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 浅析AERMOD模型在石化园区大气规划环评中的应用

作者:2016-11-18 16:38文章来源:未知
  1 模型适用性分析
  AERMOD 是美国环保局推出的第二代法规模式暨我国《环境影响评价技术导则——大气环境(HJ/T2.2-2008)》推荐模型之一,AERMOD 模式是稳态烟羽模型,假设污染物的浓度在一定程度上服从高斯分布,以扩散理论为出发点,模拟点源、面源、体源等排放的污染物在短期、长期的浓度分布。AERMOD 模型系统的结构包括3 个独立的部分:AERMOD (扩散模型)、AERMET (气象数据预处理器)和AERMAP (地形数据预处理器)。
  1.1 污染源数据
  1.1.1 规划范围
  园区规划成大型化、基地化态势,研究表明,AERMOD 模型在排放源间距不超过50 km 范围内可以准确进行离散建模预测在复杂地形和气象条件下污染物扩散浓度。
  1.1.2 排放源高度
  园区规划由于生产装置特性、生产工艺等影响,排放源高度不尽相同,排放源高度是影响污染物扩散的因素之一,排放源高度增加可以有效降低污染物落地浓度,污染物稀释距离也会减小。AERMOD 模式中可以准确输入有效排放高度,避免因为有效排放高度导致的预测误差,特别是对无组织排放源来说,应用AERMOD 可更好地对其扩散浓度进行预测。
  1.1.3 污染源类型
  园区中污染物往往是点源、面源、体源交错排放,污染来源不同,其扩散方式和影响因素各不相同,将污染物通过点、面、体进行分类预测可以更好地了解污染源类型对污染物扩散的影响,如果单一考虑一种排放方式将影响预测结果的准确性、可信度。AERMOD模型在进行预测时可以输入污染源类型,针对不同污染源类型进行预测。
  1.2 气象条件
  研究表明,风速、风向、温度、相对湿度、大气稳定度等是影响污染物扩散的主要因素,AERMOD 模型中的AERMET 气象处理模块计算所需边界参数估算风速、湍流强度和温度的廓线,将测量数据传递给AERMOD 进行预测。
  1.3 地形条件
  园区所在地的地形条件不同对大气污染物扩散的影响程度具有差异性,AERMOD 模型中的AERMAP 地形处理模块运用临界分流的物理基础考虑了地形对污染物扩散的影响,将扩散流场分为2 层结构。AERMOD 模型认为复杂地形上的污染物浓度取决于在非常稳定条件下被迫绕过山体的水平烟羽和在垂直方向上沿着山体抬升的烟羽2 种极限状态,任一网格点的浓度值就是这2 种烟羽浓度加权之后的总和。同时,AERMOD 模式可以同时考虑建筑物下洗对大气污染物扩散的影响。
  2 案例分析
  2.1 规划园区自然概况
  某石化园区规划地处北温带季风区域,属温带季风气候又具有显著的海洋性气候特点。春季气温回升缓慢,较内陆区迟约一个月;夏季湿热多雨,但无酷暑;秋季天高气爽,降水少,蒸发强;冬季风大温低,持续时间较长。根据当地近20 a 气象监测资料显示,当地年平均气温12.2 ℃,平均降水量约为775.6 mm,平均相对湿度为73%左右。园区所在地平均风速为5.3m/s,以东南风为主导风向。根据当地环境监测部门2001-2010 年的大气环境监测结果显示SO2 的年均浓度呈逐年增长的趋势,且逐渐接近于标准值;NO2 在后2 a 有上升趋势;PM10 的年均值与标准值接近。
  2.2 污染源
  石化园区大气污染主要来源于锅炉燃烧排放及无组织排放废气,根据规划,园区动力系统将新建4台480 t/h 锅炉,设计燃料采用煤和石油焦。考虑到锅炉采用燃煤方式运行新增污染物排放量较大,本次评价采用燃煤锅炉和燃气锅炉2 种运行方式。
  方案1:规划方案。即采用4 台480 t/h 燃煤锅炉。
  方案2:替代方案。即采用4 台480 t/h 燃气锅炉。
  2.3 气象条件
