垃圾焚燒排放二噁英對環(huán)境影響研究

文_張晉娟 山西人和致遠(yuǎn)環(huán)境咨詢有限公司

我國已將CALPUFF大氣擴(kuò)散模式納入環(huán)境空氣質(zhì)量法規(guī)模型中，說明此模型具備可靠性。實(shí)際應(yīng)用中基于此模型能夠模擬復(fù)雜地形條件下污染物以非穩(wěn)態(tài)煙團(tuán)傳輸和擴(kuò)散轉(zhuǎn)化過程，可視化顯示污染物的擴(kuò)散運(yùn)行方式，能夠應(yīng)用于二噁英大范圍傳播對環(huán)境影響的研究中。下文將基于此模型，分析垃圾焚燒排放二噁英對環(huán)境的切實(shí)影響。

1 CALPUFF空氣質(zhì)量模型

1.1 氣象處理模塊

運(yùn)用CALPUFF煙團(tuán)擴(kuò)散模塊運(yùn)算采取積分煙團(tuán)和Slug方法。其中，積分煙團(tuán)的計(jì)算公式如下：

式中g(shù)-高斯方程垂直項(xiàng)；nh)-混合層高度；（He+-有效高度；dc-橫向距離；da-順風(fēng)距離；πσx、σy、σs-擴(kuò)散系數(shù)；Q-源強(qiáng)；C-地面濃度。

Slug方法的計(jì)算公式如下：

式中da-軸線方向到受體點(diǎn)距離；dc-垂直煙片的軸線；g-垂直反射項(xiàng)；q-污染源排放速度；F-因果關(guān)系函數(shù)；σy-風(fēng)速偏差；u-標(biāo)量風(fēng)速；u'-平面矢量風(fēng)速。

煙團(tuán)擴(kuò)散計(jì)算公式如下：

式中σys-面源側(cè)向擴(kuò)散產(chǎn)生的水平擴(kuò)散系數(shù)分量；σyb、σzb-擴(kuò)散過程中浮力抬升產(chǎn)生的σy、σc分量；σyt、σz-由于大氣湍流作用的形成擴(kuò)散系數(shù)σy、σz；Δξ-取樣過程中煙團(tuán)的增長量；（ξyn、（ξzn-污染源參量。氣象模擬結(jié)果驗(yàn)證的計(jì)算公式如下：

式中-監(jiān)測值的平均值；-模擬值的平均值；Oi-監(jiān)測值；Mi-模擬值。

1.2 實(shí)例分析

將此模型應(yīng)用于某地區(qū)溫度、風(fēng)速和風(fēng)向監(jiān)測中，得到的結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 某地區(qū)溫度模擬值與檢測值評估結(jié)果

表2 某地區(qū)風(fēng)速模擬值與監(jiān)測值評估結(jié)果

表3 某地區(qū)風(fēng)向模擬值與監(jiān)測值評估結(jié)果

通過讀表發(fā)現(xiàn)，某地區(qū)風(fēng)速監(jiān)測值與模擬值具有較高的吻合度，相關(guān)系數(shù)最高可達(dá)0.99，且IOA分別為0.84、0.87，Gross Error和RMSE均處于小于1的范圍。溫度方面吻合度一般，風(fēng)向方面吻合度較好，但以上兩方面的Gross Error和RMSE均在1左右。因此，可證明借助CALPUFF空氣質(zhì)量模型能夠支撐地區(qū)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測工作，為探究具體影響奠定基礎(chǔ)。

2 基于CALPUFF空氣質(zhì)量模型垃圾焚燒排放二噁英對環(huán)境影響

研究垃圾焚燒二噁英對環(huán)境的影響，需統(tǒng)計(jì)監(jiān)測區(qū)域各個焚燒項(xiàng)目的二噁英檢測值，并計(jì)算最大值、中位數(shù)、最小值和均值，同時得到標(biāo)準(zhǔn)差、方差和極差，以便定量分析。具體的計(jì)算公式如下：

式中C0-二噁英監(jiān)測值的平均值；Cm-二噁英的統(tǒng)計(jì)值；Cmin-二噁英的最小值；Cmax-二噁英的最大值。

經(jīng)計(jì)算，本文所監(jiān)測區(qū)域共有10座垃圾焚燒廠，二噁英的排放量范圍處于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h的范圍內(nèi)。

2.1 大氣環(huán)境

二噁英于大氣中傳播是主要研究方向，在干濕沉降作用下進(jìn)入土壤中，進(jìn)而對地下水等產(chǎn)生影響。研究二噁英遷移和在大氣中轉(zhuǎn)化是本文重點(diǎn)探討內(nèi)容，分析其在不同環(huán)境介質(zhì)中的分布能夠掌握排放對環(huán)境的切實(shí)作用?；诙f英排放預(yù)測范圍，并在CALPUFF空氣質(zhì)量模型的支持下，預(yù)測垃圾焚燒廠周邊大氣環(huán)境影響作用情況。圖1為某垃圾焚燒廠周邊落地分布圖。

