大气污染控制工程 第四版 郝吉明 马广大 王书肖 编 复习重点资料Word格式.docx

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可吸入颗粒物（PM10）：

=10μm的颗粒物。

2）气态状污染物：

①含硫化合物

②含氮化合物

③碳的氧化物

④有机化合物

⑤卤素化合物

还可分为：

一次污染物和二次污染物

一次污染物：

直接从污染源排到大气中的原始污染物质；

二次污染物：

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而生成的与一次污染物的性质不同的新污染物质。

硫酸烟雾：

是大气中的SO2等硫氧化物，在有水雾、含有重金属的悬浮颗粒物或氮氧化物存在时，发生一系列化学或光化学反应而生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶。

光化学烟雾：

是在阳光照射下，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（有时带些紫色或黄褐色）。

其主要成分有臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、酮类及醛类等。

3.大气污染源

自然污染源：

点源、面源；

（按污染源空间分布分）

人为污染源：

生活污染源、工业污染源、交通运输污染源。

（按照人们的社会活动功能不同）

根据主要大气污染物的分类统计分析，大气污染源可概括为三大方面：

燃料燃烧、工业生产和交通运输。

前两类统称固定源，后者为流动源。

第三节大气污染的影响

1、大气污染的影响

大气污染物侵入人体途径：

（1）表面接触；

（2）食入含有大气污染物的食物和水；

（3）吸入被污染的空气。

（最重要）

3、主要污染物的影响

（1）对人体健康的影响：

颗粒物、硫氧化物、一氧化碳、氮氧化物、光化学氧化剂、有机化合物

（2）对植物的伤害

（3）对器物和材料的影响

（4）对大气能见度和气候的影响

第四节大气污染物综合防治

1.大气污染物综合防治的含义

大气污染物综合防治的基本点是防与治的综合。

实质上是为了达到区域环境空气质量的控制指标，对多种大气污染控制方案的技术可行性、经济合理性、区域适应性和实施可能性等进行最优化的选择和评价，从而得出最优的控制技术方案和工程措施。

2.大气污染物综合防治措施

（1）全面规划、合理布局

影响环境空气质量的因素很多，因此，为了控制城市和工业区的大气污染，必须在进行区域性经济和社会发展规划的同时，做好全面环境规划，采取区域性综合防治措施。

（2）严格环境管理

环境管理的概念一般有两种范畴：

一种是狭义的环境管理，即对环境污染源和污染物的管理，通过对污染物的排放、传输承受三个环节的调控达到改善环境的目的；

另一种是广义的环境管理，即从环境经济、环境资源、环境生态的平衡管理，通过经济发展的全面规划和自然资源的合理利用，达到保护生态和改善环境的目的。

（3）控制大气污染的技术措施

①实施清洁生产；

②实施可持续发展的能源战略；

③建立综合性工业基地，开展综合利用，使各企业之间相互利用原材料和废弃物，减少污染物的排放总量；

④对SO2实施重量控制。

（4）控制污染的经济政策

①保证必要的环境保护投资，并随着经济的发展逐年增加；

②实行“污染者和使用者支付原则”

（5）控制污染的产业政策

①鼓励类

②限制类

③淘汰类

（6）绿化造林

绿化造林是区域生态环境中不可缺少的重要组成部分，绿化造林不仅能美化化境，调节空气温湿度或城市小气候，保持水土，防治风沙，而且在净化空气（吸收二氧化碳、有害气体、颗粒物、杀菌）和降低噪声方面皆会起到显著作用。

