第4讲 物理性污染控制.docx

1、第4讲 物理性污染控制第4讲 物理性污染控制4.1噪声污染及其控制4.1.1噪声源的种类及特点一切可听声都有可能被判定为噪声，噪声控制的目的就是降低或消除可听声，噪声的测量也局限在可听声。可听声的频率范围一般在20Hz-20kHz，频率低于20Hz的声称为次声，频率高于20kHz的声称为超声。噪声的分类方法较多，从区分自然现象和人为因素产生的噪声角度出发可分为自然噪声和人为噪声；按噪声辐射能量随时间的变化可分为稳态噪声、非稳态噪声和脉冲噪声；按频率分布可分为低频噪声（1000Hz）。环境声学一般从城市环境和噪声产生的机理进行分类。按城市环境可将噪声分为交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声和社会生活

2、噪声；按发生机理可将噪声分为机械噪声、空气动力噪声及电磁噪声。机械噪声是指机械部件之间在摩擦力、撞击力和非平衡力的作用下振动而产生的噪声。机械噪声的特征与受振部件的大小、形状、边界条件、激振力的特性有关。空气动力性噪声是指高速气流、不稳定气流以及由于气流与物体相互作用产生的噪声。空气动力性噪声的特征与气流的压力、流速等因素有关。电磁噪声是指电磁场的交替变化，引起某些机械部件或空间容积振动产生的噪声。电磁噪声的特征主要取决于交变磁场特性、被激发振动部件和空间的大小形状等。4.1.2噪声的物理度量人耳听觉系统所能感受到的信号称为声音。从物理学观点来看，声音是一种机械波，是机械振动在弹性介质中的传播

3、。机械振动是声波产生的根源，弹性介质的存在是声波传播的必要条件。弹性介质可以是气体、液体和固体，声波在上述介质中传播，相应地称为空气声、液体声和固体声。声波在空气和液体中传播，传播介质的质点振动方向和声波传播方向相同，称这种波为纵波。声波在固体中传播，质点的振动方向和声波传播方向可能相同称为纵波，也可能垂直则称为横波。（1）描述声波的基本物理量周期：声源振动每往复一次的时间间隔，用字母 T 表示，单位是秒（s）。频率：声源在 1 秒时间完成的振动次数，用字母 | 表示，单位是赫兹，简称为赫，符号为 H Z 。波长：沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或振动相位相同而且相距最近两点间的距离

4、，用字母 l 表示，单位是米。声速：声波在介质中的传播速度，用 c 表示。声速、频率和波长之间的关系为 （2）描述噪声的基本物理量描述噪声可采用两种方法：一是对噪声进行客观量度，即将噪声作为物理扰动，用描述声波客观特性的物理量来反映；二是对噪声进行主观评价，因为噪声涉及人耳的听觉特性，根据听者感觉的刺激来描述。 噪声的客观度量用声压、声强和声功率等物理量表示。声压和声强反映了声场中声的强弱，声功率反映了声源辐射噪声的大小。声压、声强和声功率等物理量的变化范围非常大，可以在六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激的反应不是线性的，而是成对数比例关系，所以实际应用中采用对数标度，以分贝（d

5、B）为单位，即分别为声压级、声强级和声功率级等无量纲的量来度量噪声。 级是物理量相对比值的对数。分贝是级的一种无量纲单位。对于声强、声功率等反映功率和能量的物理量，分贝数等于两个量比值的常用对数乘以10。如两个声功率值分别为 W1和W2 ，则分贝数为n=101g(W1/W2)。 对于声压、质点振动速度等描述声场、电磁场等的物理量，分贝数等于两个量比值的常用对数乘以 20。当两个声压值分别为 P1和P2时，声压级为 n=201g(P1/P2)。采用级进行噪声计量，可以使数值变化缩小到适当范围，与人耳的感觉接近。 声压、声压级 由于声波的存在而产生的压力增值即为声压，单位是帕（Pa）。长期沿用的微

