風(fēng)向?qū)U氣排放監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)的影響分析

梁 瑤

深圳市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站寶安分站

監(jiān)測廢氣在環(huán)境中無組織排放，是指工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)、存儲、環(huán)保處理等環(huán)節(jié)排放的廢氣，對周圍自然環(huán)境影響程度的監(jiān)測。該監(jiān)測程序需要在監(jiān)測區(qū)域布設(shè)多個監(jiān)測點(diǎn)位，影響無組織廢氣排放濃度的因素很多，如污染源位置、高度、氣象、流場、距離廠界距離等。在具體的排放周界外廢氣密度的監(jiān)測中，因為廢氣無組織源距離廠界距離的差異性，就算是同樣擴(kuò)散條件下，由于不同時段的風(fēng)向不同，監(jiān)測到的廢氣排放濃度也各不相同。本文將從以下幾個方面分析風(fēng)向?qū)U氣排放監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)的影響。

1 針對風(fēng)向的廢氣排放監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)原則

1.1 動態(tài)監(jiān)測

風(fēng)速會決定廢氣排放監(jiān)測點(diǎn)的位置，也就是監(jiān)測點(diǎn)的位置會伴隨當(dāng)日、當(dāng)時的風(fēng)速而變換，所以說廢氣污染物排放監(jiān)測點(diǎn)是流動的點(diǎn)，而不能是固定的點(diǎn)。

1.2 監(jiān)測點(diǎn)數(shù)目的決定因素

廢氣污染物排放監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)量是由平均風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差S決定的，通常監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)目為2～4個，也就是說廢氣排放監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)目取決于S的大小，詳細(xì)情況見表1。

表1 平均風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量

1.3 風(fēng)速決定距源距離

廢氣污染物排放監(jiān)測點(diǎn)距排放源的距離取決于風(fēng)速和排放源高度，在國家發(fā)布的大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：二氧化硫、氟化物、顆粒物、氮氧化物無組織排放監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)該在距離排放源2～2.5 m的下風(fēng)向處，由此可見，監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)受風(fēng)速的影響很大，如表2所示。

表2 風(fēng)速與點(diǎn)位布設(shè)的關(guān)系

1.4 上風(fēng)向?qū)φ拯c(diǎn)布設(shè)原則

1.4.1 建設(shè)項目為1997年1月1日批準(zhǔn)的，廢氣污染物排放監(jiān)測的上風(fēng)向無需布設(shè)參照點(diǎn)。

1.4.2 建設(shè)項目在1997年1月1日批準(zhǔn)的，在監(jiān)測二氧化硫、顆粒物、氟化物、氮氧化物四種污染物時，需要在上風(fēng)向布設(shè)參照點(diǎn)。

1.4.3 針對很多已經(jīng)重組、兼并、改擴(kuò)、遷建或者已經(jīng)倒閉的老企業(yè)，歷經(jīng)20多年的變遷，企業(yè)的周邊環(huán)境發(fā)生很大的變化，比如上風(fēng)向處出現(xiàn)新的工業(yè)污染源、交通污染嚴(yán)重等現(xiàn)象。所以，上風(fēng)向找到參照點(diǎn)的難度很大，已經(jīng)沒有在上風(fēng)向布設(shè)參照點(diǎn)的意義[1]。

1.4.4 根據(jù)國家發(fā)布的大氣污染相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)附錄C的規(guī)定，建設(shè)項目在1997年1月1日前批準(zhǔn)的，排放二氧化硫、顆粒物、氟化物、氮氧化物，需要在排放源下風(fēng)向2～45 m處布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。其他的廢氣污染物排放的監(jiān)測點(diǎn)都要在廠區(qū)周界布設(shè)，1997年1月1日批準(zhǔn)的項目全部廢氣污染物排放監(jiān)測點(diǎn)都在廠區(qū)周界布設(shè)。

1.4.5 特殊情況下的監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

（1）風(fēng)向與排放源氣流方向一致的，通常情況下的監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)根據(jù)方向標(biāo)準(zhǔn)差確定。

