环境工程基础-4

环境工程基础环境工程基础2012-42012-43.1 3.1 大气污染的一般概念大气污染的一般概念3.1.1 大气污染及其分类大气污染及其分类3.1.2 大气污染的对环境的影响大气污染的对环境的影响3.1.3 我国大气污染概况我国大气污染概况3.1.4 大气污染控制及环境标准大气污染控制及环境标准3.2 3.2 大气污染气象学基础大气污染气象学基础3.2.1 大气圈结构与气象要素大气圈结构与气象要素3.2.2 大气的热力过程大气的热力过程3.2.3 大气的运动和风大气的运动和风3.1.1 大气污染及其分类大气污染及其分类1.大气污染的定义大气污染的定义大气污染指大气中某种物质的大气污染指大气中某种物质的浓度超过正常水平浓度超过正常水平，造成可测，造成可测的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。的对人体、动物、植被和材料的影响的大气状况。大气污染指大气中某种大气污染指大气中某种不良成分不良成分达到一定的浓度，造成有害达到一定的浓度，造成有害的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物的影响的大气状况。这种成分可能对人体健康、植被、器物或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美或者全球环境以及通过浑浊的空气或不愉快的气味对环境美学造成负面的影响。学造成负面的影响。如果大气中的物质达到如果大气中的物质达到一定浓度，并持续足够的时间一定浓度，并持续足够的时间，以致，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学产生可测量的不利影响，这就是大气污染。可测量的不利影响，这就是大气污染。2.排放源分类排放源分类人为因素人为因素交通交通发电发电工业生产工业生产工业与民用燃烧工业与民用燃烧其他其他自然因素自然因素地理因素：火山地理因素：火山天气因素天气因素:日照日照微生物作用微生物作用:腐烂腐烂 植被因素植被因素其他其他亚洲的典型空气污染源：亚洲的典型空气污染源：发电发电、工业、交通工业、交通、民用燃料、民用燃料、植物燃烧等植物燃烧等3.形成类型分类：形成类型分类：一次大气污染物一次大气污染物:v直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物量从而造成健康威胁的污染物一次大气污染物来源一次大气污染物来源污染物污染物来源来源一氧化碳一氧化碳燃料的不完全燃烧，吸烟燃料的不完全燃烧，吸烟碳氢化合物碳氢化合物燃料的不完全燃烧，吸烟燃料的不完全燃烧，吸烟悬浮颗粒物悬浮颗粒物燃料燃烧燃料燃烧,农业生产农业生产,工业废物工业废物,建筑扬沉建筑扬沉二氧化硫二氧化硫化石燃料使用化石燃料使用,冶金冶金氮氧化物氮氧化物燃料燃烧燃料燃烧3.形成类型分类：形成类型分类：二次大气污染二次大气污染v二二次次大大气气污污染染物物指指大大气气中中的的一一次次污污染染物物通通过过化化学学反反应生成的化学物质。应生成的化学物质。v光光化化学学烟烟雾雾是是大大气气中中氮氮氧氧化化物物和和碳碳氢氢化化合合物物在在紫紫外外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。线照射下反应生成的多种污染物的混合物。v光光化化学学烟烟雾雾最最具具危危害害的的两两种种物物质质是是臭臭氧氧(O3)和和过过氧氧乙酰硝酸酯乙酰硝酸酯(PAN)。光光化化学学烟烟雾雾形形成成过过程程*光化学烟雾对比照片光化学烟雾对比照片v细细颗颗粒粒物物对对人人体体健健康康和和大大气气环环境境质质量量造造成成的的危危害要远比粗颗粒物大害要远比粗颗粒物大形成气溶胶，长期悬浮在空气中形成气溶胶，长期悬浮在空气中细颗粒物本身可能是有毒、有害物质细颗粒物本身可能是有毒、有害物质细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体细颗粒物易成为其它污染物的运载体和反应体细颗粒物污染可导致低能见度显著降低细颗粒物污染可导致低能见度显著降低4.污染物性状分类：污染物性状分类：细颗粒物污染细颗粒物污染碳氢气体污染物碳氢气体污染物一氧化碳污染物一氧化碳污染物二氧化硫二氧化硫氮氧化物氮氧化物臭氧层破坏气体臭氧层破坏气体温室气体温室气体4.污染物性状分类：污染物性状分类：气态污染物气态污染物4.污染物性状分类：酸沉降v酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。酸沉降是指某一平面上具有致酸潜势的物质的积累。v致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。致酸物质是自然和人为活动的过程中产生的。v致酸物质按存在形态分为干和湿两种。致酸物质按存在形态分为干和湿两种。自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气自然源、电厂以及内燃机等排放出的污染物在大气中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。中发生化学反应产生导致酸沉降的化学物质。