6、巴（bar）也是声压单位，两者关系为 1帕=10微巴。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替变化的。但通常所讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值。 声功率、声功率级 声功率是指单位时间内声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声检测中，声功率是指声源总声功率，单位是“瓦”，记作 W 。 声强、声强级 声强是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向单位面积的声能量，单位是“瓦/米2” ，记作“ W/m2” 。 噪声频谱能够清晰地表示出一定频带范围内的声压级分布情况，从中可以了解噪声的成分和性质，这就是频谱分析。频谱分析有助于了解声源特性，频谱中各峰值所对

7、应的频率（带）就是某声源造成的，找到了主要峰值声源就为噪声控制提供了依据。 4.1.3噪声的评价与标准噪声的评价量和评价方法有十几种，常用的评价量有响度和响度级、噪度和感觉噪声级、总声压级、计权声级和计权网络、等效连续A声级昼夜等效声级。常用的评价方法有噪声对语言干扰的评价、城市公共噪声的评价、交通噪声的评价、脉冲噪声的评价等评价方法，下面对与企业生产活动关系密切的噪声的评价量和评价方法进行主要介绍。（1）响度级响度级是表示声音响度的量，既考虑声音的物理效应，又考虑声音对人耳听觉的生理效应，是噪声的主观评价量之一。响度级是以1000Hz的纯音为基准音，以其他频率的纯音（噪声）和1000Hz纯音

8、相比较，调整噪声的声压级，使其和基准纯音听起来一样响，则该噪声的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级。响度级记为LN，单位是方（hpon）. 60dB、1000Hz的纯音响度级是60方，而声压级为67dB的100Hz的纯音与60dB、1000Hz的纯音听起来一样响。因此，声压级为67dB的100Hz的纯音的响度级也是60方。（2）噪度噪度是与人们主观判断噪声的“吵闹”程度成比例的数值量，噪度的单位是呐（noy）。定义在中心频率为1000Hz的倍频带上，声压级为40dB的噪度为1noy。噪度为3noy的噪声听起来是噪度1noy噪声的3倍“吵闹”。（3）语言清晰度指数语言清晰度指数是指一个正常的语

9、言信号能被听者听懂的百分数。其评价通常在特定的实验条件下来进行，选择具有正常听力的男性和女性组成特定的试听队，对经过仔细选择的包括意义不连贯的章节和单句组成的试听材料进行测试。经过实验测得听者对音节所做出的正确响应与发送的章节总数之比的百分数，称为音节清晰度S，若为有意义的语言单位，则称为语言可懂度，即语言清晰度指数SI。（4）语言干扰级人们在交谈时，背景噪声的大小会影响交谈的清晰度，为确定背景噪声对交谈的干扰程度，常用语言干扰级（SIL）来描述（5）噪声评价数曲线为了表示不同声级和不同频率的噪声对人造成的听力损失、语言干扰和烦恼的程度，国际标准化组织推荐使用一簇噪声评价曲线，即NR曲线，又称

10、噪声评价数NR。它是由Kosten和Vanos于1962年提出的，可用于室内噪声评价或外界噪声评价，也可用于噪声控制工程评价。噪声污染级是用来评价人对噪声的烦恼程度的一种评价量，它是由综合能量平均值和变动特性两塲影响而提出的评价值，因此，它既包含了对噪声能量的评价，同时也包含了噪声涨落的影响。噪声污染级用标准偏差来反映噪声的涨落，标准偏差越大，表示噪声的离散程度越大，即噪声的起伏越大。噪声污染级用符号：LNP表示。我国目前颁布实施的噪声法规及标准有环境噪声污染防治法、声环境质量标准、交通运输限值标准、产品限值标准和噪声排放标准等几大类。下面介绍生产企业环境管理中常用的声环境质量标准和工业企业噪

11、声卫生标准。（1）声环境质量标准2008年10月1日实施的声环境质量标准（GB3096-2008）规定了五类环境功能区的环境噪声限值及测量方法。该标准适用于声环境质量评价与管理。机场周围区域不适用于该标准。按区域的使用功能特点和环境质量要求，声环境功能区分为以下五种类型。0类声环境功能区:指康复疗养区等特别需要安静的区域。1类声环境功能区:指以居民住宅、医疗卫生、文化教育、科研设计、行政办公为主要功能，需要保持安静的区域。2类声环境功能区:指以商业金融、集市贸易为主要功能，或者居住、商业、工业混杂，需要维护住宅安静的区域。3类声环境功能区:指以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周

