x2%=19.59wL,7%：-—x7%=72.26〃也

98%93%

1）最初C0水平为0%时t=——2学~?=172.0min；

4.2X10-4X103

7226959

2）最初CO水平为2%时t=-^-=125.4mino

4.2X10-4X103

1.7解：

由？大气污染控制工程?P18（1-2）,最大能见度为

26ppdp=2.6x1400xl.4

Lv==11581.8mo

Kp2.2x0.2

第二章燃烧与大气污染

2.1解：

1kg燃油含:

重量(g)摩尔数(g)需氧数(g)

C85571.2571.25

H113-2.555.2527.625

S100.31250.3125

112022.51.250

N元素忽略。

1）理论需氧量71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg

设干空气02：2体积比为1：3.78,那么理论空气量99.1875X4.78=474.12mol/kg重油。

即474.12X22.4/1000=10.62nA/kg重油。

烟气组成为C0271.25mol,H2055.25+1.25=56.50mol,S020.1325mol,23.78X

99.1875=374.93molo

理论烟气量71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。即502.99X

22.4/1000=11.27nA/kg重油。

2）干烟气量为502.99-56.50=446.49mol/kg重油。

03125

SO2百分比浓度为xl00%=0.07%，

446.49

空气燃烧时C&存在最大浓度卫竺-x100%=15.96%。

446.49

3）过剩空气为10%时，所需空气量为LlX10.62=11.68nr\/kg重油，

产生烟气量为11.267+0.1X10.62=12.33m%/kg重油。

2.2解：

相对于碳元素作如下计算：

%(质量)mol/100g煤mol/mol碳

C65.75.4751

H3.23.20.584

S1.70.0530.010

02.30.0720.013

灰分18.13.306g/mol碳

水分9.01.644g/mol碳

故煤的组成为CHo.SMSO.OloOo.013>

燃料的摩尔质量(包括灰分和水分)为=18.26g燃烧方程式为

n=l+0.584/4+0.010-0.013/2=1.1495

3

1)理论空气量>1495x(1+3.78)*1ooo*22.4x10疝/kg=6.74疗/kg；

18.26

0.010

SQ在湿烟气中的浓度为x!00%=0.174%

1644

1+0.292+0.010+3.78X1.1495+

18

2)产生灰分的量为18.1xW史x80%=144.8g/Zg

100

烟气量(1+0.292+0.010+3.78X1.1495+1.644/18)X1000/18.26X22.4X10

3=6.826m7kg

灰分浓度为।"8x103mg/m:,=2.12X10*mg/m3

6.826

10QQ^J%XL7X40

3）需石灰石一丝英-=--1-0-3-.-2--M-g--/t煤

35%

2.3解：

按燃烧1kg煤计算

重量(g)摩尔数(nol)需氧数(mol)

C79566.2566.25

H31.12515.56257.78

S60.18750.1875

H2052.8752.940

设干空气中地；02体积比为3.7S；1,

所需理论空气量为4.78X(66.25+7.78+0.1875)=354.76mol/kg煤。

理论烟气量C0266.25mol,S020.1875mol,H2015.5625+2.94=18.50mol

..3.78x354.76.

N2------------=280.547wo/

4.78

总计66.25+'8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg煤

()1875

实际烟气量365.48+0.2X354.76=436.43mol/kg煤，SO?浓度为二-----xl00%=0.043%。

436.43

2.4解：

取Imol煤气计算

H2s0.002mol耗氧量0.003mol

CO20.05mol0

CO0.285mol0.143mol

H2(0.13-0.004)mol0.063mol

CIh0.007mol0.014mol

共需O20.003+0.143+0.063+0014=0223mol。设干空气中N2：。2体积比为3.78：1,那

么理论干空气量为0.223X(3.78+1)=1.066molc取a=1.2,那么实际干空气1.2X

1.066mol=1.279molo

空气含湿量为12g/ml,即含H2OO.67mol/ml,14.94L/mk故H。体积分数为1.493%。

1279

故实际空气量为=1.298W。/。

1-1.493%

烟气量SOz：0.002mol,C02：0.285+0.007+0.05=0.342moLN2：0.223X3.78+0.524=1.367mol,

H200.002+0.126+0.014+1.298X1.493%+0.004=0.201mol

故实际烟气量0.002+0.342+1.367+0.201+0.2X1.066=2.125mol

2.5解：

1)N2%=1-11%-8%-2%-0.012%=78.99%

由？大气污染控制工程?P46(2-11)