酸雨的危害酸雨的危害水水的的低低pH值值使使得得鱼鱼的的骨骨骼骼畸畸形形生生长长，最终导致死亡最终导致死亡引起树木的大量不正常死亡引起树木的大量不正常死亡严重腐蚀建筑物严重腐蚀建筑物中国酸雨的分布变化主要中国酸雨的分布变化主要位于位于长江以南长江以南3.1.2大气污染对环境的影响1.对人体健康的影响对人体健康的影响CO对人体健康的影响对人体健康的影响CO（10-6）对人体健康的影响对人体健康的影响510 对呼吸道患者有影响对呼吸道患者有影响30 人滞留人滞留8h，视力及神经机能出现障碍视力及神经机能出现障碍40 人滞留人滞留8h，出现气喘出现气喘1201h接触，中毒，血液中接触，中毒，血液中COHb10%2502h接触，头疼，血液中接触，头疼，血液中COHb=40%5002h接触，剧烈心痛，眼花，虚脱接触，剧烈心痛，眼花，虚脱3000 30min即死亡即死亡NO2对人体健康的影响对人体健康的影响NO2（10-6）对人体健康的影响对人体健康的影响1 闻到臭味闻到臭味5 闻到强臭味闻到强臭味1015 10min眼、鼻受到刺激眼、鼻受到刺激50 1min内人呼吸困难内人呼吸困难80 3min感到胸痛、恶心感到胸痛、恶心100150 在在3060min内死亡内死亡250 很快死亡很快死亡臭氧对人体健康的影响臭氧对人体健康的影响注：部分人群接触臭氧后肺功能下降突发性严重大气污染事故突发性严重大气污染事故1952年年12月月伦伦敦敦烟烟雾雾事事件件中中死死亡亡人人数数与与大大气气中中烟烟尘尘和二氧化硫浓度的相关性和二氧化硫浓度的相关性2.对植物的伤害对植物的伤害二氧化氮浓浓度度和和暴暴露露时时间间与与植植物物死死亡亡、叶叶器器官官损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系损伤和新陈代谢或生长影响之间的关系暴露时间，h0.10.11.0101001000NO2浓度，ppm NO2浓度，mg/m3暴露时间，d 3.对器物和材料的影响对器物和材料的影响平均二氧化硫浓度和不同暴露时间对低碳钢的腐蚀作用关系Mean SO2 concentration，ppmWeight loss per 100g panel，g4.对大气能见度的影响对大气能见度的影响v对大气能见度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶对大气能见度或清晰度有影响的污染物，一般应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体，包括：气体，包括：总悬浮颗粒物（总悬浮颗粒物（TSPTSP）SOSO2 2和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应和其它气态含硫化合物，在大气中以较大反应速率生成硫酸盐和速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子硫酸气溶胶粒子NONO和和NONO2 2，在大气中反应生成硝酸盐和在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶硝酸气溶胶粒子粒子光化学烟雾，反应生成光化学烟雾，反应生成亚微米气溶胶粒子亚微米气溶胶粒子3.1.3我国大气污染概况1.污染现状1999年全国重点城市主要大气污染物分布2002年中国城市空气质量状况不同空气质量状况下的人口比例不同空气质量状况下的人口比例全国城市空气质量分级比例全国城市空气质量分级比例不同规模城市空气污染程度（2002年）空气质量达标空气质量达标 SOSO2 2超标超标 颗粒物超标颗粒物超标经济水平和污染状况的综合比较TSPconcentrationsinselectedcitiesinvariousyearsfrom1990to1995andnationalGNPpercapitaAnnualTSPconcentration(g/m3)2.控制大气污染的技术措施控制大气污染的技术措施1)清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品清洁生产：清洁的生产过程和清洁的产品2)可持续发展的能源战略可持续发展的能源战略改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例改善能源供应结构和布局，提高清洁能源和优质能源比例提高能源利用效率和节约能源提高能源利用效率和节约能源推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术推广少污染的煤炭开采技术和清洁煤技术积极开发利用新能源和可再生能源积极开发利用新能源和可再生能源3)建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废建立综合性工业基地：各企业间相互利用原材料和废弃物，减少污染物排放总量弃物，减少污染物排放总量3.控制污染的经济政策1)必要的环境保护投资必要的环境保护投资环保投资占国民生产总值（环保投资占国民生产总值（GNP）的比例，发展中国家为的比例，发展中国家为0.5%1，发达国家为，发达国家为1%2我国目前比例为我国目前比例为0.7%0.8，希望能达到，希望能达到1.52)实行实行“污染者和使用者支付原则污染者和使用者支付原则”，可采用的经济手，可采用的经济手段：段：建立市场（排污许可证制度等）建立市场（排污许可证制度等）税收手段（污染税、资源税等）税收手段（污染税、资源税等）收费制度（排污费等）收费制度（排污费等）财政手段（生态环境基金等）财政手段（生态环境基金等）责任制度（赔偿损失和罚款等）责任制度（赔偿损失和罚款等）4.