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1、环境工程 大气污染控制工程 谢绍东谢绍东 E-mail: E-mail: sdxie sdxie Tel.: 62755852Tel.: 62755852 教材教材 n n 郝吉明郝吉明 马广大主编马广大主编 大气污染控制工程大气污染控制工程 第二版第二版 高等教育出版社高等教育出版社 n n 蒲恩奇主编蒲恩奇主编 大气污染治理工程大气污染治理工程 高等教育出版社高等教育出版社 n n Noel de Noel de NeversNevers Air Pollution Control Engineering Air Pollution Control Engineering (second
2、edition) McGraw-Hill (second edition) McGraw-Hill 教学大纲教学大纲 第一章 概论 第二章 燃烧与大气污染 第三章 颗粒物污染物控制技术基础 第四章 除尘装置 第五章 气态污染物控制技术基础 第六章 硫氧化物的污染控制 第七章 固定源氮氧化物污染控制 第八章 挥发性有机物污染控制 第九章 城市机动车污染控制 第十章 大气污染和全球气候 第一章第一章 概论概论 第一节第一节 大气及大气圈大气及大气圈 国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）给大气和空气的定义）给大气和空气的定义 ： 大气是指包围地球周围所有空气的总和大气是指包围地球周围所有空
3、气的总和(The (The entire mass of air which surround the Earth)entire mass of air which surround the Earth)； 环境空气是指暴露在人群、植物、动物和解环境空气是指暴露在人群、植物、动物和解 建筑物之外的室外空气建筑物之外的室外空气(Outdoor air to which (Outdoor air to which people, plants, animals and structures are people, plants, animals and structures are exposed
4、)exposed)。 因此，因此，19961996年我国将原来的年我国将原来的大气环境质量标大气环境质量标 准准（GB3095-82GB3095-82）改为）改为环境空气质量标准环境空气质量标准 （GB3095-1996GB3095-1996），其目的在于强调环境空），其目的在于强调环境空 气质量标准，主要规定的是与人类活动关系最气质量标准，主要规定的是与人类活动关系最 密切的近地面空气中的污染物浓度限值。密切的近地面空气中的污染物浓度限值。 目前国内外出版的大多数目前国内外出版的大多数大气污染控制工程大气污染控制工程 或或空气污染控制工程空气污染控制工程类教材所涉及的内类教材所涉及的内 容和
5、范围，基本上都是环境空气的污染和防治容和范围，基本上都是环境空气的污染和防治 ，可见，可见“大气大气”和和“空气空气”是作为同义词使用是作为同义词使用 的，其组成成分在均质层也是一样的；它们的的，其组成成分在均质层也是一样的；它们的 区别在于区别在于“大气大气”指的范围更大，指的范围更大，“空气空气”的的 范围相对小些。范围相对小些。 一、大气的结构 n自然地理学把受地心引力而随地球旋转的大气称为 大气圈，厚度大约有10000km。由于大气圈层与宇 宙空间很难确切划分，在大气物理学和污染气象学 研究中，常把大气圈层上界定为1200-1400km。 1400km以外，气体已非常稀薄，就是宇宙空间