（7）安装废气净化装置

安装废气净化装置，是控制环境空气质量的基础，也是实行环境规划与管理等项综合防治措施的前提。

第五节环境空气质量控制标准

环境空气质量控制标准是执行环境保护法和大气污染防治法、实施环境空气质量管理及防治大气污染的依据和手段。

一、环境空气质量控制标准的种类和作用P22

分类

按用途：

（1）环境空气质量标准（环境）

（2）大气污染物排放标准（工业污染源）

（3）大气污染控制技术标准

（4）警报标准（工业企业设计卫生标准）：

车间

按使用范围：

（1）国家标准

（2）地方标准

（3）行业标准

二、环境空气质量标准中：

P23

环境空气环境质量分类

一级标准：

为了保护自然生态和人群健康，在长期接触情况下，不发生任何危害性影响的空气质量要求。

二级标准：

为了保护人群健康和城市、乡村的动植物在长期和短时间接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。

三级标准：

为了保护人群不发生急性、慢性中毒和城市一般动、植物（敏感者除外）正常生产的空气质量要求。

该标准将环境空气质量功能分区分为三类：

一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区。

二类区为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。

三类区为特定工业区。

一类执行一级标准，以此类推。

三、工业企业设计卫生标准

工作场所空气中有害物质最高容许浓度，是指工人在该浓度下长期进行生产劳动，不致引起急性和慢性职业性危害的数值，在具有代表性的采样测定中均不应超过。

四、大气污染物排放准则

大气污染物综合排放标准规定：

任何一个排气筒必须同时遵守最高允许排放浓度（任何1小时浓度平均值）和最高允许排放速率（任何1小时排放污染物的质量）两项超标，超过其中任何一项均为超标排放。

P24

大气污染物综合排放标准中，按照综合排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则，仍继续执行行业性标准（优先使用行业标准）。

P25

五、空气污染指数及报告

1.目前计入空气污染指数（API）的项目定为：

可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）和臭氧（O3）。

P25

2.污染指数的计算结果只保留整数，小数点后的数值全部进位。

P27

（例：

污染指数的计算结果为100.1，则API值为101【进位】）

3.各种污染物的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API，则该种污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。

