基于AERMOD模型的氯化二氧化钛大气环境影响评价研究

张黎明 卢增辉

摘 要:基于AERMOD模型,以某企业氯化法制备二氧化钛项目为例,选取大气污染物Cl2进行污染源强核算,结合地形、气象等因素进行预测评价,为大气污染防治措施提供理论依据,同时为环评工作者提供经验参考。

关键词:二氧化钛;AERMOD模式;Cl2;大气环境影响评价

中图分类号 X823文献标识码 A文章编号 1007-7731(2020)15-0157-03

Abstract:
Based on AERMOD model, taking an enterprise′s titanium dioxide preparation project by chlorination as an example, Cl2was selected for pollution source intensity accounting.Prediction and evaluation of atmospheric environment based on terrain, meteorology and other factors,which provide theoretical basis for air pollution control measures and experience reference for environmental assessment workers.

Key words:
Titanium dioxide; AERMOD mode;Cl2;Air environmental impact assessment

钛白粉(学名二氧化钛,TiO2)是一种白色无机颜料,无毒,具有最佳的不透明性及最佳白度和光亮度,被认为是现今世界上性能最好的一种白色颜料。与传统硫酸法相比,氯化法钛白粉具有生产技术工艺流程短、自动化程度高、产品质量好和三废排放少等优点,已成为全球钛白粉的主要流行生产工艺[1-2]。

笔者以氯化法年生产8万t二氧化钛项目为例,分析项目大气污染源强(以Cl2为例)以及项目所在地气候、气象、地形等数据,确定项目大气环境评价等级,基于AERMOD模式对该项目进行大气环境影响评价,为大气环境污染治理措施和大气环境防护距离设置等提供理论依据。

1 项目概况

1.1 生产工艺 项目生产工艺流程见图1。项目利用富钛料为原料,经氯化、氧化等一系列工序年生产8万t金红石型纳米二氧化钛。

1.2 项目大气污染源强(以Cl2为例) 生产过程中的Cl2主要来源于氯化段和精制段,主要为有组织排放,排放源强核算为1.152t/年(表1)。

2 预测范围

根据《大气环境影响评价技术导则——大气环境》(HJ2.2—2018)中推荐的AERSCREEN模式进行计算,大气评价等级为一级,评价范围以项目排放源为中心点,以5km为正方形区域。本次预测范围取6km×6.1km矩形区域。

3 预测模式和参数

3.1 预测模式 根据《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2—2018)推荐的大气污染影响预测模式清单中的模型有AERMOD、ADMS。AERMOD、ADMS属于静态烟羽模型,适用于评价范围较小且气场稳定的区域的污染物扩散模拟[3]。本次评价采用AERMOD模式,计算软件采用六五软件工作室EIAProA 2018版本。项目所在区域近20年统计全年静风(风速≤0.2m/s)频率为3.2%,选用AERMOD进行模拟运算,满足导则要求。

AERMOD是一个稳态烟羽扩散模式,可基于大气边界层数据特征模拟点源、面源、体源等排放出的污染物在短期(小时平均、日平均)、长期(年平均)的浓度分布,适用于农村或城市地区、简单或复杂地形。模式使用每小时连续预处理气象数据模拟≥1h平均时间的浓度分布。AERMOD包括2个预处理模式:AERMET气象预处理和AERMAP地形预处理模式[4]。

3.2 计算点预测 计算点包括环境空气保护目标(13个点)、预测范围内的网格点和区域最大地面浓度点,采用直角坐标网格进行预测,网格点网格距为100m;共3798个计算点。

3.3 气象条件 采用国家环境保护环境影响评价重点实验室提供的 2017 年地面气象数据和高空气象探测数据,其中高空探测数据采用大气环境影响评价数值模式 WRF 模拟生成,分辨率为27km×27km。高空探测数据模拟网络点编号为148072,中心位置为117.68500°E、32.98320°N,平均海拔高度25m。

3.4 地形数据 评价范围内地形采用SRTM的90390m地形数据,评价区域地形等高线见图2。由图2可知,评价区域地形高程在12.7~22.5m,平均高程17.255m。

3.5 地面特征参数 根据评价范围内项目周围的地面特征,地表类型分为1个扇形区域,主要为城市,预测模式中的地表参数见表2。

3.6 气象数据 根据近20年资料分析,风速呈现下降趋势,每年下降0.03m/s,2000年年平均风速最大(3.20m/s),2011年年平均风速最小(2.00m/s),周期为10年。月平均风速3月最大(2.95m/s),10月最小(2.17m/s)。项目所在地主要风向为ENE和E、NE、ESE,占41.4%,其中以ENE为主风向,占到全年12.5%左右。气温7月最高(28.21℃),1月最低(2.19℃);近20年极端最高气温出现在2003年8月1日(39.9℃),近20年极端最低气温出现在2016年1月24日(-11.1℃)。

4 预测结果

采用AERMOD模式对项目产生的Cl2进行预测评价,Cl2在评价区域内各网格点最大小时平均浓度、最大日平均浓度分布见图3~4。从图3~4可知,项目污染源排放的Cl2对评价区域内各环境敏感点的小时平均浓度贡献值在0.1066~0.2956μg/m3,占标率为0.11%~0.30%,各敏感点小时平均浓度贡献值均达标;区域最大地面小时平均浓度点贡献值为0.8506μg/m3,占标率为0.85%,所有网格点小时平均浓度均达标。项目污染源排放的Cl2对评价区域内各环境敏感点的日平均浓度贡献值在0.0074~0.0188μg/m3,占标率为0.02%~0.06%,各敏感点日平均浓度贡献值均达标;区域最大地面日平均浓度点贡献值为0.0736μg/m3,占标率为0.25%,所有网格点日平均浓度均达标。

通过预测项目所有污染源对厂界外短期贡献浓度分布发现,项目厂界外无超过环境质量标准浓度限值的网格点,因此无需设置大气环境防护距离。且有研究结果表明,AERMOD模型预测的结果比项目实际运行后的结果要大[5],因此本項目大气环境影响可以接受,项目建设可行。

参考文献

[1]马艳萍,刘红星,和奔流,等.氯化法钛白粉的生产工艺探究[J].云南化工,2019,46(6):94-95.

[2]刘红星,和奔流,赵波,等.氯化钛白关键技术的开发进展[J].化工设计通讯,2019,45(8):163-164.

[3]谢蓉,韩旭东.Aermod模型在港口大气颗粒物污染预测中的应用[J].上海船舶运输科学研究所学报,2019,42(4):78-83.

[4]林辉斌,周小燕.Aermod模型在大气环境影响预测中的应用[J].资源节约与环保,2019(5):36-37.

[5]曹锋.集中供热燃煤锅炉房的大气环境影响预测与评价[J].中国资源综合利用,2020,38(3):181-183.

(责编:徐世红)