12、围环境产生严重影响的区域。4类声环境功能区:指交通干线两侧一定距离之内，需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域，包括4a类和4b类两种类型。4a类为高速公路、一级公路、二级公路、城市快速路、城市主干路、城市次干路、城市轨道交通(地面段)、内河航道两侧区域；4b类为铁路干线两侧区域。各类声环境功能区使用于下表规定的环境噪声等效声级限值 表4-1 环境噪声限值声环境功能区类别时段昼间夜间0类50401类55452类60503类65554类4a类70554b类7060（2）工业企业噪声卫生标准1980年1月1日开始试行工业企业噪声卫生标准规定，对于新建、扩建、改建的工业企业的生产车间和作业场所

13、的工作地点，其噪声标准为85dB(A)；对于现有企业经过努力，暂时达不到标准的，其噪声容许值可取90dB(A)，对于每天接触噪声不到8h的工种，根据企业种类和条件，噪声标准可按下表适当放宽。表4-2 车间内部允许噪声级每个工作日噪声曝露时间/h8421新建、扩建、改建企业允许噪声级/dB(A)85889194现有企业的允许噪声级/dB(A)90939699最高噪声级/dB(A)不得超过115工业企业噪声卫生标准对噪声的频谱特性未作明确的规定，国际标准化组织曾先后建议噪声评价数NR=85dB、NR=80dB作为听力损失的危险标准，这与上述标准一致，可作为使用时参考。（3）工业企业厂界环境噪声排放

14、标准2008年10月1日实施的工业企业厂界环境噪声排放标准（GB12348-2008）规定了工业企业和固定设备厂界噪声排放限值及其测量方法。该标准适用于工业企业噪声排放的管理、评价及控制。标准规定工业企业厂界环境噪声不得超过下表规定的排放限值。表4-3 工业企业厂界环境噪声排放限值 单位：dB(A)厂界外环境功能区类别时段昼间夜间0类50401类55452类60503类65554类7055（4）工业企业噪声控制设计规范（GBJ87-1985）规定了工业企业厂区内各类发点噪声A声级的噪声限值，见下表，表中限值为工作8h的情况，当每天噪声暴露时间不足8h，按噪声暴露时间减半，噪声限值增加3dB(A

15、)处理。表内的室内背景噪声是指室内无声源发声条件下，从室外经由墙、门、窗（门窗开闭状态为常规状态）传入室内的平均噪声值。表4-3工业企业厂区内各类地点噪声标准 单位：dB(A)地点类别噪声限值生产车间及作业场所（工人每天连续接触噪声8h）无电话通话要求时90有电话通话要求时75高噪声车间设置的值班室，观察室、休息室（室内噪声背景值）70精密装配线、精密加工车间的工作地点、计算机房（正常工作状态）70车间所属办公室、实验室、设计室（室内背景噪声级）70主控制室、集中控制室、通信室、电话总机室、消防值班室（室内背景噪声级）60厂部所属办公室、会议室、设计室、中心实验室（包括试验、化验、计量室）（室

16、内背景噪声级）60医务室、教室、哺乳室、托儿所、工人值班宿舍（室内背景噪声级）55（5）建筑施工场界环境噪声排放标准2012年7月1日实施的建筑施工场界环境噪声排放标准（GB12523-2011）规定了建筑施工场界环境噪声排放限值及测量方法。该标准适用于周围有噪声敏感建筑物的建筑施工噪声排放的管理、评价及控制。该标准不适用于抢修、抢险施工过程中产生噪声的排放监管。建筑施工过程中场界环境噪声不得超过表4-5规定的排放限值。表4-5 建筑施工场界环境噪声限值 单位：dB(A)昼间夜间70554.1.4噪声控制技术根据声波的传播特性，对噪声的控制技术分为吸声技术、隔声技术、消声技术。（1）吸声技术吸

