基于AERMOD模型的大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)對(duì)項(xiàng)目的優(yōu)化建議
——以福建省某擬建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例

＊廖考珍

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司 福建 350000）

引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與工業(yè)化進(jìn)程地快速發(fā)展，大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，甚至對(duì)人民群眾的健康產(chǎn)生影響。大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)是有效防治大氣污染的重要環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者建立了多種空氣質(zhì)量模型模擬大氣中污染物的傳輸、擴(kuò)散、化學(xué)轉(zhuǎn)化和去除過程，成為大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)的重要手段[1]。

AERMOD模型是我國(guó)環(huán)評(píng)中應(yīng)用最為廣泛的大氣擴(kuò)散模型之一，也是大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則推薦的預(yù)測(cè)模型[2]。目前我國(guó)學(xué)者主要圍繞氣象條件、地形及地表參數(shù)、污染源參數(shù)等對(duì)AERMOD模型大氣污染物擴(kuò)散影響開展了大量研究[3-5]。秦麗平[6]探索了排放高度與最大落地濃度之間的關(guān)系，吳凡等[7]研究排氣筒出口流速變化對(duì)大氣環(huán)境影響程度，宋華豐等[8]研究地表參數(shù)變化對(duì)低、中、高排氣筒不同距離的大氣污染物濃度的影響規(guī)律。這些研究主要從單一影響因素進(jìn)行探討，然而鮮少學(xué)者從不同地表類型、污染源參數(shù)（排氣筒高度、煙氣流速、排煙溫度）等一系列影響因素進(jìn)行系統(tǒng)地研究。

鑒于此，本研究以福建省某擬建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，運(yùn)用最具有普適性的AERMOD模型系統(tǒng)地研究不同地表類型、煙囪高度、煙氣流速、排煙溫度對(duì)大氣環(huán)境影響變化規(guī)律，以期能為后續(xù)大氣污染型企業(yè)選址、設(shè)計(jì)階段提供參考與借鑒，以最大限度地減輕項(xiàng)目投產(chǎn)后對(duì)周邊大氣環(huán)境的影響。

1.研究?jī)?nèi)容與方法

(1)研究對(duì)象

某擬建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目位于福建省泉州市，位于戴云山脈—閩東南丘陵地帶，為復(fù)雜地形。擬建1臺(tái)400t/d機(jī)械爐排生活垃圾焚燒爐，廢氣污染物主要為SO2、NOx、煙塵、HCl、重金屬及二噁英類。選擇具有代表性且有環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的NO2、HCl、Cd、二噁英進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，污染源各參數(shù)見表1。

表1 擬建項(xiàng)目污染源參數(shù)

(2)氣象資料選取

采用泉州市某氣象站地面觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)包括2020全年每天24小時(shí)的風(fēng)向、風(fēng)速、總云量、低云量、氣溫等；模擬高空氣象包括氣壓、離地高度、干球溫度、露點(diǎn)溫度、風(fēng)向和風(fēng)速。近20年地面氣象統(tǒng)計(jì)資料，多年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镋，多年平均風(fēng)速為1.80m/s。

(3)篩選結(jié)果

從《AERMET用戶指南》中選取草地、落葉林、針葉林、農(nóng)作物、城市外圍土地利用類型的地表參數(shù)（見表2），在相同的氣象條件下（近20年最高氣溫39.7℃，最低氣溫為-2.1℃），潮濕氣候，采用AERSCREEN導(dǎo)則推薦模式對(duì)不同地表類型進(jìn)行估算（結(jié)果見表3）。根據(jù)判定不同地表類型中草地的評(píng)價(jià)范圍最大，均為局地尺度（≤50km）。

表2 不同地表類型的特征參數(shù)

