【文章內(nèi)容簡介】 而線段的長短則表示該方向風(fēng)的風(fēng)向頻率，將這些線段的末端逐一連接起來，就得到該地區(qū)的風(fēng)向頻率玫瑰圖(如圖32)。圖32 風(fēng)玫瑰圖污染系數(shù)表示風(fēng)向、風(fēng)速聯(lián)合作用對(duì)空氣污染物的擴(kuò)散影響，其值可由下式計(jì)算：顯然，不同方向的污染系數(shù)不盡相同，其大小則表示該方向空氣污染的輕重。如果也像繪制風(fēng)向頻率玫瑰圖那樣，在從某原點(diǎn)出發(fā)的輻射線上，截取一定長短的線段，表示該方向上污染系數(shù)的大小，并把各線段的末端逐一連接起來，就得到污染系數(shù)玫瑰圖。風(fēng)向頻率玫瑰圖和污染系數(shù)玫瑰圖，都能直觀地反映一個(gè)地區(qū)的風(fēng)向，或風(fēng)向與風(fēng)速聯(lián)合作用對(duì)空氣污染物的擴(kuò)散影響。換言之，由圖可直觀看到某地區(qū)的某個(gè)方向上，由于風(fēng)的作用，容易造成嚴(yán)重的空氣污染。2．大氣穩(wěn)定性的影響在地球表面的上方，大氣溫度隨高度變化的速率，是氣象變化的一個(gè)重要因素，它直接影響空氣的垂直混合狀況。換言之，大氣溫度隨高度的變化情況與大氣的穩(wěn)定性關(guān)系密切，同時(shí)影響著受污染的空氣被較潔凈的空氣混合而稀釋其污染濃度的作用。以下簡要介紹大氣溫度隨高度的變化情況。將大氣溫度沿垂直方向隨高度變化的速率稱為垂直降溫率，并用下式表示： 式中： r——垂直降溫率 T——溫度 h——離地面的高度垂直絕熱降溫率是指空氣在絕熱條件下上升時(shí)，由于上升氣塊所受的壓力降低而膨脹，消耗了內(nèi)能，使氣塊溫度隨之下降的速率。絕熱就是指該氣塊與其周圍不存在任何熱交換。由于干空氣可近似看作理想氣體，同時(shí)根據(jù)氣壓隨高度變化的關(guān)系式： 式中：P——大氣壓力，h——高度ρ——空氣密度g——重力加速度利用有關(guān)熱力學(xué)公式，可以推導(dǎo)出計(jì)算出垂直絕熱降溫率的數(shù)學(xué)表達(dá)式：式中：M——空氣的相對(duì)分子質(zhì)量 Cpm——空氣的摩爾定壓熱容把相應(yīng)的數(shù)值代入（上式）后，便可求得r值： r≈℃/100m≈1℃/100m這就是說，當(dāng)空氣作絕熱上升時(shí)，離開地面每升高100m，氣溫下降1℃。通常把這個(gè)r值稱為空氣的絕熱降溫率。顯然，這是針對(duì)理想情況的，實(shí)際情況并非如此。由于各地區(qū)空氣的成分，干濕等差異，所以r值也就不總是等于1℃/100m。例如r＞1℃/100m，就是超絕熱降溫率。此時(shí)氣塊上升的降溫率大于絕熱降溫率，造成氣塊的溫度低于理想的溫度。冷者下沉，下沉后受到地表的輻射熱又上升，結(jié)果發(fā)生垂直混合。顯然，此時(shí)大氣是不穩(wěn)定的，它有利于空中的污染物擴(kuò)散。從控制空氣污染的角度出發(fā)，這是我們所期待的氣象條件。與此相反，當(dāng)r＜1℃/100m，即次絕熱降溫時(shí)，空氣是穩(wěn)定的，此時(shí)空氣上升的降溫率低于絕熱降溫率，以致氣塊的溫度稍高于理想的溫度。這樣，不同高度的空氣層之間，就很難發(fā)生垂直混合，因此空氣基本上是穩(wěn)定的，這會(huì)使空氣中污染物積累起來。圖33 次絕熱降溫時(shí)空氣穩(wěn)定于原點(diǎn) 圖34 絕熱降溫率稱為氣層穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界線下面將氣體方程式與圖33相結(jié)合，簡要說明次絕熱降溫時(shí)，氣塊穩(wěn)定于原點(diǎn)的道理。