环境工程概论 教学课件 作者 曲向荣 第2章大气污染与控制

第2章大气污染与控制 2.1概述 2.1.1大气圈的结构和组成 2.1.2大气污染的定义及其污染物和危害 2.1.3我国大气污染概况 2.2大气污染物的扩散 2.2.1影响大气污染物扩散的气象因素 2.2.2大气污染物扩散与下垫面的关系 2.3大气污染控制工程 2.3.1颗粒物净化 2.3.2有害气体净化 2.3.3汽车排气净化2.1概述大气是包围地球的空气，通常又称为大气层或大气圈。像鱼类生活在水中一样，我们人类生活在地球大气的底部，并且一刻也离不开大气。大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。大气环境的状态和变化，时时处处影响到人类的生存、活动以及人类社会的发展。由于工业、交通的迅速发展，人口的急剧增加和城市化进程的加快，人类正不断地面临着大气污染的困扰。从早期工矿区和城市地区的大气污染，发展到目前全球性大气环境问题，特别是随着人们对生活质量要求的不断提高，对污染物控制标准的日益加强，要控制的大气污染物种类也逐渐增多，大气环境污染控制已成为当代人类的一项重要工作。2.1.1大气圈的结构和组成1.大气圈的结构大气圈是指受地球引力作用而围绕地球的大气层，又称大气环境，是自然环境的组成要素之一，也是一切生物赖以生存的物质基础。大气圈垂直距离的温度分布和大气的组成有明显的变化，根据这种变化通常可将大气划分为五层，如图所示。①对流层对流层位于大气圈的最底层，是空气密度最大的一层，直接与岩石圈、水圈和生物圈相接触。对流层厚度随地球纬度不同而有些差异，在赤道附近高15-20km，在两极区高8-10km。空气总重量的95%和绝大多数的水蒸气、尘埃都集中在这一层；各种天气现象如云、雾、雷、电、雨和雪等都发生在这一层；大气污染也主要发生在这一层里，尤其是在近地面1-2范围内更为明显。在对流层里，气温随高度增加而下降，平均递减率为6.5℃/km，空气由上而下进行剧烈的对流，使大气能充分混合，各处空气成分比例相同，成为均质层。②平流层。位于对流层顶，上界高度约为50-55km。在这一层内，臭氧集中，太阳辐射的紫外线（λ<0.29µm）几乎全部被臭氧吸收，使其温度升高。在较低的平流层内，温度上升十分缓慢，出现较低等温（-55℃），气流只有水平流动，而无垂直对流。到25km以上时，温度上升很快，而在平流层顶50km处，最高温度可达-3℃。在平流层内，空气稀薄，大气密度和压力仅为地表附近的1/10-1/1000，几乎不存在水蒸气和尘埃物质。③中间层。位于平流层顶，上界高度约为80-90km，温度再次随高度增加而下降，中间层顶最低温度可达-100℃，是大气温度最低的区域。其原因是这一层几乎没有臭氧，而能被N2和O2等气体吸收的波长更短的太阳辐射，大部分已被上层大气吸收。④暖层。从中间层顶至800km高度，空气分子密度是海平面上的五百万分之一。强烈的紫外线辐射使N2和O2分子发生电离，成为带电离子或分子，使此层处于特殊的带电状态，所以又称电离层。在这一层里，气温随高度增加而迅速上升，这是因为所有波长小于0.2µm的紫外辐射都被大气中的N2和O2分子吸收，在300km高度处，气温可达1000℃以上。电离层能使无线电波反射回地面，这对远距离通讯极为重要。⑤逸散层。高度800km以上的大气层，统称为逸散层。气温随高度增加而升高，大气部分处于电离状态，质子的含量大大超过氢原子的含量。由于大气极其稀薄，地球引力场的的束缚也大大减弱，大气物质不断向星际空间逸散，极稀薄的大气层一直延伸到离地面2200km高空，在此以外是宇宙空间。暖层和逸散层也称非均质层在大气圈的这五个层次中，与人类关系最密切的是对流层，其次是平流层。离地面1km以下部分为大气边界层，该层受地表影响较大，是人类活动的空间，大气污染主要发生在这一层。2.大气圈的组成大气是由多种气体、水汽、液体颗粒和悬浮固体杂质组成的混合物。大气中，除去水汽、液体颗粒和悬浮固体杂质的混合气体，称为干洁空气。干洁空气：N2（体积约占78%）、O2（约占21%）、氩（0.9%），此外还有少量的其他成分，如CO2、氖、氦、氪、氙、氢、O3等，这些气体约占空气总体积（≦0.1%）。水汽：大气中的水汽含量，比起氮、氧等主要成分含量所占的百分比要低的多，且随着时间、地域、气象条件的不同变化很大。在干燥地区可低至0.02%，在湿润地区可高达6%。大气中的水汽含量虽然不大，但对天气变化却起着重要的作用，可形成云、雨、雪等天气现象。大气颗粒物：指那些悬浮在大气中由于粒径较小导致沉降速率很小的固体、液体微粒。无论其含量、种类，还是化学成分都是变化的。