17、声的基本原理是利用一定的吸声材料或吸声结构来吸收声能，从而达到降低噪声强度的目的。吸声材料降噪是利用吸声材料松软多孔的特性来吸收一部分声波，当声波进入多孔材料的孔隙之后，能引起孔隙中的空气和材料的细小纤维发生振动，由于空气与孔壁的摩擦阻力、空气的粘滞阻力和热传导等作用，相当一部分声能就会转变成热能而耗散掉，从而起着吸声降噪作用。工业与民用建筑的墙壁一般是由硬而实的材料构成，如混凝土天花板、抹灰墙面及水泥地面等。这些材料与空气的特性阻抗相差较大，吸声能力较小，反射能力较强，入射声波遇到此类壁面很容易发生反射，如果室内声源向空间辐射声波时，接收者听到的不仅有从声源直接传来的直达声，还有经过壁面一次

18、和多次反射形成的混响声，当两个声音到达人耳的时间差在50毫秒之内时，人耳往往分辨不出是两个声音。因而由于直达声与混响声的叠加，会增强增收者听到的声音强度，同一台机器在室内时，给人的感觉比在室外响得多。试验表明，在室内离噪声源较远区域的声音强度，可比室外高出约10dB(A)左右。能够吸收较高声能的材料或结构称为吸声材料或吸声结构。如果将吸声材料或吸声结构安装在房间内表面，使其吸收部分入射到壁面上的声能，使反射声减弱，接收者听到的只有直达声和已减弱的混响声，使总噪声级降低，这种降低噪声的方法在工程上称作吸声技术，简称吸声。吸声处理可使一般建筑室内的噪声级降低35dB(A)，使混响声较强的车间降低6

19、-10dB(A)。（2）隔声技术用构件将噪声源和接收者分隔开，阻断噪声在空气中的传播，从而达到降低噪声目的的措施称作隔声。采用隔声措施控制噪声，工程上称为隔声技术。隔声技术是噪声控制中常用的技术之一，常见的隔声处理方式有隔声墙、隔声间、隔声罩和隔声屏障等。对于隔声的研究可分为两类：一是空气声的隔绝，二是固体声的隔绝。（3）消声技术消声技术是通过消声器的应用降低噪音。消声器是消减气流噪声的装置，把它接在管道中或进、排气口上，能让气流通过，对噪声具有一定的消减作用。消声器的性能主要从三个方面进行评价。一是消声性能，包括消声量的大小和频谱特性（消声频率范围的宽窄）两个方面。消声量一般用传声孙河和插入

20、损失来表示也可以用排气口或进气口处两端声级表示。消声器的频谱特性一般以倍频程、1/3倍频程等的消声量来表示。二是空气动力性能，阻力损失通常是用消声器入口和出口的全压差来表示；在气流通道上安装消声器，必然会影响空气动力设备的空气动力性能。如果只考虑消声器的消声性能而忽略空气的动力性能，则在某种情况下，消声器可能会使设备的效能大大降低，甚至无法正常使用。三是结构性能，结构性能对于具有同样消声性能和空气动力性能的消声器的使用具有十分重要的现实意义。一般的，几何尺寸越小，使用寿命越长，则结构性能越好。4.1.5噪声控制技术的实际应用-柴油发电机房噪声控制工程（1）噪声源柴油发电机组是动力系统中噪声级较

21、高的设备之一。据现场类比测试，该机组在未做声学处理的机房内，距离机组1m处的噪声级可达104dB，其频率特性以低、中频为主，噪声级峰值频率范围为1252000Hz。机房进、排风口处噪声级分别是93dB和96dB。排烟道口距离2m处为86dB（已安装与机组配套的抗性消声器）。机房噪声向外传播的主要途径有进、排气口，排烟道出口，机房围护结构的薄弱环节如输油管道接口，隙缝、门和墙体的声透射。（2）治理措施机房进风口片式阻性消声器经计算确定进风消声器尺寸：长宽高分别为3000mm、3000mm、2600mm、片厚200mm、片间距150mm，内填密度为32kg/m3离心玻璃棉，外包无碱玻璃棉，护面板为

22、镀锌空孔钢板，板厚1mm，孔直径5mm,穿孔率20%，设计消声量为25dB。机房排风口片式阻性消声器排风口消声器尺寸：长、宽、高分别为3000mm、2000mm、2000mm，有关参数的确定与进风消声器相同。设计消声量为25dB。排烟道阻抗复合式消声器排烟道出口位于机房屋顶，辐射噪声以低频为主，峰值位于125Hz左右。由排烟扩容室和片式阻性消声器组成。设计消声量为25dB机房内壁面吸声处理为降低机房内的混响声，同时也减少机房向外辐射的声能，拟在机房平顶和周围内墙面安装吸声结构。设计降噪量为10dB。机房隔声门大楼和机房相连的门采用多层轻质隔声门。设计隔声量35dB。4.2振动污染及其控制 4.

