第四章 大气污染控制第四章 大气污染控制
空气和大气是同义词。
一般对于室内或特指某个场所 (如车间，会议室和厂区等 )供人和动植物生存的气体习惯上称为 空气 。
而在大气物理学、大气气象学、自然地理学以及环境科学的研究中，常常以大区域或全球性的气流为研究对象常用 大气 。
第一节 大气污染及污染物一、大气的演化及其组成
第一代大气（原始大气） -氢、氦、氖等。
第二代大气（还原大气） -氮、二氧化碳、
甲烷、氨和水汽。
现代大气（氧气大气） -干洁空气、水汽和悬浮微粒。
稳定组分,氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙等，这一组分的比例，从地球表面至 90公里的高度范围内都是稳定的。
不稳定组分,二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火灾等和人类活动产生。
人类的生产生活活动可能改变大气组成引起大气污染。由于大气的整体性和流动性，
大气环境问题常常是全球性的、区域性的。
目前国际关注的三大环境问题,全球性的酸雨,CO2浓度的增加（温室效应）、臭氧层的破坏 都成为全球性的环境问题。
1.大气污染,由于自然的或人为的过程，
改变了大气圈中某些原有成分和增加了某些有毒有害物质，致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系．严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏。
二、大气污染源及污染物
2.大气污染的分类
(1)大气污染按其 影响所及范围 可分为四类：
局部性污染、地区性污染、广域性污染、全球性污染。
(2)根据 能源性质和大气污染物组成 和反应，
一般特大气污染划分为四种类型；煤炭型、石油型、混合型、持殊型。
2.大气污染的分类
石油型污染 又称排气型或联合企业型污染．其一次污染物是烯烃、二氧化氮以及烷、
醇、碳基化合物等。二次污染物主要是臭氧、
氢氧基、过氧氢基等自由基以及醛、酮和
PAN(过氧乙酸硝酸脂 )。
煤炭型污染 的一次污染物是烟气、粉尘和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其盐类所构成的气溶胶。
混合型污染 是指以煤炭为主，还包括以石油为燃料的污染源而排放出的污染物体系。
此种污染类型是由煤炭型向石油型过渡的阶段，它取决于一个国家的能源发展结构和经济发展速度，
特殊型污染 是指某些工矿企业排放的特殊气体所造成的污染，如氯气、金属蒸汽或硫化氢、氯化氢等气体。
(3)根据污染物的 化学性质 及其存在的大气环境状况，可将大气污染划分为两种类型：还原型和氧化型。
还原型是指以煤、石油等为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的煤炭型和混合型污染。 伦敦烟雾事件
氧化型是指以石油为燃料所产生的大气污染，
实质上就是第二种分类方法中的石油型污染。
洛杉矶光化学烟雾光化學煙霧 【 洛杉機煙霧 】
光化学烟雾是碳氢化合物和氦氧化物在阳光作用下发生光化学反应生成的。
美国洛杉矾光化学烟雾事件发生在 1940年，其表现是白色烟雾 (有时带紫色或黄褐色 )，大气能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜．使呼吸困难。其中生成的 03 。可使橡胶制品开裂，使植物叶片变黄甚至枯萎，烟雾一般发生在相对湿度较低的夏季晴天，出现在中午或刚过中午，夜间消失。大气中光化学氧化剂（ 03等 )浓度很高。
倫敦煙霧 (灰煙霧 )
伦敦曾多次发生煤烟事件，其中最严重的一次是于 1962年 12月 5日发生的，历时 5天，死亡
4000多人。伦敦型烟雾是由居民、工厂取暖排放的煤烟和冬季早晨的雾相伴而生。构成这次事件的一次污染物是 SO2和煤尘，其二次污染物主要是硫酸雾和硫酸盐气溶胶。硫酸雾是大气中的
SO2在相对湿度比较高、气温比较低，而且又有煤烟颗粒物存在时所发生的催化反应而形成的。
大气污染可分为自然的和人为的两大类。
前者是自然界所发生火山爆发、地展、台风、
森林火灾等自然灾害所造成的。后者是人类活动所排放的有毒有害气体所造成的。目前，一般所说的大气污染多指后者。
人为造成大气污染的污染源较多，根据不同的研究目的以及污染源的特点，污染源的类型有四种划分方法：
3.大气污染源
(1)按 污染源存在 的形式可划分为固定污染源和移动污染源，此划分法适用于进行大气质量评价时绘制污染派分析图。
固定源 就是位臵和地点固定不变的污染源。
主要指工矿企业在生产中排放的大量污染物。
冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大气环境污染严重的固定源。
流动污染源 是指交通工具在行驶时向大气中排放的有害气体而形成的污染源
(2)按污染物 排放的方式 可划分为高架源、面源、线源，此划分法适用于大气扩散计算。
(3)按污染物 排放的时间 可划分为连续源、间断源、瞬时源，此划分方法适用于分析大气污染物排放的时间规律。
(4)按人类 社会活动功能 划分，还可以分为 工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源 等。
工业污染源由火力发电、钢铁、化工和硅酸盐等工矿企业在生产过程、中所排放的煤烟、粉尘及有害化合物等形成的污染源。此类污染源由于不同工矿企业的生产性质和流程工艺的不同，其所排放的污染物种类和数量大不相同，但有一个共同的特点是，排放源集中、浓度高、局地污染强度高。是城市大气污染的罪魁祸首。
钢铁厂排放的废气火力发电厂排烟污染大气排入大气中的烟尘随风扩散大山深处的工厂农业污染源主要是不当施用农药、化肥、有机粪肥等过程产生的有害物质挥发扩散，以及施用后期 NOX,CH4、挥发性农药成分从土壤中逸散进入大气等形成的污染源。
交通运输污染源由汽车、飞机、火车和轮船等交通运输工具运行时向大气中排放的尾气。这类污染源属流动污染源，主要污染物是烟尘、碳氢化合物,NOX、金属尘埃等，是城市大气环境恶化的主要原因之一。
从油箱和汽化器中挥发的汽油碳氢化合物 20%
从曲轴箱漏出的气体碳氢化合物 20%
汽 车 排 气一氧化碳碳氢化合物氮氧化物生活污染源是指居民日常烧饭、取暖、沐浴等活动，
燃烧化石燃料而向大气排放烟尘,SO2,NOX
等污染物。这类污染源属固定源，具有分布广、排量大、污染高度低等特点，是一些城市大气污染不可忽视的污染源。但是，随着城市电气化的推进，城市生活污染源将从根本上得到遏制。
4.大气污染物
一次污染物,直接从污染源排入大气的各种气体、
颗粒物质等。
二次污染物,某些一次污染物在大气中与其他化学物结合而发生化学反应产生的新的污染物。
颗粒物含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氢化合物卤化物
飘尘概念颗粒物,悬浮在大气中的微粒之统称。
降尘,粒径 > 10微米的固体颗粒物。
飘尘,粒径 < 10微米的固体颗粒物。
来源天然人为,燃料燃烧；工业生产；汽车排气。
某些大气污染物对人体的危害煤烟：
引起支气管炎等。如果煤烟中附有各种工业粉尘 (如金属颗粒 )，则可引起相应的尘肺等疾病。
硫酸烟雾：
对皮肤、眼结膜、鼻粘膜、咽喉等均有强烈刺激和损害。
严重患者如并发胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衷竭或胃脏刺激症状均有生命危险。
铅：
略超大气污染允许深度以上时，可引起红血球碍害等慢性中毒症状，高浓度时可引起强烈的急性中毒症状。
二氧化硫：
浓度为 1－ 5ppm时可闻到嗅味,5ppm长吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。重者可引起反射性声带痉挛，喉头水肿以至窒息。
氧化氮：
主要指一氧化氮和二氧化氮，中毒的特征是对深部呼吸道的作用，重者可致肺坏疽；对粘膜、神经系统以及造血系统均有损害，吸入高浓度氧化氮时可出现窒息现象。
一氧化碳：
对血液中的血色素亲和能力比氧大 210倍，能引起严重缺氧症状即煤气中毒。约 100ppm时就可使人感到头痛和疲劳。
臭氧：
其影响较复杂，轻病表现肺活量少，重病为支气管炎等。
硫化氢：
浓度为 100ppm吸入 2－ 15分钟可使人嗅觉疲劳，高浓度时可引起全身碍害而死亡。
氰化物：
轻度中毒有粘膜刺激症状，重者可使意识逐渐昏，虽直性痉挛，血压下降，迅速发生呼吸障碍而死亡。氰化物中毒后遗症为头痛，失语症、癫痫发作等。氰化物蒸汽可引起急性结膜充血、气喘等。
氟化物：
可由呼吸道、胃肠道或皮肤侵入人体，主要使骨骼、
造血、神经系统、牙齿以及皮肤粘膜等受到侵害。重者或因呼吸麻痹、虚脱等而死亡。
氯：
主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人体发生中毒作用。
当空气中氯的浓度达 0.04～ 0.06毫克 /升时,30～ 60分钟即可致严重中毒，如空气中氯的浓度达 3毫克 /升时，
则可引起肺内化学性烧伤而迅速死亡第二节 大气污染控制技术一、大气污染控制标准
大气环境质量标准 以保障人体健康和正常生活条件为主要目标，规定出大气环境中某些主要污染物的最高允许浓度。
大气污染物排放标准 以实现大气环境质量标准为目标对污染源排放的污染物作出限制。其作用是直接控制污染源排出的污染物浓度或排放物以防止大气污染。
大气污染物控制技术标准 大气污染物排放标准的一种辅助规定。它根据大气污染物排放标准的要求结合生产工艺特点，对必须采取的污染控制措施加以明确规定。如对某种生产设备和窑炉明文规定必须配备何等效率的净化装臵或安装多高的排气简，或明确限制某生产过程使用的燃料和原料，以及所必须的卫生防护距离等。
大气污染警报标准 大气环境污染恶化到必须向社会公众发出一定警报的标准。
GB3095-1996 环境空气质量标准
一类区为自然保护区、风景名胜区和其它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。
GB16297-1996大气污染物综合排放标准本标准规定的最高允许排放速率，现有污染源分一、二、三级，新污染源分为二、三级。按污染源所在的环境空气质量功能区类别，执行相应级别的排放速率标准，即：
位于一类区的污染源执行一级标准 (一类区禁止新、扩建污染源，一类区现有污染源改建执行现有污染源的一级标准 )；
位于二类区的污染源执行二级标准；
位于三类区的污染源执行三级标准。
利用大气的自净能力
发展植物净化
减少或防止污染物的排放
污染物的治理二、综合防治措施
利用大气的自净能力 大气的自净有物理作用 (如扩散、稀释和降水洗涤等）和化学作用 (氧化、还原 )等。在从污染源排出的污染物总量恒定的情况下，污染物的浓度在时间和空间上的分布同气象条件有关，掌握气象变化规律，充分利用大气的自净能力，减少或避免大气污染的危害。
发展植物净化 植物具有美化环境、调节气候、截留粉尘、吸收大气中有害气体等功能。植物可以在大面积的范围内，
长时间、连续地净化大气，尤其是在大气中污染物影响范围广，浓度比较低的情况下，植物净化是行之有效的方法。
在城市和工业区有计划、有选择地扩大绿地面积是大气污染综合防治具有长效能和多功能的保护措施。
改革能源结构、采用无污染或少污染能源 (如太阳能、
风力、水力以及天然气、沼气和酒精等 )，燃料进行预处理 (煤和石油预先脱硫、煤的液化和气化 )以减少燃烧时产生的污染物；
改进燃烧装臵和燃烧技术，提高燃烧效率和降低有害气体排放量或采用无污染或少污染的工艺生产过程以及闭路循环；
节约能源，把排放的污染物作为资源进行综合利用，
加强生产管理，减少跑、冒、滴、漏等以此控制或防止对环境的污染。
减少或防止污染物的排放污染物的治理燃烧过程和工业生产过程在采取上述措施后，
仍有一些污染物排入大气。对这类污染源应控制其排放浓度或排放总量，使之不超过该地区污染物的允许浓度和环境容量。主要的控制方法有：
a．利用除尘装臵去除排放废气中的烟尘和各种工业粉尘。
b．采用气体吸收法处理有害气体。如用氨水、氢氧化钠、碳酸钠等碱溶液吸收废气中二氧化硫等。
c．应用冷凝、催化转化、分子筛、活性炭吸附和膜分离等物理、化学和物理化学方法治理排放废气小的主要污染物。
颗粒捕集的理论基础
对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。
颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力
– 外力：重力、离心力、惯性力、静电力等
– 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略三、大气污染物控制技术（一）
