山区复杂地形条件下的废气污染物扩散影响分析——以南平市某生活垃圾焚烧厂为例

曹淳祺

（福建省金皇环保科技有限公司，福建 福州 350003）

引言

随着城市的发展和人民生活水平的日益提高，生活垃圾问题日益突显。焚烧发电是生活垃圾处理的重要方式，可以提升、改善城市和乡村的卫生、环境状况，解决“垃圾围城”等突出环境问题[1]。对于生活垃圾焚烧厂的选址，除了应符合所在城市的总体规划、土地利用规划及环境卫生专项规划外，宜位于城市规划建成区边缘或以外，这也就造成生活垃圾焚烧发电厂的选址较为偏僻且必须远离居民区。特别是在以山地丘陵地貌为主的福建，生活垃圾焚烧发电厂的选址大多数位于山区。山区的复杂地形、山脉的阻滞作用、静稳条件等因素均不利于大气污染物的扩散，而生活垃圾焚烧发电厂主要的污染源来自大气污染物的排放。因此，生活垃圾焚烧发电厂往往通过抬高烟囱高度等方式，减缓焚烧烟气排放对周边环境的影响。

本研究通过选取合适的大气影响预测模型，以南平市某生活垃圾焚烧厂为例，对不同烟囱高度、不同烟气量条件下的烟气排放预测结果进行比较分析，为同类工程的前期设计提供数据参考。

1 研究方法

1.1 模型选择

AERMOD（AMS/EPA REGULATORY MODEL）模型的基础是扩散统计理论，假设污染物的浓度分布在一定范围内符合正态分布，并采用高斯扩散公式构建成立的。根据《环境影响评价技术导则 大气环境》（HJ 2.2-2018），AERMOD 模型适用于多种排放源(包括点源、面源、线源、体源)的排放，也适用于连续源、间断源，详见表1[2]。

表1 AERMOD 模型适用情况一览表

1.2 气象资料选择

本研究所使用的气象参数为项目所在地南平市某气象站2021 年全年逐时的常规气象要素，包括风向、风速、总云量、底云量、气温等。根据气象统计结果，全年年均气温19.04 ℃，日平均气温最大值=30.47 ℃，出现频率最高的稳定度级别=D（75.27%），此稳定度下平均混合层高度=240 m，此稳定度下的总体平均风速=1.31 m/s。由气象数据可知，该地区混合层高度低，大气静稳度高，综合扩散能力低，利于污染物在近地层积累。

1.3 地形及地表利用参数

考虑山体的影响，地形数据srtm文件系统生成，数据由csi.cgiar.org提供。地形参数选取评价范围10 km×10 km 的90 m 分辨率地形高程数据，预测网格间距按照100 m划定。项目所在地地形高程见图1。从图中可以看出，在预测范围内地势较平稳，地面高程最小值为-3 m，最大值1 101 m，与本项目所在区域地形相符。

图1 项目周边地形高程示意

本研究根据《AERMET 用户手册》的要求，对项目周边地表类型确定为针叶林覆盖（0°～360°），地表特征参数以季度为周期进行选取，地表湿度按潮湿气候进行选取。

1.4 污染源强数据

1.4.1 烟囱高度设置 根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）[3]，焚烧处理能力大于等于300t/日的生活垃圾焚烧厂烟囱最低允许高度为60 m。本研究对烟囱高度按照60 m、70 m、80 m、90 m、100 m、110 m、120 m进行设置，并以此为基础开展后续预测。

1.4.2 烟气量设置 该生活垃圾焚烧厂安装有1 台引风机，风量为120 000 Nm3/h，同时类比福建同等规模生活垃圾焚烧处理厂的实际运行排气量，最低风量为74 667 Nm3/h。因此，本研究按照烟气量80 000 Nm3/h、90 000 Nm3/h、100 000 Nm3/h、110 000 Nm3/h 进行设置，并以此为基础开展后续预测。

1.4.3 源强数据 生活垃圾焚烧厂焚烧炉烟囱排放的因子主要包括SO2、NOx、颗粒物、HCl、CO、二噁英类及重金属，其中，对大气影响预测的最大占标率、预测范围等影响较大的因子为HCl 和NOx。因此，本研究选取HCl 和NOx进行后续预测分析，详见表2。

表2 主要废气污染源强一览表

2 预测结果及分析

2.1 烟囱高度变化对预测结果的变化

2.1.1 烟囱高度的变化与污染物最大/小时浓度占标率Pi及大/小时浓度占标率变化率Y的变化关系 本研究用污染物最大/小时浓度变化率（Y）来表征排气筒高度变化对下风向污染物最大/小时浓度的影响[4]，计算方法见公式（1）。