把相應(yīng)的數(shù)值代入上述公式后，便可求得r值。假設(shè)有一氣塊在次絕熱降溫的大氣中運(yùn)動(dòng)，并設(shè)想該氣塊與周圍空氣之間有一氣膜分隔開，而且氣塊在垂直運(yùn)動(dòng)的過程中，其溫度變化的規(guī)律服從絕熱降溫率。理想氣體的狀態(tài)方程式表示如下：式中：p——壓力ρ——?dú)怏w的密度R——理想氣體常數(shù)T——絕對(duì)溫度并以“b”表示氣塊中的空氣；“a”表示周圍的空氣，則分別得到若忽略氣塊內(nèi)張力所引起的影響，則氣塊處于原點(diǎn)處的內(nèi)外氣壓相等，所以有：當(dāng)氣塊由原點(diǎn)上升到u點(diǎn)時(shí)，因周圍氣溫Ta高于氣塊內(nèi)部溫度Tb，即氣塊較重，所以下降返回原點(diǎn)；當(dāng)氣塊下降到點(diǎn)F時(shí)，則周圍氣溫Ta低于氣塊內(nèi)部溫度Tb，此時(shí)氣塊較輕，重新上浮返回原點(diǎn)，結(jié)果氣塊不上不下，保持在原點(diǎn)穩(wěn)定。因此，空中污染物也就不能擴(kuò)散開。假如高度增大時(shí)，氣溫反而上升，即dT＞0，或垂直降溫率＜0，則該空氣層便成為逆溫層。此時(shí)上層空氣密度低，下層空氣密度高，空氣在垂直方向上不存在任何運(yùn)動(dòng)，大氣層異常穩(wěn)定，以致常常發(fā)生空氣污染事故。習(xí)慣上把出現(xiàn)逆溫層所在的高度稱為逆溫高度，而把開始出現(xiàn)逆溫至逆溫消失的高度范圍，稱為逆溫層厚度。逆溫層內(nèi)的最大溫度差，稱為逆溫強(qiáng)度。不同降溫率對(duì)煙囪的排煙型式影響很大。由圖35可見：超絕熱降溫時(shí)，大氣不穩(wěn)定，出現(xiàn)波浪型排煙，它能使污染物隨風(fēng)速擴(kuò)散；圖35 大氣穩(wěn)定性與煙囪排煙類型逆溫時(shí)，由于大氣穩(wěn)定，形成扇型排煙，它嚴(yán)重地妨礙空中污染物的垂直運(yùn)動(dòng)，只能朝水平方向擴(kuò)散；當(dāng)大氣的上層為逆溫，下層是超絕熱降溫，即上層穩(wěn)定，下層不穩(wěn)定時(shí)，形成熏煙型排煙，空氣中污染物被熏煙帶回地面，使污染更為嚴(yán)重。3．降水的影響 各種形式的降水，特別是降雨，能有效地吸收、淋洗空氣中的各種污染物。所以大雨之后，空氣格外新鮮，就是這個(gè)道理。4．霧的影響有霧的天氣屬于靜風(fēng)狀況，進(jìn)入到大氣的污染物很難擴(kuò)散，霧像一頂蓋子，它會(huì)使空氣污染狀況加劇。以上所討論的風(fēng)、大氣的穩(wěn)定性、降水情況及霧的出現(xiàn)，就是影響空氣污染物擴(kuò)散的主要?dú)庀笠蛩?。二、大氣污染物擴(kuò)散與下墊面的關(guān)系地面是一個(gè)凸凹不平的粗糙曲面，當(dāng)氣流沿地面流過時(shí)，必然要同各種地形地物發(fā)生摩擦作用，使風(fēng)向、風(fēng)速同時(shí)發(fā)生變化，其影響程度與各障礙物的體積、形狀、高低有密切關(guān)系。山脈的阻滯作用對(duì)風(fēng)速有很大影響，尤其是封閉的山谷盆地，因四周群山的屏障影響，往往是靜風(fēng)，小風(fēng)頻率占優(yōu)勢，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。城市中的高層建筑物、體形大的建筑物和構(gòu)筑物，都能造成氣流在小范圍內(nèi)產(chǎn)生渦流，阻礙氣流運(yùn)動(dòng)，減小平均風(fēng)速，降低近地面風(fēng)速梯度，并使風(fēng)向擺動(dòng)很大，近地面風(fēng)場變得很不規(guī)則，一般規(guī)律是建筑物背風(fēng)區(qū)風(fēng)速下降，在局部地區(qū)產(chǎn)生渦流，不利于氣體擴(kuò)散。