物理性污染及控制工程筆記整理

第一章緒論什么是物理性污染？人類生活的物理環(huán)境要素在環(huán)境中超過適宜范圍時形成的污染。物理性污染有何特點？①局部性，區(qū)域性和全球性很少見。②無后效性，在環(huán)境中不會殘存，污染源消失后，污染即消失。第二章噪聲污染及控制目錄第一節(jié)概述第二節(jié)噪聲污染控制聲學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)噪聲評價第四節(jié)噪聲的測量第五節(jié)城市噪聲源分析與預(yù)測第六節(jié)環(huán)境噪聲影響評價第七節(jié)噪聲控制技術(shù)第一節(jié)概述1.1聲音與噪聲聲音定義：是物體的振動以波的形式在彈性介質(zhì)中進(jìn)行傳播的一種物理現(xiàn)象。聲音的作用：提供人類活動所依賴的信息；人與人之間交換感情、傳遞信息的工具。噪聲定義：從廣義上來講，凡是人們不需要的，使人厭煩并干擾人的正常生活、工作和休息的聲音統(tǒng)稱為噪聲。1.2噪聲的主要特性噪聲是一種感覺性污染，傳播時不會遺留下有毒有害的化學(xué)污染物質(zhì)。對噪聲的判斷與個人所處的環(huán)境和主觀愿望有關(guān)。噪聲源的分布廣泛而分散，噪聲具有能量性。但由于傳播過程中發(fā)生能量的衰減，因此其影響范圍有限。噪聲具有波動性和難避免性。噪聲無孔不入、避之不及。噪聲具危害潛伏性。暴露在90dB左右的噪聲條件，能夠忍受，但會對聽力造成傷害。噪聲來源交通運輸：城市主要的噪聲源工業(yè)生產(chǎn)：造成職業(yè)性耳聾的主要原因社會生活：在城市噪聲源中的比重上升建筑施工：其噪聲影響面很大噪聲危害a、對人體的生理影響b、對人體的心理影響c、對孕婦和胎兒的影響d、對生產(chǎn)活動的影響e、對動物的影響f、對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響1.5噪聲的利用噪聲發(fā)電:目前，韓國研究人員金智勛等人利用劍橋大學(xué)的研究成果，并利用人耳吸收聲波的原理，制造出了仿照人耳吸收聲音的鼓膜的噪聲發(fā)電機(jī)。噪聲制冷:目前世界上正在開發(fā)一種新的制冷技術(shù)，即利用微弱的聲振動來制冷的新技術(shù)，第一臺樣機(jī)已在美國試制成功。噪聲除塵:高能量的噪聲能使粉塵相聚,可促進(jìn)除塵噪聲增產(chǎn)噪聲除草噪聲診病第二節(jié)噪聲污染控制聲學(xué)基礎(chǔ)聲學(xué)：是研究介質(zhì)中機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播、接受和效應(yīng)的的物理學(xué)分支科學(xué)?，F(xiàn)代聲學(xué)研究內(nèi)容：涉及聲子運動、聲子和物質(zhì)的相互作用，以及一些準(zhǔn)粒子和電子等微觀粒子的特性。物理聲學(xué)是聲學(xué)研究基礎(chǔ)，聲學(xué)是物理學(xué)最好的一個研究方向。2.1聲波的生產(chǎn)2.1.1聲源2.1.2聲波的產(chǎn)生：聲源產(chǎn)生的振動通過媒介以聲波的形式向外傳播。分為空氣聲、水聲和固體聲。橫波也稱“凹凸波”。質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直。橫波在傳播過程中，凡是波傳到的地方，每個質(zhì)點都在自己的平衡位置附近振動?？v波是指振動方向與傳播方向一致或平行的一類波，即媒介（質(zhì)點）的運動方向同波的運動方向相同或相反如空氣中聲波傳播靠空氣分子交替的壓縮和擴(kuò)張完成波長是指相鄰兩個密部或疏部之間的距離。固體有切變彈性，所以在固體中能傳播橫波，液體和氣體沒有切變彈性，因此只能傳播縱波，而不能傳播橫波。2.1.3聲波的基本物理量聲壓——聲音在媒質(zhì)中引起的附加壓強。符號P，單位帕（Pa）聲強——聲音的強度,指1秒內(nèi)通過聲音前進(jìn)方向垂直1平方米面積上的能量,用J表示，單位是瓦/平方米。計算公式：聲功率——聲源在單位時間內(nèi)通過某一面積的聲能.聲頻——聲源在單位時間內(nèi)振動的次數(shù)稱為聲頻率,單位赫茲(Hz).人耳只能聽到頻率在20~20000Hz的聲音.低于20Hz為次聲,高于20000Hz為超聲.次聲來源?危害多大？