23、2.1振动污染介绍环境中存在着各种各样的振动现象。振动是噪声的主要来源，同时，振动还通过基础传向各方，而环境科学所指的振动污染是指对人体及生物带来有害影响的振动。振动会引起人体内部器官的振动或共振，从而导致疾病的发和，对人体造成危害，严重时会影响人们的生命安全，因此振动污染是一种不可忽略的公害。振动以弹性波的形式在基础、地板墙壁中传播，并在传播过程中向外辐射噪声，这也是一种噪声污染，会造成危害。4.2.2振动的物理度量描述振动的物理量有：频率、位移、速度和加速度。人体对振动的感觉与振动频率的高低、振动加速度的大小和在振动环境中暴露时间长短有关，也与振动的方向有关。振动的评价标准可以用不同的物理

24、量来表示，用得比较多的有加速度级和振动级。评价振动对人体的影响远比评价噪声复杂。振动强弱对人体的影响，大体上有四种情况：（1）振动的感觉阈，人体刚能感觉到振动，对人体无影响；（2）振动的“不舒服阈”，这时振动会使人感到不舒服；（3）振动的“疲劳阈”，它会使人感到疲劳，从而使工作效率降低，实际生活中以该阈为标准，超过者被认为有振动污染；（4）振动的“危险阈”，此时振动会使人们产生病变。我国 “城市区域环境振动标准”（GB10070-88）中在工业集中区铅垂向振级标准值昼间不超过75dB,夜间不超过72dB。4.2.3振动控制技术振动控制过程与噪声控制类似，但比较复杂。从不同的观点出发，已形成不同

25、的控制分类方法，受到普遍重视且广泛采用的振动控制方法是针对“振源”采取消振措施，振源与受控对象之间采用隔振措施，对受控对象进行结构修改、采取阻振、吸振措施。消振，即控制振动源振动。消除或减弱振源，这是最彻底和最有效的办法。因为受控对象的响应是由振源激励引起的，振源消除或减弱，响应自然也消除或减弱。如改善平衡性能、改变扰动力的作用方向、增加机组的质量、在机器上装设动力吸振器等。消振过程中要特别注意共振的控制，共振是振动的一种特殊状态，当振动机械所受到的扰动力的频率与设备固有频率相一致的时候，就会使设备振动得更加厉害，甚至起到放大作用，它可能成为主要噪声源或引起结构疲劳损伤。隔振是使振动传输不出去

26、，从而消除振动的不良影响。通常是在振源与受控对象之间串加一个子系统来实现隔振，用以减小受控对象对振源激励的响应，这是一个应用非常广泛的减振技术。实际生产中一般采用以下几种方法实现隔振：（1）使用大型基础，这是最常用和最原始的办法；（2）防振沟。在机械振动基础的四周开设一定宽度和浓度的沟槽，里面填以松软物质（如木屑、沙子等）用来隔离振动的传递。（3）采用隔振元件，通常在振动设备下安装隔振器，如隔振弹簧、橡胶垫等，使设备和基础之间的刚性连接变成弹性支撑。吸振又称动力吸振，是在受控对象上附加一个子系统使得某一频率的振动得到控制，称为动力吸振，也就是利用吸振器产生吸振力以减小受控对象对拔尖激励的响应，

27、这种技术应用也十分广泛。阻振，又称阻尼减振是在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量使响应最小，也常用外加阻尼材料的方法来增大阻尼。阻尼可使沿结构传递的振动能量衰减；还可减弱共振频率附近的振动。阻尼材料是具有内损耗、内摩擦的材料，如沥青、软橡胶以及其他高分子涂料。修改结构，是通过修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定的要求，不需要附加任何子系统的振动控制方法。动力学特性参数是指影响受控对象质量、劲度与阻尼特性的那些参数，如惯性元件的质量、转动惯量及其分布等。此外，也有按是否需要能源，将振动控制分为无源振动控制与有源振动控制，前者又称为被动振动控制，后者又称为主动振动控制。主动振动控制

