知識資料污染防治技術(shù)(二)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。PAGE第頁/共頁2）氣象熱力困子。（1）大氣溫度層結(jié)。污染物在大氣中的蔓延主要受湍流的影響，而大氣湍流在很大程度上取決于近地層的垂直溫度分布。因?yàn)闇y量大氣湍流比測量相應(yīng)的垂直溫度分布要艱難得多，所以常常用后者作為前者的指標(biāo)。這種氣溫隨高度的分布通常稱為大氣層結(jié)。Ⅰ．于絕熱遞減率?？諝鈭F(tuán)在大氣中的升降過程可以看作絕熱過程，因?yàn)樗c周圍的熱量交換很小，可以忽略。當(dāng)一個于空氣團(tuán)在大氣中絕熱升高時，因周圍氣壓降低而膨脹，部分內(nèi)能用于抵御外界壓力作膨脹功，溫度下降；反之，氣團(tuán)絕熱下降時溫度將升高。干空氣團(tuán)或未飽和的濕空氣團(tuán)絕熱升高或下降單位高度（通常取100叫時溫度降低或升高的數(shù)值叫干絕熱遞減率。Ⅱ．氣溫遞減率。大氣環(huán)境中，氣溫T隨高度Z的變化稱為氣溫遞減率。Ⅲ．氣溫的垂直分布。污染物的遷移、蔓延和轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在離地10km以內(nèi)的對流層，在對流層中，氣溫垂直分布總的情況是氣溫隨高度的增強(qiáng)而降低，囫圇對流層的氣溫垂直遞減率平均為0．65℃/100m（2）逆溫。r＜0的大氣層結(jié)稱為逆溫。因?yàn)槟鏈貙觾?nèi)氣溫隨高度的增強(qiáng)而增強(qiáng)，它將妨礙氣團(tuán)的升高運(yùn)動，所以逆溫層又稱阻止層。污染的空氣不能穿過逆溫層而只能在它的下面蔓延，因此，就可能造成高濃度的污染。大多數(shù)空氣污染事件就發(fā)生在有逆溫及靜風(fēng)的條件下，故對逆溫層必須高度重視。逆溫層的下限稱為逆溫高度，上下限的高度差稱為逆溫層厚度。上下限的溫度差稱為逆溫強(qiáng)度。形成逆溫層的緣故是多種多樣的，主要有：①輻射逆溫；②下沉逆溫;③湍流逆溫；④鋒面逆溫。（3）大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度系指整層空氣的穩(wěn)定程度，是指大氣對其中作垂直運(yùn)動的氣團(tuán)是加速、遏制還是不影響其運(yùn)動的一種熱力學(xué)性質(zhì)。一團(tuán)空氣受到對流沖擊力的作用，產(chǎn)生了向卜或向下的運(yùn)動，這時可能浮上3種情況，當(dāng)外力除去后，該氣團(tuán)逐漸減速，并且有返回本來高度的趨勢，則說明大氣是穩(wěn)定的；當(dāng)外力去除后，該氣團(tuán)仍加速升降，則說明此時大氣是不穩(wěn)定的；當(dāng)外力去除后，氣團(tuán)既不加速也不減速，則此時大氣處于中性平衡狀態(tài)。大氣穩(wěn)定度是大氣對污染源排人其中的污染物蔓延能力的一種量度。大氣愈不穩(wěn)定，大氣對污染物蔓延速率就愈快。Ⅰ．大氣穩(wěn)定度的判別。大氣穩(wěn)定度是取決于氣溫垂直遞減率（γ）與干絕熱遞減率（γd）之對照。γ＜γd時，若△Z＞D，則a＜0，開始的運(yùn)動將受到抑制，層結(jié)是穩(wěn)定的。γ＞γd時，若△Z＞0，則a＞0，開始的運(yùn)動將運(yùn)動將加速舉行，層結(jié)是不穩(wěn)定的。γ=γd時，a=0，層結(jié)是中性的。Ⅱ．大氣穩(wěn)定度與煙流蔓延的關(guān)系。大氣穩(wěn)定度對煙流蔓延有很大影響。1）波浪型。γ＞0，γ＜γd，大氣處于很不穩(wěn)定的情況，此時污染物著地很少，惟獨(dú)不夠高的煙囪，才有一定污染物可能在離煙囪不遠(yuǎn)處與地面接觸。