圖1 某垃圾焚燒廠周邊落地分布

構(gòu)建二噁英排放清單，采取CALPUFF空氣質(zhì)量模型預(yù)測監(jiān)測區(qū)域垃圾焚燒對大氣環(huán)境影響。通過分析發(fā)現(xiàn)，在此區(qū)域二噁英的排放量范圍處于的1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h范圍內(nèi)，除A、B、C三市的年均貢獻(xiàn)范圍在內(nèi)1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h外，其余7市的年均貢獻(xiàn)范圍均處于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h內(nèi)。且D、E、F、G市的大氣污染擴(kuò)散較為明顯。根據(jù)風(fēng)向分析來看，主導(dǎo)風(fēng)向全年保持一致，最高值出現(xiàn)在最大落地點(diǎn)處，具有明顯的大氣湍流活動，直接作用于二噁英顆粒擴(kuò)散與遷移過程，影響分布。由此可見，排放二噁英對大氣環(huán)境影響需考慮到氣象條件、所在地形和焚燒廠運(yùn)行時間。

2.2 土壤環(huán)境

二噁英以煙氣狀態(tài)排放至大氣中，在雨水沖刷和重力沉降作用下落于土壤，因二噁英的光分解性，當(dāng)區(qū)域內(nèi)存在陽光直射情況時，二噁英將被分解。當(dāng)缺少陽光照射，二噁英將沉降于土壤，存在長達(dá)20a的半衰期，對土壤造成污染。因此，要從垃圾焚燒廠運(yùn)行時間和二噁英年均沉降量共同作用角度得出土壤環(huán)境總累積量。

經(jīng)研究，某地區(qū)土壤年均濃度貢獻(xiàn)處于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的 范 圍 內(nèi)，且A、D、E、F、G市土壤富集比較明顯，年均濃度貢獻(xiàn)范圍為1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，與大氣擴(kuò)散趨勢匹配度較高。

借助統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，驗(yàn)證土壤監(jiān)測值與土壤沉降值的相關(guān)系數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中n-采樣點(diǎn)數(shù)；M-模擬沉降值的平均值；Mi-模擬的沉降值；O-土壤監(jiān)測的平均值；Oi-土壤監(jiān)測值。

檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木珳?zhǔn)性，分析模擬值與土壤監(jiān)測值間的相關(guān)性。但因監(jiān)測值與模擬值的單位不統(tǒng)一，難以直接比較數(shù)量和量級，需引入趨勢比較方法分析值，得到焚燒廠的相關(guān)系數(shù)。本文僅給出A、D、E、F、G市垃圾焚燒廠的監(jiān)測值與土壤沉降模擬值的相關(guān)驗(yàn)證結(jié)果，具體見表4。

表4 垃圾焚燒廠監(jiān)測值與土壤沉降值的相關(guān)性驗(yàn)證

通過讀表發(fā)現(xiàn)，各垃圾焚燒廠監(jiān)測值與土壤沉降值的相關(guān)性較好，證明CALPUFF模型對二噁英沉降空間分布模擬的結(jié)果能夠代表實(shí)際情況，整體結(jié)果可接受。

3 討論

結(jié)合文章所探討的內(nèi)容可以清楚的了解到通過建立空氣質(zhì)量模型，能夠?qū)鴪龇贌龔S所排放的二噁英于大氣和土壤中擴(kuò)散程度有所認(rèn)識。由于二噁英本身屬于空氣污染物，對環(huán)境保護(hù)起到抑制作用，為此在獲取在應(yīng)用CALPUFF空氣質(zhì)量模型后，應(yīng)當(dāng)就二噁英降解展開研究。通過引入回收炭再生技術(shù)，了解活性炭再生率影響以及水熱降解飛灰中二噁英的機(jī)理以及控制辦法，解決環(huán)境問題，從真正意義上降解二噁英，達(dá)到吸收煙氣中二噁英的效果，為國家環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

4 結(jié)語

綜上所述，文章所提出的CALPUFF空氣質(zhì)量模型應(yīng)用于某地區(qū)溫度、風(fēng)速和風(fēng)向的模擬中，能夠展現(xiàn)出吻合度較高的結(jié)果，說明監(jiān)測值與模擬值較為一致。在CALPUFF空氣質(zhì)量模型的支持下，分析10座垃圾焚燒廠排放二噁英對環(huán)境影響的研究方法，得到A、B、C三市的年均貢獻(xiàn)范圍在1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h內(nèi)外，其余7市的年均貢獻(xiàn)范圍均處于1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h內(nèi)。且D、E、F、G市的大氣污染擴(kuò)散較為明顯的有關(guān)大氣環(huán)境影響結(jié)論。并得到土壤年均濃度貢獻(xiàn)處于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的范圍內(nèi)，且A、D、E、F、G市土壤富集比較明顯，年均濃度貢獻(xiàn)范圍為1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，與大氣擴(kuò)散趨勢匹配度較高的有關(guān)土壤環(huán)境影響的結(jié)論。