除尘由燃料及其它物质燃烧或以电能加热等过程产生的烟尘，以及对固体物料破碎、
筛分和输送等机械过程产生的粉尘，都是以固态或液态的粒子存在于气体中，从气体中除去或收集这些固态或液态粒子的设备称为除尘 (集尘 )装臵，有时也叫除尘 (集尘 )器。
除尘装臵的分类
根据在除尘过程中是否采用润湿剂，除尘器的类型分为湿式除尘装臵和干式除尘装臵。
此外，根据防尘过程中的粒子分离原理，除尘装臵又可分为以下几种类型：
1．重力除尘装臵，
2．惯性力除尘装臵； 机械式除尘
3．离心力除尘装臵；
4．湿式（洗涤式）除尘装臵；
5．过滤式除尘装臵；
6．电除尘装臵；
1．重力沉降室
(I)除尘原理 重力沉降室是使含尘气体中的粉尘粒子借助重力作用而达到除尘目的的一种除尘装臵。
重力沉降室主要优点是结构简单、
造价低廉、耗能小，适用于净化密度大、粒径粗的粉尘，去除 30一
50um的粉尘，效率达 60一 80％，但对小于 5um的粉尘净化效率几乎等于 0。
2、惯性除尘器原理：惯性除尘器是使含尘气流与挡板相撞，或使气流急剧地改变方向，
借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装臵。
惯性力除尘器一般多作为高效除尘器的前级除尘．用它先除去较粗的尘粒或炽热状态的粒子。这类除尘装臵通常可除去粒径 20-30um的尘粒。
3、离心力除尘器
离心力除尘器是利用离心力从含尘气体中将尘粒分离的设备。其除尘原理与反转式惯性力除尘装臵相类似。但惯性力除尘器中的含尘气流只是受设备的形状或挡板的影响，简单地改变了流线方向，只作半圈或一圈旋转，
而离心力除尘器中的气流旋转不止一圈，旋转流速也较大，因此，旋转气流中的粒子受到的离心力比重力大得多。
3、离心力除尘器
对小直径、高阻力的旋风除尘器离心力比重力大 2500倍。对大直径、低阻力旋风除尘器离心力比重力大 5倍。
这类除尘器不能捕集小于 5um的粉尘粒子，
主要有离心式旋风除风器、离心式旋流除尘器和离心式动力除尘器。
4、过滤除尘器过滤除尘器是用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装臵。过滤介质亦称滤料。过滤除尘器简称为滤料器。
过滤防尘器多用于工业原料气的精制、固体粉料的回收、特定空间内的通风和空调系统的气净化及去除工业排放尾气或烟气中的粉尘粒子。
袋式防尘器主要有以下优点：
对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达 99％，甚至可达 99,99％以上；
可以捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器净化要比用电除尘器的净化效率高很多；
含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的除尘效率和阻力影响不大；
可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求。除尘器的处理烟气量可从每小时几立方米到几百万立方米；
可作成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可安装在车上作成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于分散尘源的除尘；
运行稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作，维护简单。
袋式除尘器主要有以下缺点：
袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响。目前，通常应用的滤料可耐 250℃ 左右，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用；
不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体。用布袋除尘器净化烟尘时的温度不能低于
露点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的孔隙；
据粗略的统计，用袋式除尘器净化大于 17000m3／ h含尘烟气量所需的投资用要比电陈尘器高。而用其净化小于 17000m3／ h含尘烟气量时，投资费用比电除尘器省。
5、湿式除尘器
原理：湿式除尘器是用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离捕集粉尘粒子的装臵。湿式除尘器具有结构简单、耗用钢材少、投资低、运行安全等特点，因而湿式除尘器在现代除尘技术中己得到广泛应用。
湿式除尘器与其它除尘器相比具有如下优点：
1．在耗用相同能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式机械除尘器的除尘效率高。
2．湿式除尘器的防尘效率不仅能与布袋和电除尘器相媲美而且还可适用这些除尘器所不能胜任的除尘条件。湿式除尘器对净化高温、高温、高比阻、易燃、易爆的含尘气体具有较高的除尘效率；
3．湿式除尘器在去除含尘气体中粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。因此，湿式除尘器既可以用于除尘又可以对气体起到冷却、净化的作用。湿式除尘器有时又称为湿式气体洗涤器。
湿式除尘器的缺点有：
1．从湿式除尘器排出的沉渣需要处理，澄清的洗涤水应重复回用，
否则不仅会造成二次污染，而且也浪费水资源；
2 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水 (液 )具有一定程度的腐蚀性，因此，除尘系统的设备均应采取防腐措施；
3．湿式除尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体。
4．在寒冷地区应用湿式除尘器，容易结冻，因此，要采用防冻措施。
6、电除尘器
原理：电除尘器是利用电力作用清除气体中固体或液体粒子的除尘装臵。电除尘器的放电极
(又称电晕极 )和收尘极 (又称集尘极 )接于高压直流电源，当含尘气体通过两极间非均匀电场时，在放电极周围强电场作用下，气体首先被电离，并使粉尘被子荷电，荷电后的粉尘粒子在电场力的作用下推向集尘极，从而达到除尘目的。
电除尘器具有如下的优点：
除尘效率高。设计合理，安装施工质量高时，可以达到任何除尘效率的要求。目前，工业上应用的电除尘器，除尘效率达到 99％以上已属多见。
可以净化气量较大的烟气。在工业上净化 105-106M3／ h烟气的电防尘给已得到普遍应用。
电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽，对于 0.1um的粉尘粒子仍有较高的除尘效率。
可净化温度较高的含尘烟气。用于净化 350℃ 以下的烟气,用于净化更高温度烟气时，需要特殊设计。
电除尘器的能量消耗比其它类型防尘保低。电除尘器可以实现微机控制．远距离操作。
电除尘器具有如下缺点：
建造电除尘器一次投资费用高，钢材消托量较大。据估算，平均每平方米收尘面积所用钢材大约为 3.5-4t。
电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘的比电阻的影响更为突出。
电除尘器不适宜直接净化高浓度含尘气体。
电除尘器对制造和安装质量要求较高；
需要高压变电及整流控制设备；
占地面积较大。
净化装臵的性能
评价净化装臵性能的指标
– 技术指标
处理气体流量
净化效率
压力损失
– 经济指标
设备费
运行费
占地面积三、大气污染物控制技术
（二）气态污染物的控制
吸收法
吸附法
催化法
燃烧法
冷凝法
主要的气象要素
大气热力过程
大气运动和风第三节 大气污染气象学
1.1 主要的气象要素与大气污染关系密切的气象要素主要有：
气温、气压、空气湿度（气湿）、
风（风向、风速）、云况、能见度、降水、
蒸发、日照时数、太阳辐射,地面辐射、
大气辐射 等。
1,气温（ ℃ 或 K）
表示大气温度高低的物理量。 气象上讲的气温是指距离地面
1.5m高处的百叶窗中观测到的空气温度。
2,气压（ Pa）
任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量,气压总是随高度的增加而降低的。据实测近地层高度每升高 100米，气压平均降低约 12.4毫巴（ 1mb=100Pa)，在高层小于此值。
国际上规定,0℃,纬度 45° 的海平面上的气压为 1个大气压。
3,气湿绝对湿度、相对温度、含湿量、水汽体积分数、露点
4,风向和风速
▼ 气象上把水平方向上的空气运动称为风。
▼ 风向指风的来向。
▼ 风速指单位时间内空气在水平方向上运动的距离
（ m/s）
什么是风？ 空气的流动就形成风。水平 (horizontal)
方向的空气运动称为风。
风的形成,风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。
P 4 P 4 P 4
P 3 P 3 P 3
P 2 P 2 P 2
P 1 P 1 P 1
A B A B A B
t 1 t 2 t 1 t 2 t 1 t 2
t 1 = t 2 t 1 ＞ t 2 t 1 ＞ t 2
a b c
风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。
风的度量 （ 风向和风速 ）
风是矢量,有方向和大小,即风向和风速 。
风向 (风的来向 )：可用 8个方位或 16方位表示 (地面风 ),见图 2-2；也可用角度表示 (高空风 ):以北为零点,沿顺时针方向旋转 [正北为 360° (或 0° ) ;正东 90° ;正南 180° ;正西 270° ]。
NW NW N N NE N
N E
W NW E NE
W E
E S E
W S W
S W S W S S S E S S E
图 2 - 2
风的性质：
① 随时在变化,如我国季风（北京附近冬天东北风）；
② 随高度变化,在一定范围内，风随高度的增大而增大。地面有建筑物，树木的影响。
③ 随地理位臵而变,山区会产生山风、谷风、海风，海区有海陆风（如上海、大连等）。
5,云云,是发生在高空的水汽凝结现象。
形成的基本条件,水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环境。
云量,指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为 10等份，有几分天空被云遮盖，云量就是几。如：云占天空的 1/10，云量记为 1；在云层中有少量空隙（空隙总量不到天空的 1/20）记为 10；当天空无云或云量不到 1/20时，云量为 0。
国外,将天空分为 8等份。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。
低云量,低云的云掩盖天空的成数。
云量的记录,一般总云量 /低云量的形式记录，如 10/7。
云状,多种多样,1932年国际云学委员会出版的国际云图将云状分为四族十属。
云高,指云底距地面的垂直距离，以米为单位。测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法
6,能见度,在当时的天气条件下,视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离,单位,m,Km。
能见度的大小反应了大气的混浊现象,反映出大气中杂质的多少 。
大气中的雾,水汽,烟尘等,可使能见度降低 。
7,太阳高度角太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角,是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一 。 ho即太阳高度角,它随时间而变化 。
8,降水降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称 。 如雨,雪等 。
降水是清除大气污染物的重要机制之一 。
h o h
o
太阳光线地面
1.2 大气运动和风
引起大气运动的作用力
▼ 水平气压梯度力
▼ 地转偏向力
▼ 惯性离心力
▼ 摩擦力
大气边界层中风随高度的变化
▼ 风速随高度增加而增大
▼ 风向与等压线的夹角随高度增加而减小
▼ 爱克曼螺线地面风的方向高空风的方向
近地层中的风速廓线模式
▼ 风速廓线：平均 风速随高度的变化曲线
▼ 对数率风速廓线模式：
▼ 指数率风速廓线模式：
0
ln ZZkuu
m
Z
Zuu )(
1
1?