這種煙型多發(fā)生在夏季或其他時節(jié)的晴天中午或午后。Ⅱ）錐型。γ＞0，γ≈γd，大氣處于中性或穩(wěn)定狀態(tài)。這種煙型多發(fā)生在陰天中午或冬季夜間。Ⅲ）扇型。γ＜0，γ＜γd，溫度逆增，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。這種煙氣可傳送到很遠(yuǎn)的地方，若碰到山地、丘陵或高層建造物，則可發(fā)生下沉作用，在該地造成嚴(yán)重污染，此現(xiàn)象多發(fā)生在晴天的夜偶爾清晨。Ⅳ）屋脊型。大氣處于向逆溫過渡，在排出口上方：γ＞0，γ＞γd，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)；在排出下方；γ＜0，γ＜γd；，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)。尾氣流的下部濃度大，如不與建造物或丘陵相遇，不會造成對地面的嚴(yán)重污染。這種情況多發(fā)生在傍晚日落前后時浮上。V）熏煙型。大氣逆溫向不穩(wěn)定過渡時，排出口上方：γ＜0，γ＜γd，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)；排出口下方大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這時，阻止煙氣向上蔓延，煙氣大量下沉，在下風(fēng)地面上造成比其他煙型嚴(yán)重得多的污染，許多炯霧事件都是在此條件下形成的。熏煙型煙霧多發(fā)生在冬季日出前后。（4）大氣穩(wěn)定度的分類。國標(biāo)GB3840－83推薦的修訂帕斯奎爾法是將距地面10m高處的風(fēng)速和輻射情況（云量、云狀和日照）作為劃分大氣穩(wěn)定度等級的指標(biāo)，把大氣穩(wěn)定度分為六級，即A（極不穩(wěn)定）、B（不穩(wěn)定）、C〔（弱不穩(wěn)定）、D（中性）、E（穩(wěn)定）、F（極穩(wěn)定）。云分為高云（5000m以上）、中云（2500－5000m）和低云（2500m2．大氣結(jié)構(gòu)隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層叫做大氣圈，其厚度約為地球表面到1000－1400km的范圍。大氣圈的總質(zhì)量預(yù)計(jì)為6000萬億噸，約為地球質(zhì)量的百萬分之一。大氣圈可以相對地分為5個＿氣層，即對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層（或外大氣層）。1）對流層，對流層是大氣最臨近地面的一層，其平均厚度約為12km（赤道地區(qū)為16－18km，兩極地區(qū)為7－9km）。大氣總質(zhì)量的90％擴(kuò)散在這一層。該層具有的特點(diǎn)：①溫度隨高度的增強(qiáng)而下降，距海平面的高度每增1000m，氣溫約下降6．5T，這種氣溫層結(jié)稱之為遞減層結(jié)；②空氣對流；③溫度、濕度等各要素水平分布不勻稱。大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物以及人類活動產(chǎn)生的有毒物質(zhì)進(jìn)人空氣層，故該層中除氣流作垂直和水平運(yùn)動外，化學(xué)過程十分活躍，并陪同氣團(tuán)變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、云、霧等一系列氣象現(xiàn)象。