空气过剩----------------x100%=50.5%

0.264x78.99-(8-0.5x2)

2)在测定状态下，气体的摩尔体积为

T_101325x22.4x443

2=39.46L/mol

273x700x133.322

取In?烟气进展计算，那么S(M20X10-V,排放浓度为

120x10-6

x(l-8%)x64=0.179^//n\

39.46x10-3

224

3)5663.37x——x(1-8%)=2957^./min

39.46

4)30.0x卷;=52.85g/%。

2.6解：

按1kg煤进展计算

重量(g)摩尔数(nol)需氧数(mol)

C75863.1763.17

H40.7520.37510.19

S160.50.5

上083.254.6250

需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol

设干空气中N2：0z体积比为3.78：1,那么干空气量为73.86X4.78X1.2=423.66mol,

含水423.66X0.0116=4.91molo

烟气中：C0263.17mol；SO-0.5mol；IL04.91+4.625+20.375=29.91mol；

N2：73.86X3.78=279.19mol；过剩干空气0.2X73.86X4.78=70.61molo

实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol

其中826317x100%=14.25%：S0205x100%=0.11%；

443.38443.38

29.91279.19+0.79x70.61

H20x100%=6.74%；N2x100%=75.55%o

443.38443.38

70.61x0.209

02x100%=3.33%o

443.38

2.7解:

SQ含量为0.11%,估计约1/60的SCh转化为SOB,那么S03含量

-5

0.11%x—=1.83xl0,即Pg=l.83X10T,lgR.4.737。

60

查图2-7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。

2.8解：

以1kg油燃烧计算，

C860g71.67mol；

H140g70mol,耗氧35mo1。

设生成COxmoL耗氧0.5xmoL那么生成CO2(71.67-x)mol,耗氧(71.67-x)moE

1.5%%

烟气中&量

600xW6

总氧量L5%X+os-+(71.67-x)+35=106.67+24.5x,干空气中岫：。2体积比为

600x10-6

3.78：1,那么含N23.78X(106.67+24.5x1。根据干烟气量可列出如下方程:

—+71.67+3.78(106.67+24.5x)=——--,解得x=0.306

600xlO-6600xlO-6

故C。*：x100%=]3.99%.

0.306

600xlO-6

3.78(24.5x0.306+106.67)

N%：x100%=84.62%

20.306

600x10-6

由？大气污染控制工程?P46(2-11)

1.5—0.5x0.06________

空气过剩系数a=1+=1.07

0.264x84.62-(1.5-0.5x0.06)

第三章大气污染气象学

3.1解：

由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述:

dP=-gpdZ(1)

将空气视为理想气体，即有

mmPM

PV=—RT可写为p=—=—(2)

MVRT

将(2)式带入(1),并整理，得到以下方程：

假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进展积分得:

\np=_^Lz+C即ln^=皿（Z,Z,）（3）

RTP、RT-i

假设山脚下的气温为i（rc,带入（3）式得：

得△Z=5.7Am

即登山运发动从山脚向上爬了约5.7km。

3.2解：

竺297.8-298丁吁

--------------=2.35K/10()〃>/.,不稳定

-IO.10-1.5d

.AZ

-A-T-297.5—297.8._.„„/以』

.--------------=1.5/C/100/7?>九，不稳定

AZ30-10

rlL5AT

-一2973-2975

rl1O---=i.0K/100m>九，不稳定

r.3O-Az50-30d

AT2975-298

/l.5-3O==L75K/100/??>九，不稳定

Az30-1.5…

△T297.3—298..4丁3士

九-550=--1------------=1.44K/100，%>yd，不稳定。

Az

3.3解：

_—77

由？大气污染控制工程?P80（3—23）,〃=/（一）”'，取对数得lg±Lt=mlg（二）

Z]U]Z、

设lg±=y,lg(K)=x,由实测数据得

%ZI

X0.3010.4770.6020.699

y0.06690.11390.14610.1761

由excel进展直线拟合，取截距为0,直线方程为：y=0.2442x

故m=0.2442。

3.5解：

]=%(4严7=2x(竺严=2.24m/s,==2x(l^)007=2.35/n/5

Z010Z()10

心去尹07=2x（等。。7=2.47必，％=京（尹。7=2x（笔）。。7=2.54向$

元=京(11严7=2x(臂严7=2.59m/s。

稳定度D,m=0.15

015015o/5=2x(W%°』5=2.82m/s

ux=w0(-^-)=2x(j^-)=2.55m/stu2—

10

01515

w=w(-^-)=2x(^^-)°=3.13/w/O)0.15

30s,u4>5=2X(3OO=333w/5

Z。1°10

卬喘严

3.48〃z/s。

稳定度F,m=0.25

7=卓乡产=2x尚严=2.99而s,互=吟严$

=2x(—)025=3.56/7?/5

410

zo

__7

025

%=%廿严2x(—)=4.23m/s，%0.252x(—)°25=4.68/H/5

10410

风速廊线图略。

3.6解：

dPoM

1)根据?AirPollutionControlEngineering?可得高度与压强的关系为了=-■^亍dz

dP

将g=9.81m/s\M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得dz=-29.21—T。

当t=ll.OC,气压为1023hPa；当t=9.8.C,气压为1012hPa,

故内(1023+1012)/2=1018Pa,T=(11.0+9.8)/2=10.4,C=283.4K,d?=1012-1023=-HPao

因止匕dz=-29.21—283.4/??=89/«,z=119m。

1018

同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：

测定位置2345678910

气温/,C9.812.014.015.013.013.012.61.60.8

气压/hPa10121000988969909878850725700

高度差/m89991011635362902711299281

高度/m11921831948210181307157828773158

2）图略

△几2_11-9.8

3)Y\-2=-=1.35K/100机〉九，不稳定;

△Zl-2-89

A7^3_9.8-12

/2-3=—2.22K/100，〃<0,逆温;

加2.3-99

A%412-14

/3.4=-1.98/C/100w<0,逆温;

43T-101

A7^=_14-15=_061A：/100zw<0>逆温;

AZ4_$一163

坐且二一身二曳=O37K/ioom<y稳定;

--536

A7^=_13-12.6=015K/1(X)^<稳定;

AZ7_8-271

y9=_空±=_12.6-1.6=085K/1OO〃ZV九,稳定；

2\Z8_9-1299

/9.1。=一字位=一=0•赍K/100机〈九，稳定。

△29.IO-281

3.7解：

G=A7[=26.7-21.1=122/c/100^>()故%=一@<0,逆温;

Az1458

G)=些="6-21J=一o'ZK/ioom,故%=—G2=0.72K/100mv74，稳定;

2Az27632

生=8.9—15.6=—][6K/100m,^r.=-G,=1.16K/100w>yd,不稳定;

AZ3580

G」=2=辿匚也=一1长/100相，故九=-G4=lK/100〃z>九，不稳定;

4

Az42000

2OQ3OO

G5=^Zk=-=_2Ar/ioow,故匕=-Gs=2K/100，〃>/d，不稳定；

AZ5500

28,02

G6=^-=~^=0.43K/100W>0,故/6=一仃6<0逆温。

6

Az6700

3.8解：

以第一组数据为例进展计算：假设地面大气压强为1013hPa,那么由习题3.1推导得到的公

式皿2=-迎(2,-4),代入数据(温度T取两高度处的平均值)即

RRT

Po«xOO?Q

In2x458,由此解得P2=961hPa。

10138.314x297

由？大气污染控制工程?P72(3-15)可分别计算地面处位温和给定高度处位温:

。地面=丁地面(譬心=294.1(倦严8=293K，

仇=Tl（幽严88=2997（幽严88=30316K,

1[961

故位温梯度==2.18K"00/n

0-458

同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下:

测定编号123456

地面温度/c21.121.115.625.030.025.0

高度/m4587635802000500700

相应温度/C26.715.68.95.020.028.0

位温梯度/

K/100m2.220.27-0.17-0.02-1.021.42

3.9解:

以第一组数据为例进展计算，由习题3.1推导得到的公式ln2二-迎(Z,-ZJ,设地面

6RT~1

970a«xOfpQ

压强为R,代入数据得到：In经■=—x458，解得R=1023hPa。因此

P,8.314x297

同理可计算得到其他数据的地面位温，结果列表如下:

测定编号123456

地面温度/•C21.121.115.625.030.025.0

高度/m4587635802000500700

相应温度/C26.715.68.95.020.028.0

地面压强

/hPa102310121002104010061007

地面位温/'C292.2293.1288.4294.7302.5297.4

3.10略。

第四章大气扩散浓度估算模式

4.1解：

吹南风时以风向为x轴，y轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。假设不存在峭壁，那

(Z

么有p(%y,z,H)=-2——exp(-7^-T){exp[--^]+exp[—}

24y；：：

y2ay2a乙2a乙

现存在峭壁，可考虑P为实源与虚源在所关心点奉献之和。

(Z)

实源P\—exp(-^-T){exp[--^]+exp[_.：J)])

T

27ruaya:2。v2bz7z

Q(2L-y)\(z+")2-

虚源p、=—---exp[r-]{(exp[r-v]+exp[r-v])

2b2；2a：o2a2.