表3 不同地表類型的篩選結(jié)果

(4)模型選取

AERMOD模型是一個(gè)穩(wěn)態(tài)煙羽擴(kuò)散模式，適用于局地尺度（≤50km）的濃度估算，并適用于點(diǎn)源、線源、面源、體源等工業(yè)源[9]。根據(jù)表3估算預(yù)測(cè)范圍均小于50km，不存在岸邊熏煙和長(zhǎng)期靜、小風(fēng)等特殊條件，因此，本研究選取最具有普適性的AERMOD大氣擴(kuò)散模型最為合適。

(5)研究方案設(shè)置

本研究設(shè)置不同的地表類型、煙囪高度、煙氣流速速度、排煙溫度影響因素對(duì)大氣污染物擴(kuò)散影響預(yù)測(cè)方案，見表5。

表5 研究預(yù)測(cè)方案

2.研究結(jié)果討論

(1)不同地表類型的影響

采用AERMOD模型預(yù)測(cè)不同地表類型對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度的影響規(guī)律，見圖1，可知NO2、HCl、Cd、二噁英的網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率依次為針葉林＜落葉林＜城市外圍＜農(nóng)作物＜草地，其中針葉林最小，草地最大，落葉林、城市外圍、農(nóng)作物介于兩者之間，均滿足導(dǎo)則HJ 2.2—2018中短期貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率小于100%，長(zhǎng)期貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率小于30%的要求。原因在于不同地表類型的地表參數(shù)不同，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了地表反照率、波文比（BOWEN）和地面粗糙度等地表參數(shù)與地表類型、季節(jié)有關(guān)，是影響大氣污染物擴(kuò)散的重要因素[10]。

圖1 不同地表類型對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度的影響

進(jìn)一步探究地面粗糙度與最大年均貢獻(xiàn)濃度的關(guān)系（見圖2），結(jié)果表明地面粗糙度與網(wǎng)格點(diǎn)最大年均貢獻(xiàn)濃度具有一定的負(fù)相關(guān)，五種不同地表類型的粗糙度由針葉林（1.3）＜落葉林（0.9）＜城市外圍（0.425）＜農(nóng)作物（0.0725）＜草地（0.04025）依次降低，而NO2、Cd、二噁英的網(wǎng)格點(diǎn)最大年均貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率也依次降低，主要原因在于地面粗糙度越大，對(duì)水平風(fēng)施加地面力就越大，大氣湍流也越大，越有利于大氣污染物的擴(kuò)散[10]?？梢娫趶?fù)雜丘陵地形下大氣污染型企業(yè)選址應(yīng)優(yōu)先考慮廠址周邊3km內(nèi)為針葉林的土地利用類型，投產(chǎn)后對(duì)大氣環(huán)境的影響最小。

圖2 地面粗糙度對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)最大年均濃度的影響

(2)煙囪高度的影響

由模擬煙囪高度變化的預(yù)測(cè)結(jié)果（見圖3）可知，隨著煙囪高度升高，網(wǎng)格點(diǎn)NO2、HCl最大小時(shí)貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率呈現(xiàn)出先降低而后略微升高的趨勢(shì)，而網(wǎng)格點(diǎn)最大日均、年均貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率呈現(xiàn)出逐步降低趨勢(shì)，結(jié)果均滿足導(dǎo)則HJ 2.2—2018中短期貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率小于100%，長(zhǎng)期貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率小于30%的要求。

圖3 不同煙囪高度對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度的影響

當(dāng)煙囪高度在60～90m之間時(shí)，網(wǎng)格點(diǎn)NO2、HCl最大小時(shí)貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率出現(xiàn)顯著降低，煙囪高度在90m時(shí)，網(wǎng)格點(diǎn)NO2、HCl最大小時(shí)貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率最小，煙囪高度在90～110m之間時(shí)，網(wǎng)格點(diǎn)NO2、HCl最大小時(shí)貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率出現(xiàn)略微升高，結(jié)果表明煙囪高度并非越高越好。當(dāng)煙囪高度超過90m后增加高度對(duì)大氣污染物擴(kuò)散影響甚微，甚至可能會(huì)造成上部逆溫等環(huán)境問題，加之，煙囪越高造價(jià)越高（一般煙囪的造價(jià)與其煙囪高度的平方成正比）將大大增加工程投資成本，綜上，擬建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目最合理的煙囪高度為90m。

