第三章-大气污染及污染扩散模型建立..优秀PPT.ppt
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1、大气的组成大气的组成 一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 大大气气的的垂垂直直结结构构1 1、对流层(、对流层(10km10km左右):左右):对流层的上界高度是随纬度和季节而变更的,在热带平均为对流层的上界高度是随纬度和季节而变更的,在热带平均为1718km1718km,温,温带平均为带平均为1010一一12km12km
2、,高纬度和两极地区为,高纬度和两极地区为89km89km夏季对流层上界高度大于夏季对流层上界高度大于冬季的。冬季的。集中了大气质量的集中了大气质量的3/43/4和全部的水蒸气,主要天气现象云、雾、雨、雪等大气和全部的水蒸气,主要天气现象云、雾、雨、雪等大气现象都发生在这层。现象都发生在这层。温度随高度的增加而降低,每上升温度随高度的增加而降低,每上升100m100m平均降温平均降温0.650C0.650C猛烈对流作用:一般是低纬度的对流运动较强,高纬度地区的对流运动较弱。猛烈对流作用:一般是低纬度的对流运动较强,高纬度地区的对流运动较弱。由于对流运动的存在,使凹凸层之间发生空气质量交换及热量交
3、换,大气由于对流运动的存在,使凹凸层之间发生空气质量交换及热量交换,大气趋于匀整。趋于匀整。温度和湿度的水平分布不均:气象要素水平分布不匀整,特殊是冷、暖气团温度和湿度的水平分布不均:气象要素水平分布不匀整,特殊是冷、暖气团的过渡带,即所谓锋区。在这里往往有困难的天气现象发生,如寒潮、梅的过渡带,即所谓锋区。在这里往往有困难的天气现象发生,如寒潮、梅雨、暴雨、大风、冰雹等。雨、暴雨、大风、冰雹等。一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 2、平流层(对流层顶5055km)同温层对流层顶35 40km,气温-550C左右同温层以上,气
4、温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动,污染物停留时间很长3、中间层(平流层顶85km)气温随高度上升而快速降低对流运动猛烈 一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组成第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 4、暖层(中间层顶800km)气温随高度上升而增高:在300km高度上,气温可达1000以上。气体分子高度电离电离层:电离层具有反射无线电波的实力。因此它在无线电通讯上有重要意义。5、散逸层(暖层以上)气温很高,空气淡薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的上升而降低均质大气层8085km以下,成分基本不变 一、大气的组成一、大气的组成一、大气的组
5、成一、大气的组成第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 大气污染:是指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气,呈现出足够的浓度,达到了足够的时间,并因此危害了人体的舒适、健康和人们的福利,甚至危害了生态环境。大气污染的分类:局部地区污染、地区性污染、广域性污染和全球性污染。二、二、二、二、大气污染大气污染第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 1 1、大气污染的定义、大气污染的定义【1 1】按污染源存在的形式分:固定污染源和移动污染物;【2 2】按污染物排放的方式分:点源(高架源)、面源、线源和体源;【3 3】按污染物排放的时间分:连续源、间断源和瞬间源;【4 4】按污染物
6、产生的类型分:工业污染源、生活污染源、交通运输源和农业污染源【5 5】按主要污染物分类统计分:燃料燃烧、工业生产和交通运输2 2、大气污染源的分类、大气污染源的分类 二、二、二、二、大气污染大气污染第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染【6 6】按存在方式分:气溶胶状态污染物(颗粒物)和气态污染物;【7 7】按污染物形成的方式分:一次污染物和二次污染物二次污染物是指由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间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。【8 8】按化学成分分:含