因此夕=—2——exp(-^y)|exp[-U)]+exp[_(z：?]}+

2乃仁o-2b；2a：2a：

2

Qr/V(2L-y)llfr(z-H)\R(Z+H)2的

=------{exp(---r)+exp[----；—]}{exp[--「「]+exp[一一}

冗。ET(：

200y\0z.2j2y~2TzZcrz：.

刮北风时，坐标系建立不变，那么结果仍为上式。

4.2解：

霍兰德公式

匕D”crT「Ta、、13.5x5八ucr418-288、

A”——=-(1.5+2.7------。)----(1.5+2.7x---------x5)=96.16wo

u4418

布里格斯公式

T27JIQ_9RR

2.722

=7__D=—^—―xxl3.5x5=29521kW>21000kW

QH3

9.6x10Tx9.6x10-3mg

且xClOHs。此时AH=0362Q^3X2/3U=0.362x29521,/3x4'x2/3=2.80x2/3o

按国家标准GB/T13201—91中公式计算，

因Qn>=2100kW,Ts-Ta>=130K>35Ko

(发电厂位于城市近郊,取n=L303,n(=l/3,n2=2/3)

4.3解：

由？大气污染控制工程?P88(4-9)得

4.4解：

阴天稳定度等级为D级，利用？大气污染控制工程？P95表4-4查得x=500m时

av=35.3m,cr2=18.1mo将数据代入式4—8得

oncn2

p(500,50,0,60)=..1g1exp(-——7)exp(-——)=0.010^加。

^-x6x35.3x18.12x35.32x18.1

4.5解：

由霍兰德公式求得

△”二型(1.5+2.7=一」D)=少"O*(15+2.7x如一2男x。$)=5.84机，烟囱

uTx4405

有效高度为H=HS+AH=30+5.84=35.84机。

由？大气污染控制工程?P89(4-10)^(4-11)

/三时,H35.84

Rnax=25.34/7/o

7ruH~ebv

取稳定度为D级，由表4一4查得与之相应的x=745.6m。

此时叫=50.1*代入上式,x票=0.23以次/加3。

%x4x35.84e50.1

4.6解：

由？大气污染控制工程?P98(4-31)

<72=^y1(―=O-VI(------)°3=3.02。11当1〃V不2<1的力，q=0・3)

G0.05

4.7解:

有限长线源p(x,0,0,H)=—===—exp(-------)f,—exp(--------)dP。

<2几心二2q」片12冗2

首先判断大气稳定度，确定扩散参数。中纬度地区晴朗秋天下午4：00,太阳高度角30〜

35•左右，属于弱太阳辐射；查表4-3,当风速等于3m/s时，稳定度等级为C,那么400m

处。

y=433m,a./=26.5m

其次判断3分钟时污染物是否到达受:体点。因为测量时间小于0.5h,所以不必考虑采

样时间对扩散参数的影响。3分钟时，污染物到达的距离

x=wr=3x3x60=540AT?>400m,说明己经到达受体点。

20o2p1p2

有限长线源夕(x,0,0,7/)——exp(——)dP

2大‘62

距离线源下风向4m处，P产-75/43.3=-1.732,Pz=75/43.3=1.732；

90

QL=g/(m•s)=0.6g/(ms)。代入上式得

1°，jm/即(-巴)班=55i

河400,0,0,0)=

5^3x3x26.5J-L732疡▽2了

端点下风向Pi=0,p2=l50/43.3=3.46,代入上式得

4.8解:

设大气稳定度为C级，=—=232.56肛6。=—=6.98加。

43‘°2.15

当x=1.0km,=99.bw,o■二二61.46。由？大气污染控制工程?P106(4-49)

