1、1,第六章大气污染 及其防治,6.1大气圈结构和大气组成 6.2 大气污染及其类别 6.3 大气污染防治技术,2,6.1大气圈结构和大气组成,3,Thermosphere,Mesosphere,Stratosphere,Troposphere,Tropopause,Temperature,Pressure,Atmospheric pressure (millibars-mb),0,200,400,600,800,1000,Temperature(),Stratopause,Mesopause,Altitude above sea level (km),Altitude above sea le
2、vel (mi),-60,-40,0,40,80,120,40,20,60,80,100,120,4,TABLE 7.1 Present composition of the lower atmosphere,5,什么是大气污染？ Air Pollution（空气污染）和 Atmosphere Pollution (大气污染),由于自然的或人为的过程，改变了大气圈中某些原有成分和增加了某些有毒有害物质，致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏，这种现象称为大气污染。,6.2 大气污染及其类别,6,人为污染、自然污染 化学、
3、物理、生物、放射性污染 局部性污染、区域性污染、全球性污染 煤炭型、石油型、混合型、特殊型 还原型和氧化型,大气污染的类型,7,大气污染物的种类一次污染物和二次污染物 气态污染物（90%）和颗粒态污染物（气溶胶） 碳氧化物、含氮化合物(NOx)、 含硫化合物(SOx)、碳氢化合物和碳、氢、氧化合物、卤素化合物(氟里昂)、氧化剂(O3、PAN、H2O2)、颗粒物、放射性物质.汞蒸气、铅和石棉等污染。 地区性(100km)、区域性(1000km)、全球性污染物,8,N2+O2 2NO,2NO+O2 2NO2,9,颗粒物质：飘尘、降尘和气溶胶0.1200 降尘：粒径10 ；飘尘：粒径10,10,大气
4、组分的浓度表示方法,混合比单位表示法（体积比或质量比,不受温度、压力影响 ）：%ppm (10-6), pphm (10-8),ppb (10-9),ppt (10-12) 单位体积内物质的质量表示法（受温度、压力影响 ）：mg/m3, g/m3 采样体积换算,11,大气中化合物的半衰期和寿命,半衰期（t1/2）：是反应物浓度降到其初始浓度一半时所需要的时间。 寿命( ):是反应物浓度降到其初始浓度的1/e时所需要的时间。（e2.718, 1/e 0.368）,A 产物 （一级反应） -dc/dt = k1c 或 c=c0 e- k1 t t1/2=0.693/k1 , =1/ k1 k1:一
5、级反应速率常数。,k1,12,污染源的类型划分方法 天然源和人为源 点源、面源、线源 高架源、地面源 连续源、间断源、瞬时源 固定源和移动源 生活污染源、工业污染源、交通污染源、农业污染源,13,环境空气质量标准 环境空气质量标准GB 3095-1996（SO2, TSP, PM10, NOX, NO2, CO, O3, Pb, BaP, 氟化物） 一级标准：适用一类质量功能区，即自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区。 二级标准：适用二类质量功能区，包括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。 三级标准：适用三类质量功能区，包括特定工业区。,14,空
6、气污染指数(API) 把常规检测的几种空气污染物浓度简化成单一的数值形式而分级表示空气受污染程度和空气质量状况的尺度。用0-500之间的数字表示API 的数值。 0-50：级，优，适用一类质量功能区。 51-100：级，良，适用二类质量功能区 101-200：级，轻度污染，特定工业区。长期接触，体质较差者有刺激症状。 201-300：级，中度污染，患症状加重，普遍出现症状 301-400，401-500：级，重度污染，较强烈症状，提前引发某些疾病,15,API = max (I1, I2, I3, , Ii, , In) 首要污染物,(Ii,j+1 - Ii,j) + Ii,j,16,大气中污
