工業點源參數對污染物最大落地濃度的影響

張艷君

(上海格林曼環境技術有限公司，上海　200001)

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工業點源參數對污染物最大落地濃度的影響

張艷君

(上海格林曼環境技術有限公司，上海200001)

利用AERMOD模型對平原型工業點源進行模擬計算，首先采用單因素試驗法對各點源參數與污染物最大落地濃度的關系進行了分析，然后通過正交試驗考察了AERMOD預測結果對點源各參數變化的敏感性。結論表明，點源參數在一定范圍內調整時，排氣筒高度對污染物最大落地濃度影響最顯著，其次是污染物源強，排氣筒內徑和煙氣量對污染物最大落地濃度的影響相對較小。

大氣環境影響評價；Aermod模型；點源；極差分析

AERMOD模型是我國環保部發布的《環境影響評價技術導則—大氣環境》(HJ2.2-2008)中推薦的三種大氣預測模型之一。該模型為20世紀90年代中后期由美國國家環保署與美國氣象學會聯合開發，不僅適用于多種排放源的排放，也適用于城市和鄉村、平坦地形和復雜地形、地面源和高架源等多種排放擴散情形的模擬和預測，在我國大氣環境影響評價工作中應用廣泛。Aermod是一個穩態煙羽擴散模式，適用于近場距離(≤50 km)的濃度估算[1]，AERMOD包括兩個預處理模式，即Aermet氣象預處理模塊和Aermap地形預處理模塊[2]。

工業點源排放參數主要包括：污染物源強、排氣筒高度、出口煙氣流量、排氣筒出口內徑和出口煙氣溫度等[3-4]。本文中筆者以華東地區某精細化工園區內一排放非甲烷總烴(NMHC)的排氣筒為例，研究了工業點源污染物源強、排氣筒高度、排氣筒出口內徑和煙氣量對污染物最大落地濃度的影響。對實際環境影響評價工作中遇到地區環境容量有限時，通過調整點源參數盡量減少污染物排放對環境影響具有一定的指導作用。

1　基礎數據及參數的選取

1.1基礎數據

華東地區某精細化工園區內一擬建項目，主要特征排放因子為NMHC，項目初步設計參數為NMHC排放源強0.15 kg/h、排氣筒高度25 m、排氣筒出口內徑0.4 m、排氣筒出口煙氣量5000 m3/h、煙溫為常溫。以工程初步設計提供的排放參數進行上下波動(煙溫除外)，通過單因素試驗和正交試驗研究參數變化引起的模型輸出結果變化，確定各參數對輸出結果的影響顯著性。

1.2氣象數據參數

本項目地面氣象資料采用距離項目所在地最近的氣象站2012年逐日逐時風向、風速、干球溫度、氣壓和相對濕度數據。低云和總云量為每天3次觀測數據，通過插值得到逐時數據。

高空數據采用中尺度數值模式MM5(Mesoscale Model)模擬生成，共5層數據，從地面到1500 m高。模擬范圍以項目所在地為中心位置，東西36 km、南北36 km范圍，網格精度為3 km×3 km，氣象年份為2012年。模式采用的原始數據有地形高度、土地利用、陸地-水體標志、植被組成等數據，數據源主要為美國的USGS數據。模式采用美國國家環境預報中心(NCEP)的再分析數據作為模型輸入場和邊界場。

1.3地形數據參數

預測區域以平原為主，平均海拔0～10 m之間，地形數據SRTM文件來自于國際農業研究小組網站的空間信息http://www.cgiar-csi.org，分辨率90×90 m。項目評價范圍內地表土地利用類型為城鎮，全年地表反射率為0.2075，表面層顯熱/潛熱通量比(或鮑溫比，Bowen Ratio)為1.625，地表粗糙度為1。評價范圍以網格中心點為圓心，劃為1個城鎮分區。

1.4預測網格點

以項目排氣筒為中心，半徑2500 m范圍內，每隔5°劃分一條射線，延射線方向向外每隔50 m設置一個同心圓，共計3600個網格點。

2　單因素試驗與結果

單獨變化點源參數中的某一個因子，其余的因素保持不變，通過運行AERMOD考察NMHC最大落地濃度變化規律。

2.1污染物源強的影響

設置排氣筒高度25 m、排氣筒出口內徑0.4 m、排氣筒出口煙氣量5000 m3/h、煙溫為常溫，考察NMHC排放源強在0.1～0.2 kg/h變化時對NMHC最大1 h落地濃度的影響，結果如圖1所示。可見，NMHC最大1 h落地濃度與其排放源強呈完全線性關系，污染源強越大，污染物最大落地濃度越高。

圖1　污染物源強對1 h最大落地濃度的影響

2.2排氣筒高度的影響

圖2　排氣筒高度對1 h最大落地濃度的影響

設置NMHC排放源強0.15 kg/h、排氣筒出口內徑0.4 m、排氣筒出口煙氣量5000 m3/h、煙溫為常溫，考察排氣筒高度在15～40 m變化時對NMHC最大1 h落地濃度的影響，結果如圖2所示。可見，排氣筒高度與污染物最大落地濃度呈冪指數關系，一定范圍內，排氣筒越高，污染物排放對地面影響越小，然而，隨著排氣筒高度的進一步提高，其對污染物落地濃度的影響也逐漸變小。由圖2可推測當排氣筒高度達到一定程度時，污染物最大落地濃度變化越來越小并趨于不變。