地方性风场
▼ 海陆风
▼ 山谷风
▼ 城市热岛效应山谷风海陆风城市热岛效应
1.3 大气的热力过程
太阳、大气和地面的热交换在近地层：
大气温度随地表温度的升高而增高（自下而上地被加热）；
随地表温度的降低而降低（自下而上地被冷却）。
短波 长波太阳 地面 大气
气温的垂直变化
▼ 大气绝热过程：大气中的某一空气块作垂直升降运动时与周围空气不发生热量交换。
▼ 泊松方程：
288.0
0
/
00
)()( PPPPTT PCR
干绝热直减率干绝热直减率：干空气绝热上升或下降单位高度
（ 100m）时，温度上升或下降的数值。 根据计算，得到 γd
约为 0.98℃/100 m,近似 1℃/100 m。 （ K/100m）
一个质量恒定的空气块，从地面绝热上升时，将因周围气压的减小而膨胀，一部分内能用于反抗外压力膨胀，
而做了功，因而它的温度将逐渐下降；
反之，当一个质量恒定的空气块从高空绝热下降时，
由于外界气压逐渐增大，外压力对气块做压缩功，并转化为它的内能，因而它的温度将逐渐上升。
这种性质可用干绝热直减率表示。
d
i
d dZ
dT )(
i－空气块
d－干空气
位温
▼ 一干空气块绝热上升到标准气压（ 1000hPa）处所具有的温度。用 θ 表示。
288.0
0
0
/
0
0 )
1 0 0 0()1 0 0 0(
P
T
P
T PCR
温度层结气温沿铅直高度的变化，称 温度层结 或层结。气温随高度变化快慢这一特征可用 气温垂直递减率 来表示。气温垂直递减率的数学定义式为,γ ＝ - dT/dz；
它系指单位 (通常取 100m) 高差气温变化速率的负值。
如果气温随高度增高而降低,γ 为正值，如果气温随高度增高而增高,γ 为负值。
大气中的气温层结有四种典型情况
– 气温随高度的增加而递减,γ> γd,称为正常分布层结，或递减层结；
– 气温随高度的增加而增加,γ > 0,称为气温逆转，
简称逆温；
– 气温随铅直高度的变化等于或近似等于干绝热直减率，
γ= γd 称为中性层结；
– 气温随铅直高度增加是不变的,γ= 0,称为等温层结。
1正常分布层结（或递减层结）
2中性层结
3等温层结
4逆温
d
d
0
0
z
T0
1
2
3
4
大气稳定度的概念
▼ 垂直方向上大气的稳定程度，即是否容易发生对流。
▼ 一空气块受外力作用，产生上升或下降运动时，当外力去除后：
气块减速并有返回原来高度的趋势（稳定）
气块加速上升或下降（不稳定）
既不上升也不下降，保持原有运动状态（中性）
如果一空气块受到外部作用，获得了向上或向下的初始运动速度后，
可能发生三种情况：
① 气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；
② 气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；
③ 气块做等速直线运动，称这种大气是中性的。
(1)
a
v
a
v
(2) (3)
a=0
v
处于不同平衡状态的小球
当 γ -γ d>0，气块加速运动，大气不稳定；
当 γ -γ d<0，气块减速运动，大气稳定；
当 γ -γ d=0，大气为中性。
对于 γ 和 γ d的物理意义应具有较确切认识,γd 是以质量衡定的一块空气团为对象在干绝热条件下沿垂直上升而导出的气温垂直递减率，是一个由气态方程给定的确定值。 γ 则是气温的环境层结,是在太阳、地球的热量幅射和其他气象因素作用下形成的实际环境状况。
'
)'(
ga
T
TTga )'(
zTT d0'zTT0
zTga d )(
大气稳定度的判定
▼ 气块加速运动，大气是不稳定的；
▼ 气块减速运动，大气是稳定的；
▼ 大气是中性的。
0, ad
0, ad
0, ad
ZTga d )(
烟流形状与大气稳定度的关系
▼ 波浪型,烟流呈波浪型，污染物扩散良好，全层大气不稳定；
▼ 锥型,烟流呈圆锥型，发持在中性条件下；
▼ 扇型,烟流在垂直方向扩散很小，在水平方向扩展成扇形，逆温层结；
▼ 爬升型（屋脊型）,烟流的下部为稳定状态，上部为不稳定状态，在低层有逆温存在；
▼ 漫烟型（熏烟型）,烟流的上部为稳定状态，下部为不稳定状态，由辐射逆温引起。
温度层结与烟流形状波浪型
Z
T
锥 型
Z
T
Z
T
扇 型
Z
T
Z
T
熏烟型爬升型温度层结与烟流形状
1,什么是湍流？
除在水平方向运动外,还会由上,下,左,右方向的乱运动,风的这种特性和摆动称为大气湍流 。 （ 有点象分子的热运动 ）
2,湍流与扩散的关系把湍流想象成是由许多湍涡形成的,湍涡的不规则运动而形成它与分子运动极为相似 。 不同的是,分子的运动以分子为单位,湍流以湍涡为单位,湍涡运动速度比分子运动速度大的多,比分子扩散快 10
5—106倍 。 没有湍流运动,污染物的扩散就成了问题 。 这是因为无湍流时,污染物单靠分子扩散,扩散速度很小；有湍流时,由于其靠湍流扩散,运动的方向和大小都极不规则,使流场各部分间强烈混合,混合加快了扩散速度 。
若只有风无湍流,从烟囱中排出的废气像一条,烟管,一样几乎保持着同样粗细,吹向下方,很少扩散 。
大气湍流
3、湍流的 形成：
近地层大气湍流有两种,热力湍流,机械湍流 。
① 热力湍流：主要由于大气的铅直稳定度而引起,大气的铅直稳定度是由于气温的垂直分布决定的 。
② 机械湍流：有动力因子产生,由于大气垂直方向上的风速梯度不同和地面粗糙度不同而产生 。
归纳而言,风速越大,湍流越强,污染物扩散速度越快,污染物浓度越低 。 风,湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素 。
逆温辐射逆温下沉逆温平流逆温湍流逆温锋面逆温
0 按成因分为
z
T0
a
z
0
b
zzz
000 TTTT
edc
接地逆温层 厚度逆温强度逆温层高度 上部逆温层厚度辐射逆温的生成过程下沉逆温的生成过程
h
h`
H
H`
湍流逆温的生成过程
z
T0
r
rd
A
D
B
C
E
混合逆温层锋面逆温的生成过程
T1
T3
T2
T4
暖空气冷空气层结曲线 锋面层湍流扩散的基本理论
大气湍流大气的无规则运动称为大气湍流。
（风速脉动、风向改变）
大气湍流的分类（按成因）
▼ 热力湍流：由于垂直方向上温度分布不均匀引起。
（大气稳定度）
▼ 机械湍流：由于垂直方向上风速分布不均匀引起。
（风速梯度、地面粗糙度）
湍流扩散理论
▼ 梯度输送理论：假定大气湍流引起的某物质的扩散类似于分子扩散，并可用分子扩散方程描述。
（类比于菲克扩散理论及傅立叶的固体中的热传导规律）
▼ 湍流统计理论：
泰勒（ G.I.Tayler）,应用统计学方法研究湍流扩散问题，提出著名的泰勒公式萨顿（ O.G.Sutton）,提出污染物在大气中扩散的实用公式高斯（ Gaussian）,应用湍流扩散统计理论提出下态分布假设下的扩散模式。（高斯模式）
由湍流引起的扩散高斯扩散模式
高斯模式的有关假定
▼ 坐标系原点：污染物排放点或排放点在地面的投影点。
x轴：平均风向方向。
y轴：在水平方向上垂直于 x轴，正向在 x轴的左。
z轴：垂直于水平面 xoy，向上为正向。
高斯扩散模式的坐标系
高斯模式的有关假定
▼ 六点假设
1、污染物浓度在 y,z轴上的分布符合高斯（正态分）
2、在全部空间中风速是远均匀的、稳定的；
3、源强是连续均匀的；
4、在扩散过程中污染物质的质量是守恒的；
5、在 x方向平流作用远大于扩散作用，以平流作用为；
6、地面足够平坦（镜面）。
高斯模式的坐标系和基本假设图示
无限空间连续点源的高斯模式
22)(),,( bzay eexAzyxC
22
1
y
a
2
2
1
z
b
zyu
QxA
2)(?
