朱新勝 陳 飛,2 張后虎 高吉喜,2 柴發(fā)合
(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京 210042;2.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044;3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 10012)
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AERMOD模型在固體廢物處置環(huán)境影響中的應(yīng)用
朱新勝1陳飛1,2張后虎1高吉喜1,2柴發(fā)合3
(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京210042;2.南京信息工程大學(xué)江蘇省大氣環(huán)境與裝備技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京210044;3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京10012)
文章以江蘇某固體廢物處置項(xiàng)目大氣影響預(yù)測(cè)為例展開(kāi)建設(shè)項(xiàng)目工程實(shí)例研究,分析其工藝流程和排污環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,采用AERMOD模型定量預(yù)測(cè)該固體廢物處置項(xiàng)目對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響程度。預(yù)測(cè)結(jié)果表明:SO2,NO2,HCl,H2S和NH3的小時(shí)平均最大落地濃度占標(biāo)率分別為23.38%,39.34%,38.96%,50.35和16.58%;PM10,SO2,NO2和HCl污染物日均最大落地濃度占標(biāo)率分別為2.08%,12%,15.13%和20%;PM10,SO2和NO2年平均最大落地濃度占標(biāo)率分別為0.27%,1.83%和2.75%;惡臭氣體濃度較低,不會(huì)造成惡臭影響,對(duì)周?chē)髿猸h(huán)境影響較小。
固體廢物處置項(xiàng)目;大氣污染;AERMOD模型;環(huán)境評(píng)價(jià)
根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則一大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2008)要求,當(dāng)大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作等級(jí)為二級(jí)以上時(shí),需對(duì)大氣污染源進(jìn)行大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)。其中AERMOD作為導(dǎo)則的推薦預(yù)測(cè)模式對(duì)建設(shè)項(xiàng)日進(jìn)行大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)。AERMOD由美國(guó)環(huán)境保護(hù)署聯(lián)合美國(guó)氣象學(xué)會(huì)組建法規(guī)模式改善委員會(huì)開(kāi)發(fā)[1-2]。AERMOD是一個(gè)穩(wěn)態(tài)煙羽擴(kuò)散模式,可基于大氣邊界層數(shù)根據(jù)層數(shù)特征模擬點(diǎn)源、面源、體源等排放出的污染物在短期(小時(shí)平均、日平均) 、長(zhǎng)期(年平均)的濃度分布,適合于農(nóng)村或城市地區(qū)、簡(jiǎn)單或復(fù)雜地形。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛采用AERMOD模型模擬污染物對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響和環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究,并取得了一系列顯著的成果[3-8]。
根據(jù)南京市污染源普查數(shù)據(jù),結(jié)合南京市危險(xiǎn)廢物處置利用企業(yè)年處理規(guī)模,南京市2015年度危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生各類(lèi)危險(xiǎn)廢物共有34類(lèi),產(chǎn)生總量54.12萬(wàn)噸。截止2015年6月,南京市在運(yùn)行危險(xiǎn)廢物處置利用設(shè)施共30座,各類(lèi)危險(xiǎn)廢物處置利用能力為38.73萬(wàn)噸/年+18萬(wàn)只/年,其中集中焚燒5萬(wàn)噸/年,填埋0.96萬(wàn)噸/年,其他收集、處置及綜合利用32.77萬(wàn)噸/年+18萬(wàn)只/年。目前南京市危險(xiǎn)廢物處置缺口約16萬(wàn)噸/年。同時(shí),隨著南京市建設(shè)及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,以及固體廢物管理工作進(jìn)一步加強(qiáng),危險(xiǎn)廢物的排放量近期仍將呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。然而固體廢物處置行業(yè)又是重污染行業(yè),垃圾貯存和焚燒過(guò)程造成的大氣環(huán)境污染也受到廣泛關(guān)注。因此本文以江蘇某固體廢物處置有限公司為試點(diǎn),利用AERMOD模型預(yù)測(cè)固廢處置廠(chǎng)對(duì)區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的影響,將對(duì)發(fā)展南京固廢處理行業(yè)、保護(hù)區(qū)域環(huán)境和保障人群健康具有重要作用。