7、染物的迁移,由污染源排放出来的污染物由于空气的运动使其传输和扩散的过程，可使污染物浓度降低。 大气污染程度决定于污染源排放的污染物特性和排放总量，还与气象（大气稳定度、风、湍流、降水、雾）、地形、地物等因素有关。,17,污染物沿下风向输送、扩散和稀释，包括风向和风速的大小两个方面。风向影响着污染物的扩散方向，一般来说污染源应设在下风向。风速大小决定扩散和稀释状况。通常，污染程度与风向频率成正比，与风速成反比。 所谓风向频率，是指某方向的风占全年各风向总和的百分率。,风力扩散,18,气流扩散,垂直方向流动的空气称为气流，与大气稳定度有关。大气稳定度是指大气中某一高度上的气团在垂直方向上的相对稳定
8、程度。稳定、不稳定和中性平衡3种状态。大气温度沿垂直方向随高度变化的速率称为气温垂直递减率，以 r 表示。当 r 0时，气温随高度增加而升高，出现逆温天气。(比利时马斯河谷烟雾事件，美国多诺拉烟雾事件，伦敦烟雾事件)逆温原因：下沉逆温、辐射逆温、海岸逆温、地形逆温,19,20,21,干空气在绝热运动中，每上升100米气温下降1，称为干绝热温度递减率，以 rd 表示。 rd=1 /100m。r rd，不稳定，有利于污染物扩散； r = rd，中性，对污染物扩散和稀释不起作用。,22,烟形的变化,波浪形,锥形,扇形,熏烟型,屋脊形,23,干沉降,指粒子在重力作用下或与其他物体或地面碰撞后，发生沉降
9、而被去除。 干沉积速度：以在某一特定高度内污染物的沉降速度表示。 可用斯托克斯定律表述。 干沉积率：相应于该特定高度内污染物平均浓度与干沉积速度的乘积。（量纲：质量/面积时间），与颗粒粒径、密度、空气运动粘滞系数有关。一般实测灰尘自然沉降量来求。 干沉降是去除大颗粒悬浮物的一个有效途径，对于小颗粒则不然。,24,25,湿沉降,大气中所含污染气体或微粒物质通过雨除、冲刷作用随降水降落并积留在地表的过程，称为湿沉降。 雨除 冲刷,26,6.3 大气污染防治技术,大气污染治理技术： 颗粒物的去除：机械、物理方法从气体中捕集和去除颗粒物的技术称为除尘技术。机械式除尘器(重力沉降室、惯性沉降室、旋风除尘
10、器)、过滤式除尘器、电除尘器、湿式除尘器,27,v,vs,重力沉降室,含尘气体,净化气体,28,挡板2,挡板1,净化烟气,含尘烟气,d1,d2,d2,d2,v1,v2,惯性除尘器工作原理,29,烟气,排出管,上旋涡,圆柱体,外旋涡,内旋涡,锥体,储灰斗,30,31,32,喷水器,含尘水,含尘气体,水,净化气体,喷水塔式除尘器,33,含尘气流,进气管,收缩管,喷嘴,洗涤液,喉管,连接管,接旋风除尘器,文丘里洗涤器,34,气态污染物的净化,吸收法：用液体吸收有害气体，如SO2、Nox、NH3等，并回收有用产品。 吸附法：通过多孔性的固体吸附剂进行吸附。如用活性碳吸附低浓度的SO2等有害气体，吸附剂
11、需再生。 催化转化法：利用催化剂的催化作用 燃烧法 冷凝法,35,大气污染综合防治,(1)减少污染物排放 a.改善燃料(或替代燃料)：净化燃料；开发新能源；开发低污染和无污染汽车。 b.革新燃烧技术 c.集中供热(热电联产等) (2)利用环境自净能力 a.合理工业布局；b.优选排放方式；c.开展绿化造林,36,思考题,大气分层及其各层特点。 大气污染物、污染源的分类方法。 什么是大气稳定度？逆温？对污染物迁移有何影响？ 何谓干、湿沉降？ 处理有害气体有哪些基本方法？ 大气污染的影响因素有哪些？对流层是大气圈的最下面一层，其平均厚度约12km（该层厚度随地球纬度不同有所差别，两极薄、赤道厚），整
12、个大气质量的34和几乎所有的水汽都在这一层。对流层温度分布的特点是下部气温高、上部气温低，气温的垂直递减率平均为0.6100m。这一层大气无论是垂直或水平方向的对流都是很充分的，风、雪、雨、霜、雾和雷电等复杂的气象现象也都出现在这一层。伴随着这种对流运动，由污染源排放到大气中的污染物便可被输送到远方，并且由于分散和稀释作用而降低了污染物的浓度，所以一般并不造成危害。但当污染物量大，尤其是当近地1km以下的边界流动层，出现上热下冷的逆温层时，由于暖气团位于冷气团之上，使得人为排放的污染物混入低层冷气团中无法向上扩散，就有可能发生严重的大气污染事件 第二节 大气圈的结构 就整个地球来说，愈靠近核心