2.1.4聲波的基本類型理想流體：理想流體介質(zhì)，就是介質(zhì)在運動過程中沒有能量的損耗，即介質(zhì)是無粘的。在流體介質(zhì)中聲波傳播過程的研究中，還必須假設(shè)介質(zhì)是連續(xù)、靜態(tài)和均勻的流體，并且在介質(zhì)中傳播的是小振幅聲波。小振幅聲波，即：聲壓比大氣壓要小得多;質(zhì)點的位移比波長要小得多;質(zhì)點振動速度比聲速要小得多;介質(zhì)密度的相對變化要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。波動方程：聲波方程：聲振動必須滿足三個基本的物理定律，即牛頓第二定律、質(zhì)量守恒定律以及描述壓強、溫度、體積等狀態(tài)參數(shù)的狀態(tài)方程。應(yīng)用這三個定律可以牛頓第二定律導(dǎo)出聲波的運動方程：質(zhì)量守恒定律連續(xù)性方程：溫度、體積等狀態(tài)參數(shù)（PV=nRT)狀態(tài)方程：綜合上述三方程得出聲波的波動方程：空間行波在同一時刻由相位相同的各點構(gòu)成的軌跡曲面稱為波陣面，波陣面垂直于波傳播的方向。平面波是波陣面為平面的波，球面波是波陣面為同心球面的波，而柱面波是波陣面為同軸柱面的波。平面聲波:振輻恒定，媒質(zhì)具有特性阻抗。聲阻抗率（Zs)定義：在聲場中某位置的聲壓與該位置質(zhì)點振動速率之比Zs=p/u。單位帕*秒/米（Pa·s/m）球面聲波通常具有如下的傳播特性：振輻不是一個常數(shù)，而與聲波的傳播距離成反比，即隨r的增加而減少。在三維空間中只需取某點到聲源的距離，即同心球的半徑r為參數(shù)。2.2聲波的反射與透射當(dāng)聲波入射到兩種介質(zhì)時，一部分會經(jīng)界面反射返回（反射波），另一部分則透入另一介質(zhì)（透射波）。通常用聲壓（或聲強）的反射系數(shù)（γp、γI）和透射系數(shù)（τp、τI）來表示界面?平面聲波垂直入射：γp=？γI=？τp=？τI=？（P28）討論無限介質(zhì)：當(dāng)介質(zhì)2比1硬；當(dāng)介質(zhì)2比1軟。工程實際中有很多介質(zhì)是有限大小的，比如隔聲墻。設(shè)有一厚度為h，特性阻抗Z2的中間介質(zhì)置于特性阻抗為Z1的無限介質(zhì)中。討論此時的透射性。聲波通過中間層時的透射特性不僅與兩種介質(zhì)的特性阻抗比有關(guān)，還與中間層的厚度h以及聲波在中間層的波數(shù)k2有關(guān)。透射系數(shù)tp=當(dāng)k2h<<1時，說明在中間層相對于波長而言很小的情況下，中間層在聲學(xué)上就象不存在一樣，聲波能夠全部通過。當(dāng)k2h=n時，說明當(dāng)中間層的厚度等于半波長的整數(shù)倍時，聲波可以完全透過，就象中間層不存在一樣。當(dāng)k2h=（n-1/2），即中間層的厚度為1/4波長的奇數(shù)倍時，聲波完全不能透過，中間層隔絕了聲波。這一規(guī)律為隔聲技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。?斜入射聲波的反射、折射入射聲波、反射聲波與折射聲波滿足折射定律：入射聲波在界面失去的能量與入射聲能量之比稱為吸聲系數(shù)，用α表示：α=1-γp22.3聲級僅可聽聞的聲壓級為:震耳欲聾的聲壓級為:注:除聲壓級外,噪聲的量度還包括聲強級，聲功率級。二者計算公式如下:聲強級:聲功率級:與聲壓級一樣，聲強級與聲功率級都是描述空間某處聲音強弱的物理量，在自由聲場中，它們在數(shù)值上近似相等。城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)---GB3096-930類標(biāo)準(zhǔn)適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。位于城郊和鄉(xiāng)村的這一類區(qū)域分別按嚴(yán)于0類標(biāo)準(zhǔn)5dB執(zhí)行。1類標(biāo)準(zhǔn)適用于以居住、文教機(jī)關(guān)為主的區(qū)域。鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照執(zhí)行該類標(biāo)準(zhǔn)。