第三講 大氣污染及控制工程-2

1、大氣污染與控制工程大氣污染與控制工程環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院胡胡 輝輝 楊家寬楊家寬 Tel 87542224；E-mail: ; 環(huán)境工程導(dǎo)論環(huán)境工程導(dǎo)論內(nèi)內(nèi) 容容p一、大氣與大氣污染一、大氣與大氣污染p二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染物及危害二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染物及危害p三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型p四、顆粒污染物及除塵工藝四、顆粒污染物及除塵工藝p五、五、 VOCs及凈化工藝及凈化工藝p六、六、SOx及脫硫工藝及脫硫工藝p七、七、NOx及脫氮工藝及脫氮工藝人類(lèi)活動(dòng)排放溫室氣體的貢獻(xiàn)人類(lèi)活動(dòng)排放溫室氣體的貢獻(xiàn)（19

2、801990）溫室氣體的主要貢獻(xiàn)者溫室氣體的主要貢獻(xiàn)者CO2甲烷的溫室效應(yīng)比甲烷的溫室效應(yīng)比CO2高高25倍倍溫室效應(yīng)的危害溫室效應(yīng)的危害1 1、地球上的病蟲(chóng)害和傳染疾病增加、地球上的病蟲(chóng)害和傳染疾病增加 史前病毒，蟲(chóng)害加劇史前病毒，蟲(chóng)害加劇2 2、海平面上升、海平面上升 專(zhuān)家預(yù)測(cè)專(zhuān)家預(yù)測(cè)2050年全球溫升年全球溫升24攝氏度攝氏度 ，海平面上升，海平面上升，紐約，上海，東京和悉尼紐約，上海，東京和悉尼 淹沒(méi)淹沒(méi) 3 3、氣候反常，海洋風(fēng)暴增多；、氣候反常，海洋風(fēng)暴增多； 98年洪水；年洪水；2004年年7.9級(jí)強(qiáng)地震，引發(fā)海嘯，級(jí)強(qiáng)地震，引發(fā)海嘯， 印尼印尼23萬(wàn)人死亡或失蹤，萬(wàn)人死亡或失蹤

3、，50萬(wàn)人無(wú)家可歸萬(wàn)人無(wú)家可歸 4 4、土地干旱，沙漠化面積增大、土地干旱，沙漠化面積增大 西部干旱，缺水，黃河斷流，沙漠化西部干旱，缺水，黃河斷流，沙漠化厄爾尼諾厄爾尼諾p厄爾尼諾現(xiàn)象又稱(chēng)厄爾尼諾海流，是太平洋赤道帶厄爾尼諾現(xiàn)象又稱(chēng)厄爾尼諾海流，是太平洋赤道帶大范圍內(nèi)海洋和大氣相互作用后失去平衡而產(chǎn)生的大范圍內(nèi)海洋和大氣相互作用后失去平衡而產(chǎn)生的一種氣候現(xiàn)象。正常情況下，熱帶太平洋區(qū)域的季一種氣候現(xiàn)象。正常情況下，熱帶太平洋區(qū)域的季風(fēng)洋流是從美洲走向亞洲，使太平洋表面保持溫暖，風(fēng)洋流是從美洲走向亞洲，使太平洋表面保持溫暖，給印尼周?chē)鷰?lái)熱帶降雨。但這種模式每給印尼周?chē)鷰?lái)熱帶降雨。但這種模式