6、了。 n大气圈中的空气分布是不均匀的。海平面上的空气 密度最大，近地面的空气密度随高度上升而减小。 在地球表面上空400-1400km的大气层，空气是逐渐 变稀薄的。地球表面的大气温度不仅随纬度、季节 变化，而且随高度变化。大气质量的90集中在 30km以下的范围内，高度100km以上大气的质量仅 占大气圈质量的1%。 世界气象组织（世界气象组织（WMOWMO）根据大气温度的垂直）根据大气温度的垂直 分布特点，并考虑大气垂直运动等情况，将分布特点，并考虑大气垂直运动等情况，将 大气分为大气分为5 5层。层。 n n 对流层对流层 n n 平流层平流层 n n 中间层中间层 n n 暖层（热层，
7、电离层）暖层（热层，电离层） n n 散逸层（逃逸层，外层散逸层（逃逸层，外层 ） 均质大气层（简称均质层）：地球表面向 上到大约80-85km，主要成分氮和氧的组 成比例几乎不变 ，按气温在垂直方向上的 变化分为对流层、平流层和中间层。 非均质层非均质层 对流层 贴着地球表面，其厚度大约为贴着地球表面，其厚度大约为10km10km16km16km，主要成，主要成 分为分为 N2N2、O2O2、H2OH2O、CO2CO2和和ArAr等。等。 两个显著特点：一是气温随高度上升而递减，平均每升高两个显著特点：一是气温随高度上升而递减，平均每升高 100m100m气温降低气温降低0.650.65；二
8、是密度大。大气总质量的；二是密度大。大气总质量的7575 和和9090的水蒸汽集中在此层。该层既有大规模的空气的水蒸汽集中在此层。该层既有大规模的空气 运动，又有强烈的空气垂直运动（即对流运动）以及不规运动，又有强烈的空气垂直运动（即对流运动）以及不规 则的湍流运动，从而使不同地区和不同层次的空气得以交则的湍流运动，从而使不同地区和不同层次的空气得以交 换。换。 在在l l2km2km以下的大气受地表机械、热力学作用强烈，称以下的大气受地表机械、热力学作用强烈，称 为边界层或摩擦层，受地表性质影响很大。特别是为边界层或摩擦层，受地表性质影响很大。特别是50-50- 100m100m以下的贴地层
9、，主要受地表热力的影响，是人类活以下的贴地层，主要受地表热力的影响，是人类活 动的主要场所，进入大气中的污染物绝大部分在此层活动动的主要场所，进入大气中的污染物绝大部分在此层活动 。 lkmlkm2km2km以上大气受地表影响小，称为自由大气层，以上大气受地表影响小，称为自由大气层， 主要天气过程，如雨、雪、雹的形成都在此层。主要天气过程，如雨、雪、雹的形成都在此层。 平流层 对流层顶向上到对流层顶向上到50km50km左右的大气层，又称同温层左右的大气层，又称同温层 ，该层主要成分是，该层主要成分是0303、N2N2、O2O2。 特点：特点： 一、对流层顶到一、对流层顶到30km30km左右
10、的大气层气温变化很小左右的大气层气温变化很小 ，为，为-55-55左右，故称为同温层；同温层以上的平左右，故称为同温层；同温层以上的平 流层随高度升高而升高，至平流层顶达流层随高度升高而升高，至平流层顶达-3-3。 二、空气没有对流运动，以平流运动为主，大气二、空气没有对流运动，以平流运动为主，大气 稳定，因此一旦污染物进人平流层，停留时间很稳定，因此一旦污染物进人平流层，停留时间很 长，从而造成较大的全球影响。长，从而造成较大的全球影响。 在高约在高约15-35km15-35km的范围内，有厚约的范围内，有厚约20km20km的臭氧层的臭氧层 ，臭氧有吸收紫外线的能力，使人类等免受紫外，臭氧
11、有吸收紫外线的能力，使人类等免受紫外 线的辐射。线的辐射。 中间层 平流层顶到平流层顶到85km85km高度左右的区域高度左右的区域 称为中间层。主要特征是温度随高称为中间层。主要特征是温度随高 度的增加迅速降低，顶部温度可降度的增加迅速降低，顶部温度可降 到到-83-83以下。大气稀薄，主要物以下。大气稀薄，主要物 质是质是O2O2、N2N2、NO+NO+、02+02+等。等。 热层 从中间层顶向上导从中间层顶向上导800km800km的区域称为热层的区域称为热层 ，又称电离层，其主要成分是氧。在强烈，又称电离层，其主要成分是氧。在强烈 的紫外线和宇宙射线的作用下，大气中的的紫外线和宇宙射线