)]
22
(e x p [
2
),,( 2
2
2
2
zyzy
zy
u
QzyxC
高架连续点源的高斯模式
H Hs
Hs
P
C(x,y,z)
像源
H
)]2 )(2(e x p [
2 2
2
2
2
1
zyzy
Hzy
u
QC
)]
2
)(
2
(e x p [
2 2
2
2
2
2
zyzy
Hzy
u
QC
21 CCC
地面的最大浓度
高架源的污染源是在空中，我们时常关心的是污染物到达地面的浓度，而不是空中任一点的浓度。地面浓度是以 x 轴为对称的，
x 轴上具有最大值，向两侧方向遂渐减小。因此，地面轴线浓度是我们所关心的。
根据地面轴线浓度公式：
式中的两项：一项随 x 而减小，一项随 x 而增大；两项共同作用的结果，必然在某一距离 x 处出现浓度 C 的最大值。另一方面，地面最大污染物浓度出现的位臵和数值，与高架污染源在空中的位臵有关，空中的位臵则是以有效源高表现。因此还要考虑气象因素。
)]2(e x p [)0,0,( 2
2
zzy
H
u
QxC
烟气,由烟囱排出的烟气，在其本身所具有的动力和浮力作用下，先上升一定的高度后，然后才在大气湍流的作用下再进行扩散。
– 动力：排烟速度
– 浮力：烟气温度（烟气温度大于环境温度）
有效烟囱高度：烟气所达到的高度,H
H=Hs+?H
H,有效烟囱高度
Hs,烟囱几何高度
H：烟囱抬升高度烟气抬升高度烟气抬升过程
喷出阶段 －依靠烟流本身的初始动量向上喷射
浮升阶段 －由于烟流的热力作用（ ρ 烟 <ρ 空 ），
促使烟流在浮力作用下上升
瓦解阶段－ 上升一定高度后，烟流与空气充分混合，丧失浮力和动力作用随风飘动，
流波动很大
变平阶段 －烟流变平，在大气湍流的作用下，向上下左右扩散，烟羽越来越大（截面积）
影响烟气抬升的因素
▼ 烟流自身的动力性质和热力性质。（由工厂决定）
动力性质,烟气出口速度,vs趆 大,Δ H趆 大；
热力性质,烟气出口温度,Ts趆 大,Δ H趆 大；
▼ 当地的气象条件和下垫面条件。（由当地环境决）
烟囱出口处的 平均风速,u趆 大,Δ H趆 小；
大气湍流强度,湍流 趆 强,Δ H趆 小。
▼ 中国国家标准中规定的公式：
1、当 QH≥2100kW 和（ Ts－ Ta） ≥35K 时：
式中,n1,n2,n3－系数，按表格查取；
Pa－大气压力,hPa，取邻近气象站年平均；
Qv－实际排烟量,m3/s。
a
as
vaH
n
s
n
H
T
TT
QPQ
uHQnH
35.0
1
0
21
烟气抬升高度的计算
▼ 中国国家标准中规定的公式：
2、当 1700kW≤Q H≤2100kW 时：
Δ H2按 1中的 Δ H计算。
u
Q
u
QDv
H
Q
HHHH
HHs
H
)1 7 0 0(0 4 8.0)01.05.1(2
4 0 0
1 7 0 0
)(
1
121
▼ 中国国家标准中规定的公式：
3、当 QH≤1700kW 或（ Ts－ Ta） ﹤ 35K时：
4、当 10m处的年平均风速小于或等于 1.5m/s时：
u
QDvH Hs )01.05.1(2
8/34/1 )0098.0(5.5
dZ
dTQH a
H
大气稳定度的确定方法
▼ 根据常规气象资料确定稳定度的级别。
A－强不稳定
B－不稳定
C－弱不稳定
D－中性
E－较稳定
F－强稳定
大气稳定度的确定方法
▼ 中国国家标准中规定的公式
1、计算太阳高度角；
2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；
3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。
－ 太阳高度角，（ ° ）；
－当地地理纬度，（ ° ）；
－当地地理经度，（ ° ）；
－进行观测的北京时间,h；
－太阳倾角，（ ° ）。
－一年中的日期序数,0,1,2,3,… 365。
3 6 5/3 6 0
/1 8 0]3s in0 0 1 4 8 0.03c o s0 0 2 6 9 7.02s in0 0 0 9 0 7.0
2c o s0 0 6 7 5 8.0s in0 7 0 2 5 7.0c o s3 9 9 9 1 2.00 0 6 9 1 8.0[
)]3 0 015c o s (c o sc o ss ina r c s in [ s in
0
000
000
0
n
d
th
n
d
t
h
0
扩散参数的确定
▼ P－ G扩散曲线法：
下风距离 x
查图得到 σ y,σ z。
大气稳定度
▼ 中国国家标准中规定的公式：
下风距离 x a1,r1
查表得到 计算 σ y,σ z
大气稳定度 r1,r2
例题 1
某城市火电厂的烟囱高 100m，出口内径 5m，
出口烟气流速 12.7m/s，温度 100℃,流量
250m3/s，烟囱出口处的平均风速 4m/s,大气温度 20℃,试确定烟气抬升高度及有效源高。
例题 2
某石油精炼厂自平均有效源高 60m，排出的
SO280mg/s，出口风速 6m/s,求冬季阴天正下风向距烟囱 500m处地面 SO2浓度。
全球大气环境问题温室效应
大气中能产生温室效应的气体主要有二氧化碳,甲烷,
臭氧,氟氯烃,氧化氮和水汽等,工业化之后,大气中的二氧化碳含量由 280ppm增加到大于 356ppm,超过了
12万年的最高值 (300ppm)；甲烷由 0.8ppm增加到
1.7ppm；氮的氧化物由 280ppm增加到 310ppm。
以上对增温影响最大的是二氧化碳，占 55%。
而且，目前发现，以上气体除了甲烷外，全部的寿命都在 100年以上。就是说，即使现在不排放任何废气，也得等 100年或更长的时间才能够恢复原状。
海平面上升的问题。研究表明,1950-1992年间。加州南部海岸带的海平面升高了 7.6cm。其中,100米以上浅水区升温 0.8摄氏度。中国国家测绘局 1992年 8月公布，我国海平面年平均升高 2-3毫米。天津，莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了大面积地面沉降。天津 1985-1987年三年下沉了
187毫米。塘沽新港码头 1966-1985年 20年下沉了 0.5米，
导致屡遭海潮袭击。 IPPC（世界气候变化委员会）的出结论：大概每十年，海平面上升 3-10厘米。
水资源的问题。气候变暖，使一些地区雨量增多，一些地区雨量减少。研究表明，气候变暖会导致地球上的水资源重新分布，总的来看，中纬度有些地方雨水会减少。
气候变暖，对农业生产，森林草原，人类身体健康等均有严重的影响。所以，温室效应，是一个非常严峻的问题。
酸雨酸雨的正确名称应该是「 酸性湿沉降 」，其实，带酸性的污染物是可以有两种沉降方式的，它们是 「湿沉降」 及
「干沉降」 。
湿沉降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸性物质，继而降下时再冲刷酸性物质，降到地面；
乾沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。
由於自然界的现象，例如生物的呼吸，火山的活动等等，
引致大气中含有二氧化碳和其他带酸的气体，所以，天然雨水本身略带酸性，雨水的酸度也是以酸碱值来表达的。一般雨水的 pH值约为 5.6。
造成雨水带酸的原因很多，其中一个原因来自天然物质。如：火山爆发时，喷出大量的硫化物；海水及湖水释放的硫化氢；动植物分解後释出的有机酸；
泥土中的微生物及海藻释放之硫化氢及氮化物等，都会使雨水之 pH值降至 5.0左右。
工业化後大量使用燃料，燃烧过程中产生出来的二氧化硫，氮氧化物及氯化氢等等，这些污染物被排放至大气当中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质，使得雨水之 pH值降低，形成酸雨。
二氧化硫（ SO2）的主要来源是燃烧燃料，发电厂烧煤或石油时会排出，炼油厂、炼钢厂、硫酸工厂等在生产程序中也会排放不少该种气体。
氮氧化物（ NOx）是高温燃烧下的产物，来源也跟二氧化硫相似，在燃烧燃料时被排出，另外，交通工具如气车的废气中也含有大量的氮氧化物。
氯化氢（ HCl）则源自盐酸工厂、焚化炉等的废气、
汽油车的排气等。
上世纪 50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。
50年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；
1959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。
60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现 pH值低于 4.0 的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，
湖水，土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，
是洲级区域环境问题。
1973至 1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，
证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。 1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、
韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖的格陵兰岛，给冰层打钻，取出 180年前的冰块，
与现在的酸度相比，酸度增长了 99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。
1986年 5月，在环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。
地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但 80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨 (酸雪 )。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质,随气流,几千公里飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到 pH为
5.5的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。
1998年上半年,中国南极长城站八次测得南极酸性降水,
其中一次 pH值为 5.46。当刮偏南风或偏东风时,南极大陆因为没有人为排放,大气是新鲜的,所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风时,来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛,遇到降水,形成酸雨。
90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的,毒雪,。,毒雪,形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动，使用人造的农药到田间,杀虫增产，但农药却进入了环境，通过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪冲刷，最终降落地面,危害人类。由,酸雨,,发展到
,毒雪,。
臭氧层破坏地球大气平流层中的臭氧层,是生命的保护层 。 地质时代,在臭氧层形成之前,地球生命只能生存于海水中一定深度之下 。 臭氧层之所以有保护作用,是由于它能吸收太阳的紫外辐射 。 紫外线能杀死,杀伤生物细胞,或造就细胞,遗传物质畸变,导致生命的死亡和产生各种病变 。 臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致,是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果 。 自 1969年以后,除赤道地区外,所有地方的臭氧都减少了 3%-5%,南极山空减少了 30%-
