垃圾焚燒排放二噁英對環境影響研究

文_張晉娟 山西人和致遠環境咨詢有限公司

我國已將CALPUFF大氣擴散模式納入環境空氣質量法規模型中，說明此模型具備可靠性。實際應用中基于此模型能夠模擬復雜地形條件下污染物以非穩態煙團傳輸和擴散轉化過程，可視化顯示污染物的擴散運行方式，能夠應用于二噁英大范圍傳播對環境影響的研究中。下文將基于此模型，分析垃圾焚燒排放二噁英對環境的切實影響。

1 CALPUFF空氣質量模型

1.1 氣象處理模塊

運用CALPUFF煙團擴散模塊運算采取積分煙團和Slug方法。其中，積分煙團的計算公式如下：

式中g-高斯方程垂直項；nh)-混合層高度；（He+-有效高度；dc-橫向距離；da-順風距離；πσx、σy、σs-擴散系數；Q-源強；C-地面濃度。

Slug方法的計算公式如下：

式中da-軸線方向到受體點距離；dc-垂直煙片的軸線；g-垂直反射項；q-污染源排放速度；F-因果關系函數；σy-風速偏差；u-標量風速；u'-平面矢量風速。

煙團擴散計算公式如下：

式中σys-面源側向擴散產生的水平擴散系數分量；σyb、σzb-擴散過程中浮力抬升產生的σy、σc分量；σyt、σz-由于大氣湍流作用的形成擴散系數σy、σz；Δξ-取樣過程中煙團的增長量；（ξyn、（ξzn-污染源參量。氣象模擬結果驗證的計算公式如下：

式中-監測值的平均值；-模擬值的平均值；Oi-監測值；Mi-模擬值。

1.2 實例分析

將此模型應用于某地區溫度、風速和風向監測中，得到的結果見表1、表2、表3。

表1 某地區溫度模擬值與檢測值評估結果

表2 某地區風速模擬值與監測值評估結果

表3 某地區風向模擬值與監測值評估結果

通過讀表發現，某地區風速監測值與模擬值具有較高的吻合度，相關系數最高可達0.99，且IOA分別為0.84、0.87，Gross Error和RMSE均處于小于1的范圍。溫度方面吻合度一般，風向方面吻合度較好，但以上兩方面的Gross Error和RMSE均在1左右。因此，可證明借助CALPUFF空氣質量模型能夠支撐地區氣象數據監測工作，為探究具體影響奠定基礎。

2 基于CALPUFF空氣質量模型垃圾焚燒排放二噁英對環境影響

研究垃圾焚燒二噁英對環境的影響，需統計監測區域各個焚燒項目的二噁英檢測值，并計算最大值、中位數、最小值和均值，同時得到標準差、方差和極差，以便定量分析。具體的計算公式如下：

式中C0-二噁英監測值的平均值；Cm-二噁英的統計值；Cmin-二噁英的最小值；Cmax-二噁英的最大值。

經計算，本文所監測區域共有10座垃圾焚燒廠，二噁英的排放量范圍處于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h的范圍內。

2.1 大氣環境

二噁英于大氣中傳播是主要研究方向，在干濕沉降作用下進入土壤中，進而對地下水等產生影響。研究二噁英遷移和在大氣中轉化是本文重點探討內容，分析其在不同環境介質中的分布能夠掌握排放對環境的切實作用。基于二噁英排放預測范圍，并在CALPUFF空氣質量模型的支持下，預測垃圾焚燒廠周邊大氣環境影響作用情況。圖1為某垃圾焚燒廠周邊落地分布圖。

圖1 某垃圾焚燒廠周邊落地分布

構建二噁英排放清單，采取CALPUFF空氣質量模型預測監測區域垃圾焚燒對大氣環境影響。通過分析發現，在此區域二噁英的排放量范圍處于的1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h范圍內，除A、B、C三市的年均貢獻范圍在內1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h外，其余7市的年均貢獻范圍均處于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h內。且D、E、F、G市的大氣污染擴散較為明顯。根據風向分析來看，主導風向全年保持一致，最高值出現在最大落地點處，具有明顯的大氣湍流活動，直接作用于二噁英顆粒擴散與遷移過程，影響分布。由此可見，排放二噁英對大氣環境影響需考慮到氣象條件、所在地形和焚燒廠運行時間。

2.2 土壤環境

二噁英以煙氣狀態排放至大氣中，在雨水沖刷和重力沉降作用下落于土壤，因二噁英的光分解性，當區域內存在陽光直射情況時，二噁英將被分解。當缺少陽光照射，二噁英將沉降于土壤，存在長達20a的半衰期，對土壤造成污染。因此，要從垃圾焚燒廠運行時間和二噁英年均沉降量共同作用角度得出土壤環境總累積量。

經研究，某地區土壤年均濃度貢獻處于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的 范 圍 內，且A、D、E、F、G市土壤富集比較明顯，年均濃度貢獻范圍為1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，與大氣擴散趨勢匹配度較高。

借助統計學理論，驗證土壤監測值與土壤沉降值的相關系數，計算公式如下：

式中n-采樣點數；M-模擬沉降值的平均值；Mi-模擬的沉降值；O-土壤監測的平均值；Oi-土壤監測值。

檢驗模型的精準性，分析模擬值與土壤監測值間的相關性。但因監測值與模擬值的單位不統一，難以直接比較數量和量級，需引入趨勢比較方法分析值，得到焚燒廠的相關系數。本文僅給出A、D、E、F、G市垃圾焚燒廠的監測值與土壤沉降模擬值的相關驗證結果，具體見表4。

表4 垃圾焚燒廠監測值與土壤沉降值的相關性驗證

通過讀表發現，各垃圾焚燒廠監測值與土壤沉降值的相關性較好，證明CALPUFF模型對二噁英沉降空間分布模擬的結果能夠代表實際情況，整體結果可接受。

3 討論

結合文章所探討的內容可以清楚的了解到通過建立空氣質量模型，能夠對垃圾場焚燒廠所排放的二噁英于大氣和土壤中擴散程度有所認識。由于二噁英本身屬于空氣污染物，對環境保護起到抑制作用，為此在獲取在應用CALPUFF空氣質量模型后，應當就二噁英降解展開研究。通過引入回收炭再生技術，了解活性炭再生率影響以及水熱降解飛灰中二噁英的機理以及控制辦法，解決環境問題，從真正意義上降解二噁英，達到吸收煙氣中二噁英的效果，為國家環保事業貢獻力量。

4 結語

綜上所述，文章所提出的CALPUFF空氣質量模型應用于某地區溫度、風速和風向的模擬中，能夠展現出吻合度較高的結果，說明監測值與模擬值較為一致。在CALPUFF空氣質量模型的支持下，分析10座垃圾焚燒廠排放二噁英對環境影響的研究方法，得到A、B、C三市的年均貢獻范圍在1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h內外，其余7市的年均貢獻范圍均處于1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h內。且D、E、F、G市的大氣污染擴散較為明顯的有關大氣環境影響結論。并得到土壤年均濃度貢獻處于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的范圍內，且A、D、E、F、G市土壤富集比較明顯，年均濃度貢獻范圍為1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，與大氣擴散趨勢匹配度較高的有關土壤環境影響的結論。