4、每27年被年被打亂一次，使打亂一次，使風(fēng)向和洋流發(fā)生逆轉(zhuǎn)風(fēng)向和洋流發(fā)生逆轉(zhuǎn)，太平洋表層的，太平洋表層的熱流就轉(zhuǎn)而向東走向美洲熱流就轉(zhuǎn)而向東走向美洲，隨之便帶走了熱帶降雨，隨之便帶走了熱帶降雨，出現(xiàn)所謂的出現(xiàn)所謂的“厄爾尼諾現(xiàn)象厄爾尼諾現(xiàn)象”。p 厄爾尼諾厄爾尼諾p厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的海面水厄爾尼諾現(xiàn)象的基本特征是太平洋沿岸的海面水溫異常升高，海水水位上漲，并形成一股溫異常升高，海水水位上漲，并形成一股暖流暖流向向南流動(dòng)。它使原屬冷水域的太平洋東部水域變成南流動(dòng)。它使原屬冷水域的太平洋東部水域變成暖水域，結(jié)果引起暖水域，結(jié)果引起海嘯和暴風(fēng)驟雨海嘯和暴風(fēng)驟雨，造成一些地，造成一些地

5、區(qū)干旱，另一些地區(qū)又降雨過(guò)多的異常氣候區(qū)干旱，另一些地區(qū)又降雨過(guò)多的異常氣候 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。p在科學(xué)上此詞語(yǔ)用于表示在秘魯和厄瓜多在科學(xué)上此詞語(yǔ)用于表示在秘魯和厄瓜多爾附近幾千公里的東太平洋海面溫度的異爾附近幾千公里的東太平洋海面溫度的異常增暖現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，大范圍常增暖現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，大范圍的海水溫度可比常年的海水溫度可比常年高出高出36攝氏度攝氏度。太。太平洋廣大水域的水溫升高，改變了傳統(tǒng)的平洋廣大水域的水溫升高，改變了傳統(tǒng)的赤道洋流和東南信風(fēng)，導(dǎo)致全球性的氣候赤道洋流和東南信風(fēng)，導(dǎo)致全球性的氣候反常。反常。厄爾尼諾厄爾尼諾p“厄爾尼諾厄爾尼諾”一詞來(lái)源于西班牙語(yǔ)，原意為一詞

6、來(lái)源于西班牙語(yǔ)，原意為“圣圣嬰嬰”。19世紀(jì)初，在南美洲的厄瓜多爾、秘魯?shù)任魇兰o(jì)初，在南美洲的厄瓜多爾、秘魯?shù)任靼嘌勒Z(yǔ)系的國(guó)家，漁民們發(fā)現(xiàn)，每隔幾年，從班牙語(yǔ)系的國(guó)家，漁民們發(fā)現(xiàn)，每隔幾年，從10月月至第二年的至第二年的3月便會(huì)出現(xiàn)一股沿海岸南移的月便會(huì)出現(xiàn)一股沿海岸南移的暖流暖流，使表層使表層海水溫度明顯升高海水溫度明顯升高。南美洲的太平洋東岸本。南美洲的太平洋東岸本來(lái)盛行的是秘魯寒流，隨著寒流移動(dòng)的魚(yú)群使秘魯來(lái)盛行的是秘魯寒流，隨著寒流移動(dòng)的魚(yú)群使秘魯漁場(chǎng)成為世界三大漁場(chǎng)之一，但這股暖流一出現(xiàn)，漁場(chǎng)成為世界三大漁場(chǎng)之一，但這股暖流一出現(xiàn)，性喜冷水的魚(yú)類(lèi)就會(huì)大量死亡，使?jié)O民們?cè)馐軠珥斝韵怖渌?/p>

7、的魚(yú)類(lèi)就會(huì)大量死亡，使?jié)O民們?cè)馐軠珥斨疄?zāi)。由于這種現(xiàn)象最嚴(yán)重時(shí)往往在圣誕節(jié)前后，之災(zāi)。由于這種現(xiàn)象最嚴(yán)重時(shí)往往在圣誕節(jié)前后，于是遭受天災(zāi)而又無(wú)可奈何的漁民將其稱(chēng)為上帝之于是遭受天災(zāi)而又無(wú)可奈何的漁民將其稱(chēng)為上帝之子圣嬰。子圣嬰。拉尼娜拉尼娜 p拉尼娜是西班牙語(yǔ)拉尼娜是西班牙語(yǔ)“La Nina”-“小女孩小女孩,圣圣女女”的意思的意思,是是厄爾尼諾現(xiàn)象的反相厄爾尼諾現(xiàn)象的反相，指赤道，指赤道附近東太平洋水溫反常下降的一種現(xiàn)象，表附近東太平洋水溫反常下降的一種現(xiàn)象，表現(xiàn)為東太平洋明顯變冷，同時(shí)也伴隨著全球現(xiàn)為東太平洋明顯變冷，同時(shí)也伴隨著全球性氣候混亂，總是出現(xiàn)在厄爾尼諾現(xiàn)象之后。性氣候混亂，總是

