焦化项目大气污染特征及环境影响评价

马 岩，仝纪龙，潘 峰，安伟铭

（1.兰州大学 环境质量评价研究中心，甘肃 兰州 730000；2.兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000）

焦化项目大气污染特征及环境影响评价

马 岩1，2，仝纪龙1，2，潘 峰1，2，安伟铭1，2

（1.兰州大学 环境质量评价研究中心，甘肃 兰州 730000；2.兰州大学 大气科学学院，甘肃 兰州 730000）

以甘肃省酒泉市阿克塞哈萨克族自治县某焦化项目为案例，在分析其工艺流程和排污环节的基础上，利用AERMOD模型定量预测评价该焦化项目对区域大气环境质量的影响程度。预测结果表明：SO2，NO2，NH3，H2S的区域最大地面小时质量浓度占标率分别为15.8％，29.6％，16.8％，24.8％；SO2、NO2、苯并［a］芘、固体悬浮物（TSP）的区域最大日均质量浓度占标率分别为7.5％，11.4％，7.2％，95.8％；TSP最大日均质量浓度坐标点为（500，0），位于厂界内部，高浓度是由焦化厂低矮面源造成的，且浓度随距离消减得较快。

焦化项目；大气污染；AERMOD模型；环境评价

炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要组成部分，焦化产品广泛应用于化学工业、医药工业和国防工业。但同时，焦化工业又是重污染行业，炼焦过程造成的大气环境污染已经成为人们普遍关注的环境问题。该类污染具有污染源多、成分复杂等特点［1-3］。

本文以位于甘肃省酒泉市阿克塞哈萨克族自治县（以下简称阿克塞县）工业园区的某焦化项目为案例，利用AREMOD模型定量预测焦化项目对周边大气质量的影响程度，以期为今后焦化项目的选址、环境影响评价、污染防治措施等提供参考。

1 项目介绍

该焦化项目选择目前较为先进的4孔×65孔HXDK55-09F型复热式捣固焦炉，设计焦炭产量为2 400 kt/a，熄焦方式为干熄焦、备用湿熄焦。该项目主要包括新建3 000 kt/a洗煤装置和2 400 kt/a焦化装置，厂区有洗煤车间、配煤车间、炼焦车间、筛焦车间及煤气净化车间。该焦化项目的规模、工艺和环境污染防治措施等几方面，均处于较为先进的水平，是近几年新建焦化项目的典型模式，故对其进行的大气环境影响研究具有重要意义。

1.1 工艺流程及排污节点

焦化项目排放的大气污染物主要有烟粉尘、SO2、苯并［a］芘（BaP）、NO2等，排放方式有点源、面源和体源。以G1～G13标记气态污染物，项目工艺流程和排污节点见图1。

图1 项目工艺流程及排污节点

1.2 环保措施

该项目采用先进捣固焦工艺，参考炼焦化学污染物排放标准编制说明，针对各大气污染物排污环节，采取严格的环保措施。1）储料系统：原煤厂、精煤厂设高出煤堆1.5 m的防风抑尘网；2）筛分、破碎、转运等环节：采用封闭系统，安装袋式除尘器；3）炼焦系统：装煤侧导式除尘，出焦不燃烧干式地面除尘；4）湿熄焦系统：折流板除尘，排放高度为68 m；5）冷凝鼓风系统：将冷凝鼓风各储槽的放散管集中连接后，经压力平衡系统引至冷凝鼓风工段鼓风机前吸煤气管道；6）脱硫塔再生尾气：HPF法（鞍山焦耐设计院专利技术）脱硫，采用两台串联操作的尾气回收塔，第一回收塔用硫铵母液吸收尾气中的NH3，第二回收塔用蒸氨废水循环洗涤。

2 评价模型及参数选取

2.1 AERMOD模型简介

预测模型采用HJ 2.2—2008《环境影响评价技术导则》［4］中推荐的AERMOD模型。AERMOD模型既适用于多种排放源（包括点源、面源和体源）的排放情形，也适用于乡村环境和城市环境、平坦地形和复杂地形、地面源和高架源等多种排放扩散情形的模拟和预测［4-7］。