28、包括开环控制和闭环控制，目前发展比较迅速，并正向工程化方向发展。4.2.4振动控制技术的实际应用（1）动力吸振器动力吸振是振动控制中常用的方法之一，通过动力吸振器吸收主振动系统的振动能量，可以达到降低主振动系统的振动目的。动力吸振器分为无阻尼吸振器、阻尼动力吸振器和动力复式吸振器，各种动力吸振器依据各自特点有不同的适用条件。（2）钢弹簧隔振器钢弹簧隔振器是常用的一种隔振器，它有螺旋弹簧式隔振器和板条式钢板隔振器两种类型。螺旋弹簧式隔振器应用非常普遍，如各类风机、空气压缩机、破碎机、压力机、锻锤机等都可以采用。板条式钢板隔振器由多根钢板叠加在一起构成，它在充分利用钢板良好的弹性的同时，还极好地利

29、用了钢板变形时在钢板之间产生的摩擦阻尼，以达到一定的摩擦阻尼比。板条式隔振器多用于汽车的车体减振，在只有单方向冲击载荷的场合也可以使用板条式隔振器。（3）橡胶隔振器橡胶隔振器是工程中常用的一种隔振装置。橡胶隔振器最大的优点是本身具有一定的阻尼，在共振点附近有较好的隔振效果。橡胶隔振器通常采用硬度和阻尼合适的橡胶材料制成，根据承力条件的不同可以分为压缩型、剪切型、压缩剪切复合型等。（4）空气弹簧空气弹簧也称“气垫”这类隔振器的隔振效率高，固有频率低，而且具有黏性阻尼，因此，具有良好的隔振性能。这种减振器在橡胶空腔内充入一定压力的气体，使其具有一定的弹性，从而达到隔振的目的，空气弹簧一般附设有自动

30、调节机构。每当负荷改变时，可调节橡胶腔内的气体压力，使之保持恒定的静态压缩量。空气弹簧多用于火车、汽车和一些消极隔振的场合。（5）防振沟在振动波传播的途径上挖沟，以阻止振动的传播，这种沟叫做“防振沟”。如果振动是以在地面传播的表面波为主，采用防振沟的方法十分有效。一般来说，防振沟愈深，隔振效果越好，而沟的宽度对隔振效果影响不大。4.3放射性元素辐射污染及其防治4.3.1放射性污染基础知识介绍构成环境辐射的射线主要来源于以下几方面：（1）宇宙射线，包括从宇宙空间进入地球大气的高能辐射初级宇宙射线，及初级宇宙射线和大气中的原子核相互作用产生的次级粒子和电磁辐射次级宇宙射线。（2）地球表面、大气及建

31、筑材料等所含有的天然放射性核素。（3）因人类活动而散布到环境中的天然放射性物质，包括煤电厂运行和含放射性物质的各种金属、非金属矿开采产生的含天然放射性核素的气体、液体排放物及固体废物。（4）核燃料循环过程中各核设施及工业、农业、医学等部门中的同位素应用设施向大气和水环境释放的放射性物质及储存的放射性固体废物。（5）大气层核爆炸产生的放射性落下灰。（6）因工作不慎而散落于环境中的放射性物质。（7）使用封闭型辐射源因屏蔽不好造成的环境外照射辐射场。放射性物质进入人体的途径主要有三种：呼吸道进入、消化道食入、皮肤或粘膜侵入。从呼吸道吸入的放射性物质的吸收程度与其气态物质的性质和状态有关。难溶性气溶胶吸收较慢，可溶性较快；气溶胶粒径越大，在肺部的沉积越少。气溶胶被肺泡膜吸收后，可直接进入血液流向全身。消化道食入是放射性物质进入人体的重要途径。放射性物质既能被人体直接摄入，也能通过生物体，经食物链途径进入体内皮肤对放射性物质的吸收能力波动范围较大，一般在 1%1.2%左右，经由皮