按照国际标准化组织（ISO）作出的定义：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。从这个“定义”中我们可以看出，形成大气污染是有条件的:即污染物在大气中要达到足够的浓度，并在此浓度下对受体作用足够的时间，并对受体产生了危害后果，才能称之为大气污染。2.1.1大气污染的定义及其污染物和危害1.大气污染的定义2.大气污染源、污染物及其危害大气污染源可分为两类：即天然源和人为源。其中人为源是大气污染的主要来源（人为源是指由于人类的生产和生活活动产生大气污染物的设施、装置和场所）.人为大气污染源4.排放时间（1）按污染源存在形式分（2）按污染物的排放形式分点源集中在一点或在可当作一点的小范围内排放污染物，如烟囱。线源沿着一条线排放污染物，如汽车、火车、飞机等。面源在一个大范围内排放污染物，如成片的民用炉灶，工业炉窑等。按污染物的排放形式:大气污染源（3）按污染物排放空间分（4）按污染物排放的时间分按污染物的排放时间:大气污染源连续源连续排放污染物，如火力发电厂的排烟。间断源间歇排放污染物，如某些间歇生产过程的排气。瞬时源无规律地短时间排放污染物，如事故排放。火力发电厂水泥厂（5）按污染物发生类型分工业污染源生活污染源农业污染源交通污染源主要包括工业用燃料燃烧排放的废气及工业生产过程排放的尾气等。农用燃料燃烧排放的的废气、某些有机氯农药挥发对大气的污染，施用氮肥分解产生NOx。民用炉灶及取暖锅炉燃煤排放的污染物，焚烧城市垃圾的废气，城市垃圾在堆放过程中由于厌氧分解排出的有害气体。交通运输工具燃烧汽油等燃料排放的污染物。污染源排入大气的污染物种类很多，根据不同的原则，可将其进行不同的分类。目前主要有2种分法。按照污染物与污染源的关系按照污染物存在的形态一次污染物二次污染物颗粒态污染物气态污染物一次污染物是指从污染源直接排出的原始物质，进入大气后其性质没有发生变化。如：SO2气体、氮氧化物、CO和碳氢化合物等。二次污染物是指由污染源排出的一次污染物与大气中原有成分，或几种一次污染物之间，发生了一系列的化学反应或光化学反应，形成了与原污染物性质不同的新污染物。通常二次污染物要比一次污染物的危害大得多的多如：硫酸烟雾它就是由大气中的一次性污染物SO2，在有水雾、重金属颗粒物存在时，发生的一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶，其所引起的刺激作用和生理反应等危害，要比SO2气体大得多。伦敦烟雾事件就是由硫酸烟雾造成的，死亡人数达4000人。伦敦烟雾事件再如：光化学烟雾它是由大气中的一次性污染物氮氧化物和碳氢化合物等，在太阳光的作用下，发生的一系列光化学反应而生成的蓝色烟雾。其主要成分有臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、酮类和醛类等。其刺激性和危害比一次污染物强烈得多。洛山矶烟雾事件就是由光化学烟雾造成的，死亡人数达400多人。我国环境空气质量标准中，根据颗粒物粒径的大小：颗粒污染物是指以固体粒子和液体粒子形态进入大气的污染物。将颗粒态污染物分为总悬浮颗粒物（TSP）可吸入颗粒物（PM10）颗粒物对人体的危害颗粒物对人体的危害主要取决于大气中颗粒物的浓度和人体在其中暴露的时间及颗粒物粒径的大小。颗粒物的浓度越高，人体在其中暴露的时间越长、颗粒物粒径越小其危害越大。主要是引发上呼吸道感染、心脏病、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等病。当颗粒物粒径小于5μm时能穿过上呼吸道进入肺部，沉积在肺腔中，引起各种尘肺病。尤其当颗粒物表面吸附了空气中的其他有害物质如苯并[a]芘、重金属形成复合污染时，其对人体的危害更大。气态污染物是指以气体形态进入大气的污染物。碳氢化合物①含硫化合物主要是指SO2、SO3和H2S等气体，其中以SO2的数量最大，危害也最大。是形成酸雨的主要气态污染物。SO2在空气中的浓度达到1mg/m3时，人们就会闻到一种刺激气味，包括人类在内的各种动物，对二氧化硫反应都会表现为支气管收缩。10mg/m3时，个别人还会出现严重的支气管痉挛。②含氮化合物主要是指NO、NO2、NH3等。NO毒性不太大，但进入大气后可被缓慢地氧化成NO2，NO2是棕红色气体，其毒性约为NO的5倍，对呼吸器官有强烈的刺激作用。NO2也是形成酸雨的主要气态污染物大气中NO2浓度为13mg/m3时，人的眼、鼻就会有强烈刺激感；浓度为17mg/m3时，就会使人肺活量减少，肺部气流阻力增加。