工业点源参数对污染物最大落地浓度的影响

张艳君

(上海格林曼环境技术有限公司，上海　200001)



工业点源参数对污染物最大落地浓度的影响

张艳君

(上海格林曼环境技术有限公司，上海200001)

利用AERMOD模型对平原型工业点源进行模拟计算，首先采用单因素试验法对各点源参数与污染物最大落地浓度的关系进行了分析，然后通过正交试验考察了AERMOD预测结果对点源各参数变化的敏感性。结论表明，点源参数在一定范围内调整时，排气筒高度对污染物最大落地浓度影响最显著，其次是污染物源强，排气筒内径和烟气量对污染物最大落地浓度的影响相对较小。

大气环境影响评价；Aermod模型；点源；极差分析

AERMOD模型是我国环保部发布的《环境影响评价技术导则—大气环境》(HJ2.2-2008)中推荐的三种大气预测模型之一。该模型为20世纪90年代中后期由美国国家环保署与美国气象学会联合开发，不仅适用于多种排放源的排放，也适用于城市和乡村、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，在我国大气环境影响评价工作中应用广泛。Aermod是一个稳态烟羽扩散模式，适用于近场距离(≤50 km)的浓度估算[1]，AERMOD包括两个预处理模式，即Aermet气象预处理模块和Aermap地形预处理模块[2]。

工业点源排放参数主要包括：污染物源强、排气筒高度、出口烟气流量、排气筒出口内径和出口烟气温度等[3-4]。本文中笔者以华东地区某精细化工园区内一排放非甲烷总烃(NMHC)的排气筒为例，研究了工业点源污染物源强、排气筒高度、排气筒出口内径和烟气量对污染物最大落地浓度的影响。对实际环境影响评价工作中遇到地区环境容量有限时，通过调整点源参数尽量减少污染物排放对环境影响具有一定的指导作用。

1　基础数据及参数的选取

1.1基础数据

华东地区某精细化工园区内一拟建项目，主要特征排放因子为NMHC，项目初步设计参数为NMHC排放源强0.15 kg/h、排气筒高度25 m、排气筒出口内径0.4 m、排气筒出口烟气量5000 m3/h、烟温为常温。以工程初步设计提供的排放参数进行上下波动(烟温除外)，通过单因素试验和正交试验研究参数变化引起的模型输出结果变化，确定各参数对输出结果的影响显著性。

1.2气象数据参数

本项目地面气象资料采用距离项目所在地最近的气象站2012年逐日逐时风向、风速、干球温度、气压和相对湿度数据。低云和总云量为每天3次观测数据，通过插值得到逐时数据。

高空数据采用中尺度数值模式MM5(Mesoscale Model)模拟生成，共5层数据，从地面到1500 m高。模拟范围以项目所在地为中心位置，东西36 km、南北36 km范围，网格精度为3 km×3 km，气象年份为2012年。模式采用的原始数据有地形高度、土地利用、陆地-水体标志、植被组成等数据，数据源主要为美国的USGS数据。模式采用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析数据作为模型输入场和边界场。

1.3地形数据参数

预测区域以平原为主，平均海拔0～10 m之间，地形数据SRTM文件来自于国际农业研究小组网站的空间信息http://www.cgiar-csi.org，分辨率90×90 m。项目评价范围内地表土地利用类型为城镇，全年地表反射率为0.2075，表面层显热/潜热通量比(或鲍温比，Bowen Ratio)为1.625，地表粗糙度为1。评价范围以网格中心点为圆心，划为1个城镇分区。

1.4预测网格点

以项目排气筒为中心，半径2500 m范围内，每隔5°划分一条射线，延射线方向向外每隔50 m设置一个同心圆，共计3600个网格点。

2　单因素试验与结果

单独变化点源参数中的某一个因子，其余的因素保持不变，通过运行AERMOD考察NMHC最大落地浓度变化规律。

2.1污染物源强的影响

设置排气筒高度25 m、排气筒出口内径0.4 m、排气筒出口烟气量5000 m3/h、烟温为常温，考察NMHC排放源强在0.1～0.2 kg/h变化时对NMHC最大1 h落地浓度的影响，结果如图1所示。可见，NMHC最大1 h落地浓度与其排放源强呈完全线性关系，污染源强越大，污染物最大落地浓度越高。

图1　污染物源强对1 h最大落地浓度的影响

2.2排气筒高度的影响

图2　排气筒高度对1 h最大落地浓度的影响

设置NMHC排放源强0.15 kg/h、排气筒出口内径0.4 m、排气筒出口烟气量5000 m3/h、烟温为常温，考察排气筒高度在15～40 m变化时对NMHC最大1 h落地浓度的影响，结果如图2所示。可见，排气筒高度与污染物最大落地浓度呈幂指数关系，一定范围内，排气筒越高，污染物排放对地面影响越小，然而，随着排气筒高度的进一步提高，其对污染物落地浓度的影响也逐渐变小。由图2可推测当排气筒高度达到一定程度时，污染物最大落地浓度变化越来越小并趋于不变。

