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1、2014 - 2015 学年第 1 学期环境工程学大气篇1第七章 气态污染物控制技术*环境工程学大气篇2主要内容v气态污染物净化原理v二氧化硫污染控制技术v氮氧化物污染控制技术v挥发性有机物污染控制技术v大气污染物的稀释法控制技术*环境工程学大气篇3学习目的学习对象: v 气态污染物净化的基本理论及各种污染物控制技术 学习要求: v （1）掌握气态污染物的净化原理；v （2）掌握硫氧化物、氮氧化物与挥发性有机物污染控制技 术； v （3）掌握典型硫氧化物、氮氧化物污染控制技术工艺；v （4）掌握污染物落地浓度的计算方法；v （5）掌握烟囱的设计计算方法。 *环境工程学大气篇47.1.1 影响污
2、染物在大气中扩散的气象因素7.1 大气污染物的稀释法控制技术影响扩散的 气象因素动力因子热力因子风大气温度层结湍流大气稳定度（1）气象的动力因子 风铅直运动升降气流风大小风向方位表示法角度表示法水平运动风的来向风速7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素单位时间内空气在水平方向 上移动的距离，m/s，km/h*环境工程学大气篇5*环境工程学大气篇6风玫瑰图又称风向频率玫瑰图，它是根据某一地区多年平均统计的各个风向 和风速的百分数值，并按一定比例绘制，一般多用8个或16个罗盘方位表示 。在各方向上按统计数值画出线段，表示该方向风频率的大小，线段越长表示 该风向出现的次数越多。将各个方向上表示
3、风频的线段按风速数值百分比绘 制成不同颜色的分线段，即表示出各风向的平均风速，即为风频风速玫瑰图 。 *环境工程学大气篇7风 力 等 级 表风速随高度变化的曲线下垫面摩擦力风速廓线7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇9常用的两个风速廓线模式：a. 对数率高度为Z处的风 速（m/s）摩擦速度卡门常数， 一般取0.4高度（m）地面粗糙度地面粗糙度越大，风速梯度越小7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇10b. 指数率高度为Z处的平 均风速（m/s）高度为10米处的 平均风速（ m/s ）稳定度参数实验确定7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素
4、*环境工程学大气篇11风对污染物浓度分布的作用整体输送冲淡稀释污染区总 在污染源 的下风向污染物浓度 总是与风速 大小成反比7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇12 湍流定义：在大气运动过程中，在其平均风速和风向上叠加的 各种尺度的无规则涨落 。7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇13湍流风向的摆动风速的脉动大气运动的重要形 式，使空气发生强 烈的铅直和水平扩 散，其强度和尺度 远大于分子扩散 大气污染物的扩散大气湍流（大气扩散）分子扩散机械湍流热力湍流湍流分类风速分布不均 、地面粗糙温度分布不 均湍流运动最重要的结果：使大气中热量、水分、尘
5、埃等 物理属性及混合物得以传递。 7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇147.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇15受到小尺度的湍涡搅动，烟管 的外截面不断地与周围空气相 混合，并进行缓慢地扩散烟团被大尺度的大气湍涡夹 带，烟团本身截面尺度变化 不大烟团容易被湍涡拉开或 撕裂而变形，使得烟团 能很快的得到扩散7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇16湍流有极强的扩散能力；在主导风方向上风的平流输送作用是主要的；湍流特点:风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就越快，污染 物的浓度就越低；风和湍流决定污染物在大气中的扩散稀释
6、。7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇17定义：在不同的地形、地物条件下，由于近地层大气的增热 和冷却速度不同而引起的局部空气的环流。海陆风山谷风城市热岛效应7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素 局地风*环境工程学大气篇18a. 海陆风 海风陆风7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素逆温，短 时间污染循环污染*环境工程学大气篇19a. 海陆风7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇20海陆风发生在海陆交界地带，是以24h为周期的一种大气局地环流。在白天，由于太阳辐射，陆地升温比海洋快，在海陆大气之间产生了 温度差、气压差，使低空大气
7、由海洋流向陆地，形成海风，高空大气从 陆地流向海洋，形成反海风，它们同陆地的上升气流和海洋的下降气流 形成了海陆风局地环流；在夜晚，陆地比海洋降温快，在海陆之间产生 了与白天相反的温度差、气压差，使低空大气从陆地流向海洋，形成陆 风，高空大气从海洋流向陆地，形成反陆风，它们同陆地下降气流和海 面上升气流构成了海陆风局地环流。b. 山谷风谷风示意图 山风示意图 山风谷风7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇21山区迎风面和背风面所受污染不相同污染源在上风侧，且有段 距离，烟流随风越过山头 ，被下沉气流带到地面， 造成严重污染。污染源在山前 上风侧，对迎 风坡造成高浓 度污
8、染。污染源在山后，正好处在 过山气流的下沉气流中， 烟流抬升不高，很快落到 地面造成污染。污染源在山后回 流区，烟流不能 扩散造成污染。*环境工程学大气篇22气 流 上 升市 区由郊区流向市区由郊区流向市区郊 区郊 区热c. 城市热岛效应由城乡温度差引起的局地风。7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素 城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高； 城市的覆盖物热容量大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖； 城市上空笼罩着一层烟雾和二氧化碳，使地面有效辐射减 弱。产生城乡温度差异的主要原因7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇24 大气温度层结定义：气温随