山風(fēng)和谷風(fēng)的方向是相反的，但比較穩(wěn)定。在山風(fēng)與谷風(fēng)的轉(zhuǎn)換期間，風(fēng)的方向是不穩(wěn)定的，山風(fēng)和谷風(fēng)均可能出現(xiàn)時(shí)而山風(fēng)，時(shí)而谷風(fēng)。這時(shí)如果有大量污染物排入山谷中，由于風(fēng)向的擺動(dòng)，污染物不易擴(kuò)散，在山谷中停留很長時(shí)間，可能造成大氣污染。1．城市下墊面的影響由于城市與郊區(qū)相比，地面建筑物密集，道路硬化等，容易吸收更多的太陽熱能，造成了城鄉(xiāng)大氣的溫度差異，從而引起局地風(fēng)，也就是所謂的城市熱島環(huán)流。造成城鄉(xiāng)溫度差異的主要原因是：①城市人口密集、工業(yè)集中，能耗水平高；②城市的覆蓋物（如建筑物、水泥路面等）熱容量大，白天吸收太陽輻射熱，夜間放熱緩慢，使低層空氣變暖；③城市上空籠罩著一層煙霧和CO2，使地面有效輻射減弱。因此，使城市市區(qū)凈熱量比周圍鄉(xiāng)村多，故平均氣溫比周圍鄉(xiāng)村高（尤其是夜間），于是形成了所謂城市熱島。據(jù)統(tǒng)計(jì)，℃~℃，℃~℃。溫差與城市的大小、性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和緯度有關(guān)。由于城市溫度經(jīng)常比鄉(xiāng)村地區(qū)高（尤其是夜間），氣壓比鄉(xiāng)村低，所以能形成一種從周圍鄉(xiāng)村吹向城市市區(qū)的特殊局地風(fēng)，稱為城市熱島環(huán)流或城市風(fēng)。這種風(fēng)在市區(qū)匯合就會(huì)產(chǎn)生上升氣流。因此，若城市周圍有較多生產(chǎn)污染物的工廠，就會(huì)使污染物在夜間向城市中心輸送，造成嚴(yán)重污染，尤其是夜間城市上空有逆溫層存在時(shí)，污染更加嚴(yán)重?！盁釐u效應(yīng)”引起的城鄉(xiāng)空氣環(huán)流見圖36。 圖36 熱島效應(yīng)引起的城鄉(xiāng)空氣環(huán)流示意圖（a靜風(fēng)時(shí)，b有地方風(fēng)時(shí)）2．山區(qū)下墊面的影響山谷風(fēng)發(fā)生在山區(qū)，是以晝夜為周期的局地環(huán)流，山谷風(fēng)在山區(qū)最為常見，主要是由于山坡和山溝受熱不均而產(chǎn)生的。如圖37所示，在晝間，太陽首先照到山坡上，使山坡上大氣比山溝地帶同一高度的大氣溫度高，形成了由溝谷吹向山坡的風(fēng)，稱為谷風(fēng)。在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷風(fēng)。它們同山坡上升氣流和谷地下降氣流一起形成了山谷局地環(huán)流。在夜間山坡和山頂比谷地冷卻得快，使山坡和山頂?shù)睦淇諝忭樕狡孪禄焦鹊?，形成了山風(fēng)。它們同山坡下降氣流和谷地上升氣流一起構(gòu)成了山谷風(fēng)局地環(huán)流。 圖37 山谷風(fēng)環(huán)流示意圖（a晝間，b夜間）3．水陸交界區(qū)的影響在水陸交界地區(qū)（主要指海陸交界地帶）由于地面和水面的溫差，形成以晝夜為周期的大氣局地環(huán)流，稱為海陸風(fēng)。海陸風(fēng)是由于陸地和海洋的熱力性質(zhì)差異而引起的。如圖38所示，在晝間，由于太陽輻射，陸地升溫比海洋快，在海陸大氣之間產(chǎn)生了溫度差、氣壓差，使低空大氣由海洋流向陸地，形成海風(fēng)，高空大氣從陸地流向海洋，形成反海風(fēng)，它們和陸地上的上升氣流和海洋上的下降氣流一起形成了海陸風(fēng)局地環(huán)流。