1.1AERMOD模型介紹
AERMOD模型以擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)理論為出發(fā)點(diǎn),假設(shè)污染物的濃度分布在一定程度上服從高斯分布。模式系統(tǒng)可用于多種排放源(包括點(diǎn)源、面源和體源)的排放,也適用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境的模擬和預(yù)測(cè)。AERMOD具有如下特:(1)以行星邊界層(PBL)湍流結(jié)構(gòu)及理論為基礎(chǔ),按空氣湍流結(jié)構(gòu)和尺度概念,湍流擴(kuò)散由參數(shù)化方程給出,穩(wěn)定度用連續(xù)參數(shù)表示;(2)中等浮力通量對(duì)流條件采用非正態(tài)的模式;(3)考慮了對(duì)流條件下浮力煙羽和混合層頂?shù)南嗷プ饔茫?4)對(duì)簡(jiǎn)單地形和復(fù)雜地形進(jìn)行了一體化的處理;(5)包括處理夜間城市邊界層的算法[9-12]。
AERMOD系統(tǒng)包括AERMOD擴(kuò)散模式、AERMET氣象預(yù)處理和AERMAP地形預(yù)處理模塊AERMET的邊界層參數(shù)數(shù)據(jù)和廓線(xiàn)數(shù)據(jù)可以由輸入的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)確定,或由輸入的國(guó)家氣象局常規(guī)氣象資料(地面數(shù)據(jù)、探空數(shù)據(jù))生成。將地面反射率、表面粗糙度等地面特征數(shù)據(jù),以及風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、云量等氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入到AERMET中,在AERMET計(jì)算出行星邊界層參數(shù)。得到的這些參數(shù)同氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)一同傳遞給AERMOD中的Interface,在Interface里通過(guò)相似關(guān)系求得風(fēng)速、水平方向和垂直方向的湍流強(qiáng)度,位溫梯度,位溫和水平拉格朗日時(shí)間尺度等變量垂直分布[13-15]。AERMET廓線(xiàn)數(shù)據(jù)和邊界層廓線(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)AERMOD中的控制文件引用進(jìn)入AERMOD系統(tǒng),計(jì)算出相似參數(shù),并對(duì)邊界層廓線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插。AERMOD將平均風(fēng)速、水平方向及垂直方向湍流量脈動(dòng)、溫度梯度、位溫、水平拉格朗日時(shí)間尺度等輸入擴(kuò)散模式,并計(jì)算出濃度。
1.2模型參數(shù)的選取
(1)地面常規(guī)氣象數(shù)據(jù)
地面氣象數(shù)據(jù)使用南京市氣象站2014全年8760小時(shí)的逐時(shí)氣象場(chǎng),包括時(shí)間(年、月、日、時(shí))、風(fēng)向(以16個(gè)方位表示)、風(fēng)速、干球溫度、低云量、總云量共6項(xiàng)。風(fēng)向、風(fēng)速、干球溫度為逐日定時(shí)(02、05、08、11、14、17、20、23時(shí)),低云量、總云量由于觀測(cè)密度不夠?yàn)橹鹑找惶?次(08、14、20時(shí))。按AERMET(氣象預(yù)處理程序)參數(shù)輸入格式,采用線(xiàn)性插值生成近地面逐日逐時(shí)氣象輸入文件。
(2)高空氣象數(shù)據(jù)
本次預(yù)測(cè)選用2014全年一日兩次(GMT時(shí)間00時(shí)、12時(shí))MM5模擬生成的最近格點(diǎn)的高空氣象資料。水平網(wǎng)格分辨率為27km×27km,垂直方向采用地形伴隨坐標(biāo),從1000百帕到100百帕共分為40層。高空探空數(shù)據(jù)的提取位置為:東經(jīng)117.15°,北緯34.28°。模式采用的原始數(shù)據(jù)有地形高度、土地利用、陸地-水體標(biāo)志、植被組成等數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)源主要為美國(guó)的USGS數(shù)據(jù)。原始?xì)庀髷?shù)據(jù)采用美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)發(fā)布的
全球再分析氣象資料(NCEP)通過(guò)三層嵌套網(wǎng)格MM5中尺度氣象場(chǎng)模擬得到本地區(qū)的風(fēng)溫廓線(xiàn)。
(3)地形參數(shù)
項(xiàng)目所在地地形復(fù)雜,預(yù)測(cè)所用地形數(shù)據(jù)為90m×90m分辨率網(wǎng)格數(shù)據(jù)。評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的地形圖見(jiàn)圖1。本次大氣預(yù)測(cè)已考慮地形影響,由于本項(xiàng)目主要污染源為回轉(zhuǎn)窯廢氣,其排氣筒為100米,煙氣溫度高大140攝氏度,評(píng)價(jià)范圍內(nèi)最高海拔為179米,項(xiàng)目所在地海拔為19米,兩者之差為160米,從本項(xiàng)目大氣影響預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看取決于氣象條件(風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、總云量、低云量)與高海拔地區(qū)的協(xié)同影響。