  本次模拟采用当地气象站(台站号54857)2011年逐日逐次观测的风向、风速、气温以及每天4 次低云量观测数据。采用环境保护部环境工程评估中心环境质量模拟重点实验室提供的模拟的2011 年的MM5 高空数据,站点距离石化工业园区10 km,经纬度分别为E120.175°和N36.1444°,每天2 次,高空数据层数为21 层,包括气压、高度、风向、风速、干球温度、露点温度的数据。
  2.4 地形条件
  由于石化园区位于沿海地区,地表情况较为复杂,分为城市和水域2 个扇区。
  3 预测和评价结果分析
  根据AERMOD 模式运行结果,规划实施后,SO2、NO2、PM10 日均前10 位预测结果。可知,全年365 d,规划方案SO2、NO2、PM10 最大日均浓度贡献值为0.005 5,0.032,0.003 7mg/m3;占二级标准值3.7%,26.7%, 2.5%。替代方案SO2、NO2、PM10 最大日均浓度贡献值为0.004 2,0.032,0.003 7 mg/m3;占二级标准值2.8%,26.7%,2.5%。由表4 可知,敏感点SO2 日均浓度增值在0.000 19~0.001 03 mg/m3 之间,最大贡献值占二级标准值的1.03%。叠加背景值后,最大占标率为96.7%;NO2 日均浓度贡献值在0.002 2~0.011 mg/m3 之间,最大贡献值占二级标准值的9.5%; PM10 日均浓度贡献值在0.000 28~0.001 1 mg/m3 之间,最大贡献值占二级标准值的0.87%。叠加背景值后,敏感点PM10 均出现了超标的现象,最大超标倍数为4.85。NO2 敏感点日平均浓度贡献值占标率最大,由此可知NO2 的排放对敏感点大气环境影响最大,SO2 规划方案的敏感点贡献值占标率为替代方案的2 倍,替代方案SO2 减排效果明显。SO2 日平均浓度减少趋势较NO2、PM10 更为显著,NO2、PM10 扩散范围更广,其中PM10 扩散范围最广,究其原因主要是因为:(1)NO2、PM10 日平均贡献值浓度较SO2 高,在相同气象条件下,NO2、PM10 扩散范围更广;(2)PM10 为悬浮颗粒物,在大气中不易发生沉降,其扩散范围更为广阔,SO2 摩尔质量较其它2 个因子大,SO2 更容易在扩散过程中发生沉降,浓度贡献值减少趋势更为显著。
  4 结论与建议
  通过对石化园区排放常规因子预测结果可知,常规因子中NO2 的占标率相对较大,小时平均贡献浓度占标率达到62.5%,SO2 和PM10 的占标率相对较低,替代方案相对规划方案SO2 最大落地浓度占标率明显减少,SO2 减排效果明显。叠加背景值后敏感点PM10 在敏感点均出现了超标的现象,最大超标倍数为4.85,SO2、NO2 占标率分别为96.7%、91.4%。由此可知,石化园区规划的实施对周边大气环境影响较为显著,石化园区应合理利用规划环境影响评价结果加强环境管理,审核项目中大气污染物排放环节、排放的主要污染物,采用有效的治理技术、治理措施,从源头缩减大气污染排放,同时要从产业布局本身寻求减排方法,强化园区企业准入条件审核,合理布置园区产业链,通过产业链、产品链的延伸优化提高资源综合利用率,减少污染物排放,提高园区循环经济性,缩减环境影响范围,促进科技创新降低污染治理成本。在今后的研究中,应将气候变化、累积效应纳入规划环境影响评价体系中,充分考虑气候变化和累积效应对污染物扩散、影响范围等因素的影响;其次,AERMOD 模式应用范围广泛,充分开发AERMOD的应用功能,将其应用到大气环境容量、风险评价等领域;最后,结合大气科学专业知识,进一步研究石化园区规划大气环境影响评价技术方法,分析不同技术方法的适用性和缺陷,在不同规划情境下选择最合适的评价方法。
 

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