AERMOD模型是一种稳态烟羽模型。该模型以扩散统计理论为出发点，假设污染物的浓度分布在一定程度上服从高斯分布。某一网格点考虑地形影响时的总质量浓度的计算方法见式（1）。

c{x，y，z}=fcqs{x，y，z}+（1-f ）cqs{x，y，zt} （1）

式中：c{x，y，z}为总质量浓度表达式；cqs{x，y，z}为水平烟羽的质量浓度表达式（下标q和s分别代表对流和稳定条件）；zt为预测点（x，y，z）的有效高度；cqs{x，y，zt}为沿地形抬升烟羽的质量浓度表达式；f为两种烟羽状态的权重函数，无量纲。

在对流和稳定条件下，式（1）中各质量浓度表达式的一般形式为：

式中：Q为源排放速率；u-为有效风速；py{y，x}和pz{z，x}分别为水平（y）方向和垂直（z）方向质量浓度分布的概率密度函数［5-7］。

2.2 模型参数的选取

2.2.1 地面常规气象数据

地面气象数据采用阿克塞县气象站的实测资料，该资料收集了2010年的全年逐日气象数据。观测数据每日3次，数据项目包括：风向、风速、总云量、低云量、干球温度。在数据处理中，对观测次数不足的进行了插值处理。

2.2.2 高空气象数据

项目所在地距离敦煌气象站（甘肃省酒泉市）53 km，略大于《环境影响评价技术导则》［4］中要求的50 km，但两地地理特征较一致，故高空气相数据采用敦煌气象站的高空气象资料，数据源主要为该气象站的美国怀俄明大学数据站点逐月逐日逐次高空气象模拟数据。数据项目包括：时间、探空数据层数、气压、高度、干球温度、露点温度、风速、风向等。

2.2.3 地形参数

地形数据来源于阿克塞县地形格栅（Grid）文件，经ARC/INFO坐标及地理投影转换，生成模型所需的数字高程（DEM）文件，预测范围为10 km×10 km，预测接收点网格为100 m×100 m。

2.2.4 污染源参数

根据焦化工艺及排污分析，选取评价因子为：固体悬浮物（TSP）、SO2、NO2、NH3、H2S、BaP。项目污染源（点源、面源、体源）参数分别见表1～3。数据来源于焦化类项目调研数据、经验性数据及排污系数统计［8］，污染物排放均满足GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》［9］。

表1 项目污染点源参数

表2 项目污染面源参数

表3 项目污染体源参数

2.2.5 预测方案

该项目位于西北戈壁，预测区域为以厂址中心为原点，边长为10 km的正方形，计算点为区域内网格点和区域最大地面质量浓度点。从本文的研究目的出发，此次只对项目的贡献浓度进行预测。

3 项目大气影响分析

区域空气质量标准采用GB 3095—1996《环境空气质量标准》［10］，该标准未涉及污染物采用TJ 36—1979《工业企业设计卫生标准》［11］。经AERMOD模型定量预测，项目各污染物的质量浓度见表4。由表4可见：SO2，NO2，NH3，H2S的区域最大地面小时质量浓度分别为0.079，0.071，0.034，0.002 mg/m3，相应占标率分别为15.8％， 29.6％，16.8％，24.8％，说明SO2，NO2，NH3，H2S的最大地面小时质量浓度均可满足相应标准限值的要求；SO2，NO2，BaP，TSP的区域最大日均质量浓度分别为0.011，0.014，0.000 72，0.144 mg/m3，相应占标率分别为7.5％，11.4％，7.2％，95.8％，除TSP区域最大日均质量浓度接近限值0.15 mg/m3外，其他污染物区域最大日均质量浓度均较小，占标率均不到15％。模型定量预测结果显示，TSP最大日均质量浓度的坐标点（500，0）落在厂界内部，高质量浓度是由焦化厂的低矮面源造成的。

表4 项目各污染物的质量浓度

TSP地面日均质量浓度等值线图见图2。由图2可见，高质量浓度点均在厂界内及厂界边缘，厂界外TSP日均质量浓度远小于0.15 mg/m3的限值，且TSP日均质量浓度随距离消减得较快。