实验表明，NO2会迅速破坏肺细胞，导致哮喘病、肺气肿和肺癌。③碳氧化合物主要是CO和CO2。CO是一种窒息性气体，进入大气后，由于大气的扩散稀释作用和氧化作用，一般不会造成危害。但在城市冬季采暖季节或在交通繁忙的十字路口，当气象条件不利于污染物扩散时，CO的浓度有可能达到危害人体健康的水平。如在CO浓度为15mg/m3时暴露8小时，有些人对时间间隔的辨别力就会减弱。在30mg/m3浓度时暴露8小时，有些人会出现呆滞现象。当CO浓度达到100mg/m3以上时，多数人感觉眩晕、头痛和倦怠。CO2是重要的温室气体，其浓度增加时，能产生“温室效应”。④碳氢化合物主要是指有机废气。如烃、醇、酮、酯、胺等。烃类尤其是多环芳烃（PAHs），大多数是三致物质（具有致癌、致畸、致突变特性）。它们主要通过呼吸道侵入人肺部，可引起肺癌。研究表明，肺癌与大气中多环芳烃的含量呈正相关。从世界范围看，城市肺癌死亡率约比农村高1.8倍，有的城市甚至高达9倍。⑤卤素化合物主要是指含氯化合物及含氟化合物，如HCl、HF等。HCl和HF都是强酸性气体，无论是对人体健康还是对生态环境都会造成不利的影响。但通常排入到环境中的卤素化合物相对较少，而且是小范围局部排放，因此其危害性也是小范围的。2.1.3我国大气污染概况自20世纪70年代以来，中国政府加强了环保工作力度，颁布并实施了一系列防治大气污染的政策、法规和措施，并收到了一定的效果。但从总体看，中国大气污染问题还没有被完全控制，部分地区大气污染问题依然严峻。根据中国国家环保部2010年发布的《2009年中国环境状况公报》显示，全国城市空气质量比2008年有所提高，但部分城市污染仍较重；全国酸雨分布区域保持稳定，但酸雨污染仍较重。1.空气质量2009年，全国612个城市开展了环境空气质量监测，其中达到一级标准的城市26个(占4.2%)，达到二级标准的城市479个(占78.3%)，达到三级标准的城市99个(占16.2%)，劣于三级标准的城市8个(占1.3%)。全国地级及以上城市环境空气质量的达标比例为79.6%，县级城市的达标比例为85.6%。PM10年均浓度达到或优于二级标准的城市占84.3%，劣于三级标准的占0.3%。SO2年均浓度达到或优于二级标准的城市占91.6%，无劣于三级标准的城市。所有地级及以上城市NO2年均浓度均达到二级标准，86.9%的城市达到一级标准。113个环境保护重点城市空气质量有所提高，空气质量达到一级标准的城市占0.9%，达到二级标准的占66.4%，达到三级标准的占32.7%。与上年相比，达标城市比例上升了9.8个百分点。2009年，环境保护重点城市总体平均的NO2浓度与上年相比持平，SO2和PM10浓度均略有降低。2.酸雨 酸雨频率监测的488个城市(县)中，出现酸雨的城市258个，占52.9%；酸雨发生频率在25%以上的城市164个，占33.6%；酸雨发生频率在75%以上的城市53个，占10.9%。 与2008年相比，发生较重酸雨(降水pH<5.0)的城市比例降低2.8个百分点，发生重酸雨(降水pH<4.5)的城市比例降低0.8个百分点。 全国酸雨分布区域主要集中在长江以南，青藏高原以东地区。主要包括浙江、江西、湖南、福建、重庆的大部分地区以及长江、珠江三角洲地区。酸雨发生面积约120万km2，重酸雨发生面积约6万km2。与2008年相比，酸雨区域分布格局未发生明显变化。3.废气中主要污染物排放量2009年，SO2排放量为2214.4万吨，烟尘排放量为847.2万吨，工业粉尘排放量为523.6万吨，分别比上年下降4.6%、6.0%、11.7%。与2005年相比，SO2排放总量下降13.14%，SO2减排进度已超过“十一五”减排目标要求。近几年我国大气污染物排放情况见表2-3。表2-3全国废气中主要污染物排放量年际变化 项目 SO2排放量(万吨) 烟尘排放量(万吨) 工业粉尘排放量(万吨) 年度 合计 工业 生活 合计 工业 生活 2006 2588.8 2234.8 354.0 1088.8 864.5 224.3 808.4 2007 2468.1 2140.0 328.1 986.6 771.1 215.5 698.7 2008 2321.2 1991.3 329.9 901.6 670.7 230.9 584.9 2009 2214.4 1866.1 348.3 847.2 603.9 243.3 523.62.2大气污染物的扩散大气污染物自污染源排出后，在到达受体之前，要经过大气输送和稀释扩散过程。排入大气中的有害物质可以向大气中低浓度区域迁移，从而使有害物质浓度不断降低。由污染源排放到大气中的污染物在迁移和扩散过程中要受到各种因素的影响，主要有污染源参数、气象条件和下垫面状况等。