API<

50时，则不报告首要污染物。

第二章燃烧与大气污染

第一节：

燃料的性质

燃料按物理状态分为固体燃料、液体燃料、气体燃料。

P29

一、煤

1.煤的分类：

褐煤、烟煤、无烟煤

2.煤的工业分析包括测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳，以及估测硫含量和热值。

P30

灰分：

是煤中不可燃矿物物质的总称。

3.元素分析：

是用化学方法测定去掉外部水分的煤中主要组分碳、氢、氮、硫和氧等的含量。

P31

（1）煤中碳和氢的测定

（2）煤中氧的测定：

直接发和间接法

（3）煤中氮的测定

4.煤中含有硫的形态（四种）：

黄铁矿硫（FeS2）、硫酸盐硫（MeSO4）、有机硫（CxHySz）和单质硫。

P32

人们一般把硫分为硫化铁硫、有机硫、硫酸盐硫，前两种能燃烧放出热量称为挥发硫，硫酸盐硫不参加燃烧，是灰分的一部分。

5.煤的成分表示方法中常用的基准有：

收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基。

P33

二、石油

三、天然气

四、非常规燃料

分类：

（1）城市固体废物；

（2）商业和工业固体废物；

（3）农业废物及农村废物；

（4）水生植物和水生废物；

（5）污泥处理厂废物；

（6）可燃性工业和采矿废物；

（7）天然存在的含碳和含碳氢的资源；

（8）合成燃料。

第二节：

燃料燃烧过程

1.影响燃烧过程的主要因素：

（1）燃烧过程及燃烧产物；

（2）燃料完全燃烧的条件；

2.燃烧：

指可燃混合物的快速氧化过程，并伴随能量的释放，同时使燃料的组成元素转化为相应的氧化物。

3.燃料完全燃烧的条件：

空气条件、温度条件、时间条件和燃料与空气的混合条件。

P38-39

（1）空气条件：

按燃烧不同阶段供给相适应的空气量。

（2）温度条件：

只有达到着火温度，才能与氧化合而燃烧。

着火温度：

在氧存在下可燃质开始燃烧必须达到的最低温度。

各种燃料的着火温度见表2-4。

（3） 

时间条件：

燃料在燃烧室中的停留时间是影响燃烧完全程度的另一基本因素。

燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需时间。

（4） 

燃料与空气的混合条件：

燃料与空气中氧的充分混合是有效燃烧的基本条件。

在大气污染物排放量最低条件下,实现有效燃烧的四个因素：

空气与燃料之比、温度、时间、湍流度（三T）。

燃烧过程的“三T”条件为：

温度、时间和湍流度。

P39

4.计算：

燃料燃烧的理论空气量P39

理论空气量（Vg0）：

单位量燃料按燃烧反应方程式完全燃烧所需的空气量称为理论空气量。

建立燃烧化学方程式时，假定：

（1）空气仅由N2和O2组成，其体积比为79.1/20.9=3.78；

（2）燃料中的固态氧可用于燃烧；

（3）燃料中的硫被氧化成SO2；

（4）计算理论空气量时忽略NOX的生成量；

（5）燃料的化学时为CxHySzOw，其中下标x、y、z、w分别代表C、H、S、O的原子数。

5.空气过剩系数α：

实际空气量Va与理论空气量Va0之比定义为空气过剩系数a，即

，通常α>

1。

P41

6.空燃比（AF）：

单位质量燃料燃烧所需的空气质量，它可由燃烧方程直接求得。

P42（空燃比为无量纲）

7.燃烧产生的污染物

二氧化碳、一氧化碳、硫氧化物Sox、氮的氧化物、烟、飞灰、金属及其氧化物、金属盐类、醛、酮和稠环碳氢化物等。

8.发热量：

单位燃料完全燃烧时发生的热量变化，即在反应物开始状态和反应产物终了状态相同的情况下（通常为298K和1atm）的热量变化，称为燃料的发热量，单位是kJ/kg（固体、液体燃料）或kJ/m3（气体燃料）。

