基于AERMOD模型的大气环境影响评价对项目的优化建议——以福建省某拟建生活垃圾焚烧发电项目为例

＊廖考珍

（福建省环境保护设计院有限公司 福建 350000）

引言

随着我国社会经济与工业化进程地快速发展，大气环境污染问题日益严峻，甚至对人民群众的健康产生影响。大气环境影响评价是有效防治大气污染的重要环节，国内外学者建立了多种空气质量模型模拟大气中污染物的传输、扩散、化学转化和去除过程，成为大气环境影响预测的重要手段[1]。

AERMOD模型是我国环评中应用最为广泛的大气扩散模型之一，也是大气环境影响评价导则推荐的预测模型[2]。目前我国学者主要围绕气象条件、地形及地表参数、污染源参数等对AERMOD模型大气污染物扩散影响开展了大量研究[3-5]。秦丽平[6]探索了排放高度与最大落地浓度之间的关系，吴凡等[7]研究排气筒出口流速变化对大气环境影响程度，宋华丰等[8]研究地表参数变化对低、中、高排气筒不同距离的大气污染物浓度的影响规律。这些研究主要从单一影响因素进行探讨，然而鲜少学者从不同地表类型、污染源参数（排气筒高度、烟气流速、排烟温度）等一系列影响因素进行系统地研究。

鉴于此，本研究以福建省某拟建生活垃圾焚烧发电项目为例，运用最具有普适性的AERMOD模型系统地研究不同地表类型、烟囱高度、烟气流速、排烟温度对大气环境影响变化规律，以期能为后续大气污染型企业选址、设计阶段提供参考与借鉴，以最大限度地减轻项目投产后对周边大气环境的影响。

1.研究内容与方法

(1)研究对象

某拟建生活垃圾焚烧发电项目位于福建省泉州市，位于戴云山脉—闽东南丘陵地带，为复杂地形。拟建1台400t/d机械炉排生活垃圾焚烧炉，废气污染物主要为SO2、NOx、烟尘、HCl、重金属及二噁英类。选择具有代表性且有环境空气质量标准的NO2、HCl、Cd、二噁英进行模拟预测，污染源各参数见表1。

表1 拟建项目污染源参数

(2)气象资料选取

采用泉州市某气象站地面观测气象数据包括2020全年每天24小时的风向、风速、总云量、低云量、气温等；模拟高空气象包括气压、离地高度、干球温度、露点温度、风向和风速。近20年地面气象统计资料，多年主导风向为E，多年平均风速为1.80m/s。

(3)筛选结果

从《AERMET用户指南》中选取草地、落叶林、针叶林、农作物、城市外围土地利用类型的地表参数（见表2），在相同的气象条件下（近20年最高气温39.7℃，最低气温为-2.1℃），潮湿气候，采用AERSCREEN导则推荐模式对不同地表类型进行估算（结果见表3）。根据判定不同地表类型中草地的评价范围最大，均为局地尺度（≤50km）。

表2 不同地表类型的特征参数

表3 不同地表类型的筛选结果

(4)模型选取

AERMOD模型是一个稳态烟羽扩散模式，适用于局地尺度（≤50km）的浓度估算，并适用于点源、线源、面源、体源等工业源[9]。根据表3估算预测范围均小于50km，不存在岸边熏烟和长期静、小风等特殊条件，因此，本研究选取最具有普适性的AERMOD大气扩散模型最为合适。

(5)研究方案设置

本研究设置不同的地表类型、烟囱高度、烟气流速速度、排烟温度影响因素对大气污染物扩散影响预测方案，见表5。

表5 研究预测方案

2.研究结果讨论

(1)不同地表类型的影响

采用AERMOD模型预测不同地表类型对网格点最大贡献浓度的影响规律，见图1，可知NO2、HCl、Cd、二噁英的网格点最大贡献浓度占标率依次为针叶林＜落叶林＜城市外围＜农作物＜草地，其中针叶林最小，草地最大，落叶林、城市外围、农作物介于两者之间，均满足导则HJ 2.2—2018中短期贡献浓度占标率小于100%，长期贡献浓度占标率小于30%的要求。原因在于不同地表类型的地表参数不同，国内外学者研究了地表反照率、波文比（BOWEN）和地面粗糙度等地表参数与地表类型、季节有关，是影响大气污染物扩散的重要因素[10]。