式中：Y 为污染物最大/小时浓度变化率，%；Ci0为原始高度排气筒预测所得网格点污染物最大/小时浓度，mg/m3；Cic为排气筒高度降低不同幅度后预测所得网格点污染物最大/小时浓度，mg/m3。

通过AERMOD模型预测显示，总体上，随着排气筒高度的降低，HCl 污染物的最大/小时浓度占标率与变化率均呈正比例的线性增长。HCl 污染物的最大/小时浓度占标率与烟囱高度呈负相关，即烟囱高度越高，HCl的最大/小时浓度占标率越低。

值得注意的是NO2污染物，NOx污染物的最大/小时浓度占标率与烟囱高度基本呈负相关，只有在烟囱高度70 m 时出现大幅度上升的拐点，NO2污染物呈现大幅上升的趋势，甚至比60 m排气筒情况下NO2污染物的最大/小时浓度占标率更大。说明烟囱在此高度下，焚烧炉NOx污染物排放的影响最大，应避免项目烟囱高度设置在70 m（见图2）。

图2 不同烟囱高度下的污染物最大/小时浓度占标率变化率Y 的变化趋势

2.1.2 烟囱高度变化对污染物最大/小时浓度离源距离Di及最大/小时浓度离源距离变化率Q 的影响 本研究通过计算污染物最大/小时浓度落地点距污染源距离变化率（Q），以直观体现排气筒高度变化对污染物最大/小时浓度出现距离的影响[5]，计算方法见公式（2）。

式中：Q为污染物最大/小时浓度落地点距污染源距离变化率，%；Di0为原始高度排气筒预测所得污染物最大/小时浓度落地点距污染源距离，m；Di为排气筒高度降低不同幅度后预测最大/小时浓度落地点距污染源距离，m。

AERMOD 模型模拟显示，当烟囱高度从80 m 提高到110 m 时，NO2污染物的最大/小时浓度离源距离Di会显著增加；当烟囱高度从60 m 提高到80 m 时，NO2污染物的Di数值几乎不变。

当烟囱高度从90 m提高到110 m或从60 m 提高到80 m 时，HCl 污染物的最大/小时浓度离源距离Di会显著增加；当烟囱高度在70 m～90 m 之间时，HCl 污染物的Di数值会呈现出先升后降的趋势（见图3、图4）。

图3 不同烟囱高度下的污染物最大/小时浓度离源距离Di 的变化趋势

图4 不同烟囱高度下的污染物最大/小时浓度离源距离变化率Q 的变化趋势

2.2 烟气排放量变化对预测结果的变化

2.2.1 烟气排放量的变化与污染物最大/小时浓度占标率Pi及大/小时浓度占标率变化率Y 的变化关系 通过AERMOD 模型预测显示，随着烟气排放量的降低，HCl 和NO2污染物的最大/小时浓度占标率与变化率基本呈线性增长，最大/小时浓度占标率与烟气排放量呈负相关，即烟气排放量越大，最大/小时浓度占标率越低（见图5）。

图5 不同烟气排放量下的污染物最大/小时浓度占标率变化率Y的变化趋势

2.2.2 烟气排放量变化对污染物最大/小时浓度离源距离Di及最大/小时浓度离源距离变化率Q的影响 AERMOD模型模拟显示，烟气排放量的变化对最大/小时浓度离源距离Di的影响较小。当烟气排放量从8 万m3提到高12 万m3时，NO2污染物的最大/小时浓度离源距离Di从475 m提高到493 m，变化率最大为3.65%；HCl 污染物的最大/小时浓度离源距离Di从461 m 提高到493 m，变化率最大为6.49%。（见图6、图7）。

图6 不同烟气排放量下的污染物最大/小时浓度离源距离Di的变化趋势

图7 不同烟气排放量下的污染物最大/小时浓度离源距离变化率Q 的变化趋势

3 结论与建议

综上所述，烟囱高度的变化比烟气排放量的变化，对焚烧炉烟气污染物的最大/小时浓度和离源距离影响程度更大。总体而言，在山区的复杂地形和不利于扩散的气象条件下，烟囱高度越高、烟气排放量越大，污染物的最大/小时浓度及其占标率越低，离源距离越远。但是，在本研究选取的案例中，也出现70 m 高度的排气筒排放的污染物的最大落地浓度高于60 m 高度的排气筒。因此，建议企业在设计阶段和环评阶段应充分考虑周边地形及当地气象条件，通过比选论证、模型预测等方式，合理设计烟囱高度及烟气排气量等参数，实现经济效益和环境效益的双赢。