燃料的发热量有：

高位发热量和低位发热量P44

高位发热量：

包括燃料燃烧生成物中水蒸气的汽化潜热。

低位发热量：

是指燃烧产物中的水蒸气任以气态存在时，完全燃烧过程所释放的热量。

一般燃烧设备的排烟温度远远超高水蒸气的凝结温度，因此大都按低位发热量计算燃烧的发热量。

9.燃料设备的热损失：

（1）排烟热损失

（2）不完全燃烧热损失

（3）炉体散热损失

第三节：

烟气体积及污染物排放量计算

1.理论烟气体积：

在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积，以Vfg0表示。

烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。

P46

理论烟气体积：

等于干烟气体积和水蒸气体积之和。

干烟气：

除水蒸气以外的成分称为干烟气；

湿烟气：

包括水蒸气在内的烟气。

Vfg0=V干烟气+V水蒸气

V理论水蒸气=V燃料中氢燃烧后的水蒸气+V燃料中水+V理论空气量带入的

实际烟气体积

Vfg=Vfg0+（a-1）Va0

2.烟气体积和密度的校正

燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需换算成标态。

大多数烟气可视为理想气体，故可应用理想气体方程。

设观测状态下（Ts、Ps下）：

烟气的体积为Vs，密度为ρs。

标态下（TN、PN下）：

烟气的体积为VN，密度为ρN。

标态下体积为：

标态下密度为：

3.过剩空气较正

因为实际燃烧过程是有过剩空气的，所以燃烧过程中的实际烟气体积应为理论烟气体积与过剩空气量之和。

标况下烟气量计算式：

4.污染物排放量的计算（例题、习题）P47

第四节燃烧过程硫氧化物的形成

燃料中硫的氧化机理：

燃料中的硫在燃烧过程中与氧反应，主要产物是SO2和SO3，但SO3的浓度相当低，即使在贫燃料状态下，生成的SO3也只占SO2生成量的百分之几。

在富燃料状态下，除SO2外，还有一些其它S的氧化物，如SO及其二聚物（SO）2，还有少量一氧化二硫S2O。

这些产物化学反应能力强，所以仅在各种氧化反应中以中间体形式出现。

故一般主要生成SO2,计算时可忽略SO3。

第三章污染气象学基础知识

第一节大气圈结构及气象要素

1.大气结构

（1）对流层（H↑T↓）

大气最接近地面的一层，平均厚度12km（赤道16~18km，两极地区为7~9km）。

大气总质量的90%集中在这一层。

（2）平流层

距地面50~60km，从对流层顶到35~45km左右气温不随高度而变化，35km以上H↑T↑，15~35km集中大部分臭氧，形成臭氧层。

（3）中间层

距地面80~85km，由于没有臭氧吸收紫外线，故（H↑T↓）

（4）暖层（热成层、电离层）（H↑T↑）

（5）散逸层（H↑T↑）

2.主要气象要素

气象要素（因子）：

表示大气状态的物理现象和物理量，称为～。

气象要素主要有：

气温、气压、气湿、风向、风速、云况、能见度、等。

（1）气温：

表示大气温度高低的物理量。

通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。

（2）气压：

指大气压力。

（3）气湿：

表示空气中水汽含量的多少。

（4）风向和风速：

气象上把水平方向的空气运动称为风，垂直方向的空气运动称为升降气流。

风速：

指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位m/s或km/s表示。

通常气象台站所测定的风向、风速，都是指一定的时间内（如2min或10min）的平均值。

风力分为13个等级，用F表示，风速用u表示

（5）云况：

云是漂浮在空中的水汽凝结物

云高：

云底距地面的高度。

云量：

云遮蔽天空的成数。

我国将天空分为十份，云遮蔽了几份，云量就是几，碧空无云，云量为零，阴天云量为十。

国外分八份

国外云量与我国云量间的关系，国外云量×

1.25=我国云量。

总云量：

指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。

（6）能见度：

视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出目标物（黑色、大小适度）的最大水平距离，单位：

m，Km。

能见度表示大气清洁、透明的程度。

第二节大气的热力过程

1.干绝热垂直递减率（干绝热直减率）:

干气块（包括未饱和的湿空气）绝热上升或下降单位高度（通常取100m）时，温度降低或升高的数值，称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干绝热直减率。

以γd表示。

2.位温：

一干空气块绝热升降到标准大气压（1013.25hPa）处所具有的温度。

3.温度层结类型

（1）温度随高度的增加而降低（Z↗t↘），正常分布，或递减层结，一般情况是这种规律。

（2）温度梯度等于或近似于1℃/100m，称中性层结。

（3）温度随高度增加而升高（Z↗t↗），称为逆温层结。

（4）温度不随高度变化，称为等温层结。

4.大气稳定度的概念

大气稳定度：

在垂直方向上大气的稳定程度，即是否易于发生对流。

如果一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或者下降的运动，当外力消除后，可能发生三种情况：

①气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时大气是稳定的。

②气块仍然加速上升或下降，此时大气是不稳定的。

③气块停留在外力消失时所处的位置，或者做等速运动，这时大气是中性的。

5、逆温：

具有逆温层的大气层是强稳定的大气层。

温度随高度的增加而增加

逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口。

根据形成逆温的过程可分为：

①辐射逆温:

由地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。

在晴朗无云（或少云）、风速不大的夜间，地面辐射冷却很快，贴近地面的气层冷却很快，较高的气层冷却较慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层，即辐射逆温；

②下沉逆温:

由空气下沉受到压缩增温而形成的逆温称为下沉逆温。

假定某一高度有一气层，当它下沉时，由于低空气压增大及气层向水平发向辐散，厚度减小。

这样，气层顶部比气层底部增温多，从而形成逆温；

③平流逆温:

由暖空气平流到冷地面上形成的逆温称为平流逆温。

由于低层空气受地面影响大，降温多，上层空气降温少所形成的；

④湍流逆温:

由低层空气的湍流混合形成的逆温称为湍流逆温；

⑤锋面逆温:

在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气因其密度小就会爬升到冷空气团上面去，形成一个倾斜的过渡区，称为封面。

在锋面上，如果冷暖空气温差很大时，即可出现锋面逆温。

6、五种典型烟流和大气稳定度

（1）波浪型：

r＞o，r＞rd很不稳定

（2）锥型：

r＞o，rrd中性或稳定

（3）扇型：

r＜o，r＜rd稳定

（4）爬升型（屋脊型）：

大气处于向逆温过渡。

在排出口上方：

r＞o，r＞rd不稳定;