2.3排氣筒出口內徑的影響

設置NMHC排放源強0.15 kg/h、排氣筒高度25 m、排氣筒出口煙氣量5000 m3/h、煙溫為常溫，考察排氣筒出口內徑在0.25～0.5 m變化時對NMHC最大落地濃度的影響，結果如圖3所示。排氣筒出口煙氣量一定時，出口內徑變化將引起煙氣流速的變化，內徑越小，煙氣流速越大。試驗過程中發現排氣筒出口內徑調整對NMHC的1 h最大落地濃度影響不顯著，這可能是由于典型小時氣象條件對擴散的影響大于出口內徑變化影響的緣故，選擇NMHC的24 h最大落地濃度進行分析。

可見，污染物最大落地濃度與排氣筒內徑呈二項式關系，排氣筒內徑越大，對應煙氣流速越小，不利于污染物擴散，因此污染物落地濃度隨內徑變大而變大。

圖3　排氣筒出口內徑對24 h最大落地濃度的影響

2.4排氣筒出口煙氣量的影響

圖4　煙氣量對24 h最大落地濃度的影響

設置NMHC排放源強0.15 kg/h、排氣筒高度25 m、排氣筒出口內徑0.4 m、煙溫為常溫，考察排氣筒出口煙氣量由3000～7000 m3/h變化時對NMHC最大1 h落地濃度的影響，結果如圖4所示。排氣筒出口內徑一定時，煙氣量變化將引起煙氣流速的變化，煙氣量越大，煙氣流速越大。試驗過程中發現排氣筒出口煙氣量調整對NMHC的1 h最大落地濃度影響不顯著，這可能是由于典型小時氣象條件對擴散的影響大于煙氣量變化影響的緣故，選擇NMHC的24 h最大落地濃度進行分析。

可見，污染物最大落地濃度與排氣筒排氣量也呈二項式關系，排氣筒的煙氣量越大，對應煙氣流速越大，利于污染物擴散，因此污染物落地濃度隨煙氣量變大而變小。

3　正交試驗與結果

根據項目初步工程設計數據確定四因素三水平正交試驗, 如表1所示。

表1　點源正交因素水平

選用L9(34)正交表[5]，正交試驗結果及極差分析結果見表2。

表2　正交試驗結果

續表2

933210.83k12.612.952.132.21k21.931.732.001.80k31.301.151.701.83極差1.311.800.440.41

正交試驗的考察指標為NMHC的最大1 h落地濃度，其值是越小越好。由正交試驗極差分析結果可以看出，在考察的參數變化范圍內，各點源輸入參數對污染物濃度的影響大小分別為：排氣筒高度>污染源強>排氣筒出口內徑>排氣筒出口煙氣量，即排氣筒高度對污染物最大落地濃度影響最大，其次為污染源強，排氣筒出口內徑和煙氣量對試驗結果影響相對較小。

4　結　論

(1)采用Aermod模型計算污染物落地濃度時，在煙氣溫度一定的情況下，通過降低污染物源強、提高排氣筒幾何高度、減小排氣筒出品內徑和增大煙氣量等方式可以實現預測點處污染物濃度的降低。

(2) 在本項目考察的參數變化范圍內，各點源輸入參數對污染物濃度的影響大小分別為：排氣筒高度>污染源強>排氣筒出口內徑>排氣筒出口煙氣量。

[1]丁颯,丁業,孔彬.地表參數對AERMOD模型預測濃度精確度的影響[J].安徽農業科學,2011,39(34):21221-21223,21313.

[2]國家環境保護總局環境工程評估中心.HJ2.2-2008 環境影響評價技術導則—大氣環境[S].北京:中國環境科學出版社,2009:19.

[3]劉輝,史學峰,李麗珍.AERMOD模型系統中點源參數敏感性影響規律分析[J].能源與節能,2012(5):69-71.

[4]楊立春,敖世恩,陳豪立.結合AERMOD模型和正交試驗設計研究工業點源最優的排放參數[J].環保科技,2013,19(2):14-16.

[5]陳魁.試驗設計與分析[M].北京:清華大學出版社,1996:95.

Study on Relationship between the Parameters of Point Source Emissions and the Maximum Ground-level Concentration

ZHANGYan-jun

(Shanghai Greenment Environmental Technology Co., Ltd., Shanghai 200001, China)

The AERMOD model was used to simulate the pollution process of point source emissions in plain region. The relationship between the parameters of point source and the maximum ground-level concentration was tested through single factor method, and then sensitivity of each point source parameters to AERMOD operation results were analyzed through orthogonal method. The results showed that when point source parameters were adjusted within a certain range, the most significant factor for maximum ground-level concentration was the height of stack, followed by pollutant source intensity, while the stack inner dimension and flue gas volume had relatively little influence on the operation results.

atmospheric environmental impact assessment; AERMOD model; point source; range analysis

張艷君(1987-)，女，工程師，碩士，主要從事環境影響評價工作。

X823

A

1001-9677(2016)010-0172-03