8、出現(xiàn)在厄爾尼諾現(xiàn)象之后。p氣象和海洋學(xué)家用來(lái)專(zhuān)門(mén)指發(fā)生在赤道太平氣象和海洋學(xué)家用來(lái)專(zhuān)門(mén)指發(fā)生在赤道太平洋東部和中部海水大范圍持續(xù)異常變冷的現(xiàn)洋東部和中部海水大范圍持續(xù)異常變冷的現(xiàn)象（海水表層溫度低出氣候平均值象（海水表層溫度低出氣候平均值0.5以以上，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)上，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)6個(gè)月以上）。拉尼娜個(gè)月以上）。拉尼娜也稱(chēng)反厄爾尼諾現(xiàn)象。也稱(chēng)反厄爾尼諾現(xiàn)象。拉尼娜拉尼娜 p最近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在最近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在1998年，持續(xù)到年，持續(xù)到2000年春季趨于結(jié)束。年春季趨于結(jié)束。 厄爾尼諾與拉尼娜厄爾尼諾與拉尼娜現(xiàn)象通常交替出現(xiàn)，對(duì)氣候的影響大致相反，現(xiàn)象通常交替出現(xiàn)，對(duì)氣候的影響大

9、致相反，通過(guò)海洋與大氣之間的能量交換，改變大氣通過(guò)海洋與大氣之間的能量交換，改變大氣環(huán)流而影響氣候的變化。從近環(huán)流而影響氣候的變化。從近50年的監(jiān)測(cè)資年的監(jiān)測(cè)資料看，厄爾尼諾出現(xiàn)頻率多于拉尼娜，強(qiáng)度料看，厄爾尼諾出現(xiàn)頻率多于拉尼娜，強(qiáng)度也大于拉尼娜。也大于拉尼娜。p中國(guó)海洋學(xué)家認(rèn)為，中國(guó)在中國(guó)海洋學(xué)家認(rèn)為，中國(guó)在1998年遭受的特年遭受的特大洪澇災(zāi)害大洪澇災(zāi)害，是由，是由“厄爾尼諾厄爾尼諾拉尼娜現(xiàn)象拉尼娜現(xiàn)象”和長(zhǎng)江流域生態(tài)惡化兩大成因共同引起的。和長(zhǎng)江流域生態(tài)惡化兩大成因共同引起的。 4、全球氣候（、全球氣候（Global Climate II: Stratospheric ozone de

10、pletion)Ozone layerO2 + hv - O + O(1)O + O2 - O3 (2)臭氧層破壞形成原因臭氧層破壞形成原因臭氧層破壞原因臭氧層破壞原因臭氧層破壞原因臭氧層破壞原因CFCs破壞臭氧層機(jī)理破壞臭氧層機(jī)理(I)ClO + ClO + M -Cl2O2 + MCl2O2 + hv-Cl + ClO2ClO2 + M-Cl + O2 + Mthen:2 x (Cl + O3)-2 x (ClO + O2)net:2 O3-3 O2and(II)ClO + BrO -Br + Cl + O2Cl + O3-ClO + O2Br + O3-BrO + O2net:2 O3-

