焦化項目大氣污染特征及環(huán)境影響評價

馬 巖，仝紀(jì)龍，潘 峰，安偉銘

（1.蘭州大學(xué) 環(huán)境質(zhì)量評價研究中心，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

焦化項目大氣污染特征及環(huán)境影響評價

馬 巖1，2，仝紀(jì)龍1，2，潘 峰1，2，安偉銘1，2

（1.蘭州大學(xué) 環(huán)境質(zhì)量評價研究中心，甘肅 蘭州 730000；2.蘭州大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

以甘肅省酒泉市阿克塞哈薩克族自治縣某焦化項目為案例，在分析其工藝流程和排污環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，利用AERMOD模型定量預(yù)測評價該焦化項目對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響程度。預(yù)測結(jié)果表明：SO2，NO2，NH3，H2S的區(qū)域最大地面小時質(zhì)量濃度占標(biāo)率分別為15.8％，29.6％，16.8％，24.8％；SO2、NO2、苯并［a］芘、固體懸浮物（TSP）的區(qū)域最大日均質(zhì)量濃度占標(biāo)率分別為7.5％，11.4％，7.2％，95.8％；TSP最大日均質(zhì)量濃度坐標(biāo)點為（500，0），位于廠界內(nèi)部，高濃度是由焦化廠低矮面源造成的，且濃度隨距離消減得較快。

焦化項目；大氣污染；AERMOD模型；環(huán)境評價

煉焦化學(xué)工業(yè)是煤炭化學(xué)工業(yè)的一個重要組成部分，焦化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和國防工業(yè)。但同時，焦化工業(yè)又是重污染行業(yè)，煉焦過程造成的大氣環(huán)境污染已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的環(huán)境問題。該類污染具有污染源多、成分復(fù)雜等特點［1-3］。

本文以位于甘肅省酒泉市阿克塞哈薩克族自治縣（以下簡稱阿克塞縣）工業(yè)園區(qū)的某焦化項目為案例，利用AREMOD模型定量預(yù)測焦化項目對周邊大氣質(zhì)量的影響程度，以期為今后焦化項目的選址、環(huán)境影響評價、污染防治措施等提供參考。

1 項目介紹

該焦化項目選擇目前較為先進的4孔×65孔HXDK55-09F型復(fù)熱式搗固焦?fàn)t，設(shè)計焦炭產(chǎn)量為2 400 kt/a，熄焦方式為干熄焦、備用濕熄焦。該項目主要包括新建3 000 kt/a洗煤裝置和2 400 kt/a焦化裝置，廠區(qū)有洗煤車間、配煤車間、煉焦車間、篩焦車間及煤氣凈化車間。該焦化項目的規(guī)模、工藝和環(huán)境污染防治措施等幾方面，均處于較為先進的水平，是近幾年新建焦化項目的典型模式，故對其進行的大氣環(huán)境影響研究具有重要意義。

1.1 工藝流程及排污節(jié)點

焦化項目排放的大氣污染物主要有煙粉塵、SO2、苯并［a］芘（BaP）、NO2等，排放方式有點源、面源和體源。以G1～G13標(biāo)記氣態(tài)污染物，項目工藝流程和排污節(jié)點見圖1。

