第三講大氣污染與控制工程2

大氣污染與控制工程環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院胡輝楊家寬

Tel87542224；E-mail:gyhj08@;yjiakuan@環(huán)境工程導(dǎo)論內(nèi)容一、大氣與大氣污染二、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染物及危害三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型四、顆粒污染物及除塵工藝五、VOCs及凈化工藝六、SOx及脫硫工藝七、NOx及脫氮工藝人類活動排放溫室氣體的貢獻(xiàn)

（1980－1990）溫室氣體的主要貢獻(xiàn)者－CO2甲烷的溫室效應(yīng)比CO2高25倍溫室效應(yīng)的危害1、地球上的病蟲害和傳染疾病增加

史前病毒，蟲害加劇2、海平面上升

專家預(yù)測2050年全球溫升2－4攝氏度，海平面上升，紐約，上海，東京和悉尼淹沒

3、氣候反常，海洋風(fēng)暴增多；

98年洪水；2004年7.9級強地震，引發(fā)海嘯，印尼23萬人死亡或失蹤，50萬人無家可歸

4、土地干旱，沙漠化面積增大

西部干旱，缺水，黃河斷流，沙漠化厄爾尼諾厄爾尼諾現(xiàn)象又稱厄爾尼諾海流，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，給印尼周圍帶來熱帶降雨。但這種模式每2—7年被打亂一次，使風(fēng)向和洋流發(fā)生逆轉(zhuǎn)，太平洋表層的熱流就轉(zhuǎn)而向東走向美洲，隨之便帶走了熱帶降雨，出現(xiàn)所謂的“厄爾尼諾現(xiàn)象”。

厄爾尼諾厄爾尼諾現(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，并形成一股暖流向南流動。它使原屬冷水域的太平洋東部水域變成暖水域，結(jié)果引起海嘯和暴風(fēng)驟雨，造成一些地區(qū)干旱，另一些地區(qū)又降雨過多的異常氣候現(xiàn)象。在科學(xué)上此詞語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常增暖現(xiàn)象。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時，大范圍的海水溫度可比常年高出3－6攝氏度。太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)致全球性的氣候反常。厄爾尼諾“厄爾尼諾”一詞來源于西班牙語，原意為“圣嬰”。19世紀(jì)初，在南美洲的厄瓜多爾、秘魯?shù)任靼嘌勒Z系的國家，漁民們發(fā)現(xiàn)，每隔幾年，從10月至第二年的3月便會出現(xiàn)一股沿海岸南移的暖流，使表層海水溫度明顯升高。南美洲的太平洋東岸本來盛行的是秘魯寒流，隨著寒流移動的魚群使秘魯漁場成為世界三大漁場之一，但這股暖流一出現(xiàn)，性喜冷水的魚類就會大量死亡，使?jié)O民們遭受滅頂之災(zāi)。由于這種現(xiàn)象最嚴(yán)重時往往在圣誕節(jié)前后，于是遭受天災(zāi)而又無可奈何的漁民將其稱為上帝之子－－圣嬰。拉尼娜拉尼娜是西班牙語“LaNina”-“小女孩,圣女”的意思,是厄爾尼諾現(xiàn)象的反相，指赤道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。氣象和海洋學(xué)家用來專門指發(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)象（海水表層溫度低出氣候平均值0.5℃以上，且持續(xù)時間超過6個月以上）。拉尼娜也稱反厄爾尼諾現(xiàn)象。

拉尼娜最近一次拉尼娜現(xiàn)象出現(xiàn)在1998年，持續(xù)到2000年春季趨于結(jié)束。厄爾尼諾與拉尼娜現(xiàn)象通常交替出現(xiàn)，對氣候的影響大致相反，通過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50年的監(jiān)測資料看，厄爾尼諾出現(xiàn)頻率多于拉尼娜，強度也大于拉尼娜。中國海洋學(xué)家認(rèn)為，中國在1998年遭受的特大洪澇災(zāi)害，是由“厄爾尼諾—拉尼娜現(xiàn)象”和長江流域生態(tài)惡化兩大成因共同引起的。

4、全球氣候（GlobalClimateII:Stratosphericozonedepletion)OzonelayerO2+hv->O+O(1)O+O2

->O3

(2)臭氧層破壞形成原因臭氧層破壞原因臭氧層破壞原因CFCs破壞臭氧層機理(I)ClO+ClO+M->Cl2O2+MCl2O2+hv->Cl+ClO2ClO2+M->Cl+O2+Mthen:2x(Cl+O3)->2x(ClO+O2)net:2O3->3O2and(II)ClO+BrO->Br+Cl+O2Cl+O3->ClO+O2Br+O3->BrO+O2net:2O3->3O2TheHalleyResearchStationTheOzoneHoleMonthlyOzoneAveragesforOctoberMPEGmovieofTOMSozonemeasurementsfromNov1978toJan1992