9、高度的分布称为大气层结。当气温随高度的 增加而降低时， 0；反之， 0；反 之， 07.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇27c. 气温的垂直分布温度层结：气温沿高度的分布状况，可以在坐标图上用一条曲线表示出来，该曲线称作气温沿高度的分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结。7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇28*环境工程学大气篇297.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素 d中 性等温层结 0正常温度层结 或递减层结， 0逆温 0定义：0的大气层结称为逆温，也称阻挡层。接地逆温上部逆温逆温强度 逆温7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因
10、素*环境工程学大气篇30形成逆温的主要过程：辐射逆温下沉逆温湍流逆温锋面逆温7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇31辐射逆温7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇32在晴朗无云（少云）、风速不大的夜间，地面辐射冷 却很快，近地层空气冷却快，较高层空气冷却慢，形 成自地面开始逐渐向上发展的逆温层。下午时递减 温度层结日落前1h黎明时逆温 强度最强日出后，地面逐渐 增温，逆温自下而 上逐渐消散上午十点左右 逆温完全消失下沉逆温7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素下沉逆温持续时 间长，范围宽， 逆温层厚度大多发生在高 空大气中*环境工程学大气
11、篇33由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温。空气块下沉时由于低 空气压增大及气层向 水平方向辐散，气层 被压缩，气层顶部比 底部下降的距离大， 绝热增温多，从而形 成逆温。湍流逆温厚度不 大7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇34由于低层空气的湍流混合形成的逆温。湍流混合前的气 温分布，d低层空气经湍流 混合后，混合层 的温度分布逐渐 接近于d混合层以上 的大气不受 湍流的影响锋面逆温7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇35在对流层中的冷空气团和暖空气团相遇时，暖空气团 由于密度小就会爬到冷空气上面去，形成一个倾斜的 过渡区（锋面），在锋面上
12、，如果冷暖空气的温差很 大时，即可出现锋面逆温。在风速大致相同，而气温垂直分布的A、B、C、D四种情况下，最有利于某工厂68米高的烟囱灰尘扩散的是应用实例分析7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇36C大气稳定度是大气中的某一气团在垂直方向上的稳定程度 ，是对污染源排入其中的污染物扩散能力的一种量度。a. 大气稳定度的判别单位体积气团产生 的加速度气团在垂直方向 上的位移7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素 大气稳定度*环境工程学大气篇37 d Z 0 a 0 稳定 d Z 0 a 0 不稳定 d a=0 中性7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工
13、程学大气篇38波浪型：大气不稳定扇型：大气逆温稳定屋脊型：排出口上方不 稳定；排出口下方稳定熏烟型：排出口上方稳 定；排出口下方不稳定锥型：大气中性或稳定b. 大气稳定度与烟流扩散的关系7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素c. 大气稳定度的分类修订帕斯奎尔法：极不稳定不稳定弱不稳定中性稳定极稳定7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇40日期太阳倾角太阳高度角云量太阳辐 射等级地面10m高处的风速大气稳 定度7.1.1 影响污染物在大气中扩散的气象因素*环境工程学大气篇41大气扩散：烟流传播与物质浓度衰减关系。梯度输送理论统计理论相似理论正态高斯分布假 定下的扩散
14、模式7.1.2 大气扩散模式*环境工程学大气篇42 坐标系（1）高架连续点源高斯扩散模式a. 原点为排放点或高架源排放点在地面的投影点；b. x 轴沿平均风向水平延伸；c. y 轴在水平面上垂直于 x 轴，正向在x轴左侧；d. z 轴垂直 xOy 平面向上延伸。7.1.2 大气扩散模式*环境工程学大气篇437.1.2 大气扩散模式高斯模式的坐标系*环境工程学大气篇44 高斯模式的有关假定u 烟羽的扩散在 y 轴和 z 轴方向上都是正态分布；u 在扩散的整个空间风速是均匀的、稳定的；u 污染源排放是连续的、均匀的；u 污染物在扩散过程中没有衰减和增生；u 在 x 方向，平流作用远大于扩散作用，地
15、面足够平坦。7.1.2 大气扩散模式*环境工程学大气篇457.1.2 大气扩散模式 高斯扩散模式计算公式下风向空间某一位 置的污染物浓度源强，即单位时间 内排放的污染物 平均风速，m/s 水平、垂直方向的 标准差，即y、z方 向的扩散参数，m a. 高架连续点源地面浓度：7.1.2 大气扩散模式 几种特殊情况下的浓度计算公式b. 高架连续点源地面轴线浓度：*环境工程学大气篇47假定7.1.2 大气扩散模式c. 高架连续点源的最大地面浓度：*环境工程学大气篇48（2）地面连续点源高斯扩散模式a. 地面连续点源在下风向任意点的浓度：b. 地面连续点源在下风向地面轴线浓度：7.1.2 大气扩散模式*环境工程学大气篇49烟羽：烟气在水平方向的扩散。烟羽抬升高度：烟羽 轴线与烟囱口之间的 距离烟囱实体 高度有效源高：烟气 所达到的高度7.1.3 大气污染物落地浓度计算（1） 烟囱抬升高度的计算*环境工程学大气篇50影响烟气抬升和扩 散的主要因素排放因素：烟流喷速、烟气温度气象因素：平均风速、湍流强度、环 境空气温度、大气稳定度、逆温层下垫面：地形、建筑物构型7.1.3 大气污染物落地浓度计算*环境工程学大气篇51烟气抬升高度的计算公式： 我国国标推荐公式a. 当QH5004.18 kJ/s，或TSTa35 K时：7.