對流層對人類的影響較大，通常所講的大氣污染就是指這一層?；?）平流層對流層上面是平流層。此層距地面高度可達(dá)50－60km。固然該層所占的空間比對流層大幾倍，但是大氣密度低，故它的總質(zhì)量只占大氣總質(zhì)量的5％。平流層的特點(diǎn)是大氣溫度隨高度的增強(qiáng)而升高，距地面高度每增強(qiáng)1000m，氣溫平均升高l－2℃3）中間層平流層上面是中間層，該層距地面80－85km。因?yàn)檫@層沒有臭氧吸收太陽紫外線，故氣溫隨高度增強(qiáng)又疾馳下降，頂部溫度可降至－83℃到－1134）暖層中間層頂?shù)?00km高度為暖層或熱成層。該層氣體密度低，氣體在宇宙線作用下呈電離狀態(tài)，故又稱為電離層，其溫度隨高度增強(qiáng)不斷升高。電離層能使無線電波返回地面，這對遠(yuǎn)距離通訊極為重要。5）散逸層散逸層是大氣的外層，位于800km以上的高空。該層氣體越發(fā)稀薄，距地面愈遠(yuǎn)，氣溫愈高，氣體分子電離度愈大。該層氣體粒子的運(yùn)動速度每秒可達(dá)12km，相當(dāng)于溫度為2000K。氣體粒子在這樣高速下能克she球引力而逸向星際空間。3．大氣組成天然狀態(tài)下的大氣是由混合氣體、水汽和懸浮微粒組成的。除去水汽和微粒的空氣稱為于潔空氣。干潔空氣的主要成分是氮（N2）、氧（O2）和氬（Ar），它們占空氣總?cè)莘e的百分?jǐn)?shù)分離為78．08％、20．95％、0．93％，三者共占干潔空氣總?cè)莘e的99．96％以上；其他成分所占容積則不到004％。5．2．2大氣污染物的種類和來源1．大氣污染物的種類大氣污染物的種類無數(shù)，按照其存在狀態(tài)，可分為顆粒污染物和藹態(tài)污染物。l）顆粒污染物按照顆粒污染物的物理性質(zhì)不同，可以分為如下幾種。（1）粉塵。系指懸浮于氣體介質(zhì)中的細(xì)小固體粒子。通常是因?yàn)楣腆w物質(zhì)的破碎、分級、研磨等機(jī)械過程或土壤、巖石風(fēng)化等天然過程形成的。粉塵粒徑普通在l－200pm之間。大于10μm的粒子，靠重力作用能在較短時光內(nèi)沉降到地面，稱為降塵；小于10μm的粒子，能持久地在大氣中飄浮，稱為飄塵。（2）煙。通常系指由冶金過程形成的固體粒子的氣溶膠。在生產(chǎn)過程中總是伴有諸如氧化之類的化學(xué)反應(yīng)，其熔融物質(zhì)揮發(fā)后生成的氣態(tài)物質(zhì)冷凝時便生成各種煙塵。煙的粒子是很細(xì)的，粒徑范圍普通為0.1~lμm。（3）飛灰。系指由燃料燃燒后產(chǎn)生的煙氣帶走的灰分中凝聚得較細(xì)的粒子?；曳窒岛嘉镔|(zhì)燃燒后殘留的固體渣，在分析測定時假定它是徹低燃燒的。（4）黑煙。通常系指由燃燒產(chǎn)生的能見氣溶膠，不包括水蒸氣。以林格曼數(shù)、黑煙的遮光率、沾污的黑度或捕集的沉降物的質(zhì)量來定量表示黑煙。黑煙的粒度范圍為0．05－lpm。（5）霧。普通泛指小液體粒子的懸浮體，因?yàn)橐后w蒸氣的凝結(jié)、液體的霧化以及化學(xué)反應(yīng)等過程形成的，如水霧、酸霧、堿霧、油霧等，水滴的粒徑范圍在江10μm以下。6）總懸浮微粒。系指大氣中粒徑小于100μ的所有固體顆粒。2）氣態(tài)污染物氣態(tài)污染物，主要有5種：以二氧化硫?yàn)橹鞯暮蚧衔?，以一氧化氮和二氧化氮為主的含氮化合物、碳的化合物、碳?xì)浠衔锛胞u素化合物等。若大氣污染物是從污染源直接排出的原始物質(zhì)，則稱為一次污染物；若是由一次污染物與大氣中原有成分之間，或幾種一次污染物之間，經(jīng)過一系列化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)而生成與一次污染物性質(zhì)不同的新污染物，則稱之為二次污染物。