图2 TSP日均质量浓度等值线图等值线单位：mg/m3

4 结语

以阿克塞县某2 400 kt/a焦化项目为案例，在分析其大气污染源强及环保措施的基础上，利用AERMOD模型定量预测评价该项目对区域大气环境质量的影响程度。预测结果表明：

a）SO2，NO2，NH3，H2S的区域最大地面小时质量浓度分别为0.079，0.071，0.034，0.002 mg/m3，相应占标率分别为15.8％，29.6％，16.8％， 24.8％。

b）SO2，NO2，BaP，TSP的区域最大日均质量浓度分别为0.011，0.014，0.000 72，0.144 mg/m3，相应占标率分别为7.5％，11.4％，7.2％，95.8％。其中，TSP日均高质量浓度均在厂界内及厂界边缘，厂界外TSP日均质量浓度远小于0.15 mg/m3的限值，且TSP日均质量浓度随距离消减得较快。

［1］ 李从庆.炼焦生产大气污染物排放特征研究［D］.重庆：西南大学资源环境学院，2009.

［2］ 邹学军.焦炉大气污染物排放及清洁生产研究［D］.呼和浩特：内蒙古大学环境与资源学院，2007.

［3］ 罗文.山西焦化业大气污染物控制清洁工艺研究［D］.北京：清华大学环境科学与工程系，2004.

［4］ 国家环境保护部.HJ 2.2—2008 环境影响评价技术导则 大气环境［S］.北京：中国环境科学出版社，2008.

［5］ 回蕴珉.AERMOD模式在大气环境影响评价中的应用［D］.天津：天津大学环境科学与工程学院，2011.

［6］ 江磊，黄国忠，吴文军，等.美国AERMOD模型与中国大气导则推荐模型点源比较［J］.环境科学研究，2007，20（3）：44 - 51.

［7］ 王海超，焦文玲，邹平华.AERMOD大气扩散模型研究综述［J］.环境科学与技术，2010，33（11）：115 -119.

［8］ 李冰晶，仝纪龙，潘峰，等.利用AERMOD预测焦化行业大气环境影响实例分析［J］.环境工程，2013，31（5）：156 - 160.

［9］ 国家环境保护部.GB 16171—2012 炼焦化学工业污染物排放标准［S］.北京：中国环境科学出版社，2012.

［10］ 原国家环境保护局.GB 3095—1996 环境空气质量标准［S］.北京：人民卫生出版社，1996.

［11］ 国家卫生部.TJ 36—1979 工业企业设计卫生标准［S］.北京：中国环境科学出版社，1979.

（编辑 魏京华）

·专利文摘·

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Characteristics and Environmental Impact Assessment of Atmospheric Pollution from Coking Project

Ma Yan1，2，Tong Jilong1，2，Pan Feng1，2，An Weiming1，2
（1.Research Center for Environmental Quality Assessment，Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China；2.College of Atmospheric Sciences，Lanzhou Gansu 730000，China）

Taking a coking project in Gansu province as an example，the technological process and the pollutant sources were analyzed，and the impact of the coking project on regional atmospheric environmental quality was quantitatively predicted and evaluated using the AERMOD model.The prediction results show that：The maximum ratio to standard of the Regional daily average concentration of SO2，NO2，NH3，H2S is 15.8％，29.6％，16.8％，24.8％ respectively；The maximum ratio to standard of the regional hourly average concentration of SO2，NO2，BaP，TSP is 7.5％，11.4％，7.2％，95.8％ respectively；The coordinate of maximum regional daily average concentration of TSP is at（500，0），located in the factory bound.The high concentration is caused by the low non-point sources of the coking plant， and the concentration is rapid reduced with the distance.

coking project；atmospheric pollution；AERMOD model；environmental assessment

X823

A

1006 - 1878（2014）04 - 0366 - 05

2013 - 12 - 09；

2014 - 05 - 20。

马岩（1990—），男，黑龙江省佳木斯市人，硕士生，研究方向为环境影响评价、规划与管理。电话13919240369，电邮 lanzhoufujinbei@163.com。