11、3 O2The Halley Research Station The Ozone HoleMonthly Ozone Averages for OctoberMPEG movie of TOMS ozone measurements from Nov 1978 to Jan 1992q CFCs Simcat 3D Model臭氧層空洞的危害臭氧層空洞的危害皮膚癌與白內(nèi)障皮膚癌與白內(nèi)障三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型大氣圈垂直結(jié)構(gòu)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)均質(zhì)層：至均質(zhì)層：至80-85km80-85km，主，主要成分氮和氧要成分氮和氧的組成比例幾的組成比例幾乎不變乎不變同

12、溫臭氧層同溫臭氧層臭氧 吸收300平流層頂（+ ）（- ）平流層對(duì)流層對(duì)流層頂散逸層（+ ）（- ）（+ ）熱成層電離層中間層中間層頂200250絕對(duì)溫度（K ）50030007080506020409030040020010001030高 度 （ km ）高度（k m ）高度(km)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強(qiáng)烈照紫外線的強(qiáng)烈照射，射，N2和和O2產(chǎn)生產(chǎn)生不同程度的離解不同程度的離解對(duì)流層對(duì)流層平流層平流層/同溫層同溫層中間層中間層熱層熱層/暖層暖層/電離層電離層逃逸層逃逸

13、層/逸散層逸散層主要?dú)庀笠刂饕獨(dú)庀笠貧庀笠兀ㄒ蜃樱簹庀笠兀ㄒ蜃樱?表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學(xué)中統(tǒng)稱(chēng)為。表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學(xué)中統(tǒng)稱(chēng)為。與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有：與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有： 氣溫氣溫 氣壓氣壓 空氣濕度（氣濕）、空氣濕度（氣濕）、 風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速） 云量云狀云量云狀 能見(jiàn)度能見(jiàn)度 降水降水 蒸發(fā)、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)、日照時(shí)數(shù)、太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射、地面輻射、大氣輻射等。、地面輻射、大氣輻射等。風(fēng)向和風(fēng)速主要?dú)庀笠仫L(fēng)向和風(fēng)速主要?dú)庀笠?水平水平(horizontal)方向的空氣運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為風(fēng)。方向的空氣運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為風(fēng)。

14、 （垂直方向升降氣流）（垂直方向升降氣流） 風(fēng)的來(lái)向叫風(fēng)向（風(fēng)的來(lái)向叫風(fēng)向（16個(gè)方位圓周等分）個(gè)方位圓周等分）風(fēng)速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)距離（風(fēng)速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)距離（2或或10min平均）平均） (km/h) F風(fēng)力級(jí)（風(fēng)力級(jí)（012級(jí)）級(jí)） 302. 3Fu 風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)玫瑰圖風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)玫瑰圖風(fēng)速風(fēng)速,m/s 某地區(qū)某地區(qū)1988年的風(fēng)玫瑰圖。年的風(fēng)玫瑰圖。同心圓表示風(fēng)的同心圓表示風(fēng)的頻率，例如，吹頻率，例如，吹南風(fēng)的頻率約為南風(fēng)的頻率約為11，其中風(fēng)速，其中風(fēng)速大于大于10.82m/s的的頻率約為頻率約為1，風(fēng) 速 在風(fēng) 速 在 3.35 5.41m/s的頻

15、率的頻率為為3.5左右。左右。大氣穩(wěn)定度及氣團(tuán)垂直運(yùn)動(dòng)模型大氣穩(wěn)定度及氣團(tuán)垂直運(yùn)動(dòng)模型 .Tpp.T._周?chē)h(huán)境空氣周?chē)h(huán)境空氣 gmfavgvgweightbuoyancyfvvgvg污染物氣團(tuán)污染物氣團(tuán)浮力浮力重力重力密度密度與大氣穩(wěn)定度與大氣穩(wěn)定度 ga temperature.TTaTdensity.gTTTappgTTTgTRMPRTMPTRpMaTRpMRMmTpvnRTpv111相同海拔高度，近似相等相同海拔高度，近似相等溫度溫度T與大氣穩(wěn)定度與大氣穩(wěn)定度 大氣垂直運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定度決定于溫度差，大氣垂直運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定度決定于溫度差，溫度的分布（溫度的分布（T, T）隨高度如何變化呢？）隨