7、硫化合物、含氮化合物、含碳化合物、卤代化合物、尘类颗粒物、有机化合物、放射性物质和其它有毒物质。【1】颗粒物的粒度、性质和成因 三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 1 1、颗粒物、颗粒物【2 2】几种颗粒物的区分(a)粉尘(dust)粒径1200微米,主要机械作用或是土壤、岩石的风化形成的,如粘土粉尘、煤粉等。(b)烟(fume)粒径0.011微米,主要由冶金过程熔融物质挥发后生成的气态物质的冷凝物,如PbO烟、ZnO烟等。(c)飞灰(fly ash)燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。(d)黑烟(smoke)燃料燃烧产生的能见气溶胶。(e
8、)雾(fog)气体中液滴悬浮体的总称,如水雾、酸雾、油雾。三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染【3】几个重要的指标(a)总悬浮颗粒物(TSP,Total Suspended Particulate):悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于100微米的颗粒物;(b)可吸入颗粒物(PM10):悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于10微米的颗粒物;(c)PM2.5:悬浮于空中,空气动力学当量粒径小于等于2.5微米的颗粒物;(d)降尘:颗粒粒径大于10微米的颗粒物;(e)飘尘:颗粒粒径大于10微米的颗粒物。三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节
9、 大气层和大气污染大气层和大气污染【4 4】危害】危害遮挡阳光,使气温降低,或形成冷凝核心,遮挡阳光,使气温降低,或形成冷凝核心,使云雾和雨水增多,以致影响气候使云雾和雨水增多,以致影响气候 ;使可见度降低,交通不便,航空与汽车事故使可见度降低,交通不便,航空与汽车事故增加;增加;可见度差,照明耗电增加,燃料消耗随之增可见度差,照明耗电增加,燃料消耗随之增多,因此空气污染也更严峻形成恶性循环;多,因此空气污染也更严峻形成恶性循环;燃煤时生成的燃煤时生成的SOxSOx,再加上微粒的作用,对呼,再加上微粒的作用,对呼吸系统的危害特殊大;吸系统的危害特殊大;用四乙基铅作汽油的防爆剂时,排入空气中用四
10、乙基铅作汽油的防爆剂时,排入空气中的铅有的铅有9797为直径小于为直径小于0.50.5微米的微微米的微 粒,分布粒,分布很广,危害很大。很广,危害很大。三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 性质:无色、无味、无臭的气体;有毒,能与氧气争夺血液中的血色素,使血液携带氧气实力大大降低,使人体缺氧而窒息。数量:是城市大气中数量最多的污染物(约占大气污染物总量的1/3)。主要来源:汽车尾气。2 2、一氧化碳(、一氧化碳(COCO)三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染【1】主要污染物:】主要污染物:NO、NO2【
11、2】性质:棕黄色、有刺激性气味(黄龙);】性质:棕黄色、有刺激性气味(黄龙);【3】主要来源:燃料燃烧、汽车尾气、部分生产或运】主要来源:燃料燃烧、汽车尾气、部分生产或运用硝酸的工厂排放的尾气;用硝酸的工厂排放的尾气;【4】燃烧过程中】燃烧过程中NOx的产生状况:热力(热解)的产生状况:热力(热解)NOx、燃料(燃烧)、燃料(燃烧)NOx和瞬时和瞬时NOx。【5】危害:】危害:(a)毁坏棉花,尼龙等织物;)毁坏棉花,尼龙等织物;(b)损害植物)损害植物使柑桔落叶、发生萎黄病和减产;使柑桔落叶、发生萎黄病和减产;(c)引起急性呼吸道病变。会导致光化学烟雾。)引起急性呼吸道病变。会导致光化学烟雾。
12、3 3、氮氧化物(、氮氧化物(NOxNOx)三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染【1】主要来源:自然源生物分解;(CH4)人为源不完全燃烧和有机物的挥发。【2】主要危害能生成有害的光化学烟雾。4 4、碳氢化合物(、碳氢化合物(CxHyCxHy)三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染【1】主要污染物:】主要污染物:SO2、SO3【2】性质:有刺激性气味;】性质:有刺激性气味;SO2能与水反应生产亚硫能与水反应生产亚硫酸;酸;SO3能与水反应生成硫酸。能与水反应生成硫酸。【3】主要来源:矿物燃料的燃烧;】主要