源参数是指污染源排放污染物的数量、组成、排放源的密集程度及位置等。它是影响大气污染的重要因素，它决定了进入大气的污染物的量和所涉及的范围。气象因素决定大气对污染物的稀释扩散速率和迁移转化的途径。下垫面是指大气底层接触面的性质、地形及建筑物的构成情况。下垫面的状况不同会影响到气流的运动，同时也直接影响当地的气象条件，因此同样会对大气污染物的扩散造成影响。在大气污染监测工作中，经常发现源参数不变的同一污染源，在有利于稀释扩散的气象条件下，不会造成太大的污染问题；而在不利于污染物扩散的气象条件下，则会产生严重的大气污染。20世纪几次著名的大气污染事件都是在特定的、不利于污染物稀释扩散的气象条件下发生的。因此，了解并掌握污染物在大气中迁移扩散的规律及影响因素，对于大气污染综合防治、大气环境规划与评价等工作都具有重要意义。2.2.1影响大气污染物扩散的气象因素影响大气扩散稀释能力的主要因素有气象的动力因子和气象的热力因子。1.气象动力因子气象动力因子主要是指风和湍流，风和湍流对污染物在大气中的扩散和稀释起着决定性作用。（1）风大气的水平运动称作风，风是向量，以风向和风速两个基本要素来描述。风可使污染物向下风向输送、扩散和稀释。风速和风向都能影响到大气污染物的扩散。一般，风速越大，对污染物的输送、扩散能力越强。但另一方面，风速越大，烟羽的抬升高度越低，反而会增加地面污染物浓度，同时风速增大还可能增加开放性污染源的源强，所以风速对大气污染物环境浓度具有双向影响。风向决定迁移运动的方向，在污染源下风向污染总是要重一些，所以风向也是影响大气污染物扩散的重要因素。为了反映风向和风速的联合作用，通常以污染系数（风向频率/平均风速）来分析当地各水平方向上的扩散能力，也可绘制污染系数玫瑰图来直观表达（图2-2）。污染系数越大 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 该风向的下风向扩散能力越差，可能造成严重污染。图2-2污染系数玫瑰图（2）湍流大气除了整体水平运动以外，还存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动或漩涡运动，我们把这种极不规则的大气运动称作湍流。大气湍流与大气的热力因子如大气的垂直稳定度有关，又与近地面的风速和下垫面等机械因素有关。前者所形成的湍流称为热力湍流，后者所形成的湍流称为机械湍流，大气湍流就是这两种湍流综合作用的结果。大气湍流以近地层大气表现最为突出。大气的湍流运动造成湍流场中各部分之间的强烈混合。当污染物由污染源排入大气中时，高浓度部分污染物又与湍流混合，不断被清洁空气渗入，同时又无规则地分散到其他方向去，使污染物不断地被稀释、冲淡。风和湍流是决定污染物在大气中扩散状况的最直接的因子，也是最本质的因子，是决定污染物扩散快慢的决定性因素。风速愈大，湍流愈强，污染物扩散稀释的速率就愈快。因此凡是有利于增大风速、增强湍流的气象条件，都有利于污染物的稀释扩散，否则，将会使污染加重。2．气象热力因子气象热力因子主要是指大气的温度层结及大气稳定度等。（1）大气的温度层结与逆温大气的温度层结是指在地球表面上方大气的温度随高度变化的情况，或者说是在垂直地球表面方向上的气温分布。气温的垂直分布决定着大气的稳定度，而大气的稳定程度又影响着湍流的强度，因而温度层结与大气污染有十分密切的联系。在大气圈的对流层内，气温垂直变化的规律是随高度的增加而逐渐降低的。这是因为，大气直接吸收太阳辐射能造成的增温没有地面辐射造成的增温显著，地面是大气的主要增温热源，所以在正常的气象条件时，近地面的温度比上层为高。此外，对吸收地面辐射能较强的水蒸气和固体颗粒物，在大气中的分布是随高度的增加而减少，这也使得近地面层的温度比上层高的原因。气温随高度的变化通常用气温垂直递减率（ϒ）来表示（图2-3中的实线所示）。气温垂直递减率的含义是：在垂直于地球表面方向上，高度每增加100m气温的变化值。对于标准大气状况下对流层中的ϒ值，下层为0.3-0.4℃/100m；中层为0.5-0.6℃/100m；上层为0.65-0.75℃/100m。整个对流层的气温垂直递减率平均值约为0.65℃/100m。但实际上，近地面低层大气的气温垂直变化比标准大气状况要复杂的多。由于气象条件不同，气温垂直递减率可大于零、等于零或小于零。大于零表示气温随高度增加而降低；等于零表示气温不随高度增加而变化（或叫等温层）；小于零表示气温随高度增加而增加。简称逆温。出现逆温的大气层叫逆温层，逆温层至地面的距离下限称为逆温高度，上下限的温度差称为逆温强度。