（2）風(fēng)向與排放源氣流方向相反，容易在排放源出口前產(chǎn)生渦流，應(yīng)該在排放源前布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，而不是在下風(fēng)向處。

（3）風(fēng)向與排放源氣流方向相交的情況下，考慮到風(fēng)力的影響，可以在相交處靠排放源一側(cè)的下方布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。

2 風(fēng)向?qū)U氣排放監(jiān)測點(diǎn)位布設(shè)的影響

2.1 針對無風(fēng)和微風(fēng)情況的布設(shè)

當(dāng)處在小于0.5 m/s風(fēng)速的靜風(fēng)條件下，風(fēng)向會呈現(xiàn)混亂的狀態(tài)。從生產(chǎn)設(shè)施排放的廢氣會向上以及周圍擴(kuò)散，最后因為重力作用緩慢下落，污染物水平的擴(kuò)散沒有明確的方向。這樣的靜風(fēng)狀態(tài)持續(xù)很久以后，污染物呈現(xiàn)相對均勻的高斯分布。

在0.5 m/s≤μ≤15 m/s的小風(fēng)條件下，要十分重視順風(fēng)時的風(fēng)力，務(wù)必要考慮不同方向的湍流擴(kuò)散，如單方面擴(kuò)散可以理解為生產(chǎn)設(shè)施以點(diǎn)源模式排放，衡量污染源排放最高濃度的距離，可以確定是瞬間狀態(tài)下以高斯分布進(jìn)行。

所以，在微風(fēng)和無風(fēng)的環(huán)境下，可以對污染源落地濃度的最遠(yuǎn)距離進(jìn)行估算。由此得出判斷，在微風(fēng)和無風(fēng)的狀態(tài)下，可以在廠界10 m范圍內(nèi)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位，倘若現(xiàn)場不具備條件，可以移到廠界內(nèi)監(jiān)測，這種排放監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)方法最寬松，此時的墻邊排放的廢氣污染物的濃度最高，如果廠界圍墻具備良好的透氣性，監(jiān)測點(diǎn)就可以在圍墻邊1 m處布設(shè)扇形監(jiān)測點(diǎn)，否則就要將監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在圍墻高度的兩倍處[2]。

2.2 針對有風(fēng)情況的布設(shè)

因為受到風(fēng)力的影響，會把污染源的廢氣帶到空中，通過空氣的擴(kuò)散作用進(jìn)行自我凈化，通常情況下此刻的廢氣污染物在空中應(yīng)該為上、中、下三層。污染源擴(kuò)散最快的是上層，上層的擴(kuò)散能力最強(qiáng)是因為氣流速度快，形成的自凈能力也最強(qiáng)，此時的地面呈現(xiàn)最弱的污染程度；其次是中層，擴(kuò)散速度慢于上層，自凈能力也相對較弱；污染程度最大的是下層，因為沉降的自力重量，表現(xiàn)為對地面污染程度最高，下層的污染物落到的地方，也就是污染濃度的最高點(diǎn)，有人將該種擴(kuò)散模式稱之為風(fēng)流擴(kuò)散。在此種狀態(tài)下，可以理解為生產(chǎn)設(shè)施的點(diǎn)源形式，完全可以通過這種點(diǎn)源模式計算出污染物落地的最遠(yuǎn)點(diǎn)位和最高濃度。就可以在此基礎(chǔ)上設(shè)置3～4個扇形范圍的監(jiān)測點(diǎn)，測量出污染物濃度的最高值。

3 風(fēng)向?qū)U氣采樣點(diǎn)布設(shè)的影響

3.1 布設(shè)時間的影響

在廢氣樣品的采集中，風(fēng)力、風(fēng)向等氣象條件的影響很大，都會促使大氣中污染物的濃度產(chǎn)生變化。所以，必須對現(xiàn)場的氣象環(huán)境進(jìn)行初步的測定和判斷。在被測目標(biāo)的開闊區(qū)域，可以利用風(fēng)向風(fēng)速表測出10個數(shù)據(jù)，然后計算出平均風(fēng)向、風(fēng)向變化的標(biāo)準(zhǔn)偏差以及平均風(fēng)速。如果大于3 m/s的風(fēng)速，大于29°的風(fēng)向變化，那么就不適合進(jìn)行廢氣排放的監(jiān)測，需要另外選擇時間。