在排出下方；

r＜o，r＜rd，大气处于稳定状态。

（5）漫烟型（熏烟型）：

大气逆温向不稳定过渡时，排出口上方：

r＜o，r＜rd，大气处于稳定状态；

第三节大气的运动和风

1.引起大气运动的作用力

水平气压梯度力、重力、地心偏转力、惯性离心力、摩擦力、

2.边界层的风和湍流对大气污染的影响

风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接最本质的因素。

风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越低。

3.风速廓线模式：

平均风速随高度变化曲线。

（1）对数律

中性层结时近地层的风速廓线，可用对数律模式描述：

式中：

------高度z处的平均风速，m/s；

------摩擦速度，m/s；

K------卡门常数，常取0.4；

------地面粗造度，m；

（2）指数律P83

非中性层结时的风速廓线，可用指数律模式描述：

------已知高度z1处的平均风速，m/s；

m------稳定度参数。

4.地方性风场

（1）海陆风：

由于陆地和海洋热力性质差异引起的。

在白天，由于太阳辐射，陆地升温比海洋快，在海陆天气之间产生了温度差、气压差，使低空大气由海洋流向陆地，形成海风，高空大气从陆地流向海洋，形成反海风，它们同陆地上的上升气流和海洋上的下降气流一起形成了海陆风局地环流。

在夜晚，由于有效辐射发生变化，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，它们同陆地上的下降气流和海洋上的上升气流一起形成了海陆风局地环流。

（2）山谷风：

山风和谷风的总称。

在白天，太阳线照射到山坡上，使山坡上大气比谷地上大气同高度的的大气温度高，形成由谷地吹响向山坡的风，称为谷风。

在夜间，山坡和山顶比谷地冷却的快，使山坡和山顶的冷空气顺山坡下滑到谷地，形成山风。

（3）城市热岛环流：

由于城市温度经常比乡村高（特别是夜间），气压比乡村低，所以形成一种从周围农村吹向城市的特殊局地风，成为城市热岛环流或城市风。

产生城乡温度差异的主要因素：

a）城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高；

b）城市覆盖物（如建筑、水泥路面等）热容大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢使低层空气冷却变缓；

c）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。

第四章大气扩散浓度估算模式

第一节湍流扩散的基本理论

1.湍流：

大气无规则运动。

①热力湍流：

主要由垂直方向上温度分布不均匀引起的，强度取决于大气稳定度。

②机械湍流：

主要由垂直方向上风速分布不均及地面粗糙度起的，强度取决于风速梯度度和地面粗糙度。

实际是上述两种湍流的叠加。

风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素，其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响扩散稀释的。

2.湍流扩散理论：

梯度输送理论

湍流统计理论

相似理论

第二节高斯扩散模式

1.高斯模式的有关假定:

（1）污染物在y、z轴上分布符合高斯分布（正态分布）；

（2）在扩散的整个空间风速是均匀的、稳定的；

（3）源强是连续的、均匀的；

（4）在扩散过程中污染物质的质量是守恒的。

2.在无界情况下的扩散（不存在地面）

3.高架连续点源扩散模式（详见书）

第三节污染物浓度的估算

一烟气抬升高度计算

有效源高

烟囱的有效高度H（烟轴高度，它由烟囱几何高度Hs和烟流（最大）抬升高度ΔH组成，即H=Hs+ΔH），要得到H，只要求出ΔH即可。

ΔH：

烟囱顶层距烟轴的距离，随x而变化的。

1.霍兰德（Holland）公式：

vs------烟囱出口处流速，m/s；

D------烟囱出口内径，m；

------烟囱出口处的平均风速，m/s；

Ts------烟囱出口处的烟流温度，K;

Ta------环境大气温度，K;

QＨ------烟气的热释放率，kW。

2.布里格斯（Briggs）公式：

二扩散参数的确定

1.P-G扩散曲线法

2.我国国家的标准规定的方法

第四节特殊条件下的扩散模式

一封闭型扩散模式

二烟熏型扩散模式

第五节城市山区的扩散模式

第六节区域大气环境质量模式

第七节烟囱高度的设计P117~P120

一烟囱高度的计算

既要满足大气污染物的扩散稀释要求，又要考虑节省投资。

1.按地面最大浓度的计算方法

2.按地面绝对最大浓度的计算方法

3.按一定保证率的计算法

4.P值法

二烟囱设计中的几个问题

1.对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式校核地面污染物浓度。

2.烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要环节。

3.关于气象参数的取值有两种方法。

4.烟囱高度设计中应注意以下具体要求P119

第八节厂址的选择

1.背景浓度

2.风向、风速

3.温度层结

4.地形

第五章颗粒污染物控制技术基础

颗粒的粒径及粒径分布

一颗粒粒径

几种常用的粒径表示方法