16、高度如何變化呢？討論問(wèn)題？討論問(wèn)題？gTTTa干絕熱直減率干絕熱直減率 ( Dry adiabatic lapse rate )絕熱條件下，干污染物氣團(tuán)每上升絕熱條件下，干污染物氣團(tuán)每上升1km，氣溫下降，氣溫下降10 為什么污染物氣團(tuán)上升過(guò)程，氣溫會(huì)下降？為什么污染物氣團(tuán)上升過(guò)程，氣溫會(huì)下降？zTTd010/km dzdT=干絕熱直減率（干絕熱直減率（ ）可逆可逆絕熱絕熱假設(shè)假設(shè)重力重力氣壓氣壓體積體積能量消耗能量消耗溫度溫度d標(biāo)準(zhǔn)絕熱直減率（標(biāo)準(zhǔn)絕熱直減率（ ）skmCdZdTkmCdZdTs/5 . 6/5 . 6為什么正常環(huán)境大氣溫度隨高度增加，會(huì)為什么正常環(huán)境大氣溫度隨高度增加，會(huì)下

17、降？下降？標(biāo)準(zhǔn)絕熱直減率（標(biāo)準(zhǔn)絕熱直減率（ ）al 地球的所有的能量來(lái)自于太陽(yáng)地球的所有的能量來(lái)自于太陽(yáng)l 地球相當(dāng)于黑體，吸收輻射和輻射地球相當(dāng)于黑體，吸收輻射和輻射 能力都很強(qiáng)能力都很強(qiáng)l 大氣層是選擇性吸收和輻射體大氣層是選擇性吸收和輻射體l 實(shí)際絕熱直減率會(huì)受地域和時(shí)間影實(shí)際絕熱直減率會(huì)受地域和時(shí)間影響而變化響而變化s大氣穩(wěn)定度與溫度分布關(guān)系大氣穩(wěn)定度與溫度分布關(guān)系ZTTZTTgTTTaad00ZTgadaT()Z(m)周?chē)h(huán)境溫度周?chē)h(huán)境溫度污染氣團(tuán)溫度污染氣團(tuán)溫度0實(shí)際環(huán)境大氣溫度直減率實(shí)際環(huán)境大氣溫度直減率T()Z(m)ZTgada0干絕熱直減率保持恒定干絕熱直減率保持恒定10/

18、km d然而，實(shí)際環(huán)境大氣溫度然而，實(shí)際環(huán)境大氣溫度直減率隨時(shí)間的變化，直減率隨時(shí)間的變化，隨地理?xiàng)l件的變化不隨地理?xiàng)l件的變化不同同a( a ) 不穩(wěn)不穩(wěn) Z0ZTT0ZTgadaaZad.adT1Z1T1氣團(tuán)上升氣團(tuán)上升 T1 T1 氣團(tuán)將越升越高氣團(tuán)將越升越高氣團(tuán)下降氣團(tuán)下降 T2 T2 氣團(tuán)將越降越低氣團(tuán)將越降越低T2T2( b ) 中性中性TZad a = 0ZTgada( c ) 穩(wěn)定穩(wěn)定 TZadZaadZTgada氣團(tuán)上升氣團(tuán)上升T1 T2 氣團(tuán)上升至穩(wěn)定點(diǎn)氣團(tuán)上升至穩(wěn)定點(diǎn)T1T1T2T2( d ) 非常穩(wěn)定非常穩(wěn)定 TZ 逆溫逆溫0dZdTZa0dZdTZTgada逆溫逆溫(Temperature inversion)1、輻射逆溫、輻射逆溫ZZTT300m10C21C( a ) 黎明( b ) 黎明