1、 1 大气污染治理工程习题解 2 前 言 3 第一章 概论 1.1 计算干洁空气中 N2、 O2、 Ar 和 CO2 气体质量百分数。 解：由表 1-1 查得干洁空气中各气体的体积百分数如下： N2 O2 Ar CO2 78.08 20.95 0.93 0.03 以 N2 为以例，计算其质量百分 数 已知 N2 分子量为 28.016，干洁空气平均分子量为 28.966， N2的质量百分数： N2%= %52.75%1 0 09 6 6.28 %08.780 1 6.28 同理得： N2 O2 Ar CO2 体积百分数（ %） 78.08 20.95 0.93 0.03 质量百分数（ %） 7
2、5.52 23.14 1.28 0.0456 1.2 根据我国的环 境空气质量标准求 SO2、 NO2、 CO 三种污染物二级标准日平均质量浓度限值的体积分数。 解：由表 1 6 查得三种污染物二级标准（日平均质量浓度）为： SO2 NO2 CO Cm(mg/m3) 0.15 0.08（ 2012） 4.00 以 SO2 为例计算体积分数 Cv= 3104.222SOmMC 33 104.2264 1015.0 =0.053 10-6 =0.053 10-4 % 同理得： SO2 NO2 CO 体积百分数（ %） 0.053 10-4 % 0.0389 10-4 % 3.20 10-4 % 1
3、.3 CCl4 气体和空气混合成体积百分数为 1.5 10-2%的混合气体，在管道中流量为 10m3/s， 试确定。 （ 1） CCl4 在混合气体中的质量浓度 Cm（单位 g/m3）和浓度 Cm （单位 mg/mol）。 （ 2）每天流经管道的 CCl4 质量是多少 kg 解：已知 1544 CClM1.5 10-2%=1.5 10-4 （ 1） Cm = 334 /03.11 5 4104.22 105.1 mg Cm=1.5 10-4 154 10-3=2.31 10-5kg/mol 4 （ 2）已知： 1d=86400s 每天流经管道的 CCl4 质量： 1.03 10 10-3 86
4、400=889.92kg/d 1.4 成人每次吸入的空气量平均为 500cm3，假如每分钟呼吸 15 次，空气颗粒物的质量浓度为 200 g/m3。试计算每小时沉积于肺泡上的颗粒物质量。已知颗粒物在肺泡上的沉积系数为 0.12。 解：成人每次吸入空气量： 500cm3=5.0 10-4m3 每小时吸入空气量： 5.0 10-4m3 15 60=0.45m3/h 每小时吸入颗粒物量： 0.45 200=90 g/h 沉积在肺泡上颗粒物量： 90 0.12=10.8 g/h 1.5 地处平原的某城市远郊区的工厂烟囱有效高度 50m，若烟尘排放控制系数 Pe=27t/（ m2 h），求烟尘的允许排放
5、量。若排放量为 0.08t/h,试求烟囱有效高度的最小值。 解：由点源烟尘排放率计算式： Qe=Pe He2 10-6得 烟尘允许排放量： Qe=27 502 10-6=0.068t/h 由 Qe=Pe He 10-6得 He=ee PQ 610 271008.06 =54m 第二章 燃烧与大气污染 2.1 已知重油元素分析结果为： C： 85.5% H： 11.3% O： 2.0% N：0.2% S： 1.0% 试计算： 燃烧 1kg重油所需的理论空气量和产生的理论烟气量；干烟气中 SO2的质量浓度和 CO2的最大质量浓度；当空气的过剩量为 10%时，所需的空气量及产生的烟气量。 解： 已知
6、 1kg重油中各成分的含量如下： 质量 /g 摩尔数 /mol（按原子数计） 需氧数 /mol C 855 71.25 71.25 H 113 112.10 28.25 N 2 0.143 0 0.071（ N2） S 10 0.3125 0.3125 O 20 1.25 -0.625 5 所需理论氧气量为： 71.25+28.25+0.3125-0.625 =99.188mol/kg 重油 需要的理论空气量为： 99.188 （ 1 + 3.78） =474.12mol/kg 重油 即： 474.12 22.4/1000 =10.62m3/kg 重油（标态） 理论空气量条件下的烟气组成（ m
7、ol）为： CO2： 71.25 H2O： 56.5 SOx： 0.3125 N2： 99.188 3.78+0.071 理论烟气量为： 71.25+56.5+0.3125+99.188 3.78+0.071 =503.03mol/kg 重油 503.03 22.4 10-3 =11.27m3/kg 重油 （标态） 干烟气量为： 503.03-56.5 =446.53mol/kg 重油 即： 446.53 22.4 10-3 =10.00m3/kg 重油 （标态） SO2 量为： 0.3125 0.97 =0.3031mol/kg 重油（认为 S 的生成物中 SO2 占 97%） 干烟气中 S