65%,并开始出现臭氧空洞,即成片地方臭氧层消失殆尽 。
90年代初期,南极上空的臭氧空洞面积达到 2000平方千米 。
破坏因素,太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的 DNA，造成细胞破坏和死亡。 来自于太阳的高能量的紫外辐射在到达地球表面之前，其中高能的紫外线使得高空中（离地面 10公里以上）的氧气分子发生分解，产生的氧原子具有很强的化学活性，因此能很快与大气中含量很高的氧分子发生进一步的化学反应，生成臭氧分子。臭氧层被破坏主要是因为人使用了消耗臭氧物质（氟氯烃化合物）
影响,一方面直接危害人体健康，另一方面还对生态环境和农林牧渔业造成破坏。
空气和大气是同义词。
一般对于室内或特指某个场所 (如车间，会议室和厂区等 )供人和动植物生存的气体习惯上称为 空气 。
而在大气物理学、大气气象学、自然地理学以及环境科学的研究中，常常以大区域或全球性的气流为研究对象常用 大气 。
第一节 大气污染及污染物一、大气的演化及其组成
第一代大气（原始大气） -氢、氦、氖等。
第二代大气（还原大气） -氮、二氧化碳、
甲烷、氨和水汽。
现代大气（氧气大气） -干洁空气、水汽和悬浮微粒。
稳定组分,氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙等，这一组分的比例，从地球表面至 90公里的高度范围内都是稳定的。
不稳定组分,二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火灾等和人类活动产生。
人类的生产生活活动可能改变大气组成引起大气污染。由于大气的整体性和流动性，
大气环境问题常常是全球性的、区域性的。
目前国际关注的三大环境问题,全球性的酸雨,CO2浓度的增加（温室效应）、臭氧层的破坏 都成为全球性的环境问题。
1.大气污染,由于自然的或人为的过程，
改变了大气圈中某些原有成分和增加了某些有毒有害物质，致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系．严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等的损坏。
二、大气污染源及污染物
2.大气污染的分类
(1)大气污染按其 影响所及范围 可分为四类：
局部性污染、地区性污染、广域性污染、全球性污染。
(2)根据 能源性质和大气污染物组成 和反应，
一般特大气污染划分为四种类型；煤炭型、石油型、混合型、持殊型。
2.大气污染的分类
石油型污染 又称排气型或联合企业型污染．其一次污染物是烯烃、二氧化氮以及烷、
醇、碳基化合物等。二次污染物主要是臭氧、
氢氧基、过氧氢基等自由基以及醛、酮和
PAN(过氧乙酸硝酸脂 )。
煤炭型污染 的一次污染物是烟气、粉尘和二氧化硫。二次污染物是硫酸及其盐类所构成的气溶胶。
混合型污染 是指以煤炭为主，还包括以石油为燃料的污染源而排放出的污染物体系。
此种污染类型是由煤炭型向石油型过渡的阶段，它取决于一个国家的能源发展结构和经济发展速度，
特殊型污染 是指某些工矿企业排放的特殊气体所造成的污染，如氯气、金属蒸汽或硫化氢、氯化氢等气体。
(3)根据污染物的 化学性质 及其存在的大气环境状况，可将大气污染划分为两种类型：还原型和氧化型。
还原型是指以煤、石油等为燃料所产生的大气污染，实质上就是第二种分类方法中的煤炭型和混合型污染。 伦敦烟雾事件
氧化型是指以石油为燃料所产生的大气污染，
实质上就是第二种分类方法中的石油型污染。
洛杉矶光化学烟雾光化學煙霧 【 洛杉機煙霧 】
光化学烟雾是碳氢化合物和氦氧化物在阳光作用下发生光化学反应生成的。
美国洛杉矾光化学烟雾事件发生在 1940年，其表现是白色烟雾 (有时带紫色或黄褐色 )，大气能见度降低，具有特殊气味，刺激眼睛和喉粘膜．使呼吸困难。其中生成的 03 。可使橡胶制品开裂，使植物叶片变黄甚至枯萎，烟雾一般发生在相对湿度较低的夏季晴天，出现在中午或刚过中午，夜间消失。大气中光化学氧化剂（ 03等 )浓度很高。
倫敦煙霧 (灰煙霧 )
伦敦曾多次发生煤烟事件，其中最严重的一次是于 1962年 12月 5日发生的，历时 5天，死亡
4000多人。伦敦型烟雾是由居民、工厂取暖排放的煤烟和冬季早晨的雾相伴而生。构成这次事件的一次污染物是 SO2和煤尘，其二次污染物主要是硫酸雾和硫酸盐气溶胶。硫酸雾是大气中的
SO2在相对湿度比较高、气温比较低，而且又有煤烟颗粒物存在时所发生的催化反应而形成的。
大气污染可分为自然的和人为的两大类。
前者是自然界所发生火山爆发、地展、台风、
森林火灾等自然灾害所造成的。后者是人类活动所排放的有毒有害气体所造成的。目前，一般所说的大气污染多指后者。
人为造成大气污染的污染源较多，根据不同的研究目的以及污染源的特点，污染源的类型有四种划分方法：
3.大气污染源
(1)按 污染源存在 的形式可划分为固定污染源和移动污染源，此划分法适用于进行大气质量评价时绘制污染派分析图。
固定源 就是位臵和地点固定不变的污染源。
主要指工矿企业在生产中排放的大量污染物。
冶金、钢铁、建材等工业企业都是对大气环境污染严重的固定源。
流动污染源 是指交通工具在行驶时向大气中排放的有害气体而形成的污染源
(2)按污染物 排放的方式 可划分为高架源、面源、线源，此划分法适用于大气扩散计算。
(3)按污染物 排放的时间 可划分为连续源、间断源、瞬时源，此划分方法适用于分析大气污染物排放的时间规律。
(4)按人类 社会活动功能 划分，还可以分为 工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源 等。
工业污染源由火力发电、钢铁、化工和硅酸盐等工矿企业在生产过程、中所排放的煤烟、粉尘及有害化合物等形成的污染源。此类污染源由于不同工矿企业的生产性质和流程工艺的不同，其所排放的污染物种类和数量大不相同，但有一个共同的特点是，排放源集中、浓度高、局地污染强度高。是城市大气污染的罪魁祸首。
钢铁厂排放的废气火力发电厂排烟污染大气排入大气中的烟尘随风扩散大山深处的工厂农业污染源主要是不当施用农药、化肥、有机粪肥等过程产生的有害物质挥发扩散，以及施用后期 NOX,CH4、挥发性农药成分从土壤中逸散进入大气等形成的污染源。
交通运输污染源由汽车、飞机、火车和轮船等交通运输工具运行时向大气中排放的尾气。这类污染源属流动污染源，主要污染物是烟尘、碳氢化合物,NOX、金属尘埃等，是城市大气环境恶化的主要原因之一。
从油箱和汽化器中挥发的汽油碳氢化合物 20%
从曲轴箱漏出的气体碳氢化合物 20%
汽 车 排 气一氧化碳碳氢化合物氮氧化物生活污染源是指居民日常烧饭、取暖、沐浴等活动，
燃烧化石燃料而向大气排放烟尘,SO2,NOX
等污染物。这类污染源属固定源，具有分布广、排量大、污染高度低等特点，是一些城市大气污染不可忽视的污染源。但是，随着城市电气化的推进，城市生活污染源将从根本上得到遏制。
4.大气污染物
一次污染物,直接从污染源排入大气的各种气体、
颗粒物质等。
二次污染物,某些一次污染物在大气中与其他化学物结合而发生化学反应产生的新的污染物。
颗粒物含硫化合物含氮化合物碳氧化合物碳氢化合物卤化物
飘尘概念颗粒物,悬浮在大气中的微粒之统称。
降尘,粒径 > 10微米的固体颗粒物。
飘尘,粒径 < 10微米的固体颗粒物。
来源天然人为,燃料燃烧；工业生产；汽车排气。
某些大气污染物对人体的危害煤烟：
引起支气管炎等。如果煤烟中附有各种工业粉尘 (如金属颗粒 )，则可引起相应的尘肺等疾病。
硫酸烟雾：
对皮肤、眼结膜、鼻粘膜、咽喉等均有强烈刺激和损害。
严重患者如并发胃穿孔、声带水肿、狭窄、心力衷竭或胃脏刺激症状均有生命危险。
铅：
略超大气污染允许深度以上时，可引起红血球碍害等慢性中毒症状，高浓度时可引起强烈的急性中毒症状。
二氧化硫：
浓度为 1－ 5ppm时可闻到嗅味,5ppm长吸入可引起心悸、呼吸困难等心肺疾病。重者可引起反射性声带痉挛，喉头水肿以至窒息。
氧化氮：
主要指一氧化氮和二氧化氮，中毒的特征是对深部呼吸道的作用，重者可致肺坏疽；对粘膜、神经系统以及造血系统均有损害，吸入高浓度氧化氮时可出现窒息现象。
一氧化碳：
对血液中的血色素亲和能力比氧大 210倍，能引起严重缺氧症状即煤气中毒。约 100ppm时就可使人感到头痛和疲劳。
臭氧：
其影响较复杂，轻病表现肺活量少，重病为支气管炎等。
硫化氢：
浓度为 100ppm吸入 2－ 15分钟可使人嗅觉疲劳，高浓度时可引起全身碍害而死亡。
氰化物：
轻度中毒有粘膜刺激症状，重者可使意识逐渐昏，虽直性痉挛，血压下降，迅速发生呼吸障碍而死亡。氰化物中毒后遗症为头痛，失语症、癫痫发作等。氰化物蒸汽可引起急性结膜充血、气喘等。
氟化物：
可由呼吸道、胃肠道或皮肤侵入人体，主要使骨骼、
造血、神经系统、牙齿以及皮肤粘膜等受到侵害。重者或因呼吸麻痹、虚脱等而死亡。
氯：
主要通过呼吸道和皮肤粘膜对人体发生中毒作用。
当空气中氯的浓度达 0.04～ 0.06毫克 /升时,30～ 60分钟即可致严重中毒，如空气中氯的浓度达 3毫克 /升时，
则可引起肺内化学性烧伤而迅速死亡第二节 大气污染控制技术一、大气污染控制标准
大气环境质量标准 以保障人体健康和正常生活条件为主要目标，规定出大气环境中某些主要污染物的最高允许浓度。
大气污染物排放标准 以实现大气环境质量标准为目标对污染源排放的污染物作出限制。其作用是直接控制污染源排出的污染物浓度或排放物以防止大气污染。
大气污染物控制技术标准 大气污染物排放标准的一种辅助规定。它根据大气污染物排放标准的要求结合生产工艺特点，对必须采取的污染控制措施加以明确规定。如对某种生产设备和窑炉明文规定必须配备何等效率的净化装臵或安装多高的排气简，或明确限制某生产过程使用的燃料和原料，以及所必须的卫生防护距离等。
大气污染警报标准 大气环境污染恶化到必须向社会公众发出一定警报的标准。
GB3095-1996 环境空气质量标准
一类区为自然保护区、风景名胜区和其它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。
GB16297-1996大气污染物综合排放标准本标准规定的最高允许排放速率，现有污染源分一、二、三级，新污染源分为二、三级。按污染源所在的环境空气质量功能区类别，执行相应级别的排放速率标准，即：
位于一类区的污染源执行一级标准 (一类区禁止新、扩建污染源，一类区现有污染源改建执行现有污染源的一级标准 )；
位于二类区的污染源执行二级标准；
位于三类区的污染源执行三级标准。
利用大气的自净能力
发展植物净化
减少或防止污染物的排放
污染物的治理二、综合防治措施
利用大气的自净能力 大气的自净有物理作用 (如扩散、稀释和降水洗涤等）和化学作用 (氧化、还原 )等。在从污染源排出的污染物总量恒定的情况下，污染物的浓度在时间和空间上的分布同气象条件有关，掌握气象变化规律，充分利用大气的自净能力，减少或避免大气污染的危害。
发展植物净化 植物具有美化环境、调节气候、截留粉尘、吸收大气中有害气体等功能。植物可以在大面积的范围内，
长时间、连续地净化大气，尤其是在大气中污染物影响范围广，浓度比较低的情况下，植物净化是行之有效的方法。
在城市和工业区有计划、有选择地扩大绿地面积是大气污染综合防治具有长效能和多功能的保护措施。
改革能源结构、采用无污染或少污染能源 (如太阳能、
风力、水力以及天然气、沼气和酒精等 )，燃料进行预处理 (煤和石油预先脱硫、煤的液化和气化 )以减少燃烧时产生的污染物；
改进燃烧装臵和燃烧技术，提高燃烧效率和降低有害气体排放量或采用无污染或少污染的工艺生产过程以及闭路循环；
节约能源，把排放的污染物作为资源进行综合利用，
加强生产管理，减少跑、冒、滴、漏等以此控制或防止对环境的污染。
减少或防止污染物的排放污染物的治理燃烧过程和工业生产过程在采取上述措施后，
仍有一些污染物排入大气。对这类污染源应控制其排放浓度或排放总量，使之不超过该地区污染物的允许浓度和环境容量。主要的控制方法有：
a．利用除尘装臵去除排放废气中的烟尘和各种工业粉尘。
b．采用气体吸收法处理有害气体。如用氨水、氢氧化钠、碳酸钠等碱溶液吸收废气中二氧化硫等。