13、，组成物质的密度就愈大。大气圈是地球的一部分，若与地球的固体部分相比较，密度要比地球的固体部分小得多，全部大气圈的重量大约为 510万吨，还不到地球总重量的百分之一；以大气圈的高层和低层相比较，高层的密度比低层要小得多，而且越高越稀薄。假如把海平面上的空气密度作为1，那么在 240公里 的高空，大气密度只有它的一千万分之一；到了 1600公里 的高空就更稀薄了，只有它的一千万亿分之一。整个大气圈质量的 90都集中在高于海平面 16公里 以内的空间里。再往上去当升高到比海平面高出 80公里 的高度，大气圈质量的 99.999都集中在这个界限以下，而所乘无几的大气却占据了这个界限以上的极大的空间。
14、 探测结果表明，地球大气圈的顶部并没有明显的分界线，而是逐渐过渡到星际空间的。高层大气稀薄的程度虽说比人造的真空还要 “空”，但是在那里确实还有气体的微粒存在，而且比星际空间的物质密度要大得多，然而，它们已不属于气体分子了，而是原子及原子再分裂而产生的粒子。以80 -100公里 的高度为界，在这个界限以下的大气，尽管有稠密稀薄的不同，但它们的成分大体是一致的，都是以氮和氧分子为主，这就是我们周围的空气。而在这个界限以上，到 1000公里 上下，就变得以氧为主了；再往上到 2400公里 上下，就以氦为主；再往上，则主要是氢；在 3000公里 以上，便稀薄得和星际空间的物质密度差不多了。 自地球表
15、面向上，大气层延伸得很高，可到几千公里的高空。根据人造卫星探测资料的推算，在2000-3000公里的高空，地球大气密度便达到每立方厘米一个微观粒子这一数值，和星际空间的密度非常相近，这样2000-3000公里的高空可以大致看作是地球大气的上界。 整个地球大气层象是一座高大的而又独特的“楼房”，按其成分、温度、密度等物理性质在垂直方向上的变化，世界气象组织把这座“楼”分为五层，自下而上依次是：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。 1.对流层 对流层是大气圈最下面的一层，它的厚度随纬度而异，赤道附近厚 17 18km ，两极仅 8 9km ，平均厚度约 11 13km 。而且厚度还随季节变化，一
16、般夏季较大，冬季较小。同大气圈总厚度相比，对流层是很薄的，但其质量却占大气圈总质量的 70 75 ，且集中了大气圈的几乎全部水汽和尘埃。对流层的主要特征是： 温度随高度增加而降低，一般平均每升高 1km 温度降低 6 ，这称为大气降温率。这是由于对流层热量主要依靠吸收来自地面的长波辐射，因此距地面越高，所获得的热量越少； 空气具有强烈的对流运动，这是由于地面的不均匀加热而导致的不同纬度、不同高度的大气具有温度差与密度差造成大气相互流动，空气对流使地面的热量、水汽和杂质向高空输送，从而发生一系列天气现象，如风、雪、雨、云等； 气象要素水平分布不均匀，由于对流层受地表的影响较大，其温度、湿度的水平
17、分布很不均匀，并由此而产生一系列物理过程，形成复杂的天气现象。 2.平流层 平流层是从对流层顶至 35 55km 高空的大气层，其质量约占大气圈总质量的 20 。平流层的最显著特点是气流以水平方向运动为主，且因此而得名。平流层基本不含水汽和尘埃物质，不存在对流层中的各种天气现象。在该层的上部（ 30 55km ）存在多层的含臭氧层，它能吸收来自太阳的 99 以上对生命有害的紫外线，所以称它是地球生物的保护伞。平流层的温度，最初随高度的增加保持不变或略有上升，但升至 30km 以上时，由于臭氧吸收了大量紫外线，温度升得很快，到平流层顶时的气温升至 -3 17 。 3.中间层 自平流层顶至 85k
18、m 左右高空的大气层。由于这里没有臭氧吸收太阳辐射的紫外线，气温随高度增大而迅速下降，至中间层顶界气温降到 -83 -113 。由于下热上冷，再次出现空气的垂直运动。该层的顶部已出现弱的电离现象。 4.暖层 又称电离层（ ionosphere ），为从中间层顶到 800km 的高空。该层的空气已很稀薄，质量只占大气总质量的 0.5 。该层的空气质点在太阳辐射和宇宙高能粒子作用下，温度迅速增高，再次出现随高度上升气温增高的现象。据人造卫星观测，到 500km 处温度高达 1201 ， 500km 以上温度变化不大。同时，因紫外线及宇宙射线的作用，氧、氦被分解为原子，并处于电离状态，按电离程度可分为几个电离层，各层能反射不同波长的无线电波，故在远距离短波无线电通迅方面具有重要意义。 5.散逸层 也称外逸层，位于 800km 以上至 2000 3000km 的高空，空气已极为稀薄。本层是大气圈与星际空间的过渡地带，其温度也随高度的增加而升高。因离地面太远，地球引力作用弱，空气粒子运动速度很快，所以气体质点不断向外扩散。图 大气的分层大气的垂直分层 上一页 下一页,
