山區復雜地形條件下的廢氣污染物擴散影響分析
——以南平市某生活垃圾焚燒廠為例

曹淳祺

（福建省金皇環?？萍加邢薰?，福建 福州 350003）

引言

隨著城市的發展和人民生活水平的日益提高，生活垃圾問題日益突顯。焚燒發電是生活垃圾處理的重要方式，可以提升、改善城市和鄉村的衛生、環境狀況，解決“垃圾圍城”等突出環境問題[1]。對于生活垃圾焚燒廠的選址，除了應符合所在城市的總體規劃、土地利用規劃及環境衛生專項規劃外，宜位于城市規劃建成區邊緣或以外，這也就造成生活垃圾焚燒發電廠的選址較為偏僻且必須遠離居民區。特別是在以山地丘陵地貌為主的福建，生活垃圾焚燒發電廠的選址大多數位于山區。山區的復雜地形、山脈的阻滯作用、靜穩條件等因素均不利于大氣污染物的擴散，而生活垃圾焚燒發電廠主要的污染源來自大氣污染物的排放。因此，生活垃圾焚燒發電廠往往通過抬高煙囪高度等方式，減緩焚燒煙氣排放對周邊環境的影響。

本研究通過選取合適的大氣影響預測模型，以南平市某生活垃圾焚燒廠為例，對不同煙囪高度、不同煙氣量條件下的煙氣排放預測結果進行比較分析，為同類工程的前期設計提供數據參考。

1 研究方法

1.1 模型選擇

AERMOD（AMS/EPA REGULATORY MODEL）模型的基礎是擴散統計理論，假設污染物的濃度分布在一定范圍內符合正態分布，并采用高斯擴散公式構建成立的。根據《環境影響評價技術導則 大氣環境》（HJ 2.2-2018），AERMOD 模型適用于多種排放源(包括點源、面源、線源、體源)的排放，也適用于連續源、間斷源，詳見表1[2]。

表1 AERMOD 模型適用情況一覽表

1.2 氣象資料選擇

本研究所使用的氣象參數為項目所在地南平市某氣象站2021 年全年逐時的常規氣象要素，包括風向、風速、總云量、底云量、氣溫等。根據氣象統計結果，全年年均氣溫19.04 ℃，日平均氣溫最大值=30.47 ℃，出現頻率最高的穩定度級別=D（75.27%），此穩定度下平均混合層高度=240 m，此穩定度下的總體平均風速=1.31 m/s。由氣象數據可知，該地區混合層高度低，大氣靜穩度高，綜合擴散能力低，利于污染物在近地層積累。

1.3 地形及地表利用參數

考慮山體的影響，地形數據srtm文件系統生成，數據由csi.cgiar.org提供。地形參數選取評價范圍10 km×10 km 的90 m 分辨率地形高程數據，預測網格間距按照100 m劃定。項目所在地地形高程見圖1。從圖中可以看出，在預測范圍內地勢較平穩，地面高程最小值為-3 m，最大值1 101 m，與本項目所在區域地形相符。

圖1 項目周邊地形高程示意

本研究根據《AERMET 用戶手冊》的要求，對項目周邊地表類型確定為針葉林覆蓋（0°～360°），地表特征參數以季度為周期進行選取，地表濕度按潮濕氣候進行選取。

1.4 污染源強數據

1.4.1 煙囪高度設置 根據《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2014）[3]，焚燒處理能力大于等于300t/日的生活垃圾焚燒廠煙囪最低允許高度為60 m。本研究對煙囪高度按照60 m、70 m、80 m、90 m、100 m、110 m、120 m進行設置，并以此為基礎開展后續預測。

1.4.2 煙氣量設置 該生活垃圾焚燒廠安裝有1 臺引風機，風量為120 000 Nm3/h，同時類比福建同等規模生活垃圾焚燒處理廠的實際運行排氣量，最低風量為74 667 Nm3/h。因此，本研究按照煙氣量80 000 Nm3/h、90 000 Nm3/h、100 000 Nm3/h、110 000 Nm3/h 進行設置，并以此為基礎開展后續預測。

1.4.3 源強數據 生活垃圾焚燒廠焚燒爐煙囪排放的因子主要包括SO2、NOx、顆粒物、HCl、CO、二噁英類及重金屬，其中，對大氣影響預測的最大占標率、預測范圍等影響較大的因子為HCl 和NOx。因此，本研究選取HCl 和NOx進行后續預測分析，詳見表2。

表2 主要廢氣污染源強一覽表

2 預測結果及分析

2.1 煙囪高度變化對預測結果的變化

2.1.1 煙囪高度的變化與污染物最大/小時濃度占標率Pi及大/小時濃度占標率變化率Y的變化關系 本研究用污染物最大/小時濃度變化率（Y）來表征排氣筒高度變化對下風向污染物最大/小時濃度的影響[4]，計算方法見公式（1）。