c．应用冷凝、催化转化、分子筛、活性炭吸附和膜分离等物理、化学和物理化学方法治理排放废气小的主要污染物。
颗粒捕集的理论基础
对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离。
颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力
– 外力：重力、离心力、惯性力、静电力等
– 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略三、大气污染物控制技术（一）
除尘由燃料及其它物质燃烧或以电能加热等过程产生的烟尘，以及对固体物料破碎、
筛分和输送等机械过程产生的粉尘，都是以固态或液态的粒子存在于气体中，从气体中除去或收集这些固态或液态粒子的设备称为除尘 (集尘 )装臵，有时也叫除尘 (集尘 )器。
除尘装臵的分类
根据在除尘过程中是否采用润湿剂，除尘器的类型分为湿式除尘装臵和干式除尘装臵。
此外，根据防尘过程中的粒子分离原理，除尘装臵又可分为以下几种类型：
1．重力除尘装臵，
2．惯性力除尘装臵； 机械式除尘
3．离心力除尘装臵；
4．湿式（洗涤式）除尘装臵；
5．过滤式除尘装臵；
6．电除尘装臵；
1．重力沉降室
(I)除尘原理 重力沉降室是使含尘气体中的粉尘粒子借助重力作用而达到除尘目的的一种除尘装臵。
重力沉降室主要优点是结构简单、
造价低廉、耗能小，适用于净化密度大、粒径粗的粉尘，去除 30一
50um的粉尘，效率达 60一 80％，但对小于 5um的粉尘净化效率几乎等于 0。
2、惯性除尘器原理：惯性除尘器是使含尘气流与挡板相撞，或使气流急剧地改变方向，
借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装臵。
惯性力除尘器一般多作为高效除尘器的前级除尘．用它先除去较粗的尘粒或炽热状态的粒子。这类除尘装臵通常可除去粒径 20-30um的尘粒。
3、离心力除尘器
离心力除尘器是利用离心力从含尘气体中将尘粒分离的设备。其除尘原理与反转式惯性力除尘装臵相类似。但惯性力除尘器中的含尘气流只是受设备的形状或挡板的影响，简单地改变了流线方向，只作半圈或一圈旋转，
而离心力除尘器中的气流旋转不止一圈，旋转流速也较大，因此，旋转气流中的粒子受到的离心力比重力大得多。
3、离心力除尘器
对小直径、高阻力的旋风除尘器离心力比重力大 2500倍。对大直径、低阻力旋风除尘器离心力比重力大 5倍。
这类除尘器不能捕集小于 5um的粉尘粒子，
主要有离心式旋风除风器、离心式旋流除尘器和离心式动力除尘器。
4、过滤除尘器过滤除尘器是用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子的净化装臵。过滤介质亦称滤料。过滤除尘器简称为滤料器。
过滤防尘器多用于工业原料气的精制、固体粉料的回收、特定空间内的通风和空调系统的气净化及去除工业排放尾气或烟气中的粉尘粒子。
袋式防尘器主要有以下优点：
对净化含微米或亚微米数量级的粉尘粒子的气体效率较高，一般可达 99％，甚至可达 99,99％以上；
可以捕集多种干性粉尘，特别是高比电阻粉尘，采用袋式除尘器净化要比用电除尘器的净化效率高很多；
含尘气体浓度在相当大的范围内变化对袋式除尘器的除尘效率和阻力影响不大；
可设计制造出适应不同气量的含尘气体的要求。除尘器的处理烟气量可从每小时几立方米到几百万立方米；
可作成小型的，安装在散尘设备上或散尘设备附近，也可安装在车上作成移动式袋式过滤器，这种小巧、灵活的袋式除尘器特别适用于分散尘源的除尘；
运行稳定可靠，没有污泥处理和腐蚀等问题，操作，维护简单。
袋式除尘器主要有以下缺点：
袋式除尘器的应用主要受滤料的耐温和耐腐蚀等性能所影响。目前，通常应用的滤料可耐 250℃ 左右，如采用特别滤料处理高温含尘烟气，将会增大投资费用；
不适于净化含粘结和吸湿性强的含尘气体。用布袋除尘器净化烟尘时的温度不能低于
露点温度，否则将会产生结露，堵塞布袋滤料的孔隙；
据粗略的统计，用袋式除尘器净化大于 17000m3／ h含尘烟气量所需的投资用要比电陈尘器高。而用其净化小于 17000m3／ h含尘烟气量时，投资费用比电除尘器省。
5、湿式除尘器
原理：湿式除尘器是用洗涤水或其它液体与含尘气体相互接触实现分离捕集粉尘粒子的装臵。湿式除尘器具有结构简单、耗用钢材少、投资低、运行安全等特点，因而湿式除尘器在现代除尘技术中己得到广泛应用。
湿式除尘器与其它除尘器相比具有如下优点：
1．在耗用相同能耗的情况下，湿式除尘器的除尘效率比干式机械除尘器的除尘效率高。
2．湿式除尘器的防尘效率不仅能与布袋和电除尘器相媲美而且还可适用这些除尘器所不能胜任的除尘条件。湿式除尘器对净化高温、高温、高比阻、易燃、易爆的含尘气体具有较高的除尘效率；
3．湿式除尘器在去除含尘气体中粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些有毒有害的气态污染物。因此，湿式除尘器既可以用于除尘又可以对气体起到冷却、净化的作用。湿式除尘器有时又称为湿式气体洗涤器。
湿式除尘器的缺点有：
1．从湿式除尘器排出的沉渣需要处理，澄清的洗涤水应重复回用，
否则不仅会造成二次污染，而且也浪费水资源；
2 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水 (液 )具有一定程度的腐蚀性，因此，除尘系统的设备均应采取防腐措施；
3．湿式除尘器不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体。
4．在寒冷地区应用湿式除尘器，容易结冻，因此，要采用防冻措施。
6、电除尘器
原理：电除尘器是利用电力作用清除气体中固体或液体粒子的除尘装臵。电除尘器的放电极
(又称电晕极 )和收尘极 (又称集尘极 )接于高压直流电源，当含尘气体通过两极间非均匀电场时，在放电极周围强电场作用下，气体首先被电离，并使粉尘被子荷电，荷电后的粉尘粒子在电场力的作用下推向集尘极，从而达到除尘目的。
电除尘器具有如下的优点：
除尘效率高。设计合理，安装施工质量高时，可以达到任何除尘效率的要求。目前，工业上应用的电除尘器，除尘效率达到 99％以上已属多见。
可以净化气量较大的烟气。在工业上净化 105-106M3／ h烟气的电防尘给已得到普遍应用。
电除尘器能够除下的粒子粒径范围较宽，对于 0.1um的粉尘粒子仍有较高的除尘效率。
可净化温度较高的含尘烟气。用于净化 350℃ 以下的烟气,用于净化更高温度烟气时，需要特殊设计。
电除尘器的能量消耗比其它类型防尘保低。电除尘器可以实现微机控制．远距离操作。
电除尘器具有如下缺点：
建造电除尘器一次投资费用高，钢材消托量较大。据估算，平均每平方米收尘面积所用钢材大约为 3.5-4t。
电除尘器的除尘效率受粉尘物理性质影响很大，特别是粉尘的比电阻的影响更为突出。
电除尘器不适宜直接净化高浓度含尘气体。
电除尘器对制造和安装质量要求较高；
需要高压变电及整流控制设备；
占地面积较大。
净化装臵的性能
评价净化装臵性能的指标
– 技术指标
处理气体流量
净化效率
压力损失
– 经济指标
设备费
运行费
占地面积三、大气污染物控制技术
（二）气态污染物的控制
吸收法
吸附法
催化法
燃烧法
冷凝法
主要的气象要素
大气热力过程
大气运动和风第三节 大气污染气象学
1.1 主要的气象要素与大气污染关系密切的气象要素主要有：
气温、气压、空气湿度（气湿）、
风（风向、风速）、云况、能见度、降水、
蒸发、日照时数、太阳辐射,地面辐射、
大气辐射 等。
1,气温（ ℃ 或 K）
表示大气温度高低的物理量。 气象上讲的气温是指距离地面
1.5m高处的百叶窗中观测到的空气温度。
2,气压（ Pa）
任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量,气压总是随高度的增加而降低的。据实测近地层高度每升高 100米，气压平均降低约 12.4毫巴（ 1mb=100Pa)，在高层小于此值。
国际上规定,0℃,纬度 45° 的海平面上的气压为 1个大气压。
3,气湿绝对湿度、相对温度、含湿量、水汽体积分数、露点
4,风向和风速
▼ 气象上把水平方向上的空气运动称为风。
▼ 风向指风的来向。
▼ 风速指单位时间内空气在水平方向上运动的距离
（ m/s）
什么是风？ 空气的流动就形成风。水平 (horizontal)
方向的空气运动称为风。
风的形成,风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。
P 4 P 4 P 4
P 3 P 3 P 3
P 2 P 2 P 2
P 1 P 1 P 1
A B A B A B
t 1 t 2 t 1 t 2 t 1 t 2
t 1 = t 2 t 1 ＞ t 2 t 1 ＞ t 2
a b c
风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。
风的度量 （ 风向和风速 ）
风是矢量,有方向和大小,即风向和风速 。
风向 (风的来向 )：可用 8个方位或 16方位表示 (地面风 ),见图 2-2；也可用角度表示 (高空风 ):以北为零点,沿顺时针方向旋转 [正北为 360° (或 0° ) ;正东 90° ;正南 180° ;正西 270° ]。
NW NW N N NE N
N E
W NW E NE
W E
E S E
W S W
S W S W S S S E S S E
图 2 - 2
风的性质：
① 随时在变化,如我国季风（北京附近冬天东北风）；
② 随高度变化,在一定范围内，风随高度的增大而增大。地面有建筑物，树木的影响。
③ 随地理位臵而变,山区会产生山风、谷风、海风，海区有海陆风（如上海、大连等）。
5,云云,是发生在高空的水汽凝结现象。
形成的基本条件,水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环境。
云量,指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为 10等份，有几分天空被云遮盖，云量就是几。如：云占天空的 1/10，云量记为 1；在云层中有少量空隙（空隙总量不到天空的 1/20）记为 10；当天空无云或云量不到 1/20时，云量为 0。
国外,将天空分为 8等份。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。
低云量,低云的云掩盖天空的成数。
云量的记录,一般总云量 /低云量的形式记录，如 10/7。
云状,多种多样,1932年国际云学委员会出版的国际云图将云状分为四族十属。
云高,指云底距地面的垂直距离，以米为单位。测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法
6,能见度,在当时的天气条件下,视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离,单位,m,Km。
能见度的大小反应了大气的混浊现象,反映出大气中杂质的多少 。
大气中的雾,水汽,烟尘等,可使能见度降低 。
7,太阳高度角太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角,是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一 。 ho即太阳高度角,它随时间而变化 。
8,降水降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称 。 如雨,雪等 。
降水是清除大气污染物的重要机制之一 。
h o h
o
太阳光线地面
1.2 大气运动和风
引起大气运动的作用力
▼ 水平气压梯度力
▼ 地转偏向力
▼ 惯性离心力
▼ 摩擦力
大气边界层中风随高度的变化
▼ 风速随高度增加而增大
▼ 风向与等压线的夹角随高度增加而减小
▼ 爱克曼螺线地面风的方向高空风的方向
近地层中的风速廓线模式
▼ 风速廓线：平均 风速随高度的变化曲线
▼ 对数率风速廓线模式：
▼ 指数率风速廓线模式：
0
ln ZZkuu
m
Z
Zuu )(
1
1?