12、的作用下，大气中的 N2N2、O2O2分子电离成了分子电离成了O2+O2+、O+O+及及NO+NO+等等 离子，该层温度随高度的增加而急剧上升离子，该层温度随高度的增加而急剧上升 ，最高可达，最高可达17001700。 逃逸层 热层以上的大气层称为逃逸层。此处热层以上的大气层称为逃逸层。此处 大气极为稀薄，大部分分子电离，气大气极为稀薄，大部分分子电离，气 体及微粒受地心引力小，能飞离地球体及微粒受地心引力小，能飞离地球 重力场进入太空。重力场进入太空。 二、大气的组成二、大气的组成 大气 干燥清洁的空气 水汽 悬浮微粒 大气是由大气是由 多种气体多种气体 混合组成混合组成 的，按其的，按其
13、成分可以成分可以 概括为三概括为三 部分，亦部分，亦 即干燥清即干燥清 洁的空气洁的空气 、水汽和、水汽和 悬浮微粒悬浮微粒 。 干洁空气的组成干洁空气的组成 氮、氧和氩占干洁大气总体积的氮、氧和氩占干洁大气总体积的99.96%99.96%， 其他不到其他不到0.04%0.04%，相对分子量相对分子量28.96628.966 水蒸气水蒸气 在大气中的平均含量不到0.5%，随空间、时间 和气象条件变化而变化。在热带雨林地区，其 体积分数可达4%；沙漠干燥区或极地区可小于 0.01%。一般低纬度地区高于高纬度地区，下层 高于上层，夏季高于冬季。 水蒸气是实际大气中唯一能在自然条件下发生 相变的成分
14、。通过水蒸气相变，使得地表和大 气之间以及大气内部的水蒸气、热和能量得以 输送和交换。水蒸气对太阳辐射的吸收能力较 小，但对地面长波辐射的吸收能力较强。因此 ，它与二氧化碳一起，对地球起着表保温作用 。 悬浮颗粒物 大气中含有沉降速率很小的固体和液体微粒，称 之为悬浮颗粒物或悬浮微粒，它是地层大气的重 要组成部分, 粒径一般在10-4m-几十m，多集 中于大气底层，不论含量还是化学成分都是不变 的。 组成：固体和水蒸气凝结成的水滴和冰晶；固体 微粒可分为有机物和无机物两类。 有机物微粒数量较少，主要有植物花粉、微生物 和细菌等；无机物微粒数量较多，主要来源于岩 石或土壤风化后的尘粒、流星燃烧后
15、的灰烬、火 山爆发似的尘埃等。 浓度分布随时间、地点和气象条件而变化，通常 是陆上多于海上，城市多于乡村，冬季多于夏季 。 对辐射的吸收与散射，云、雾和降水的形成，大 气光电现象具有重要作用，对大气污染有重要影 响。 第二节第二节 大气污染大气污染 大气中污染物或由它转化成的大气中污染物或由它转化成的 二次污染物的浓度达到了有害二次污染物的浓度达到了有害 程度的现象，称为大气污染。程度的现象，称为大气污染。 大气污染的类型大气污染的类型 以污染源的化学性质及其存在的大气环境以污染源的化学性质及其存在的大气环境 状况为依据，大气污染可分为还原型（煤状况为依据，大气污染可分为还原型（煤 烟型）污染
16、、氧化型（机动车尾气）污染烟型）污染、氧化型（机动车尾气）污染 ；根据燃料的性质和大气污染物的组成和；根据燃料的性质和大气污染物的组成和 反应，亦可把大气污染划分为煤烟型、石反应，亦可把大气污染划分为煤烟型、石 油型、混合型和特殊型。油型、混合型和特殊型。 煤烟型大气污染煤烟型大气污染 代表性污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、代表性污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、 粉尘、粉尘、SOSO 2 2 等构成的一次污染物，以及由这等构成的一次污染物，以及由这 些污染物发生化学反应而产生的硫酸、硫酸些污染物发生化学反应而产生的硫酸、硫酸 盐类气溶胶等二次污染物。造成这类污染的盐类气溶胶等二次污染物。造成这类污染的 污染源主要是工业企业烟气排放物，其次是污染源主要是工业企业烟气排