13、来源:矿物燃料的燃烧;【4】危害:】危害:(a)对人体健康造成危害,还有促癌作用;)对人体健康造成危害,还有促癌作用;(b)会形成硫酸烟雾,危害更大;()会形成硫酸烟雾,危害更大;(SOx与颗粒物与颗粒物(主要是(主要是FeO)的混合物,经过化学反应生成硫酸,)的混合物,经过化学反应生成硫酸,如伦敦烟雾事务如伦敦烟雾事务。)。)(c)对植物造成损害,破坏叶面结构;)对植物造成损害,破坏叶面结构;(d)腐蚀材料。)腐蚀材料。5 5、硫氧化合物(、硫氧化合物(SOSOx x)三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染【1】产生:】产生:在阳光照射下,大气中的
14、氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂在阳光照射下,大气中的氮氧化物、碳氢化合物和氧化剂之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些之间发生一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾(有时带些紫色或黄褐色)。紫色或黄褐色)。【2】主要成分:臭氧(】主要成分:臭氧(O3)、过氧乙酸硝酸酯()、过氧乙酸硝酸酯(PAN)、)、酮类、醛类等。酮类、醛类等。【3】危害】危害:(a)刺激眼睛;)刺激眼睛;(b)臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲)臭氧会引起胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲乏等症状;乏等症状;(c)臭氧能损害有机物质;)臭氧能损害有机物质;(d)可能会引起哮喘病的增多,还会引起植物毁坏。)可能
15、会引起哮喘病的增多,还会引起植物毁坏。6 6、光化学烟雾、光化学烟雾洛杉矶烟雾洛杉矶烟雾 三、三、三、三、大气污染物大气污染物第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 四、影响大气污染气象要素四、影响大气污染气象要素第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 风风、湍湍流流是是确确定定污污染染物物在在大大气气中中稀稀释释扩扩散散的的最最干干脆脆最最本本质质的的因因素素。风风速速越越大大,湍湍流流越越强强,污污染染物物扩扩散散速速度度越越快快,污污染染物物浓浓度越低。度越低。风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。风向影响污染物的水平
16、迁移扩散方向。风向影响污染物的水平迁移扩散方向。风速的大小确定了大气扩散稀释作用的强弱。风速的大小确定了大气扩散稀释作用的强弱。通通常常,污污染染物物在在大大气气中中的的浓浓度度与与平平均均风风速速成成反反比比,风风速速增增大大1 1倍,下风向污染物将削减一半。倍,下风向污染物将削减一半。风速随高度的分布:对数律;指数律。风速随高度的分布:对数律;指数律。风向频率和污染系数风向频率和污染系数 为为综综合合考考虑虑风风向向、风风速速对对空空气气污污染染物物的的输输送送扩扩散散影影响响,往往往要用风向频率和污染系数。往要用风向频率和污染系数。1 1、风对大大气气污染物染物扩散和散和输送的影送的影响
17、响大气中污染物浓度与风速的关系大气中污染物浓度与风速的关系风向频率是指确定时间内(年或月),某风向出现次数风向频率是指确定时间内(年或月),某风向出现次数占各风向出现总次数的百分率。占各风向出现总次数的百分率。污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。程度。CPCP越大,某下风向污染越严峻。越大,某下风向污染越严峻。式中式中,CP某方向污染系数某方向污染系数 f某方向风向频率某方向风向频率 v该方向平均风速该方向平均风速 它说明来自某方向的污染程度它说明来自某方向的污染程度,与该方向风向频率成正比与该方向风向频率成正比,与该方向平
18、均风速成反比。可以计算出各风向的污染系数与该方向平均风速成反比。可以计算出各风向的污染系数,并绘成玫瑰图。将向大气排放有害物质的工业企业布置并绘成玫瑰图。将向大气排放有害物质的工业企业布置在污染系数最小的方位在污染系数最小的方位,或最大风速风向的下风方向上。或最大风速风向的下风方向上。居住区在污染系数最大的方位。居住区在污染系数最大的方位。四、影响大气污染气象要素四、影响大气污染气象要素第一节第一节 大气层和大气污染大气层和大气污染 清远市区风频玫瑰图清远市区风频玫瑰图清远市区风速玫瑰图清远市区风速玫瑰图清远市区污染系数玫瑰图清远市区污染系数玫瑰图城市气候所波及的范围城市气候所波及的范围主导风