3.2 布設(shè)位置的影響

二氧化硫、氟化物、氮氧化物、顆粒物等物質(zhì)在環(huán)境中的背景值很明顯，有必要針對這些化合物設(shè)置參照點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)。可以考慮以污染源為核心，在上風(fēng)向設(shè)置參照點(diǎn)，設(shè)定為角平均線的平均風(fēng)向，半徑為2.5～45 m的120°圓弧區(qū)域內(nèi)。如果小于1 m/s的平均風(fēng)速，那么盡量在附近50 m范圍內(nèi)設(shè)置參照點(diǎn)；如果大于1 m/s的平均風(fēng)速，那么可以在接近2 m的范圍內(nèi)布設(shè)參照點(diǎn)。

對于監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)，通常在排放二氧化硫、氟化物、顆粒物、氮氧化物的污染源2.5～45 m的下風(fēng)向處進(jìn)行，可以捕捉到最高的污染物濃度。

3.3 其他廢氣物監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)的影響

除以上四種化合物外，其他污染物通常無需布設(shè)參照點(diǎn)，只需要布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)捕捉瞬間污染物的最大濃度就可以。例如對氨氣、硫化氫等物質(zhì)的監(jiān)測。在《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-1996）中，在二氧化硫、氮氧化物、顆粒物和氟化物的無組織排放源下風(fēng)向設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，同時在排放源上風(fēng)向設(shè)參照點(diǎn)，以監(jiān)控點(diǎn)同參照點(diǎn)的濃度差值不超過規(guī)定限值來限制無組織排放；規(guī)定對其余污染物在單位周界外設(shè)監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控點(diǎn)的濃度限值。對該類污染物的監(jiān)測一般采用兩種方式。

3.3.1 如果是無組織排放源可以視為一個點(diǎn)源，無需考慮污染物排放的大小、形狀和高度，如果距離邊界很大距離，而且圍墻透氣性差，沒有阻礙到污染物的擴(kuò)散，那么可以在廠界外排源的下風(fēng)向10 m范圍內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)[3]。下列各點(diǎn)為必須遵循的原則：

（1）于無組織排放源的上風(fēng)向設(shè)參照點(diǎn)，下風(fēng)向設(shè)監(jiān)控點(diǎn)。

（2）監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)設(shè)于排放源下風(fēng)向的濃度最高點(diǎn)，不受單位周界的限制。

（3）為了確定濃度最高點(diǎn)，監(jiān)控點(diǎn)最多可設(shè)4個。

（4）參照點(diǎn)應(yīng)以不受被測無組織排放源影響，可以代表監(jiān)控點(diǎn)的背景濃度為原則。參照點(diǎn)只設(shè)1個。

（5）監(jiān)控點(diǎn)和參照點(diǎn)距無組織排放最近不應(yīng)小于2 m。

3.3.2 如果污染源排放滿足點(diǎn)源條件，但圍墻透氣性不好，可以考慮將采氣口延伸到圍墻上方25～30 m處采樣。

4 結(jié)語

監(jiān)測實踐表明，現(xiàn)場風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)差決定監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量，卻無法體現(xiàn)在監(jiān)測方案中；通過風(fēng)速來確定監(jiān)測點(diǎn)距污染源的距離；同時，因為受到附近自然環(huán)境的影響，加之越來越嚴(yán)格的法律法規(guī)，在上風(fēng)向處可以不設(shè)置參照點(diǎn)。現(xiàn)場布點(diǎn)適宜在下風(fēng)向2～50 m處，其他的排放源類型更符合在廠周界進(jìn)行布點(diǎn)，可以參考相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，通常會在門外、窗外等位置布設(shè)點(diǎn)位；如果風(fēng)速大于4.4 m、風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差≥±21.8度時，都不適合進(jìn)行廢氣無組織排放的監(jiān)測。