圖1 評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的地形等值線(xiàn)圖
(4)污染源參數(shù)
本項(xiàng)目采用的焚燒工藝為“回轉(zhuǎn)窯焚燒爐+尾氣處置系統(tǒng)”的工藝方案。根據(jù)工程分析結(jié)果,有組織廢氣主要有:焚燒產(chǎn)生的焚燒煙氣G1、危險(xiǎn)廢物貯存產(chǎn)生的貯存廢氣G2、物化車(chē)間產(chǎn)生的廢氣G3。無(wú)組織排放源主要為:車(chē)輛、人員進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)、車(chē)間時(shí)造成少量有害物質(zhì)或惡臭物質(zhì)以無(wú)組織形式向環(huán)境空氣逸散。因此確定本項(xiàng)目大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)的評(píng)價(jià)因子為:PM10、SO2、NO2、HCl、H2S和NH3,其中Cd、Pb、As+Ni 、二噁英等有害物質(zhì)未作為本次預(yù)測(cè)的評(píng)價(jià)因子。點(diǎn)源、面源排放參數(shù)見(jiàn)表1-2。

表1 項(xiàng)目點(diǎn)源排放參數(shù)
(5)預(yù)測(cè)方案
本項(xiàng)目的大氣評(píng)價(jià)等級(jí)為二級(jí),環(huán)境空氣評(píng)價(jià)范圍為以焚燒爐煙囪為中心,半徑2.5km的圓形區(qū)域范圍。
根據(jù)南京浦口氣象站2014年全年氣象資料,對(duì)本項(xiàng)目正常排放的各污染物進(jìn)行逐時(shí)平均濃度預(yù)測(cè)。模擬計(jì)算區(qū)域使用兩套等格距的笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)格進(jìn)行嵌套計(jì)算,計(jì)算的總網(wǎng)格范圍是5km×5km。廠(chǎng)界外1km設(shè)內(nèi)網(wǎng)格,內(nèi)網(wǎng)格格點(diǎn)大小為50m×50m,范圍1km×1km;外網(wǎng)格格點(diǎn)大小為200m×200m,范圍7.2km×7.2km。
2.1小時(shí)平均濃度分布預(yù)測(cè)
利用AERMOD高斯煙羽模型進(jìn)行逐次逐時(shí)計(jì)算,得到全年8760小時(shí)預(yù)測(cè)范圍各網(wǎng)格點(diǎn),預(yù)測(cè)本項(xiàng)目建成后排放的各污染物全年逐時(shí)的小時(shí)平均地面濃度。將各網(wǎng)格點(diǎn)的8760小時(shí)平均濃度進(jìn)行從大到小排列,得出各污染物最大小時(shí)平均濃度及出現(xiàn)位置,見(jiàn)表3和圖3。本項(xiàng)目建成后排放的大氣污染物在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi),SO2,NO2,HCl,H2S和NH3的小時(shí)平均最大落地濃度分別為116.92μg/m3,78.69μg/m3,19.48μg/m3,5.04μg/m3和33.15μg/m3,相應(yīng)污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)值分別為500μg/m3,200μg/m3,50μg/m3,10μg/m3和200μg/m3,占標(biāo)率分別為23.38%,39.34%,38.96%,50.35%和16.58%,由此可知各污染物最大小時(shí)平均落地濃度貢獻(xiàn)值均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),滿(mǎn)足我國(guó)污染物排放的要求,由表3可知,各污染物的最大小時(shí)平均落地濃度發(fā)生的時(shí)間也有差異,SO2和NO2出現(xiàn)在2014年8月13日23時(shí),而H2S和NH3出現(xiàn)的時(shí)間也相同。

表2 項(xiàng)目面源排放參數(shù)

表3 最大小時(shí)平均落地濃度貢獻(xiàn)值

圖2 SO2、NO2、HCl、H2S和NH3最大小時(shí)平均濃度等值線(xiàn)分布圖(μg/m3)

圖3 PM10、SO2、NO2和HCl最大日平均濃度等值線(xiàn)分布圖(mg/m3)
2.2日平均濃度分布預(yù)測(cè)
各污染物最大日均濃度及出現(xiàn)位置如表4和圖4所示。項(xiàng)目建成后PM10,SO2,NO2和HCl污染物日均最大落地濃度分別為3.12μg/m3,18μg/m3,12.1μg/m3和3μg/m3,相應(yīng)的各污染物排放標(biāo)準(zhǔn)為150μg/m3,150μg/m3,80μg/m3和15μg/m3,占標(biāo)率分別為2.08%,12%,15.13%和20%,由此可見(jiàn)項(xiàng)目建成后總排放的各污染物對(duì)區(qū)域日均濃度最大貢獻(xiàn)值均可達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)周邊環(huán)境影響較少。