8、O2 的质量浓度为： 0.3031 106/446.53 =678.79 4.2264 =1939.40mg/m3 假设 C 全部生成 CO2，则 CO2 的量为 71.25mol/kg 重油。 CO2 的最大质量浓度 为： 4.22441053.446 25.71 3 3/43.313 mg 当空气过剩 10%时，空气过剩系数 =1.1 则实际的空气量为： 10.62 1.1=11.682m3/kg 重油 实际烟气量为： 6 0)1( aofgfg VVV 62.10)11.1(27.11 m33.12 3/kg 重油 2.2 煤的元素分析结果（质量百分数） 是： S 0.6% H 3.7%
9、 C 79.5% N 0.9% O 4.7% 灰分： 10.6%。 在空气过剩 20%下完全燃烧， 当忽略大气中 N2 生成的 NO，燃料氮 （ 1） 50%被转化 NO 时， （ 2） 20%被转化 NO 时，计算烟气中 NO 的质量浓度。 解：（ 1）以 1kg 煤为基础，则 N 被 50%转化为 NO 时 质量 /g 摩尔数 /mol 需氧数 /mol 烟气量 /mol S 6 0.1875 0.1875 0.1875 H 37 18.5 9.25 18.5 C 795 66.25 66.25 66.25 N 9 0.6424 0.1606 0.3212 O 47 1.469 -1.46
10、9 则理论需氧 量： 0.1875+9.25+66.25+0.1606-1.469 =74.38mol/kg 煤 理论空气量为： 74.38 (1+3.78) =355.54mol/kg 煤 理论烟气量为： 0.1875+18.5+66.25+0.3212+74.38 3.78 =366.42mol/kg 煤 实际烟气量为： 366.42+355.54 0.2 =437.53mol/kg 煤 NO 的质量浓度为： 61053.4373212.0 ppm12.734 304.22 12.734 3/2.983 mmg 7 （ 2）以 1kg 煤为基础，当 N 20%被转化时 质量 /g 摩尔数
11、/mol（以原子数计） 需氧数 /mol 烟气量 /mol S 6 0.1875 0.1875 0.1875 H 37 37 9.25 18.5 C 795 66.25 66.26 66.25 N 9 0.6424 0.06424 0.1285 O 47 1.469 -1.469 则理论需氧量为： 0.1875+9.25+66.25+0.06425-1.469 =74.28mol/kg 煤 1kg 煤完全燃烧所需要的理论空气量为： 74.28 (1+3.76) =353.57mol/kg 煤 理论烟气量为： 0.1875+18.5+66.25+0.1285+74.28 3.76 =364.36
12、mol/kg 煤 实际烟气量为： 364.36+353.57 0.2 =435.07mol/kg 煤 NO 的摩尔数为： 0.6425 0.2 =0.1285 则 NO 在烟气中的质量浓度为： 61007.4351285.0 4.2230 3/6.395 mmg 2.3 某锅炉燃用煤气成分体积比为： H2S0.2%、 CO25%、 O20.2%、 CO28.5%、 H213.0%、 CH40.7%、N252.4%。空气含湿量为 12g/m3(标态 )， =1.2 时，试求实际所需空气量和燃烧时产生的实际烟气量。 解：以 1kmol 煤气计，则（ 2 分） 摩尔数 /mol 需氧量 /mol 烟
13、气量 /Lmol H2S 2 3 4 CO2 50 0 50 O2 2.0 -2 0 8 CO 285 142.5 285 H2 130 65 130 CH4 7 14 14+7=21 N2 524 0 524 1） 由上表可知理论需氧量为： 3-2+142.5+65+14=223.5mol/kmol 煤气 =222.5L/（ m3 煤气）（ 2 分） 理论干空气量： 222.5 (1+3.78) =1063.55L/（ m3 煤气）（ 2 分） 实际空气量： 1063.55 2.11 0 0 04.2218121 3/315.1295 m （ 2 分） 2）理论干烟气量： 4+50+285+
14、130+21+524+223.5 3.78 =1855.05L/m3（ 2 分） 实 际烟气量： 1855.05+(1295.315-1063.55) =2086.815L/m3 煤气（ 2 分） 2.4 烟道气各组分的体积分数为： CO2 11%、 O2 8% 、 CO 2%、 SO20.012%、颗粒物的质量浓度为 30.0g/m3（ 测定状态下），烟道气流量在 93310Pa 和 443K 条件下为 566.37m3/min，水汽体积分数为 8%。试计算：（ 1）过量空气的百分数；（ 2） SO2排放的质量浓度（单位： mg/m3） ，（ 3） 在标准状态下（ 1.013 105Pa 和