2類標(biāo)準(zhǔn)適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)。3類標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)。4類標(biāo)準(zhǔn)適用于城市中的道路交能干線道路兩側(cè)區(qū)域，穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域。穿越城區(qū)的鐵路主、次干線兩側(cè)區(qū)域的背景噪聲(指不通過列車時的噪聲水平)限值也行該類標(biāo)準(zhǔn)。2.3.2聲壓級的加和及平均聲壓級的迭加計算要遵守對數(shù)運算法則,幾個聲壓級相加由其中最大的一個來決定,其它幾個較小的聲壓級對總聲壓級貢獻(xiàn)不大,而且隨聲壓差增大,這種貢獻(xiàn)遞減.例2：幾個聲壓級的平均值（Ln)如何求？分貝和增值表：其中⊿L：級的相減聲場中的總聲壓級為LT，背景噪聲的聲壓級為LB，真實噪聲聲壓級為LS。由聲的相加可得出：扣除背景噪聲后的真實噪聲級為：2.4聲源的輻射2.4.1聲場:聲波影響所及的范圍稱為聲場。近場（遠(yuǎn)場）：對于輻射表面比較大的聲源，在離聲源的距離與聲源的幾何尺寸可以比擬的的范圍內(nèi)的聲場。反之稱為遠(yuǎn)場。半自由場：如果所處的范圍比較大，除地面外，其它反射可以忽略。2.4.2聲輻射的指向特性多數(shù)聲源向周圍輻射的聲能不均勻，有的方向強，有的方向較弱，通過指向性因數(shù)（Q）、指向性指數(shù)（DI）可描述聲源的特指性。2.4.3點聲源2.4.4線聲源2.4.5面聲源2.5噪聲的衰減聲源在傳播過程中會發(fā)生衰減，聲波的衰減通常包括五個方面（總的衰減值則得各項之和）：聲隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減（Ad)空氣吸收引起的衰減(Aa)20℃的空氣衰減公式：對不同溫度的衰減公式：地面吸收引起的衰減(Ag1)適用條件：預(yù)測點距聲源50米以上；聲源距地面高度和預(yù)測點距地面高度平均值小于3米；聲源與預(yù)測點的地面類型被草地、森林、水體等覆蓋。（從r1到r2（從r1到r2處)f聲波頻率、d、傳播距離Φ相對濕度⊿T指與20℃相差的溫度、β=4×10-6（不管傳播多遠(yuǎn)，地面衰減的上限是10dB）聲屏障引起的衰減氣象條件引起的衰減對聲波影響較大的是風(fēng)和溫度（影響聲速）、雨雪霧等對聲波散射引起的衰減量比較小，大約1000米衰減0.5dB.※第三節(jié)噪聲評價3.1響度、等響曲線和響度級響度級如果某一頻率的純音和1000Hz的純音聽起來一樣響時，1000Hz純音所對應(yīng)的聲壓級就是該待定聲音的響度級。用LN表示，單位：方（phon)。例：一純音：Lp=95dB，f=30Hz，聽起來和Lp=70dB，f=1000Hz的一樣響，則該純音的響度級LN=70方等響曲線同樣響度級時，頻率和聲壓級的關(guān)系曲線。P36圖12響度用來描述聲音大小的主觀感覺量。用N表示，單位為宋（sone)。規(guī)定響度級為40方時響度為1宋。經(jīng)驗得出，響度級每增加10方，響度增加一倍：斯蒂文斯響度的計算（phon)(sone)（phon)(sone)帶寬()n=1,=0.707f0;n=1/3=0.23f0注:1/3倍頻程，即在兩個相距為1倍頻程的頻率之間插入兩個頻率，其4個頻率成如下比例：f1、f2為任一頻程的下限頻率和上限頻率：當(dāng)n=1/3,稱為1/3倍頻程，n=1稱倍頻程。各頻程的中心頻值：LAeq在T段時間內(nèi)的等效連續(xù)A聲級,LpA指T時間A聲級,T連續(xù)采樣時間如果采取等間隔采樣,計算公式為:Li第i次取樣的A聲級,N為取樣總數(shù)非穩(wěn)態(tài)噪聲工作環(huán)境下，一個工作日（8）小時的等效連續(xù)A聲級（或噪聲暴露率）可通過下式計算（P43）：例：某工人一天工作8h，受噪聲的影響狀況如下：每小時4次噪聲達(dá)到102dB，每次持續(xù)6min，1次達(dá)106dB，持續(xù)時間1min，其余時間僅受背景噪聲79dB影響。求該工人一天接觸噪聲的等效聲級。