能源利用状况改善能源利用状况改善注注：中中国国正正在在不不断断提提高高能能源源使使用用的的效效率率，但但还还未未达达到到美美国国的的水水平平（1980-1995年年 数数据）据）4.主要污染物排放强度降低注：近年来GDP持续增长，主要污染物排放却有所下降来源：中国统计年鉴，中国环境状况公报排放源源头控制大气受体受体人类动物植物其他反映自然反馈法律途径排放源大气受体污染物扩散、混合、反应与空气传输3.1.4大气污染控制及环境标准1.1.空气污染及控制系统空气污染及控制系统2 2.大气污染控制的研究内容大气污染控制的研究内容v空气污染源v污染物在大气中的物理、化学行为v污染物对受体的影响v污染控制技术v控制大气污染的法律法规3.中华人民共和国大气污染防治法v1987年9月5日由第六届全国人大常委会第22次会议通过，1988年6月1日起执行v1995年8月29日，第八届全国人大常委会第15次会议对该法进行了修订v2000年对该法再次修订v1995年8月29日修改后的大气污染防治法，在控制大气污染，改善大气环境质量方面起到了积极的作用：v强化了酸雨和二氧化硫污染控制v推动了煤炭的清洁利用v加快了淘汰严重污染大气的落后工艺和设备的步伐v开始生产和使用无铅汽油v法规实施后，一些地区依法强化环境管理，大气环境质量确实得到了改善 但未能有效地遏制大气环境质量的恶化：v大气污染形势仍然十分严峻，大多数城市还处于比较严重的污染程度；v缺少推动煤炭清洁利用的法律措施，燃煤污染仍然没有得到有效遏制；v大中城市机动车排气污染正在迅速增加；v大多数城市扬尘污染突出；v大气污染物排放总量居高不下，缺少有效的法律措施；v现行法律的法律责任部分内容偏少，力度不够。2000年第二次修订的指导思想v面对现实，对我国以煤为主的能源结构短期难以改变的现状以及经济条件给予了充分考虑；v针对要害，主要是针对燃煤、机动车、扬尘等造成的大气污染；v抓住重点，主要是抓住重点城市、重点区域；v在禁止超标排放、按排污量收费，以及总量控制和排污许可证方面取得了重大突破；v强化法律责任，加强执法监督。5.大气环境质量标准体系环境质量标准GB30951996环境空气质量标准综合排放标准GB162971996大气污染物综合排放标准行业排放标准GWPB31999锅炉大气污染物排放标准GB49151996水泥厂大气污染物排放标准GB90781996工业炉窑大气污染物排放标准GB161711996炼焦炉大气污染物排放标准GB132231996火电厂大气污染物排放标准GB1455493恶臭污染物排放标准GWPB11999轻型汽车污染物排放标准GB14761.293车用汽油机排气污染物排放标准GB14761.593汽油车怠速污染物排放标准GB14761.693柴油车自由加速烟度排放标准GB14761.793汽车柴油机全负荷烟度排放标准GB1462193摩托车排气污染物排放标准GWPB52000饮食业油烟排放标准GB546891 锅炉烟尘测试方法GB1164289轻型汽车排气污染物测试方法GB/T1476293车用汽油机排气污染物试验方法GB/T1476393汽油车燃油蒸发污染物的测量收集法GB1134089汽车曲轴箱排放物测量方法GB/T384593汽油车排气污染物的测量怠速法GB/T384693柴油车自由加速烟度的测量GB384783 汽油柴油机全负荷烟度测量法GB/T546693摩托车排气污染物的测量怠速法GB/T1462293摩托车排气污染物的测量工况法标准检测方法环境空气质量标准Ambientairqualitystandardv主题内容与适用范围本标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、污染物项目、取值时间及浓度限值，采样与分析方法及数据统计的有效性规定。本标准适用于全国范围的环境空气质量评价。各项污染物的浓度限值注：适用于城市地区；适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区；适用于农业和林业区。污染物名称取值时间浓度限值浓度单位一级标准二级标准三级标准二氧化硫SO2年平均日平均1小时平均0.020.050.150.060.150.500.100.250.70mg/m3(标准状态)总悬浮颗粒物TSP年平均日平均0.080.120.200.300.300.50mg/m3(标准状态)可吸入颗粒物PM10年平均日平均0.040.050.100.150.150.25mg/m3(标准状态)二氧化氮NO2年平均日平均1小时平均0.040.080.120.080.120.240.080.120.24mg/m3(标准状态)一氧化碳CO日平均1小时平均4.0010.004.0010.006.0020.00mg/m3(标准状态)臭氧O31小时平均0.160.200.20mg/m3(标准状态)铅Pb季平均年平均1.501.00g/m3(标准状态)苯并a芘BaP日平均0.01g/m3(标准状态)氟化物F日平均1小时平均720g/m3(标准状态)月平均植物生长季平均1.81.23.02.0g/(dm2d)3.2大气污染气象学基础3.2.1大气圈结构与气象要素臭氧层臭氧层大气圈的结构。