图1 不同地表类型对网格点最大贡献浓度的影响

进一步探究地面粗糙度与最大年均贡献浓度的关系（见图2），结果表明地面粗糙度与网格点最大年均贡献浓度具有一定的负相关，五种不同地表类型的粗糙度由针叶林（1.3）＜落叶林（0.9）＜城市外围（0.425）＜农作物（0.0725）＜草地（0.04025）依次降低，而NO2、Cd、二噁英的网格点最大年均贡献浓度占标率也依次降低，主要原因在于地面粗糙度越大，对水平风施加地面力就越大，大气湍流也越大，越有利于大气污染物的扩散[10]。可见在复杂丘陵地形下大气污染型企业选址应优先考虑厂址周边3km内为针叶林的土地利用类型，投产后对大气环境的影响最小。

图2 地面粗糙度对网格点最大年均浓度的影响

(2)烟囱高度的影响

由模拟烟囱高度变化的预测结果（见图3）可知，随着烟囱高度升高，网格点NO2、HCl最大小时贡献浓度占标率呈现出先降低而后略微升高的趋势，而网格点最大日均、年均贡献浓度占标率呈现出逐步降低趋势，结果均满足导则HJ 2.2—2018中短期贡献浓度占标率小于100%，长期贡献浓度占标率小于30%的要求。

图3 不同烟囱高度对网格点最大贡献浓度的影响

当烟囱高度在60～90m之间时，网格点NO2、HCl最大小时贡献浓度占标率出现显著降低，烟囱高度在90m时，网格点NO2、HCl最大小时贡献浓度占标率最小，烟囱高度在90～110m之间时，网格点NO2、HCl最大小时贡献浓度占标率出现略微升高，结果表明烟囱高度并非越高越好。当烟囱高度超过90m后增加高度对大气污染物扩散影响甚微，甚至可能会造成上部逆温等环境问题，加之，烟囱越高造价越高（一般烟囱的造价与其烟囱高度的平方成正比）将大大增加工程投资成本，综上，拟建生活垃圾焚烧发电项目最合理的烟囱高度为90m。

(3)烟气流速的影响

通过AERMOD模型预测排烟出口速度变化的预测结果见表6，可知当排烟出口速度在7～30m/s之间，网格点NO2、HCl最大小时、日均等短期贡献浓度均未发生变化，网格点NO2、Cd、二噁英年均长期贡献浓度有略微变化，但变幅不超过1%，均满足导则HJ 2.2—2018中短期贡献浓度占标率小于100%，长期贡献浓度占标率小于30%的要求。结果表明烟囱出口流速对各污染物最大贡献浓度影响很小，拟建生活垃圾焚烧发电项目可根据《生活垃圾焚烧处理工程技术规范(CJJ 90—2009)》中规定的烟气流速取10～20m/s即可。

表6 烟气流速变化的模拟预测结果

(4)排烟温度的影响

由排烟温度变化的模拟预测结果见表7及图4，随排烟温度升高，各污染物的网格点最大贡献浓度呈现出降低趋势，当排烟温度为20℃、30℃时，NO2、HCl网格点的最大小时、日均贡献浓度出现大幅超标，原因为当排烟温度与外环境温度接近时，烟气和环境空气的密度差很小，烟气抬升高度有限，进而大气污染物扩散效果不佳；当排气烟温由30℃升高至50℃时，各污染物的网格点最大贡献浓度出现急剧降低，变幅最大的为NO2、HCl小时浓度下降了94.43%，主要原因在于烟气温度高于大气温度而产生浮力，烟气抬升高度加大，进而在湍流作用下进行扩散，而在130～170℃之间最大贡献浓度变幅最小。

图4 不同排烟出口速度对网格点最大贡献浓度的影响

表7 排烟温度变化的模拟预测结果

生活垃圾焚烧发电项目排烟温度一般在130～150℃左右，此温度区间对污染物影响变化很小，因此无需采取升温措施，其他拟建工程可结合实际并参考排烟温度对大气环境影响变化规律选择合适的排烟温度，以最大限度减轻项目投产后对大气环境的影响。

3.结论与建议

（1）不同土地利用类型的各污染物网格点最大贡献浓度占标率依次为针叶林＜落叶林＜城市外围＜农作物＜草地，大气污染型项目选址阶段应优先考虑周边3km内为针叶林，以最大限度减轻投产后对大气环境的影响。

（2）大气污染物浓度随烟囱高度升高而降低，但当烟囱高度超过90m后对大气污染物扩散影响甚微，可见烟囱高度并非越高越好，应综合考虑环境、经济等因素合理地确定烟囱高度。

（3）烟气流速对大气污染物扩散影响很小，今后应重点关注烟囱高度、烟气温度等参数设置的合理性。

（4）通过比选，拟建生活垃圾焚烧发电项目最佳推荐方案为：选址在周边3km内地表类型为针叶林，烟囱高度设置为90m，烟气流速取10～20m/s，排烟温度在130～150℃之间，可实现环保、经济、技术的可行。