污染物扩散模型

6．4．4　大气污染的控制

控制大气污染主要有两种方法，一是堵一是疏，这就是：

掌握污染源，控制污染物的排放，或者对废水废气进行处理后再排放；掌握扩散规律，让排出的污染物尽快扩散，减少空气中有害物质的浓度．

控制污染物排放的主要手段是采用一些技术手段，最大限度地降低废气中的污染物浓度．针对废气中的不同污染物往往采用不同的方法．对废气中的颗粒物主要采用除尘技术，就是应用旋风、布袋过滤和电除尘等方法将固体颗粒物从气体中分离出来．对废气中的气态污染物则主要采用吸收、吸附和催化反应等方法将二氧化硫（SO₂）、氮的氧化物（NO_x）等有害气体从排放物中清除掉．

研究污染扩散规律的方法主要有两种：

其一，实验模拟．如用环境风洞模拟污染物的扩散规律，选择合适的烟囱高度与建厂地点．如图6－13所示，采用水槽来模拟大气层污染扩散，图6－13（a）是实际地形，图6－13（b）是在均匀流中扩散的情况，图6－13（c）是在分层流即在模拟逆温层中的扩散情况．通过对各种不同大气状况下污染物的扩散试验，可了解建厂后污染物的扩散规律，为厂址选择和烟囱高度值提供基本数据．

其二，数值模拟．建立污染空气运动的动力学模型，应用流体扩散原理建立相应的数学方程，从理论上计算出影响污染物扩散的因素，并对不同的工况进行数值模拟，为最佳建厂方案提供依据．

图6－13　采用拖曳水槽作大气层污染扩散模拟实验

图6－14　一个最简单的污染扩散模型

例如，考虑如图6－14所示的一个方形立体空间，设

　　空气流入箱子的流量：　　Q（体积/时间）；

　　箱子体积：　　　　　　　V（体积）；

　　箱内污染物的平均浓度：　C（重量/体积）；

　　污染物排放率：　　　　　P（重量/时间）；

　　空气风速：　　　　　　　v（长度/时间）．

根据物质不灭定律，或称物质守恒定律，有

　　进入箱内的污染物－排出箱内的污染物＝箱内污染物的聚积，即

如果箱内初始污染物的浓度为零，于是

当时间足够长时，污染物浓度趋于C₀：

根据这个结果，我们可以提出控制污染的途径：

（1）P小，减少排污源与排污量；

（2）v大，寻找风速较大、空气较流通的地方建厂；

（3）h大，寻找无逆温层，或逆温层混合高度较高的地方建厂；

（4）L大，寻找地带开阔、污染源分散的地方建厂．

对实际情况的研究往往要采用更加复杂的模型，方程和边界条件也更加复杂，一般无法获得用简单的数学表达式表达的解，这只能通过数值计算方法来获得结果，这个过程往往称为研究大气污染的数值模拟方法．