15、 273K），干烟气的体 积；（ 4）在标准状态下颗粒物的质量浓度。 解：（ 1）由已知条件可得 N2的体积含量为： 100%-11%-8%-2%-0.012% =79% 所以过量空气百分数为： 由式 2.22： =1+)5.0(266.0 5.020 pzpzp p COON COQ %)25.0%8(%792 6 6.0%25.0%8 =50% （ 2）在 P=93310Pa， T=443K 下， SO2 的排放浓度为： 0.012% 106 4.22644 4 32 7 3100 1 3.1 9 3 3 1 05 =195mg/m3 （ 3）在标态下干烟气的体积为： 9 5663.37
16、(1-8%)44310013.1 27393310 5 min/29573m （ 4）在标态下颗粒物的浓度为： 27393310 44310013.10.30 5 3/8.52 mg 2.5 某燃油锅炉尾气， NO 排放标准为 287.5mg/m3，若燃油的分子式为 C10H20Nx，在 50%过剩空气条件下完全燃烧，燃料中的氮 50%转化为 NO，不计大气中 N2转变生成的 NO。计算在不超过排放标准情况下，燃料油中氮的最高质量分数。 解：以 1molC10H20Nx燃烧为基础，则 需氧量（ mol）： 10+ 4154420 xx 理论空气量（ mol）： 4.76 415 x实际空气量（
17、 mol） :1.5 4.76 415 x在理论空气量下产生的理论烟气体积为： CO2： 10mol， H2O： 10mol、 NO： 2x ， N2： 3.764415 xx 理论烟气量（ mol）为： 10+10+ xxxx 69.14.76441576.32 实际烟气量（ mol）为：（ 76.4+1.69x） +0.5 41576.4 x=112.1+2.285x NO 的浓度： 61030 4.225.2 8 72 8 5.21.1 1 2 2 xx x 0.048 即燃料油中 N 的最大允许含量为： 048.014201210 048.014 %478.0 2.6 某燃油锅炉每小时
18、耗油 4.8t，油的低位发热量 Q1=40614kJ/kg， =1.3，安装有省油器 =0.15，求该锅炉每小时排放的烟气量。 解：（ 1）由式 2.14 计算理论空气量 210187.4 4061485.0210187.485.03310 QV a 标态)/(25.10 3 kgm （ 2）由式 2.24 求每 kg 油燃烧产生的烟气量 10 oafg VQV )1(4 1 8 711.1 1 =1.11 25.10145.1418740614 =15.38（ m3/kg）（标态） （ 3）每小时产生的烟气量 15.38 4800 =73824m3/h（标态） 第三章 污染气象学基础知识 3
19、.1 在高塔下测得下列气温资料，试计算各层大气的气温直减率： r1.5-10、 r10-30、 r30-50、 r30-50、 r1.5-50，并判断各层大气稳定度。 高度 Z/m 1.5 10 30 50 气温 T/K 298 297.8 297.5 297.3 解：已知 r=- T/ Z rd=0.98K/100m 以 r1.5-10为例计算 r1.5-10=-(297.8-298)/(10-1.5)=0.0235K/m=2.35K/100m 因为 r1.5-10rd ，所以大气不稳定 总的计算结果及判断列于下表。 r1.5-10 r10-30 r30-50 r1.5-30 r1.5-50
20、 2.35 1.5 1.0 1.75 1.44 不稳定 不稳定 中性 不稳定 不稳定 3.2 某石油精炼厂自平均有效源高 60m处排放的 SO2质量为 80g/s，有效源高处的平均风速为 6m/s，试估算冬季阴天正下风方向距烟囱 500m处地面上的 SO2浓度。 解：根据 题设条件，由表 3-8 查得稳定度级别为 D，由表 3-9 查得 y=35.3m z=18.1m C（ x,0,0,H） = 222ex p zzy Hu q = 221.182 60exp1.183.35614.3 80=2.73 10-5g/m3 =2.73 10-2mg/m3 3.3 据估计，某燃烧着的垃圾堆以 3g/s 的速率排放氮氧化物。在风速为 7m/s 的阴天夜里 ，源的正下风方向 3km处的平均浓度是多少？假设这个垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。