在夜晚，由于有效輻射發(fā)生了變化，陸地比海洋降溫快，在海陸之間產(chǎn)生了與白天相反的溫度差、氣壓差，使低空大氣從陸地流向海洋，形成陸風(fēng)，高空大氣從海洋流向陸地，形成反陸風(fēng)。它們同陸地下降氣流和海面上升氣流一起構(gòu)成了海陸風(fēng)局地環(huán)流。在大湖泊、江河和水陸交界地帶也會(huì)產(chǎn)生水陸風(fēng)局地環(huán)流，但水陸風(fēng)的活動(dòng)范圍和強(qiáng)度比海陸風(fēng)要小。由此可知，建在海邊地區(qū)的工廠所排放的污染物擴(kuò)散必須考慮海陸風(fēng)的影響，因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)夜間隨陸風(fēng)吹到海面上的污染物，在晝間又隨海風(fēng)吹回來，或者進(jìn)入海陸風(fēng)局地環(huán)流中，使污染物不能充分?jǐn)U散稀釋而造成污染。 圖38 海陸風(fēng)環(huán)流示意圖（a晝間，b夜間）第三節(jié) 大氣污染治理技術(shù)簡介一、顆粒污染物的治理技術(shù) 從廢氣中將顆粒物分離出來并加以捕集、回收的過程稱為除塵。實(shí)現(xiàn)這一過程的設(shè)備、裝置稱為除塵器。 (一)除塵裝置的技術(shù)性能指標(biāo) 全面評(píng)價(jià)除塵裝置性能應(yīng)包括技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩項(xiàng)內(nèi)容。技術(shù)指標(biāo)常以氣體處理量、凈化效率、壓力損失等參數(shù)表示，而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)則包括設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、占地面積等內(nèi)容；本節(jié)主要介紹其技術(shù)性能指標(biāo)。1．煙塵的濃度表示 根據(jù)含塵氣體中含塵量的大小，煙塵濃度可表示為以下兩種形式。(1)煙塵的個(gè)數(shù)濃度單位氣體體積中所含煙塵顆粒的個(gè)數(shù)，稱為煙塵的個(gè)數(shù)濃度，單位為個(gè)/cm3。(2)煙塵的質(zhì)量濃度每單位標(biāo)準(zhǔn)體積含塵氣體中懸浮的煙塵質(zhì)量數(shù)，稱為煙塵的質(zhì)量濃度，單位為mg/Nm3。實(shí)際應(yīng)用中常用質(zhì)量濃度表示煙塵的濃度。 2．除塵裝置氣體處理量 該項(xiàng)指標(biāo)表示的是除塵裝置在單位時(shí)間內(nèi)所能處理煙氣量的大小，是表明除塵裝置處理能力大小的參數(shù)，煙氣量一般用體積流量表示(Nm3/h或Nm3/s)。 3．除塵裝置的效率 除塵裝置的效率是表示除塵裝置捕集粉塵效果的重要指標(biāo)，也是選擇、評(píng)價(jià)除塵裝置的最主要參數(shù)。有總效率、分級(jí)效率、通過率、多級(jí)除塵效率等。(1)除塵裝置的總效率(除塵效率)是指在同一時(shí)間內(nèi)，由除塵裝置除下的粉塵量與進(jìn)入除塵裝置的粉塵量的百分比，常用符號(hào)表示?？傂仕从车氖浅龎m裝置凈化程度的平均值，它是評(píng)價(jià)除塵裝置性能的重要技術(shù)指標(biāo)。(2)除塵裝置的分級(jí)效率分級(jí)效率是指除塵裝置對(duì)某一粒徑為中心，粒徑寬度為范圍的煙塵的除塵效率，具體數(shù)值是用同一時(shí)間內(nèi)除塵裝置除下的該粒徑范圍內(nèi)的煙塵量占進(jìn)入除塵裝置的該粒徑范圍內(nèi)的煙塵量的百分比來表示的，符號(hào)為。 