4.9解：

设大气稳定度为C级。g=上以=36。-200=74.42“=>=12265〃

2.152.15°

当x=2km时，XD<X<2XD,按X=XD和X=2XD时浓度值内插计算。

x=XD时，by=118.26见q=74.42/^,代入？大气污染控制工程?P88(4-9)得

x=2XD时，cr=221=139.10/w,代入P101(4—36)得

QyI2__________180__________

cxp()=3

Pl=0.257/^//M：

42;ruD(yyypljrx3.5x360x221.41

通过内插求解p=0.05+0257二005°(2ooo_1226.5)=0.18img/m3

1226.5

__________180

=0.120mg/w3

当x=6km>2xD时，cy=474m,「yfljix3.5x360x474

计算结果说明，在xR=x〈=2x。范围内，浓度随距离增大而升高。

4.10解：

由所给气象条件应取稳定度为E级。查表4-4得x=12km处，%,=4277肛q=87.4/n。

cr=o-+—=427+—=433.25/w,h=H+2a.=50+2x87.4=224.8/w

yvf-88ff'

PFQ2000,0,0,50)=-=^——=-=----------------=1.365X10-4^//H\

个2冗x3x224.8x433.25

4.11解：

按?大气污染控制工程?P91(4-23)

___7H02525

由P80(3-23)u=«10(—)™=3(^-)=1.687H；

10

Z1010,

按城市及近郊区条件，参考表4-2,取n=L303,n尸1/3,nk2/3,代入P91(4—22)得

△5@吟」3。3'鬻产-2348啖

1.0O//7v

?环境空气质量标准？的二级标准限值为0.06mg/m3(年均)，代入P109(4-62)

I2x80xlQ-3x0.5

-025-6

p.142x2.718x1.687(Hy+A//)(0.06-0.05)x10-

解得Hs+\H=Hx+23.48H："2>3574m

于是Hs〉=162m。实际烟囱高度可取为170m。

烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍，即Uv>=l.5X1.687X

170O25=9.14m/so但为保证烟气顺利抬升，出口流速应在20~30m/s。取uk20m/s,那么有

4©4x265=4.1m,实际直径可取为4.0m。

D<

4x20

4.12解：

高架连续点源出现浓度最大距离处，烟流中心线的浓度按P88(4-7)

2LJ

Qrir4H11.018。

=—[1+exp[--——]=-(由P89(4-11)a:=石)

27ru(y.a.2H~/227TU(T.(T

而地面轴线浓度2=2max=•―。

7ruH~e<yy

1.018Q,(2Qq)_C018H2e_1.018a2e_1.01在

因此，p/p?=

2^uaa.兀uH?ecr4b；.H2

•v丫~y4A(-7=)2

V2

得证。

第五章颗粒污染物控制技术根底

5.1解：

在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，

读出d&i」=6L0〃?？、d5o=16.0fjm.di5.9=4.2^on<.。《=争上=3.81。

^50

作图略。

5.2解：

绘图略。

5.3解：

在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读出质量中位直径dso

(MMD)=10.3/G?、cki=19.1d(5.9=5.6/.on□ag=-^-=1.85o

4o

按?大气污染控制工程?P129(5-24)lnMMD=lnWD+31n2^=>WD=3.31^n：

___1___

P129(5—26)In=In2bg=>d4=4.00/#〃：

__5__

P129(5—29)In=InNMD——In2tr„=>=8.53/z^o

5.4解：

?大气污染控制工程?P135(5-39)按质量表示Sm=——=3.7xl()3加2/g

svPp

6

P135(5-38)按净体积表示S=7.03x105cm2/cmy

T

P135(5-40)按堆积体积表示S',=曳匕2=2.11x1030机2/。加30

5.5解：

气体流量按P141(5—43)Q.v=(QlN+Q2N)=11000wJ,/s；

漏风率P141(5—44)5=跃二金』x100%=义”x100%=20%；

10000

除尘效率:

PINQIN_i0-340x12000_^0/

考虑漏风，按P142(5-47)〃=1------------1—W・D/0

P\NQ\N4.2x10000

n0340

不考虑漏风，按P143(5-48)〃=1一纯=1一上空=91.9%

PIN4.2

5.6解:

PM(l.OlxlO-5-490)x29

由气体方程=得夕='=0.832g/L

MVRT8.31x423

n区32

按?大气污染控制工程?P142(5-45)AP=9.8x^^xl7.92=1311P«o

2

5.7解：

按?大气污染控制工程?P145(5-58)

799

粉尘浓度为寿g/=10g/〃/，排放浓度10(1-99%)=0.Ig/m3；

2.22

排放量2.22X0.1=0.222g/so

5.8解:

1一尸&£0.02)计算，如下表所示:

按?大气污染控制工程?P144(5-52)(P=

gu

粉尘间隔/<0.