图2-3气温垂直递减率根据逆温层出现的高度不同，可分为接地逆温层和上层逆温层（图2-3）。根据逆温层发生的原因可分为辐射性逆温、下沉逆温、平流性逆温、锋面逆温、地形逆温5种类型。①辐射性逆温。一般来说，在晴朗、少云、风小的夜间，地面强烈的辐射使地面和近地面的大气层迅速降温，而上层大气降温较慢，出现了从地面起上高下低的温度分布，形成逆温。这种逆温是由于地面辐射形成的因而称为辐射逆温。日出后，太阳辐射逐渐增强，地面逐渐增温，空气也自下而上增温，逆温也会逐渐消失。辐射性逆温全年都可出现，它的厚度可从几米到二三百米。②下沉逆温。下沉逆温是由于空气的下沉压缩增温形成的逆温。下沉逆温持续时间长、范围宽、厚度大，特别是在冬季，若与辐射逆温结合在一起，会形成很厚的逆温层，对高架污染源污染物的扩散影响很大。③平流性逆温。当暖空气平流到冷空气上面时，会形成下低上高的温度分布而形成逆温，这种逆温称为平流逆温。④锋面逆温。在对流层中，冷暖空气相遇时，暖空气密度小，会爬升到冷空气的上面去，形成倾斜的过渡区，称为锋面。锋面处冷暖空气温度差较大，即可在冷气团范围内的不同高度处形成逆温，称为锋面逆温。⑤地形逆温。地形逆温是由于局部地区的地形而形成的。这种逆温常发生在盆地、谷地中。日落后由于山坡散热较快，使坡面上的大气温度比盆地、谷地中的大气温度低。坡面上的冷空气沿坡下沉，使盆地、谷地中温度较高的暖空气抬升，从而形成逆温。逆温的出现将阻止气团的上升运动，使逆温层以下的污染物不能穿过逆温层，只能在其下方扩散，因此可能造成高浓度污染。很多空气污染事件都发生在有逆温的静风的条件下，故对逆温现象必须予以高度重视。（2）气温的干绝热递减率在物理学上，若一系统在与周围物体没有热量交换而进行状态变化时，称为绝热变化。状态变化所经历的过程称为绝热过程。在绝热过程中系统的状态变化及对外做功是靠系统的内能变化来达到的。系统某状态时的内能与绝对温度成正比，一定状态下的内能可由温度来度量。若取大气中一气块做垂直运动，气块因上升或下降而引起膨胀、压缩，由膨胀或压缩所引起的温度变化，比和外界交换热量所引起的温度变化大的多。理论和实践都 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ，对一个干燥或未饱和的湿空气气块，在大气中绝热上升每100m要降温0.98℃，气块在大气中下降100m，气块升温0.98℃，通常可近似取为1℃/100m。而这个现象与周围的温度无关，并被称为气温的干绝热递减率，用ϒd（1℃/100m）表示。如图2-4中虚线所示。图2-4大气稳定度判断图（3）大气稳定度大气稳定度与气温垂直递减率和干绝热递减率有着密切的关系。大气垂直运动的增强或减弱，即大气稳定度取决于气温垂直递减率（ϒ）和干绝热递减率（ϒd）之对比。下面以图2-4为例，用气块（气团）理论讨论大气稳定度的判别问题。所谓用用气块理论判别大气稳定度就是在大气中假想割取出与外界绝热密闭的气块，根据其受外力作用产生垂直方向运动时，此气块在大气中所处的运动状态来判别大气的稳定度。首先判断当ϒ<ϒd时大气稳定度。如图2-4a所示。已知距地面100m高度处的大气温度为12.5℃，200m处为12℃，300m处为11.5℃[即ϒ（0.5℃/100m）<ϒd（1℃/100m）。假如由于某种气象因素作用，迫使大气做垂直运动，如把200m处割取的绝热气块（此气块温度为12℃）推举到300m处，由于上升气块的内部压强大于外部大气的压强，所以气块在上升过程中不断地进行绝热膨胀，气块内部的温度将按ϒd=1℃/100m的递减率下降到11℃。则此时，在300m处气块内部温度为11℃，气块外部的大气温度为11.5℃。气块内部的气体密度大于外部大气的密度，于是气块的重力大于外部的浮升力。也就是说，由于受外力推举上升的气块总是要下沉，力争恢复到原来的位置。同理，在上述条件下，假定由于某种气象因素，迫使大气向下运动，如把200m处割出的气块压下到100m处，由于压下的气块内部压强小于外部大气的压强，所以在向下运动过程中，不断地受到绝热压缩，气块内部的温度将以ϒd=1℃/100m升温率上升到13℃。这时气块内部温度为13℃，而气块外部的大气温度为12.5℃，气块内部的气体密度小于外部大气的密度，气块将受外部大气浮升力的影响，将气块推回到原来的位置。从上面的分析不难看出，当ϒ<ϒd时，无论有某种气象因素使大气作垂直上下运动，它都是力争恢复到原来状态。大气的这种状态称为稳定状态。图2-4b表示当ϒ>ϒd时的大气稳定状态，如果使气块受外力作用，从200m上升到300m时，气块比周围大气轻，因受气块外部的大气浮升力作用，使它继续上升；反之，当气块受外力作用使其下降到100m处，由于气块内部的温度低于外部的大气温度，气块将要继续下降。