在大氣污染中，受到普遍重視的二次污染物主要有硫酸煙霧和光化學(xué)煙霧等。2．大氣污染物的來源地球上天然過程和人類活動的排放源和排放量。人類活動排放源主要有：①燃料燃燒；②工業(yè)生產(chǎn)過程；③交通運(yùn)輸。前兩類污染源統(tǒng)稱為固定源，交通運(yùn)輸工具（機(jī)動車、火車、飛機(jī)等）則稱為流動源。日前在區(qū)域性大氣污染中，普通應(yīng)注重的大氣污染物有SOx、NOx、CmHm、COx、飄塵和重金屬等。在全球性大氣污染物中受到注重的則有SO2、CO2、NOx、氯氟烴化合物、飄塵、鐵和汞等重金屬、滴滴涕（DDT）、六六六等。5．2．3大氣污染物濃度的估算主意1．湍流蔓延的墓本理論大氣的無規(guī)矩運(yùn)動稱為大氣湍流。風(fēng)速的脈動（或漲落）和風(fēng)向的擺動就是湍流作用的結(jié)果。按照湍流形成緣故可分為2種湍流：①因?yàn)榇怪狈较驕囟确植疾粍蚍Q引起的熱力湍流，其強(qiáng)度主要取決于大氣穩(wěn)定度；②因?yàn)榇怪狈较蝻L(fēng)速分布不勻稱及地面粗糙度引起的機(jī)械湍流，其強(qiáng)度主要決定于風(fēng)速梯度和地面粗糙度。實(shí)際的湍流是上述2種湍流的疊加。湍流有極強(qiáng)的蔓延能力，比分子蔓延快105－106倍。但在風(fēng)場運(yùn)動的主風(fēng)方向上，因?yàn)槠骄L(fēng)速比脈動風(fēng)速大得多，所以在主風(fēng)方向上風(fēng)的平流輸送作用是主要的。風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)，污染物的蔓延速度越快，污染物的濃度就越低。風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中蔓延稀釋的最直接最本質(zhì)的因素，其他一切氣象因素都是通過風(fēng)和湍流的作用來影響蔓延稀釋的。大氣蔓延的基本問題是研究湍流與煙流傳揚(yáng)和物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系問題。目前處理這類問題有梯度輸送理論、湍流統(tǒng)計(jì)理論和相似理論3種廣泛應(yīng)用的理論。高斯（Gaussian）在大量實(shí)測資料分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用湍流統(tǒng)計(jì)理論得到了正態(tài)分布假設(shè)下的蔓延模式，即目前應(yīng)用較廣的高斯模式。2．高斯蔓延模式1）高斯蔓延模式的基本形式（1）高斯模式的坐標(biāo)系。煙囪出口固然都有一定大小，但只要不是研究很近距離的污染問題，實(shí)用上都可以把它看做是“點(diǎn)”源，在考慮這種理想化的點(diǎn)源坐標(biāo)系時，總是將點(diǎn)源設(shè)于地面排放點(diǎn)，或高架源排放點(diǎn)在地面的投影點(diǎn)下軸沿平均風(fēng)向水平延伸j軸在水平面卜垂直于X軸／軸垂直W平面向上延伸。煙云中央平均路徑沿X軸或平行X軸移動。（2）高斯模式的有關(guān)假定。高斯蔓延模式正是在污染物濃度符合正態(tài)分布的前提下導(dǎo)出的。其基本假設(shè)為：煙羽的蔓延在水平和垂直方向都是正態(tài)分布；在蔓延的囫圇空間風(fēng)速是勻稱的、穩(wěn)定的；污染源排放是延續(xù)的、勻稱的；污染物在蔓延過程中沒有衰減和增生，在x方向，平流作用遠(yuǎn)