式中：Y 為污染物最大/小時濃度變化率，%；Ci0為原始高度排氣筒預測所得網格點污染物最大/小時濃度，mg/m3；Cic為排氣筒高度降低不同幅度后預測所得網格點污染物最大/小時濃度，mg/m3。

通過AERMOD模型預測顯示，總體上，隨著排氣筒高度的降低，HCl 污染物的最大/小時濃度占標率與變化率均呈正比例的線性增長。HCl 污染物的最大/小時濃度占標率與煙囪高度呈負相關，即煙囪高度越高，HCl的最大/小時濃度占標率越低。

值得注意的是NO2污染物，NOx污染物的最大/小時濃度占標率與煙囪高度基本呈負相關，只有在煙囪高度70 m 時出現大幅度上升的拐點，NO2污染物呈現大幅上升的趨勢，甚至比60 m排氣筒情況下NO2污染物的最大/小時濃度占標率更大。說明煙囪在此高度下，焚燒爐NOx污染物排放的影響最大，應避免項目煙囪高度設置在70 m（見圖2）。

圖2 不同煙囪高度下的污染物最大/小時濃度占標率變化率Y 的變化趨勢

2.1.2 煙囪高度變化對污染物最大/小時濃度離源距離Di及最大/小時濃度離源距離變化率Q 的影響 本研究通過計算污染物最大/小時濃度落地點距污染源距離變化率（Q），以直觀體現排氣筒高度變化對污染物最大/小時濃度出現距離的影響[5]，計算方法見公式（2）。

式中：Q為污染物最大/小時濃度落地點距污染源距離變化率，%；Di0為原始高度排氣筒預測所得污染物最大/小時濃度落地點距污染源距離，m；Di為排氣筒高度降低不同幅度后預測最大/小時濃度落地點距污染源距離，m。

AERMOD 模型模擬顯示，當煙囪高度從80 m 提高到110 m 時，NO2污染物的最大/小時濃度離源距離Di會顯著增加；當煙囪高度從60 m 提高到80 m 時，NO2污染物的Di數值幾乎不變。

當煙囪高度從90 m提高到110 m或從60 m 提高到80 m 時，HCl 污染物的最大/小時濃度離源距離Di會顯著增加；當煙囪高度在70 m～90 m 之間時，HCl 污染物的Di數值會呈現出先升后降的趨勢（見圖3、圖4）。

圖3 不同煙囪高度下的污染物最大/小時濃度離源距離Di 的變化趨勢

圖4 不同煙囪高度下的污染物最大/小時濃度離源距離變化率Q 的變化趨勢

2.2 煙氣排放量變化對預測結果的變化

2.2.1 煙氣排放量的變化與污染物最大/小時濃度占標率Pi及大/小時濃度占標率變化率Y 的變化關系 通過AERMOD 模型預測顯示，隨著煙氣排放量的降低，HCl 和NO2污染物的最大/小時濃度占標率與變化率基本呈線性增長，最大/小時濃度占標率與煙氣排放量呈負相關，即煙氣排放量越大，最大/小時濃度占標率越低（見圖5）。

圖5 不同煙氣排放量下的污染物最大/小時濃度占標率變化率Y的變化趨勢

2.2.2 煙氣排放量變化對污染物最大/小時濃度離源距離Di及最大/小時濃度離源距離變化率Q的影響 AERMOD模型模擬顯示，煙氣排放量的變化對最大/小時濃度離源距離Di的影響較小。當煙氣排放量從8 萬m3提到高12 萬m3時，NO2污染物的最大/小時濃度離源距離Di從475 m提高到493 m，變化率最大為3.65%；HCl 污染物的最大/小時濃度離源距離Di從461 m 提高到493 m，變化率最大為6.49%。（見圖6、圖7）。

圖6 不同煙氣排放量下的污染物最大/小時濃度離源距離Di的變化趨勢

圖7 不同煙氣排放量下的污染物最大/小時濃度離源距離變化率Q 的變化趨勢

3 結論與建議

綜上所述，煙囪高度的變化比煙氣排放量的變化，對焚燒爐煙氣污染物的最大/小時濃度和離源距離影響程度更大?？傮w而言，在山區的復雜地形和不利于擴散的氣象條件下，煙囪高度越高、煙氣排放量越大，污染物的最大/小時濃度及其占標率越低，離源距離越遠。但是，在本研究選取的案例中，也出現70 m 高度的排氣筒排放的污染物的最大落地濃度高于60 m 高度的排氣筒。因此，建議企業在設計階段和環評階段應充分考慮周邊地形及當地氣象條件，通過比選論證、模型預測等方式，合理設計煙囪高度及煙氣排氣量等參數，實現經濟效益和環境效益的雙贏。