总之，在ϒ>ϒd时，无论由某种气象因素使大气作垂直上下运动，它的运动趋势总是远离平衡位置。大气的这种状态称为不稳定状态。同理，在图2-4bc是表示当ϒ=ϒd时的大气稳定状态,气块因受外力作用上升或下降，气块内的温度与外部的大气温度始终保持相等，气块被推到那里就停留在那里。这时的大气状态称为中性状态。当大气处于稳定状态时湍流受到抑制，大气对污染物的扩散稀释能力弱；当大气处于不稳定状态时，湍流得到充分发展，扩散稀释能力增强。（4）稳定度的判断近地层大气垂直稳定度可简单用下述方法来判断：ϒ>0时，即大气的垂直温度随高度增加而降低时，大气为不稳定状态。ϒ<0时，即大气的垂直温度随高度增加而增加时，呈现出逆温，这时大气是稳定的。温度随高度增加得愈剧烈，则大气愈稳定。ϒ=0时，大气的温度不随高度而变化，可认为大气是处于中性状态。图2-5高架源排烟烟云形状大气的污染状况与大气稳定度有着密切的关系。为了能直观地说明大气稳定度对污染物扩散的影响，可举一个高架源连续排放烟云的例子作一说明。高架源排烟的烟云可有5种类型，见图2-5。这些烟云发生的特点如表2-5所示。表2-5烟型及其发生原因和特点表2-5烟型及其发生原因和特点2.2.2大气污染物扩散与下垫面的关系地形或地面情况的不同，即下垫面情况的不同，会影响到该地区的气象条件，形成局部地区的热力环流，表现出独特的局地气象特征。除此之外，下垫面本身的机械作用也会影响到气流的运动，如下垫面粗糙，湍流就可能较强，下垫面光滑平坦，湍流就可能较弱。因此下垫面通过影响该地的气象条件影响着污染物的扩散，同时也通过本身的机械作用，影响着污染物的扩散。1．城市下垫面的影响城市下垫面以两种基本方式改变着局地的气象特征：一个是城市的热力效应，即城市热岛效应；一个是城市粗糙地面的动力效应。（1）城市热岛效应城市是人口、工业高度集中的地区，由于人的活动和工业生产，使城市温度比周围郊区温度高，这一现象被称之为城市热岛效应。由于城区温度比农村高，特别是低层空气温度比四周郊区空气温度高，于是城市地区热空气上升，并在高空向四周辐散，而四周郊区较冷的空气流过来补充，形成了城市特有的热力环流——热岛环流。这种现象在夜间、在晴朗平稳的天气下，表现得最为明显。由于热岛环流的存在，城市郊区工厂所排放的污染物可由低层吹向市区，使市区污染物浓度升高。因此，在城市四周布置工业区时，要考虑热岛环流存在这一特点。（2）动力效应城市下垫面粗糙度大，对气流产生了阻挡作用，使得气流的速度与方向变得很复杂，而且还能造成小尺度的涡流，阻碍烟气的迅速传输，不利于烟气扩散。这种影响的大小与建筑物的形状、大小、高矮及烟囱高度有关，烟囱越矮，影响越大。2．山区下垫面的影响山区地形复杂，日照不均匀，使得各处近地层大气的增热与冷却的速度不同，因而形成了山区特有的局地热力环流，它们对大气污染物的扩散影响很大。（1）过山气流气流过山时，在山坡迎风面造成上升气流，山脚处形成反向涡流；背风面造成下沉气流，山脚处形成回流区。污染源在山坡上风侧时，对迎风坡会造成污染，而在背风侧，污染物会被下沉气流带至地面，或在回流区内回旋积累，无法扩散出去，很容易造成高浓度污染。（2）坡风和谷风晴朗的夜晚，由于坡地辐射冷却快，贴近山坡的冷而重的空气顺坡滑向谷底，形成下坡风。下坡风可将污染物带至地面，或聚集谷底、低地，形成厚而强的逆温层，阻滞污染物的扩散，形成严重的局地污染。山谷各处的下坡风汇集谷底，形成一股速度较大、层次较厚的气流，流向平原或谷地下游，形成山风。白日情况与此相反，风从平原吹向山谷，形成谷风；从谷底吹向山坡，形成上坡风。山谷风具有明显的日变化，如图2-7所示，大气污染也就具有了明显的日变化。3．水陆交界区的影响水陆交界处（沿海、沿湖地带），经常出现海陆风。白天，地表受热后，陆地增温比海面快，因此陆地上的气温高于海面上的气温。陆地上的暖空气上升，并在上层流向海洋。而下层海面上的空气则由海洋流向陆地，形成海风。夜间，陆地散热快，海洋散热慢，形成和白天相反的热力环流，上层空气由海洋吹向陆地，而下层空气由陆地吹向海洋，即为陆风，如图2-8所示。海陆风的环状气流不能把污染物完全输送、扩散出去，当海陆风转换时，原来被陆风带走的污染物会被海风带回原地，形成重复污染。2.3大气污染控制工程如前所述，无论是大气污染源、还是污染物，都具有多样性，这种多样性给大气污染控制带来了很大的难度。因此，要从根本上解决大气污染的问题，就必须综合运用行政、法律、经济、技术等多种手段对大气污染进行从源头到末端的综合治理，才能达到改善大气环境质量的目的。