總除塵效率只能表示對(duì)氣流中各種粒徑的顆粒污染物去除效率的平均值，而不能說明對(duì)某一粒徑范圍粒子的去除能力，因此不能完全反映除塵器效果的好壞。引入分級(jí)效率后，即可根據(jù)對(duì)不同粒徑的粉塵去除情況，更準(zhǔn)確地判斷除塵效果的好壞，這樣可以根據(jù)要處理的煙氣中的粒徑分布情況，選擇更適宜的除塵裝置。 (3)除塵裝置的通過率(除塵效果)通過率是指沒有被除塵裝置除下的煙塵量與除塵裝置入口煙塵量的百分比，用符號(hào)表示。 在對(duì)煙氣進(jìn)行除塵時(shí)，主要關(guān)心的是除塵后氣體中還含有多少煙塵量。單從除塵效率看，除塵裝置的這種性能差異表現(xiàn)得不明顯，若用通過率來表示，這種差異就可比較清楚的顯示出來。(4)多級(jí)除塵效率在實(shí)際應(yīng)用的除塵系統(tǒng)中，為了提高除塵效率，經(jīng)常把兩種或多種不同規(guī)格或不同形式的除塵器串聯(lián)使用。這種多級(jí)凈化系統(tǒng)的總效率稱為多級(jí)除塵效率，一般用來表示。 4．除塵裝置的壓力損失 壓力損失是表示除塵裝置消耗能量大小的指標(biāo)，有時(shí)也稱壓力降。壓力損失的大小用除塵裝置進(jìn)出口處氣流的全壓差(△p)來表示。 (二)除塵裝置的分類 除塵器種類繁多，根據(jù)不同的原則，可對(duì)除塵器進(jìn)行不同的分類。 依照除塵器除塵的主要機(jī)理可將其分為：機(jī)械式除塵、過濾式除塵器、濕式除塵器、靜電除塵器等四類。 根據(jù)在除塵過程中是否使用水或其他液體可分為：濕式除塵器、干式除塵器。 此外，按除塵效率的高低還可將除塵器分為：高效除塵器、中效除塵器和低效除塵器。 近年來，為提高對(duì)微粒的捕集效率，還出現(xiàn)了綜合幾種除塵機(jī)理的新型除塵器，如聲凝聚器、熱凝聚器、高梯度磁分離器等。 (三)各類除塵裝置 1．機(jī)械式除塵器 機(jī)械式除塵器是通過質(zhì)量力的作用達(dá)到除塵目的的除塵裝置。質(zhì)量力包括重力、慣性力和離心力，主要除塵器形式為重力沉降室，慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。 (1)重力沉降室重力沉降室是利用粉塵與氣體的密度不同，使含塵氣體中的塵粒依靠自身的重力從氣流中自然沉降下來，達(dá)到凈化目的的一種裝置。分為單層和多層重力沉降室，圖39為重力沉降室的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖39重力沉降室結(jié)構(gòu)示意圖含塵氣流進(jìn)入沉降室后，通過橫斷面比管道大得多的沉降室時(shí)，流速大大降低，氣流中大而重的塵粒，在隨氣流流出沉降室之前，由于重力的作用，緩慢下落至沉降室底部而被清除。重力沉降室是各種除塵器中最簡單的一種，只能捕集粒徑較大的塵粒，一般對(duì)50μm以上的塵粒具有較好的捕集作用，而對(duì)于小于50μm的塵粒捕集效果差，因此除塵效率低，只能作為初級(jí)除塵手段。 (2)慣性除塵器利用粉塵與氣體在運(yùn)動(dòng)中的慣性力的不同，使粉塵從氣流中分離出來的方法稱為慣性力除塵。常用方法是使含塵氣流沖擊在擋板上。氣流方向發(fā)生急劇改變，氣流中的塵粒慣性較大，不能隨氣流急劇轉(zhuǎn)彎，便從氣流中分離出來。 一般情況下，慣性氣流中的氣流速度較高，氣流方向轉(zhuǎn)變角度愈大，氣流轉(zhuǎn)換方向次數(shù)愈多，則對(duì)粉塵的凈化效率愈高，但壓力損失也會(huì)愈大。圖310為慣性除塵原理示意圖。 圖31