大气层可以分为对流层（最贴近地面、密度最大的一层）、平流层（较高的、气体组成相同但密度较小的气层）以及电离层（由已电离的气体组成）电离层电离层平流层平流层大气圈垂直结构对流层对流层大气圈垂直结构对流层（10km左右）集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.650C强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均大气边界层对流层下层大气边界层对流层下层12km，地面阻滞和摩擦地面阻滞和摩擦 作用明显作用明显自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略 近地层地面上近地层地面上50100m，热量和动量的常通量层热量和动量的常通量层大气圈垂直结构平流层（对流层顶5055km）同温层对流层顶3540km，气温-550C左右同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长中间层（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈大气圈垂直结构暖层（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气体分子高度电离电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层8085km以下，成分基本不变主要气象要素1气温天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。2气压单位：mb（毫巴）大气的压强1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg主要气象要素3气湿绝对湿度1m3湿空气中含有的水汽质量相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比含湿量湿空气中1kg干空气包含的水汽质量水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数露点同气压下空气达到饱和状态时的温度主要气象要素4风向和风速水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）风的来向叫风向（16个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或10min平均）(km/h)F风力级（012级）主要气象要素5云大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分）云高:云底距地面底高度低云（2500m以下）中云（25005000m）高云（5000m以上）云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）主要气象要素6能见度正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离级别（09级，相应距离为5050000米）3.2.2大气的热力过程太阳、大气和地面的热交换太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化气温的垂直分布（温度层结）气温的垂直分布温度层结大气稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流定性描述：外力使气块上升或下降外力使气块上升或下降气块去掉外力气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散不稳定条件下有利于扩散逆温逆温不利于扩散辐射：辐射逆温：辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖；地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却地面夜间变冷，大气自下而上冷却.太阳太阳 地球地球 ：短波：短波 地球地球 大气层：长波大气层：长波 大气吸收长波强大气吸收长波强逆温辐射逆温的生消过程烟流型与大气稳定度的关系波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）3.2.3大气的运动和风引起大气运动的作用力直接作用力直接作用力重力重力水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）间接作用力间接作用力 地转偏向力（相对运动：方向改变）地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性离心力（大气曲线运动：很小）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地摩擦力（近地1 12 2kmkm内明显）内明显）近地层风速廓线模式平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度近地层风速廓线模式平均风速随高度变化非中性层结：指数律，稳定度参数地方性风场1海陆风地方性风场3城市热岛环流结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！64