(3)煙氣流速的影響

通過AERMOD模型預(yù)測(cè)排煙出口速度變化的預(yù)測(cè)結(jié)果見表6，可知當(dāng)排煙出口速度在7～30m/s之間，網(wǎng)格點(diǎn)NO2、HCl最大小時(shí)、日均等短期貢獻(xiàn)濃度均未發(fā)生變化，網(wǎng)格點(diǎn)NO2、Cd、二噁英年均長(zhǎng)期貢獻(xiàn)濃度有略微變化，但變幅不超過1%，均滿足導(dǎo)則HJ 2.2—2018中短期貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率小于100%，長(zhǎng)期貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率小于30%的要求。結(jié)果表明煙囪出口流速對(duì)各污染物最大貢獻(xiàn)濃度影響很小，擬建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目可根據(jù)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范(CJJ 90—2009)》中規(guī)定的煙氣流速取10～20m/s即可。

表6 煙氣流速變化的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果

(4)排煙溫度的影響

由排煙溫度變化的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果見表7及圖4，隨排煙溫度升高，各污染物的網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)，當(dāng)排煙溫度為20℃、30℃時(shí)，NO2、HCl網(wǎng)格點(diǎn)的最大小時(shí)、日均貢獻(xiàn)濃度出現(xiàn)大幅超標(biāo)，原因?yàn)楫?dāng)排煙溫度與外環(huán)境溫度接近時(shí)，煙氣和環(huán)境空氣的密度差很小，煙氣抬升高度有限，進(jìn)而大氣污染物擴(kuò)散效果不佳；當(dāng)排氣煙溫由30℃升高至50℃時(shí)，各污染物的網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度出現(xiàn)急劇降低，變幅最大的為NO2、HCl小時(shí)濃度下降了94.43%，主要原因在于煙氣溫度高于大氣溫度而產(chǎn)生浮力，煙氣抬升高度加大，進(jìn)而在湍流作用下進(jìn)行擴(kuò)散，而在130～170℃之間最大貢獻(xiàn)濃度變幅最小。

圖4 不同排煙出口速度對(duì)網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度的影響

表7 排煙溫度變化的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果

生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目排煙溫度一般在130～150℃左右，此溫度區(qū)間對(duì)污染物影響變化很小，因此無需采取升溫措施，其他擬建工程可結(jié)合實(shí)際并參考排煙溫度對(duì)大氣環(huán)境影響變化規(guī)律選擇合適的排煙溫度，以最大限度減輕項(xiàng)目投產(chǎn)后對(duì)大氣環(huán)境的影響。

3.結(jié)論與建議

（1）不同土地利用類型的各污染物網(wǎng)格點(diǎn)最大貢獻(xiàn)濃度占標(biāo)率依次為針葉林＜落葉林＜城市外圍＜農(nóng)作物＜草地，大氣污染型項(xiàng)目選址階段應(yīng)優(yōu)先考慮周邊3km內(nèi)為針葉林，以最大限度減輕投產(chǎn)后對(duì)大氣環(huán)境的影響。

（2）大氣污染物濃度隨煙囪高度升高而降低，但當(dāng)煙囪高度超過90m后對(duì)大氣污染物擴(kuò)散影響甚微，可見煙囪高度并非越高越好，應(yīng)綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等因素合理地確定煙囪高度。

（3）煙氣流速對(duì)大氣污染物擴(kuò)散影響很小，今后應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注煙囪高度、煙氣溫度等參數(shù)設(shè)置的合理性。

（4）通過比選，擬建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目最佳推薦方案為：選址在周邊3km內(nèi)地表類型為針葉林，煙囪高度設(shè)置為90m，煙氣流速取10～20m/s，排煙溫度在130～150℃之間，可實(shí)現(xiàn)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的可行。