19、向型主导风向型:一年中不管什么季节都有相同的一年中不管什么季节都有相同的盛行风向盛行风向,新疆新疆-内蒙内蒙(W),W),云贵云贵(SW),SW),青藏青藏(W)W)可将排放有害物质的工业企业布置在常年主可将排放有害物质的工业企业布置在常年主导风向的下风侧导风向的下风侧,居住区布置在主导风向上风居住区布置在主导风向上风侧侧无主导风向型无主导风向型:全年风向不定全年风向不定,各方位风向频各方位风向频率相当率相当(10%),(d:d:每隔每隔100m100m高度气温降低很快高度气温降低很快,空气层处空气层处于不稳定状态于不稳定状态(不稳定层结不稳定层结)d:像源法实源:像源:三、高架点源高斯扩散模
20、型三、高架点源高斯扩散模型.(A)三、高架点源高斯扩散模型三、高架点源高斯扩散模型.(B).(C).(D)四、高架点源高斯扩散模型四、高架点源高斯扩散模型.(E)q 源强 计算或实测 平均风速 多年的风速资料 H 有效烟囱高度 、扩散参数五、参数的求解五、参数的求解烟流抬上升度的确定是计算有效源高的关键。热烟流从烟囱出口喷出多大体经过四个阶段:烟流的喷出阶段、浮升阶段、瓦解阶段和变平阶段。产生烟流抬升的缘由有两个:一是烟囱出口处的烟流具有确定的初始动量,二是由于烟流温度高于四周空气温度而产生的净浮力。影响这两种作用的因素很多,归结起来可分为排放因素和气象因素两类。排放因素有烟囱出口的烟流速度、
21、烟气温度和烟囱出口内径。气象因素有平均风速、环境空气温度、风速垂直切变、湍流强度及大气稳定度。1 1、烟气抬上升度公式、烟气抬上升度公式五、参数的求解五、参数的求解五、参数的求解五、参数的求解 Holland公式:适用于中性大气条件(稳定时减小,不稳时增加1020)HollandHolland公式比较保守,特殊在烟囱高、热释放率比较强的状况公式比较保守,特殊在烟囱高、热释放率比较强的状况下下当大气处于不稳定或稳定状态时,可在上式计算的基础上分别增当大气处于不稳定或稳定状态时,可在上式计算的基础上分别增加或削减加或削减10102020。式中 vS烟流出口速度,m/s;D烟囱出口内径,m;u烟囱出
22、口的环境平均风速,m/s;Ts烟气出口温度,K;Ta环境平均气温度,K;Qh烟囱的热排放率,kW。五、参数的求解五、参数的求解2 2、大气稳定度大气稳定度五、参数的求解五、参数的求解3 3、平均风速平均风速稳定度稳定度:Am0.100.150.200.250.300.30五、参数的求解五、参数的求解4 4、扩散系数扩散系数五、参数的求解五、参数的求解应用较多的由是帕斯奎尔(Pasquill)和吉福特(Gifford)提出的扩散参数估算方法,也称为PG扩散曲线。由图可见,只要利用当地常规气象观测资料,查取帕斯奎尔大气稳定度等级,即可确定扩散参数。扩散参数具有如下规律:随着离源距离增加而增大;不稳
23、定大气状态时的值大于稳定大气状态,因此大气湍流运动愈强,值愈大;以上两种条件相同时,粗糙地面上的值大于平坦地面。稳定度A-BCDE-F内差公式内差公式内差公式内差公式五、参数的求解五、参数的求解0.32x(1+0.0004x)-1/20.24x(1+0.0001x)-1/20.22x(1+0.0004x)-1/20.20 x0.16x(1+0.0004x)-1/20.14x(1+0.0003x)-1/20.11x(1+0.0004x)-1/20.08x(1+0.0015x)-1/2六、实例计算六、实例计算 某火力发电厂的烟囱高度为某火力发电厂的烟囱高度为50m,50m,烟囱口直径烟囱口直径1.
24、5m,1.5m,烟气出口速度烟气出口速度为为:5m/s,:5m/s,烟气出口温度烟气出口温度600K,SO600K,SO2 2的排放率为的排放率为270g/s,270g/s,地面地面10m10m高的高的风速为风速为4.0m/s,4.0m/s,太阳高度角太阳高度角6060度度,气温为气温为37C,37C,试计算下风侧地面试计算下风侧地面x x轴线轴线500m500m处处SOSO2 2的浓度为多少?最大浓度?最大浓度位于何处?的浓度为多少?最大浓度?最大浓度位于何处?解:(1)因为u=4m/s 且60 确定稳定度为B (2)计算平均风速:u=4*(50/10)0.15=5.09(m/s)(3)H=
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