地方性风场
▼ 海陆风
▼ 山谷风
▼ 城市热岛效应山谷风海陆风城市热岛效应
1.3 大气的热力过程
太阳、大气和地面的热交换在近地层：
大气温度随地表温度的升高而增高（自下而上地被加热）；
随地表温度的降低而降低（自下而上地被冷却）。
短波 长波太阳 地面 大气
气温的垂直变化
▼ 大气绝热过程：大气中的某一空气块作垂直升降运动时与周围空气不发生热量交换。
▼ 泊松方程：
288.0
0
/
00
)()( PPPPTT PCR
干绝热直减率干绝热直减率：干空气绝热上升或下降单位高度
（ 100m）时，温度上升或下降的数值。 根据计算，得到 γd
约为 0.98℃/100 m,近似 1℃/100 m。 （ K/100m）
一个质量恒定的空气块，从地面绝热上升时，将因周围气压的减小而膨胀，一部分内能用于反抗外压力膨胀，
而做了功，因而它的温度将逐渐下降；
反之，当一个质量恒定的空气块从高空绝热下降时，
由于外界气压逐渐增大，外压力对气块做压缩功，并转化为它的内能，因而它的温度将逐渐上升。
这种性质可用干绝热直减率表示。
d
i
d dZ
dT )(
i－空气块
d－干空气
位温
▼ 一干空气块绝热上升到标准气压（ 1000hPa）处所具有的温度。用 θ 表示。
288.0
0
0
/
0
0 )
1 0 0 0()1 0 0 0(
P
T
P
T PCR
温度层结气温沿铅直高度的变化，称 温度层结 或层结。气温随高度变化快慢这一特征可用 气温垂直递减率 来表示。气温垂直递减率的数学定义式为,γ ＝ - dT/dz；
它系指单位 (通常取 100m) 高差气温变化速率的负值。
如果气温随高度增高而降低,γ 为正值，如果气温随高度增高而增高,γ 为负值。
大气中的气温层结有四种典型情况
– 气温随高度的增加而递减,γ> γd,称为正常分布层结，或递减层结；
– 气温随高度的增加而增加,γ > 0,称为气温逆转，
简称逆温；
– 气温随铅直高度的变化等于或近似等于干绝热直减率，
γ= γd 称为中性层结；
– 气温随铅直高度增加是不变的,γ= 0,称为等温层结。
1正常分布层结（或递减层结）
2中性层结
3等温层结
4逆温
d
d
0
0
z
T0
1
2
3
4
大气稳定度的概念
▼ 垂直方向上大气的稳定程度，即是否容易发生对流。
▼ 一空气块受外力作用，产生上升或下降运动时，当外力去除后：
气块减速并有返回原来高度的趋势（稳定）
气块加速上升或下降（不稳定）
既不上升也不下降，保持原有运动状态（中性）
如果一空气块受到外部作用，获得了向上或向下的初始运动速度后，
可能发生三种情况：
① 气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；
② 气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；
③ 气块做等速直线运动，称这种大气是中性的。
(1)
a
v
a
v
(2) (3)
a=0
v
处于不同平衡状态的小球
当 γ -γ d>0，气块加速运动，大气不稳定；
当 γ -γ d<0，气块减速运动，大气稳定；
当 γ -γ d=0，大气为中性。
对于 γ 和 γ d的物理意义应具有较确切认识,γd 是以质量衡定的一块空气团为对象在干绝热条件下沿垂直上升而导出的气温垂直递减率，是一个由气态方程给定的确定值。 γ 则是气温的环境层结,是在太阳、地球的热量幅射和其他气象因素作用下形成的实际环境状况。
'
)'(
ga
T
TTga )'(
zTT d0'zTT0
zTga d )(
大气稳定度的判定
▼ 气块加速运动，大气是不稳定的；
▼ 气块减速运动，大气是稳定的；
▼ 大气是中性的。
0, ad
0, ad
0, ad
ZTga d )(
烟流形状与大气稳定度的关系
▼ 波浪型,烟流呈波浪型，污染物扩散良好，全层大气不稳定；
▼ 锥型,烟流呈圆锥型，发持在中性条件下；
▼ 扇型,烟流在垂直方向扩散很小，在水平方向扩展成扇形，逆温层结；
▼ 爬升型（屋脊型）,烟流的下部为稳定状态，上部为不稳定状态，在低层有逆温存在；
▼ 漫烟型（熏烟型）,烟流的上部为稳定状态，下部为不稳定状态，由辐射逆温引起。
温度层结与烟流形状波浪型
Z
T
锥 型
Z
T
Z
T
扇 型
Z
T
Z
T
熏烟型爬升型温度层结与烟流形状
1,什么是湍流？
除在水平方向运动外,还会由上,下,左,右方向的乱运动,风的这种特性和摆动称为大气湍流 。 （ 有点象分子的热运动 ）
2,湍流与扩散的关系把湍流想象成是由许多湍涡形成的,湍涡的不规则运动而形成它与分子运动极为相似 。 不同的是,分子的运动以分子为单位,湍流以湍涡为单位,湍涡运动速度比分子运动速度大的多,比分子扩散快 10
5—106倍 。 没有湍流运动,污染物的扩散就成了问题 。 这是因为无湍流时,污染物单靠分子扩散,扩散速度很小；有湍流时,由于其靠湍流扩散,运动的方向和大小都极不规则,使流场各部分间强烈混合,混合加快了扩散速度 。
若只有风无湍流,从烟囱中排出的废气像一条,烟管,一样几乎保持着同样粗细,吹向下方,很少扩散 。
大气湍流
3、湍流的 形成：
近地层大气湍流有两种,热力湍流,机械湍流 。
① 热力湍流：主要由于大气的铅直稳定度而引起,大气的铅直稳定度是由于气温的垂直分布决定的 。
② 机械湍流：有动力因子产生,由于大气垂直方向上的风速梯度不同和地面粗糙度不同而产生 。
归纳而言,风速越大,湍流越强,污染物扩散速度越快,污染物浓度越低 。 风,湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素 。
逆温辐射逆温下沉逆温平流逆温湍流逆温锋面逆温
0 按成因分为
z
T0
a
z
0
b
zzz
000 TTTT
edc
接地逆温层 厚度逆温强度逆温层高度 上部逆温层厚度辐射逆温的生成过程下沉逆温的生成过程
h
h`
H
H`
湍流逆温的生成过程
z
T0
r
rd
A
D
B
C
E
混合逆温层锋面逆温的生成过程
T1
T3
T2
T4
暖空气冷空气层结曲线 锋面层湍流扩散的基本理论
大气湍流大气的无规则运动称为大气湍流。
（风速脉动、风向改变）
大气湍流的分类（按成因）
▼ 热力湍流：由于垂直方向上温度分布不均匀引起。
（大气稳定度）
▼ 机械湍流：由于垂直方向上风速分布不均匀引起。
（风速梯度、地面粗糙度）
湍流扩散理论
▼ 梯度输送理论：假定大气湍流引起的某物质的扩散类似于分子扩散，并可用分子扩散方程描述。
（类比于菲克扩散理论及傅立叶的固体中的热传导规律）
▼ 湍流统计理论：
泰勒（ G.I.Tayler）,应用统计学方法研究湍流扩散问题，提出著名的泰勒公式萨顿（ O.G.Sutton）,提出污染物在大气中扩散的实用公式高斯（ Gaussian）,应用湍流扩散统计理论提出下态分布假设下的扩散模式。（高斯模式）
由湍流引起的扩散高斯扩散模式
高斯模式的有关假定
▼ 坐标系原点：污染物排放点或排放点在地面的投影点。
x轴：平均风向方向。
y轴：在水平方向上垂直于 x轴，正向在 x轴的左。
z轴：垂直于水平面 xoy，向上为正向。
高斯扩散模式的坐标系
高斯模式的有关假定
▼ 六点假设
1、污染物浓度在 y,z轴上的分布符合高斯（正态分）
2、在全部空间中风速是远均匀的、稳定的；
3、源强是连续均匀的；
4、在扩散过程中污染物质的质量是守恒的；
5、在 x方向平流作用远大于扩散作用，以平流作用为；
6、地面足够平坦（镜面）。
高斯模式的坐标系和基本假设图示
无限空间连续点源的高斯模式
22)(),,( bzay eexAzyxC
22
1
y
a
2
2
1
z
b
zyu
QxA
2)(?