圖1 項目工藝流程及排污節(jié)點

1.2 環(huán)保措施

該項目采用先進搗固焦工藝，參考煉焦化學(xué)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)編制說明，針對各大氣污染物排污環(huán)節(jié)，采取嚴(yán)格的環(huán)保措施。1）儲料系統(tǒng)：原煤廠、精煤廠設(shè)高出煤堆1.5 m的防風(fēng)抑塵網(wǎng)；2）篩分、破碎、轉(zhuǎn)運等環(huán)節(jié)：采用封閉系統(tǒng)，安裝袋式除塵器；3）煉焦系統(tǒng)：裝煤側(cè)導(dǎo)式除塵，出焦不燃燒干式地面除塵；4）濕熄焦系統(tǒng)：折流板除塵，排放高度為68 m；5）冷凝鼓風(fēng)系統(tǒng)：將冷凝鼓風(fēng)各儲槽的放散管集中連接后，經(jīng)壓力平衡系統(tǒng)引至冷凝鼓風(fēng)工段鼓風(fēng)機前吸煤氣管道；6）脫硫塔再生尾氣：HPF法（鞍山焦耐設(shè)計院專利技術(shù)）脫硫，采用兩臺串聯(lián)操作的尾氣回收塔，第一回收塔用硫銨母液吸收尾氣中的NH3，第二回收塔用蒸氨廢水循環(huán)洗滌。

2 評價模型及參數(shù)選取

2.1 AERMOD模型簡介

預(yù)測模型采用HJ 2.2—2008《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》［4］中推薦的AERMOD模型。AERMOD模型既適用于多種排放源（包括點源、面源和體源）的排放情形，也適用于鄉(xiāng)村環(huán)境和城市環(huán)境、平坦地形和復(fù)雜地形、地面源和高架源等多種排放擴散情形的模擬和預(yù)測［4-7］。

AERMOD模型是一種穩(wěn)態(tài)煙羽模型。該模型以擴散統(tǒng)計理論為出發(fā)點，假設(shè)污染物的濃度分布在一定程度上服從高斯分布。某一網(wǎng)格點考慮地形影響時的總質(zhì)量濃度的計算方法見式（1）。

c{x，y，z}=fcqs{x，y，z}+（1-f ）cqs{x，y，zt} （1）

式中：c{x，y，z}為總質(zhì)量濃度表達式；cqs{x，y，z}為水平煙羽的質(zhì)量濃度表達式（下標(biāo)q和s分別代表對流和穩(wěn)定條件）；zt為預(yù)測點（x，y，z）的有效高度；cqs{x，y，zt}為沿地形抬升煙羽的質(zhì)量濃度表達式；f為兩種煙羽狀態(tài)的權(quán)重函數(shù)，無量綱。

在對流和穩(wěn)定條件下，式（1）中各質(zhì)量濃度表達式的一般形式為：

式中：Q為源排放速率；u-為有效風(fēng)速；py{y，x}和pz{z，x}分別為水平（y）方向和垂直（z）方向質(zhì)量濃度分布的概率密度函數(shù)［5-7］。

2.2 模型參數(shù)的選取

2.2.1 地面常規(guī)氣象數(shù)據(jù)

地面氣象數(shù)據(jù)采用阿克塞縣氣象站的實測資料，該資料收集了2010年的全年逐日氣象數(shù)據(jù)。觀測數(shù)據(jù)每日3次，數(shù)據(jù)項目包括：風(fēng)向、風(fēng)速、總云量、低云量、干球溫度。在數(shù)據(jù)處理中，對觀測次數(shù)不足的進行了插值處理。

2.2.2 高空氣象數(shù)據(jù)

項目所在地距離敦煌氣象站（甘肅省酒泉市）53 km，略大于《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則》［4］中要求的50 km，但兩地地理特征較一致，故高空氣相數(shù)據(jù)采用敦煌氣象站的高空氣象資料，數(shù)據(jù)源主要為該氣象站的美國懷俄明大學(xué)數(shù)據(jù)站點逐月逐日逐次高空氣象模擬數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)項目包括：時間、探空數(shù)據(jù)層數(shù)、氣壓、高度、干球溫度、露點溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等。

2.2.3 地形參數(shù)

地形數(shù)據(jù)來源于阿克塞縣地形格柵（Grid）文件，經(jīng)ARC/INFO坐標(biāo)及地理投影轉(zhuǎn)換，生成模型所需的數(shù)字高程（DEM）文件，預(yù)測范圍為10 km×10 km，預(yù)測接收點網(wǎng)格為100 m×100 m。

2.2.4 污染源參數(shù)