CFCsSimcat3DModel臭氧層空洞的危害皮膚癌與白內(nèi)障三、大氣污染氣象學(xué)及大氣污染模型大氣圈垂直結(jié)構(gòu)中間層平流層對流層均質(zhì)層：至80-85km，主要成分氮和氧的組成比例幾乎不變非均質(zhì)層散逸層（逃逸層，外層）暖層（熱層，電離層）15-35km同溫臭氧層高度(km)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強烈照射，N2和O2產(chǎn)生不同程度的離解對流層至10km－16km穩(wěn)定的氣體組成強流的對流與湍流穩(wěn)定降低分布6.5℃/km50－100m，人類活動區(qū)域及污染物l－2km以下，邊界層或摩擦層lkm－2km以上，自由大氣層，如雨、雪、雹形成區(qū)域平流層/同溫層對流層頂向上到50km左右空氣以平流為主，無對流同溫層約－55℃，然后逐漸升高至－3℃由于逆溫分布，污染物停留時間很長中間層對流層頂?shù)?5km溫度隨高度的增加迅速降低，至－83℃大氣稀薄對流運動強烈熱層/暖層/電離層從中間層頂向上到800km在強烈的紫外線和宇宙射線的作用下，大氣中的N2、O2分子電離成了O2+、O+及NO+等離子，該層溫度隨高度的增加而急劇上升，最高可達(dá)1700℃。逃逸層/逸散層熱層以上的大氣層空氣極其稀薄大部分分子電離粒子收引力小，能進(jìn)入太空主要氣象要素氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學(xué)中統(tǒng)稱為～。與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有：氣溫氣壓空氣濕度（氣濕）、

風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）

云量云狀

能見度

降水蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。風(fēng)向和風(fēng)速主要氣象要素

水平(horizontal)方向的空氣運動稱為風(fēng)。（垂直方向－升降氣流）風(fēng)的來向叫風(fēng)向（16個方位圓周等分）風(fēng)速：單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動距離（2或10min平均）

(km/h)

F－風(fēng)力級（0～12級）

風(fēng)向和風(fēng)速－風(fēng)玫瑰圖風(fēng)速,m/s某地區(qū)1988年的風(fēng)玫瑰圖。同心圓表示風(fēng)的頻率，例如，吹南風(fēng)的頻率約為11％，其中風(fēng)速大于10.82m/s的頻率約為1％，風(fēng)速在3.35～5.41m/s的頻率為3.5左右。大氣穩(wěn)定度及氣團垂直運動模型

p.T.ρ____周圍環(huán)境空氣

污染物氣團浮力重力密度ρ與大氣穩(wěn)定度

temperaturedensity相同海拔高度，近似相等溫度T與大氣穩(wěn)定度大氣垂直運動的穩(wěn)定度決定于溫度差，溫度的分布（T,T’）隨高度如何變化呢？討論問題？干絕熱直減率(Dryadiabaticlapserate)絕熱條件下，干污染物氣團每上升1km，氣溫下降10℃為什么污染物氣團上升過程，氣溫會下降？－10℃/km=干絕熱直減率（）可逆絕熱假設(shè)重力氣壓體積能量消耗溫度標(biāo)準(zhǔn)絕熱直減率（）為什么正常環(huán)境大氣溫度隨高度增加，會下降？標(biāo)準(zhǔn)絕熱直減率（）地球的所有的能量來自于太陽地球相當(dāng)于黑體，吸收輻射和輻射能力都很強大氣層是選擇性吸收和輻射體實際絕熱直減率會受地域和時間影響而變化大氣穩(wěn)定度與溫度分布關(guān)系T(℃)Z(m)周圍環(huán)境溫度污染氣團溫度0實際環(huán)境大氣溫度直減率T(℃)Z(m)0干絕熱直減率保持恒定10℃/km然而，實際環(huán)境大氣溫度直減率隨時間的變化，隨地理條件的變化不同(a)不穩(wěn)Z0ZTT0T1’Z1T1氣團上升T1’>T1

氣團將越升越高氣團下降T2’<T2

氣團將越降越低T2T2’(b)中性TZ

a=0(c)穩(wěn)定TZa氣團上升T1’<T1

氣團降低至穩(wěn)定點氣團下降T2’>T2

氣團上升至穩(wěn)定點T1’T1T2T2’(d)非常穩(wěn)定TZ逆溫a逆溫(Temperatureinversion)1、輻射逆溫ZZTT300m10°C21°C(a)黎明(b)黎明+2h00

1、輻射逆溫ZZTT300m1800m27°C(c)黎明+4h(d)下午0030°C2、平流逆溫暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成暖空氣團高溫低溫3、鋒面逆溫冷、暖氣團相遇冷暖間逆溫

暖氣上爬，形成鋒面混合高度(Mixingheight)地面排放的大氣污