)]
22
(e x p [
2
),,( 2
2
2
2
zyzy
zy
u
QzyxC
高架连续点源的高斯模式
H Hs
Hs
P
C(x,y,z)
像源
H
)]2 )(2(e x p [
2 2
2
2
2
1
zyzy
Hzy
u
QC
)]
2
)(
2
(e x p [
2 2
2
2
2
2
zyzy
Hzy
u
QC
21 CCC
地面的最大浓度
高架源的污染源是在空中，我们时常关心的是污染物到达地面的浓度，而不是空中任一点的浓度。地面浓度是以 x 轴为对称的，
x 轴上具有最大值，向两侧方向遂渐减小。因此，地面轴线浓度是我们所关心的。
根据地面轴线浓度公式：
式中的两项：一项随 x 而减小，一项随 x 而增大；两项共同作用的结果，必然在某一距离 x 处出现浓度 C 的最大值。另一方面，地面最大污染物浓度出现的位臵和数值，与高架污染源在空中的位臵有关，空中的位臵则是以有效源高表现。因此还要考虑气象因素。
)]2(e x p [)0,0,( 2
2
zzy
H
u
QxC
烟气,由烟囱排出的烟气，在其本身所具有的动力和浮力作用下，先上升一定的高度后，然后才在大气湍流的作用下再进行扩散。
– 动力：排烟速度
– 浮力：烟气温度（烟气温度大于环境温度）
有效烟囱高度：烟气所达到的高度,H
H=Hs+?H
H,有效烟囱高度
Hs,烟囱几何高度
H：烟囱抬升高度烟气抬升高度烟气抬升过程
喷出阶段 －依靠烟流本身的初始动量向上喷射
浮升阶段 －由于烟流的热力作用（ ρ 烟 <ρ 空 ），
促使烟流在浮力作用下上升
瓦解阶段－ 上升一定高度后，烟流与空气充分混合，丧失浮力和动力作用随风飘动，
流波动很大
变平阶段 －烟流变平，在大气湍流的作用下，向上下左右扩散，烟羽越来越大（截面积）
影响烟气抬升的因素
▼ 烟流自身的动力性质和热力性质。（由工厂决定）
动力性质,烟气出口速度,vs趆 大,Δ H趆 大；
热力性质,烟气出口温度,Ts趆 大,Δ H趆 大；
▼ 当地的气象条件和下垫面条件。（由当地环境决）
烟囱出口处的 平均风速,u趆 大,Δ H趆 小；
大气湍流强度,湍流 趆 强,Δ H趆 小。
▼ 中国国家标准中规定的公式：
1、当 QH≥2100kW 和（ Ts－ Ta） ≥35K 时：
式中,n1,n2,n3－系数，按表格查取；
Pa－大气压力,hPa，取邻近气象站年平均；
Qv－实际排烟量,m3/s。
a
as
vaH
n
s
n
H
T
TT
QPQ
uHQnH
35.0
1
0
21
烟气抬升高度的计算
▼ 中国国家标准中规定的公式：
2、当 1700kW≤Q H≤2100kW 时：
Δ H2按 1中的 Δ H计算。
u
Q
u
QDv
H
Q
HHHH
HHs
H
)1 7 0 0(0 4 8.0)01.05.1(2
4 0 0
1 7 0 0
)(
1
121
▼ 中国国家标准中规定的公式：
3、当 QH≤1700kW 或（ Ts－ Ta） ﹤ 35K时：
4、当 10m处的年平均风速小于或等于 1.5m/s时：
u
QDvH Hs )01.05.1(2
8/34/1 )0098.0(5.5
dZ
dTQH a
H
大气稳定度的确定方法
▼ 根据常规气象资料确定稳定度的级别。
A－强不稳定
B－不稳定
C－弱不稳定
D－中性
E－较稳定
F－强稳定
大气稳定度的确定方法
▼ 中国国家标准中规定的公式
1、计算太阳高度角；
2、根据太阳高度角与云量确定太阳辐射等级；
3、根据太阳辐射等级与地面风速确定大气稳定度。
－ 太阳高度角，（ ° ）；
－当地地理纬度，（ ° ）；
－当地地理经度，（ ° ）；
－进行观测的北京时间,h；
－太阳倾角，（ ° ）。
－一年中的日期序数,0,1,2,3,… 365。
3 6 5/3 6 0
/1 8 0]3s in0 0 1 4 8 0.03c o s0 0 2 6 9 7.02s in0 0 0 9 0 7.0
2c o s0 0 6 7 5 8.0s in0 7 0 2 5 7.0c o s3 9 9 9 1 2.00 0 6 9 1 8.0[
)]3 0 015c o s (c o sc o ss ina r c s in [ s in
0
000
000
0
n
d
th
n
d
t
h
0
扩散参数的确定
▼ P－ G扩散曲线法：
下风距离 x
查图得到 σ y,σ z。
大气稳定度
▼ 中国国家标准中规定的公式：
下风距离 x a1,r1
查表得到 计算 σ y,σ z
大气稳定度 r1,r2
例题 1
某城市火电厂的烟囱高 100m，出口内径 5m，
出口烟气流速 12.7m/s，温度 100℃,流量
250m3/s，烟囱出口处的平均风速 4m/s,大气温度 20℃,试确定烟气抬升高度及有效源高。
例题 2
某石油精炼厂自平均有效源高 60m，排出的
SO280mg/s，出口风速 6m/s,求冬季阴天正下风向距烟囱 500m处地面 SO2浓度。
全球大气环境问题温室效应
大气中能产生温室效应的气体主要有二氧化碳,甲烷,
臭氧,氟氯烃,氧化氮和水汽等,工业化之后,大气中的二氧化碳含量由 280ppm增加到大于 356ppm,超过了
12万年的最高值 (300ppm)；甲烷由 0.8ppm增加到
1.7ppm；氮的氧化物由 280ppm增加到 310ppm。
以上对增温影响最大的是二氧化碳，占 55%。
而且，目前发现，以上气体除了甲烷外，全部的寿命都在 100年以上。就是说，即使现在不排放任何废气，也得等 100年或更长的时间才能够恢复原状。
海平面上升的问题。研究表明,1950-1992年间。加州南部海岸带的海平面升高了 7.6cm。其中,100米以上浅水区升温 0.8摄氏度。中国国家测绘局 1992年 8月公布，我国海平面年平均升高 2-3毫米。天津，莱州湾，长江口，珠江三角洲出现了大面积地面沉降。天津 1985-1987年三年下沉了
187毫米。塘沽新港码头 1966-1985年 20年下沉了 0.5米，
导致屡遭海潮袭击。 IPPC（世界气候变化委员会）的出结论：大概每十年，海平面上升 3-10厘米。
水资源的问题。气候变暖，使一些地区雨量增多，一些地区雨量减少。研究表明，气候变暖会导致地球上的水资源重新分布，总的来看，中纬度有些地方雨水会减少。
气候变暖，对农业生产，森林草原，人类身体健康等均有严重的影响。所以，温室效应，是一个非常严峻的问题。
酸雨酸雨的正确名称应该是「 酸性湿沉降 」，其实，带酸性的污染物是可以有两种沉降方式的，它们是 「湿沉降」 及
「干沉降」 。
湿沉降是指那些污染物，随着雨、雪、雾或雹等降水型态而落到地面，雨滴吸收包含了酸性物质，继而降下时再冲刷酸性物质，降到地面；
乾沉降则是指没有水份参与的情况下，带酸性物质从空中降下来的方式，通常，大气中酸性物质可被植被吸附或重力沉降到地面。
由於自然界的现象，例如生物的呼吸，火山的活动等等，
引致大气中含有二氧化碳和其他带酸的气体，所以，天然雨水本身略带酸性，雨水的酸度也是以酸碱值来表达的。一般雨水的 pH值约为 5.6。
造成雨水带酸的原因很多，其中一个原因来自天然物质。如：火山爆发时，喷出大量的硫化物；海水及湖水释放的硫化氢；动植物分解後释出的有机酸；
泥土中的微生物及海藻释放之硫化氢及氮化物等，都会使雨水之 pH值降至 5.0左右。
工业化後大量使用燃料，燃烧过程中产生出来的二氧化硫，氮氧化物及氯化氢等等，这些污染物被排放至大气当中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质，使得雨水之 pH值降低，形成酸雨。
二氧化硫（ SO2）的主要来源是燃烧燃料，发电厂烧煤或石油时会排出，炼油厂、炼钢厂、硫酸工厂等在生产程序中也会排放不少该种气体。
氮氧化物（ NOx）是高温燃烧下的产物，来源也跟二氧化硫相似，在燃烧燃料时被排出，另外，交通工具如气车的废气中也含有大量的氮氧化物。
氯化氢（ HCl）则源自盐酸工厂、焚化炉等的废气、
汽油车的排气等。
上世纪 50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化，即酸雨可形成灾难，但是此成果未能为世人重视。
50年代初，北欧国家瑞典和挪威渔业减产，原因不明；
1959年挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，所形成酸雨使湖泊酸化，导致渔业减产。
60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现 pH值低于 4.0 的酸雨地区，集中于地势较低地区，如荷兰，丹麦，比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水，
湖水，土壤的化学变化，证实欧洲大陆存在大面积酸雨，
是洲级区域环境问题。
1973至 1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，
证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。 1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有三分之二陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、
韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖的格陵兰岛，给冰层打钻，取出 180年前的冰块，
与现在的酸度相比，酸度增长了 99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。
1986年 5月，在环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。
地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但 80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨 (酸雪 )。他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质,随气流,几千公里飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到 pH为
5.5的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。
1998年上半年,中国南极长城站八次测得南极酸性降水,
其中一次 pH值为 5.46。当刮偏南风或偏东风时,南极大陆因为没有人为排放,大气是新鲜的,所以测得降水的都接近于中性；当刮西北风时,来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛,遇到降水,形成酸雨。
90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成份的,毒雪,。,毒雪,形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动，使用人造的农药到田间,杀虫增产，但农药却进入了环境，通过大气远程传输，在高空中污染物被雨雪冲刷，最终降落地面,危害人类。由,酸雨,,发展到
,毒雪,。
臭氧层破坏地球大气平流层中的臭氧层,是生命的保护层 。 地质时代,在臭氧层形成之前,地球生命只能生存于海水中一定深度之下 。 臭氧层之所以有保护作用,是由于它能吸收太阳的紫外辐射 。 紫外线能杀死,杀伤生物细胞,或造就细胞,遗传物质畸变,导致生命的死亡和产生各种病变 。 臭氧层的破坏完全是工业化以后人为影响所致,是氯氟烃这类自然界中没有的化合物消耗臭氧的结果 。 自 1969年以后,除赤道地区外,所有地方的臭氧都减少了 3%-5%,南极山空减少了 30%-
65%,并开始出现臭氧空洞,即成片地方臭氧层消失殆尽 。
90年代初期,南极上空的臭氧空洞面积达到 2000平方千米 。
破坏因素,太阳辐射的紫外光中有一部分能量极高，如果到达地球表面，就可能破坏生物分子的蛋白质和基因物质，即我们所熟知的 DNA，造成细胞破坏和死亡。 来自于太阳的高能量的紫外辐射在到达地球表面之前，其中高能的紫外线使得高空中（离地面 10公里以上）的氧气分子发生分解，产生的氧原子具有很强的化学活性，因此能很快与大气中含量很高的氧分子发生进一步的化学反应，生成臭氧分子。臭氧层被破坏主要是因为人使用了消耗臭氧物质（氟氯烃化合物）
影响,一方面直接危害人体健康，另一方面还对生态环境和农林牧渔业造成破坏。