根據(jù)焦化工藝及排污分析，選取評價因子為：固體懸浮物（TSP）、SO2、NO2、NH3、H2S、BaP。項目污染源（點源、面源、體源）參數(shù)分別見表1～3。數(shù)據(jù)來源于焦化類項目調(diào)研數(shù)據(jù)、經(jīng)驗性數(shù)據(jù)及排污系數(shù)統(tǒng)計［8］，污染物排放均滿足GB 16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［9］。

表1 項目污染點源參數(shù)

表2 項目污染面源參數(shù)

表3 項目污染體源參數(shù)

2.2.5 預(yù)測方案

該項目位于西北戈壁，預(yù)測區(qū)域為以廠址中心為原點，邊長為10 km的正方形，計算點為區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格點和區(qū)域最大地面質(zhì)量濃度點。從本文的研究目的出發(fā)，此次只對項目的貢獻濃度進行預(yù)測。

3 項目大氣影響分析

區(qū)域空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用GB 3095—1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［10］，該標(biāo)準(zhǔn)未涉及污染物采用TJ 36—1979《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》［11］。經(jīng)AERMOD模型定量預(yù)測，項目各污染物的質(zhì)量濃度見表4。由表4可見：SO2，NO2，NH3，H2S的區(qū)域最大地面小時質(zhì)量濃度分別為0.079，0.071，0.034，0.002 mg/m3，相應(yīng)占標(biāo)率分別為15.8％， 29.6％，16.8％，24.8％，說明SO2，NO2，NH3，H2S的最大地面小時質(zhì)量濃度均可滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限值的要求；SO2，NO2，BaP，TSP的區(qū)域最大日均質(zhì)量濃度分別為0.011，0.014，0.000 72，0.144 mg/m3，相應(yīng)占標(biāo)率分別為7.5％，11.4％，7.2％，95.8％，除TSP區(qū)域最大日均質(zhì)量濃度接近限值0.15 mg/m3外，其他污染物區(qū)域最大日均質(zhì)量濃度均較小，占標(biāo)率均不到15％。模型定量預(yù)測結(jié)果顯示，TSP最大日均質(zhì)量濃度的坐標(biāo)點（500，0）落在廠界內(nèi)部，高質(zhì)量濃度是由焦化廠的低矮面源造成的。

表4 項目各污染物的質(zhì)量濃度

TSP地面日均質(zhì)量濃度等值線圖見圖2。由圖2可見，高質(zhì)量濃度點均在廠界內(nèi)及廠界邊緣，廠界外TSP日均質(zhì)量濃度遠小于0.15 mg/m3的限值，且TSP日均質(zhì)量濃度隨距離消減得較快。

圖2 TSP日均質(zhì)量濃度等值線圖等值線單位：mg/m3

4 結(jié)語

以阿克塞縣某2 400 kt/a焦化項目為案例，在分析其大氣污染源強及環(huán)保措施的基礎(chǔ)上，利用AERMOD模型定量預(yù)測評價該項目對區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的影響程度。預(yù)測結(jié)果表明：

a）SO2，NO2，NH3，H2S的區(qū)域最大地面小時質(zhì)量濃度分別為0.079，0.071，0.034，0.002 mg/m3，相應(yīng)占標(biāo)率分別為15.8％，29.6％，16.8％， 24.8％。

b）SO2，NO2，BaP，TSP的區(qū)域最大日均質(zhì)量濃度分別為0.011，0.014，0.000 72，0.144 mg/m3，相應(yīng)占標(biāo)率分別為7.5％，11.4％，7.2％，95.8％。其中，TSP日均高質(zhì)量濃度均在廠界內(nèi)及廠界邊緣，廠界外TSP日均質(zhì)量濃度遠小于0.15 mg/m3的限值，且TSP日均質(zhì)量濃度隨距離消減得較快。

［1］ 李從慶.煉焦生產(chǎn)大氣污染物排放特征研究［D］.重慶：西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，2009.