这里主要介绍大气污染控制的技术手段。2.3大气污染物控制工程颗粒态污染物净化气态污染物净化汽车排气净化1.颗粒态污染物的净化主要靠各种除尘器来实现。过滤式除尘器机械式除尘器湿式除尘器静电除尘器除尘器种类很多，按其除尘机制（1）机械式除尘器就是通过质量力的作用达到除尘的目的。质量力包括重力、惯性力和离心力，主要除尘器类型:有重力沉降室、惯性除尘器和离心除尘器等。其中离心除尘器是应用最为广泛的一种。离心除尘器是使含尘气流沿某一方向作连续的旋转运动，粒子在随气流旋转中获得离心力，使粒子从气流中分离出来的装置。它适用于非黏性、非纤维性粉尘的去除，对大于5μm以上的颗粒具有较高的去除效率（除尘效率为85%左右），属于中效除尘器,可用于高温烟气的净化，主要应用于锅炉烟气的除尘及多级除尘的预除尘。它的主要缺点是对（<5μm）细小尘粒的去除效率较低。（2）过滤式除尘器过滤式除尘器是使含尘气体通过多孔滤料，把气体中的颗粒物截留下来，从而使气体得以净化。内部过滤外部过滤按滤尘方式内部过滤就是把松散多孔的滤料填充在框架内作为过滤层，尘粒是在过滤层内部被捕集。如颗粒层过滤器-内部过滤。外部过滤则是用纤维织物等作为滤料，通过滤料的表面捕集尘粒。如袋式除尘器-外部过滤。袋式除尘器广泛应用于各种工业废气的除尘中，它属于高效除尘器，除尘效率＞99%，尤其对细粉尘有很强的捕集作用，而且对颗粒性质及气量适应性强，同时便于回收干料。袋式除尘器不适于处理含油、含水及黏结性粉尘，同时也不适于处理高温含尘气体，一般情况下被处理气体温度应低于100℃。（3）湿式除尘(也称为洗涤除尘器)该方法是用液体（如水或碱液）来洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或雾沫碰撞而被吸附，凝集变大，最后尘粒随液体排出，而气体得到净化。由于洗涤液同时对多种气态污染物也具有吸收作用，因此湿式除尘器既能净化废气中的颗粒态污染物，又能脱除废气中的气态污染物，这是其他类型除尘器所无法做到的。湿式除尘器种类很多，如各种型式的喷淋塔、文丘里式洗涤器等。其结构简单，造价低、除尘效率高，尤其在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好，而且在除尘的同时还可以去除有害的气态污染物。我校燃煤锅炉房-NaOH碱液达到同时除尘和脱硫目的的。它的不足是用水量大，易产生腐蚀性液体，产生的废液需进行处理，并可能造成二次污染。湿式除尘器种类很多，如各种型式的喷淋塔、文丘里式洗涤器等。其结构简单，造价低、除尘效率高，尤其在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好，而且在除尘的同时还可以去除有害的气态污染物。我校燃煤锅炉房-NaOH碱液达到同时除尘和脱硫目的的。它的不足是用水量大，易产生腐蚀性液体，产生的废液需进行处理，并可能造成二次污染。（4）静电除尘器静电除尘是利用高压电场产生的静电力（库仑力）的作用实现颗粒物与气流分离的方法。静电除尘器是由放电极与集尘极组成。含尘气体进入除尘器后，通过三个阶段实现尘气的分离。①粒子荷电即在放电极与集尘极间施以很高的直流电压时，两极间形成一不均匀电场，放电极附近电场强度很大，集尘极附近电场强度很小。当电压加到一定值时，放电极发生电晕放电。电晕放电时，生成了大量的电子及阴离子，在电场的作用下，向集尘极迁移。在迁移过程中，中性气体分子很容易捕获这些电子或阴离子形成负的气体离子，当这些带负电荷的气体离子与气流中的尘粒相撞并附着其上时，就使尘粒带上了负电荷，从而实现了粉尘粒子的荷电。②粒子沉积即荷电的尘粒在电场中受库仑力的作用被驱往集尘极，经过一定时间到达集尘极表面，尘粒上的电荷与集尘极上的电荷中和，尘粒放出电荷后便沉积在集尘极表面。③粒子清除即当集尘极表面上的尘粒沉积到一定厚度时，用机械振打等方法，就可以使其脱离集尘极表面，沉落到灰斗中。静电除尘器也是一种高效除尘器，除尘效率99%以上。尤其对<0.1μm的细微粉尘捕集性能优异，而且能耗低，处理气量大，可用于高温、高压的场合，因此被广泛用于工业除尘（如许多电厂的除尘）。它的缺点是设备庞大，占地面积大，因此一次性投资高。各种除尘器实用性能的比较在进行实际烟尘治理时，往往采用多种除尘器组成一个净化系统。一般的烟尘净化系统有4种基本形式。（a）系统为最简单的形式（即一级除尘），适于烟气温度和烟尘浓度都不太高，对排放要求也不高的场合。当烟气温度高，需要冷却时，则采用（b）系统。当烟气温度和烟尘浓度均较高时则采用（c）系统（即二级除尘）。如果烟气温度和烟尘浓度都高，且含有较多可燃性组分时，可增加燃烧装置，即（d）系统。