2.3排气筒出口内径的影响

设置NMHC排放源强0.15 kg/h、排气筒高度25 m、排气筒出口烟气量5000 m3/h、烟温为常温，考察排气筒出口内径在0.25～0.5 m变化时对NMHC最大落地浓度的影响，结果如图3所示。排气筒出口烟气量一定时，出口内径变化将引起烟气流速的变化，内径越小，烟气流速越大。试验过程中发现排气筒出口内径调整对NMHC的1 h最大落地浓度影响不显著，这可能是由于典型小时气象条件对扩散的影响大于出口内径变化影响的缘故，选择NMHC的24 h最大落地浓度进行分析。

可见，污染物最大落地浓度与排气筒内径呈二项式关系，排气筒内径越大，对应烟气流速越小，不利于污染物扩散，因此污染物落地浓度随内径变大而变大。

图3　排气筒出口内径对24 h最大落地浓度的影响

2.4排气筒出口烟气量的影响

图4　烟气量对24 h最大落地浓度的影响

设置NMHC排放源强0.15 kg/h、排气筒高度25 m、排气筒出口内径0.4 m、烟温为常温，考察排气筒出口烟气量由3000～7000 m3/h变化时对NMHC最大1 h落地浓度的影响，结果如图4所示。排气筒出口内径一定时，烟气量变化将引起烟气流速的变化，烟气量越大，烟气流速越大。试验过程中发现排气筒出口烟气量调整对NMHC的1 h最大落地浓度影响不显著，这可能是由于典型小时气象条件对扩散的影响大于烟气量变化影响的缘故，选择NMHC的24 h最大落地浓度进行分析。

可见，污染物最大落地浓度与排气筒排气量也呈二项式关系，排气筒的烟气量越大，对应烟气流速越大，利于污染物扩散，因此污染物落地浓度随烟气量变大而变小。

3　正交试验与结果

根据项目初步工程设计数据确定四因素三水平正交试验, 如表1所示。

表1　点源正交因素水平

选用L9(34)正交表[5]，正交试验结果及极差分析结果见表2。

表2　正交试验结果

续表2

933210.83k12.612.952.132.21k21.931.732.001.80k31.301.151.701.83极差1.311.800.440.41

正交试验的考察指标为NMHC的最大1 h落地浓度，其值是越小越好。由正交试验极差分析结果可以看出，在考察的参数变化范围内，各点源输入参数对污染物浓度的影响大小分别为：排气筒高度>污染源强>排气筒出口内径>排气筒出口烟气量，即排气筒高度对污染物最大落地浓度影响最大，其次为污染源强，排气筒出口内径和烟气量对试验结果影响相对较小。

4　结　论

(1)采用Aermod模型计算污染物落地浓度时，在烟气温度一定的情况下，通过降低污染物源强、提高排气筒几何高度、减小排气筒出品内径和增大烟气量等方式可以实现预测点处污染物浓度的降低。

(2) 在本项目考察的参数变化范围内，各点源输入参数对污染物浓度的影响大小分别为：排气筒高度>污染源强>排气筒出口内径>排气筒出口烟气量。

[1]丁飒,丁业,孔彬.地表参数对AERMOD模型预测浓度精确度的影响[J].安徽农业科学,2011,39(34):21221-21223,21313.

[2]国家环境保护总局环境工程评估中心.HJ2.2-2008 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,2009:19.

[3]刘辉,史学峰,李丽珍.AERMOD模型系统中点源参数敏感性影响规律分析[J].能源与节能,2012(5):69-71.

[4]杨立春,敖世恩,陈豪立.结合AERMOD模型和正交试验设计研究工业点源最优的排放参数[J].环保科技,2013,19(2):14-16.

[5]陈魁.试验设计与分析[M].北京:清华大学出版社,1996:95.

Study on Relationship between the Parameters of Point Source Emissions and the Maximum Ground-level Concentration

ZHANGYan-jun

(Shanghai Greenment Environmental Technology Co., Ltd., Shanghai 200001, China)

The AERMOD model was used to simulate the pollution process of point source emissions in plain region. The relationship between the parameters of point source and the maximum ground-level concentration was tested through single factor method, and then sensitivity of each point source parameters to AERMOD operation results were analyzed through orthogonal method. The results showed that when point source parameters were adjusted within a certain range, the most significant factor for maximum ground-level concentration was the height of stack, followed by pollutant source intensity, while the stack inner dimension and flue gas volume had relatively little influence on the operation results.

atmospheric environmental impact assessment; AERMOD model; point source; range analysis

张艳君(1987-)，女，工程师，硕士，主要从事环境影响评价工作。

X823

A

1001-9677(2016)010-0172-03