圖4 PM10、SO2和NO2最大年平均濃度等值線(xiàn)分布圖(mg/m3)
2.3年平均濃度分布預(yù)測(cè)分析
預(yù)測(cè)范圍各網(wǎng)格點(diǎn)總排放的各污染物的年平均濃度及出現(xiàn)位置如表5和圖5所示。建成后總排放的大氣污染物在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi),PM10,SO2和NO2年平均最大落地濃度分別為0.190μg/m3,1.098μg/m3和1.098μg/m3,相應(yīng)污染物標(biāo)準(zhǔn)為70μg/m3,60μg/m3和40μg/m3,占標(biāo)率分別為0.27%,1.83%和2.75%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,項(xiàng)目排放的各污染物對(duì)區(qū)域年均濃度最大貢獻(xiàn)均能達(dá)標(biāo)。

表4 最大日平均落地濃度貢獻(xiàn)值

表5 最大年平均落地濃度貢獻(xiàn)值
2.4惡臭污染物預(yù)測(cè)分析
惡臭污染物廠(chǎng)界標(biāo)準(zhǔn)、嗅閾值和預(yù)測(cè)得到的正常和工況下小時(shí)最大落地濃度值如表6所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,NH3和H2S惡臭氣體在正常工況下的污染物濃度都低于其相應(yīng)的惡臭染物廠(chǎng)界標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的嗅閾值,項(xiàng)目產(chǎn)生的惡臭氣體濃度較低,不會(huì)造成惡臭影響,對(duì)周?chē)髿猸h(huán)境影響較小。

表6 正常情況下惡臭污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和小時(shí)最大落地濃度值
以江蘇某固體廢物處置項(xiàng)目大氣影響預(yù)測(cè)為例展開(kāi)建設(shè)項(xiàng)目工程實(shí)例研究,分析其工藝流程和排污環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,采用AERMOD模型定量預(yù)測(cè)改固體廢物處置項(xiàng)目對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響程度。預(yù)測(cè)結(jié)果表明:
(1)SO2,NO2,HCl,H2S和NH3的小時(shí)平均最大落地濃度分別為116.92μg/m3,78.69μg/m3,19.48μg/m3,5.04μg/m3和33.15μg/m3,相應(yīng)占標(biāo)率分別為23.38%,39.34%,38.96%,50.35和16.58%。
(2)PM10,SO2,NO2和HCl污染物日均最大落地濃度分別為3.12μg/m3,18μg/m3,12.1μg/m3和3μg/m3,相應(yīng)占標(biāo)率分別為2.08%,12%,15.13%和20%。
(3)PM10,SO2和NO2年平均最大落地濃度分別為0.19μg/m3,1.10μg/m3和1.10μg/m3,相應(yīng)占標(biāo)率分別為0.27%,1.83%和2.75%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,排放的各污染物對(duì)區(qū)域小時(shí)、日、年均濃度最大貢獻(xiàn)均能達(dá)標(biāo)。
(4)NH3和H2S惡臭氣體在正常工況下的污染物濃度都低于其相應(yīng)的惡臭染物廠(chǎng)界標(biāo)準(zhǔn)值和相應(yīng)的嗅閾值,項(xiàng)目產(chǎn)生的惡臭氣體濃度較低,不會(huì)造成惡臭影響,對(duì)周?chē)髿猸h(huán)境影響較小。
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The Application of AERMOD Model in Environmental Impact Assessment of Solid Waste Treatment Project
ZHU Xinsheng1CHEN Fei1,2ZHANG Houhu1GAO Jixi1,2CHAI Fahe3
(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences,Ministry of Environmental Protection,Nanjing 210042,China;2.Jiangsu Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology (CICAEET),Nanjing 210044,China;3.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012)
Taking a solid waste treatment project in Nanjing as an example,the technological process and the pollutant sources were studied,and the impact of the solid waste treatment project on regional atmospheric environmental quality was quantitatively predicted and evaluated using the AERMOD model.The results show that:the maximum ratio to standard of regional hourly average concentration of SO2,NO2,HCl,H2S and NH3is 23.38%,39.34%,38.96%,50.35% and 16.58%,respectively;the maximum ratio to standard of regional daily average concentration of PM10,SO2,NO2and HCl is 2.08%,12%,15.13% and 20%,respectively;the maximum ratio to standard of regional annual average concentration of PM10,SO2and NO2is 0.27%,1.83% and 2.75%,respectively;the concentration of odor pollutants is low and has little effect on the surrounding atmospheric environment.
solid waste treatment project;atmospheric pollution;AERMOD model;environment assessment
朱新勝,碩士,主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)、規(guī)劃和管理等研究
陳飛,博士,助理研究員,主要從事大氣污染來(lái)源解析和控制研究
X51
A
1673-288X(2016)05-0020-05
項(xiàng)目資助:環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目,國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(No.201509020)
引用文獻(xiàn)格式:朱新勝等.AERMOD模型在固體廢物處置環(huán)境影響中的應(yīng)用[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2016,41(5):20-24.