烟尘净化系统的几种基本形式1—炉窑；2—一级除尘；3—风机；4—冷却器；5—二级除尘；6—燃烧室以燃煤锅炉烟尘净化系统为例不同形式的锅炉应设置不同的除尘系统。对于中小型锅炉，主要采用旋风除尘器。对于电站的大型锅炉，由于烟气量大、烟尘浓度高、颗粒细，一般采用二级净化系统；第一级选用旋风除尘器，第二级采用静电除尘器和布袋除尘器、文丘里管洗涤器等。除尘器的选择在选择除尘系统时，必须要全面考虑有关的因素。如颗粒污染物的性质、含尘气体的浓度、温度和流量及排放要求、除尘器的除尘效率、适用范围等。除技术上可行外，还要经济上合理，管理上简单安全，也就是要通过经济技术管理综合比较后才能作出最终决策。2.气态污染物净化气态污染物的净化，根据其不同的理化性质:1）吸收法吸收法就是采用适当的液体作为吸收剂，使含有有害物质的废气与吸收剂接触，废气中的有害物质被吸收于吸收剂中，使气体得到净化的方法。吸收过程中，依据吸收质（即污染物）与吸收剂是否发生化学反应，可将吸收分为物理吸收与化学吸收。在处理以气量大、有害组分浓度低的各种废气时，化学吸收的效果要比单纯物理吸收好得多，因此在用吸收法治理气态污染物时，多采用化学吸收法进行。目前工业上脱硫的方法主要为吸收法，即用氨液或石灰石、消石灰[Ca(OH)2]的乳浊液来吸收SO2液体。如：氨液化学吸收法为例采用不同方法对(NH4)2SO3进行处理可回收不同的副产品，从而实现废物的综合利用。如将(NH4)2SO3经空气氧化、浓缩、结晶等过程可回收硫酸铵[(NH4)2SO4]（化肥）。再如在(NH4)2SO3溶液中添加石灰或石灰石乳浊液，经反应后可制得石膏（建材）。如将(NH4)2SO3溶液加热分解，再用H2S还原，可得到单体硫（化学原料）。这实际上是一种资源化方法处理污染物，是循环经济倡导的方法。2NH3·H2O+SO2→(NH4)2SO3+H202）吸附法吸附法就是使废气与大表面的多孔性固体物质（称为吸附剂）相接触，将废气中的有害组分吸附在吸附剂上，使其与气体混合物相分离，从而使废气得以净化的方法。常用的吸附剂有:活性炭、分子筛等.吸附净化法的净化能力很强，特别适用于排放标准要求严格或有害物浓度低，用其他方法达不到净化要求的废气的净化，常作为深度净化手段或联合应用几种净化方法时的最终控制手段。3）催化法催化法就是利用催化剂的催化作用，使废气中的有害组分发生化学反应并转化为无害物的一种方法。催化法的优点是净化效率较高，净化效率受废气中污染物浓度影响较小，其缺点是所用催化剂价格比较贵，操作上要求较严，废气中的有害物质很难作为有用物质进行回收。4）燃烧法燃烧法就是对含有可燃有害组分的混合气体进行氧化燃烧，从而使这些有害组分转化为无害物质的方法。燃烧法主要应用于有机废气的净化治理。燃烧法工艺比较简单，操作方便，可回收燃烧后的热量；但不能回收有用物质，并容易造成二次污染。5）冷凝法冷凝法是采用降低废气温度或提高废气压力的方法，使一些易于凝结的有害气体或蒸汽态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出来的方法。冷凝法只适于处理高浓度的有机废气，常用作吸附、燃烧等方法净化高浓度废气的前处理，以减轻后续处理方法的负荷。冷凝法的设备简单，操作方便，并可回收到纯度较高的产物，因此也是气态污染物治理的主要方法之一。气态污染物的净化同颗粒态污染物净化一样，在选择那种技术或哪些技术的组合进行气态污染物的净化时也要全面考虑有关的因素。如气态污染物的性质、气体污染物的浓度和流量及排放要求、所选技术的净化效率、适用范围等、也要通过经济技术管理上的综合比较后再做最终决策。3.汽车排气净化燃油汽车尾气的排放目前已成为我国城市大气环境污染的主要来源之一，汽车尾气排放的废气中主要含有CO、HC、NOx等污染物。对汽车尾气的治理，目前应用最广泛的就是三元催化转化器。既将CO、HC氧化成无毒的CO2、H2O；将NOx还原成无毒的N2等。其主要发生的化学反应:但汽车尾气控制的根本途径是实施清洁生产从源头上削减污染的产生。如使用天然气汽车、电动汽车、氢气汽车、太阳能汽车、醇类燃料汽车等清洁燃料汽车等，或者通过改进发动机本身的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，优化发动机燃烧过程来降低污染物排放。什么是大气污染？形成大气污染的条件是什么？举例说明什么是二次污染物？它们是如何产生的？试述四种常用除尘器的除尘机制.大气污染源按发生源分为哪4种类型?试述气体污染物净化的主要方法。汽车尾气排放的主要污染物是什么？目前主要治理技术的原理是什么？