解：102dB的段數(shù)n＝5，又t5＝6×4×8＝192min106dB的段數(shù)n＝6，又t6＝1×8＝8min79dB的段數(shù)n＝1，又t1＝(480-192-8)＝280minLeq=96.7dB3.2.2晝夜等效聲級(Ldn)晝夜等效聲級是考慮了夜間對人影響更為嚴(yán)重,將夜間的噪聲進(jìn)行增加10dB的加權(quán)處理后,用能量平均方法得出24小時A聲級的平均值,單位為dB.Ld晝間T個小時的等效聲級Ln夜間T個小時的等效聲級3.2.3統(tǒng)計聲級（累計百分聲級）累計百分?jǐn)?shù)聲級也適用于非穩(wěn)態(tài)噪聲，并且還能反應(yīng)出噪聲隨機(jī)起伏程度。累計百分?jǐn)?shù)聲級Lx表示在測量時間內(nèi)高于Lx聲級所占的時間為x%。如：L10=70dB，表示噪聲級高于70dB的時間占10%，其余90%的時間內(nèi)噪聲級均低于70dB.通常認(rèn)為：L90相當(dāng)于本底噪聲級，L50相當(dāng)于中值噪聲級，L10相當(dāng)于峰值噪聲級。偶發(fā)性噪聲（如交通噪聲），常使用累積分布聲級K=2.56K=2.56考慮到噪聲氣候的范圍，本底噪聲情況，引入調(diào)節(jié)量來獲得比較習(xí)慣的數(shù)值。只適用于機(jī)動車輛噪聲對周圍環(huán)境干擾的評價，而且限于車流量較多及附近無固定聲源的環(huán)境。3.2.5噪聲污染級（LNP）用以評價噪聲對人的煩惱程度的一種評價量，它既包含了對噪聲能量的評價，同時也包含了噪聲漲落的影響。對于隨機(jī)分布的噪聲，噪聲污染級和等效連續(xù)聲級或累計百分?jǐn)?shù)聲級之間，有如下關(guān)系：3.2.6噪聲沖擊指數(shù)（NNI）噪聲沖擊指數(shù)等于總計權(quán)人數(shù)除以總?cè)藬?shù)，表示受噪聲短期或長期影響的居民百分?jǐn)?shù)。計算公式如下：式中：P——受全年晝夜等效聲級（L）影響i dn的人口數(shù)；W——在某晝夜等效聲級（L）范圍的干擾因（見P40，表1-）3.2.7噪聲的控制標(biāo)準(zhǔn)（自學(xué)）第四節(jié)噪聲的測量4.1環(huán)境噪聲監(jiān)測方法城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量網(wǎng)格測法:將要普查測量的城市某一區(qū)域或整個城市劃分成多個等大的正方格，網(wǎng)格要完全覆蓋住被普查的區(qū)域或城市。每一網(wǎng)格中的工廠、道路及非建成區(qū)的面積之和不得大于網(wǎng)格面積的50％，否則視為該網(wǎng)格無效。有效網(wǎng)格總數(shù)應(yīng)多于100個。定點監(jiān)測法：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的城市建成區(qū)中，優(yōu)化選取一個或多個能代表某一區(qū)域或整個城市建成區(qū)環(huán)境噪聲平均水平的測定。如何計算某一城區(qū)晝間（夜晚）的環(huán)境噪聲平均水平？如果需要了解城市噪聲隨時間的變化時，則可以在不同功能區(qū)選取代表性的樣點（不少于7個）長期監(jiān)測。道路交通噪聲測量測量道路交通噪聲樣點應(yīng)選在市區(qū)交通干線（每小時車流量不少于100輛）一側(cè)的人行道上,距離馬路20cm處,此處距離兩交叉路口距離大于50m。交通噪聲的聲級符合正態(tài)分布，可通過等效連續(xù)A聲級和累計百分?jǐn)?shù)聲級近似計算。機(jī)動車噪聲測量航空噪聲的測定測量條件:無雪、無雨；地面上10m高處的鳳速不大于5m/s，相對濕度不超過90%；測量器安裝在開闊地，距離地面1.2m；被測飛機(jī)最大噪聲值應(yīng)高于背景值20dB。測量單個飛行事件的噪聲(P56)測量一系列飛行事件的噪聲級持續(xù)時間內(nèi)飛行事件引起的噪聲測量計權(quán)有效連續(xù)感覺噪聲級是在有效感覺噪聲級的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，用于評價航空噪聲的方法。其特點是既考慮了在24h內(nèi)飛機(jī)通過某一股定點所產(chǎn)生的總噪聲級，同時也考慮了不同時間內(nèi)飛機(jī)對周圍環(huán)境造成的影響。式中：——N次飛行的有效感覺噪聲級的能量平均值，dB；N1——白天7～19時飛行次數(shù)；N2——傍晚19～22時飛行次數(shù)；N3——