［2］ 鄒學(xué)軍.焦?fàn)t大氣污染物排放及清潔生產(chǎn)研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，2007.

［3］ 羅文.山西焦化業(yè)大氣污染物控制清潔工藝研究［D］.北京：清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，2004.

［4］ 國家環(huán)境保護部.HJ 2.2—2008 環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

［5］ 回蘊珉.AERMOD模式在大氣環(huán)境影響評價中的應(yīng)用［D］.天津：天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2011.

［6］ 江磊，黃國忠，吳文軍，等.美國AERMOD模型與中國大氣導(dǎo)則推薦模型點源比較［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2007，20（3）：44 - 51.

［7］ 王海超，焦文玲，鄒平華.AERMOD大氣擴散模型研究綜述［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（11）：115 -119.

［8］ 李冰晶，仝紀(jì)龍，潘峰，等.利用AERMOD預(yù)測焦化行業(yè)大氣環(huán)境影響實例分析［J］.環(huán)境工程，2013，31（5）：156 - 160.

［9］ 國家環(huán)境保護部.GB 16171—2012 煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

［10］ 原國家環(huán)境保護局.GB 3095—1996 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民衛(wèi)生出版社，1996.

［11］ 國家衛(wèi)生部.TJ 36—1979 工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1979.

（編輯 魏京華）

·專利文摘·

精對苯二甲酸（PTA）精制廢水的資源化綜合利用技術(shù)

該專利涉及一種精對苯二甲酸（PTA）精制廢水的資源化綜合利用技術(shù)。具體方法如下：將PTA精制廢水依次經(jīng)過陽離子交換器和3級選擇性吸附器，得到純化水；待陽離子交換器和3級選擇性吸附器飽和后分別解析；從陽離子交換器的解析液中回收鈷和錳，鈷回收率為90％，錳回收率為75％；從第1級選擇性吸附器的解析液中回收對甲基苯甲酸、對苯二甲酸和苯甲酸，對甲基苯甲酸回收率為85％，對苯二甲酸回收率為90％，苯甲酸回收率為70％，均返回氧化單元使用。該專利純化水的產(chǎn)率為75％～85％，純化水的品質(zhì)接近除鹽水，可返回精制單元代替除鹽水使用。該專利可減少約80％的PTA精制廢水排放量，還可回收貴金屬和有機物，實現(xiàn)了PTA精制廢水的資源化綜合利用，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益雙豐收。/CN 103693772 A，2014 - 04 - 02

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Characteristics and Environmental Impact Assessment of Atmospheric Pollution from Coking Project

Ma Yan1，2，Tong Jilong1，2，Pan Feng1，2，An Weiming1，2
（1.Research Center for Environmental Quality Assessment，Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China；2.College of Atmospheric Sciences，Lanzhou Gansu 730000，China）

Taking a coking project in Gansu province as an example，the technological process and the pollutant sources were analyzed，and the impact of the coking project on regional atmospheric environmental quality was quantitatively predicted and evaluated using the AERMOD model.The prediction results show that：The maximum ratio to standard of the Regional daily average concentration of SO2，NO2，NH3，H2S is 15.8％，29.6％，16.8％，24.8％ respectively；The maximum ratio to standard of the regional hourly average concentration of SO2，NO2，BaP，TSP is 7.5％，11.4％，7.2％，95.8％ respectively；The coordinate of maximum regional daily average concentration of TSP is at（500，0），located in the factory bound.The high concentration is caused by the low non-point sources of the coking plant， and the concentration is rapid reduced with the distance.

coking project；atmospheric pollution；AERMOD model；environmental assessment

X823

A

1006 - 1878（2014）04 - 0366 - 05

2013 - 12 - 09；

2014 - 05 - 20。

馬巖（1990—），男，黑龍江省佳木斯市人，碩士生，研究方向為環(huán)境影響評價、規(guī)劃與管理。電話13919240369，電郵 lanzhoufujinbei@163.com。