（采矿工程专业论文）资源型城市大气污染扩散状况模拟与污染总量控制研究.pdf

辽宁1 _ 程技术人学硕1 + 学位论文 摘要 当前我国中小城市都处于经济迅速发展时期，不仅老的污染源排污量有呵能继续 增加，而且新的污染源还将不断产生，在这种情况下，如何对区域大气污染进行控制 和治理，从而既能经济有效地控制并改善大气环境质量，又能有利于社会经济的可持 续发展，这是目前亟待解决的问题。 实践证明，大气污染总量控制是解决环境污染的有效途径。总量控制就是通过控 制给定区域内污染源的允计：排放总量，来确保控制区实现大气环境质量目标的种方 法。阜新市作为一个典型的煤炭资源型城市，空2 污染十分严重，所以本文选择它作 为研究对象，有着重要的现实意义。 本文收集了阜新市近年来的大气环境监测数据，采用了污染负荷系数法，分析了 该地区大气污染物的年际分布规律及空气污染物的浓度随季节和功能区变化的规律， 确定了城市大气污染的主要污染因子是t s p 和s 0 2 。 本文运用经典的高斯扩散模型，依据阜新市大气监测数据和环境气象数据，对市 区内主要的污染源所排放的大气污染物在空气中的扩散进行了模拟并对结果进行分 析。 本文采用了改进的箱模式对阜新市区大气污染物的环境容量进行了预测，综合运 用a p 值控制方法和优化理论建立了一个资源型城市的大气总量控制模型，为进一步 采取污染治理措施提供科学依据。 关键词：污染特征；扩散模拟；环境容量；总量控制 辽宁t 程技术人学碗j 学位论文 n o i i a b s t r a c t c u r r e n t l y ，t h em i d d i ea n ds m a l ls i z e dc i t i e so f0 1 1 1 c o u n t r ya r ea l l i nt h ep e r i o do f r a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，n o to n l yt h ed r a i n i n ga m o u n to fo l dp o l l u t i o ns o u r c eh a st h e p o s s i b i l i t yo fi n c r e a s i n g ，b u ta l s ot h en e wp o l l u t i o n s o u r c ew i l lc o n t i n u o u s l yg e n e r a t e u n d e rs u c hc i r c u m s t a n c e s ，i ti sa nu r g e n t l yu n s o l v e dp r o b l e ma tp r e s e n tt i m eo nh o wt o c o n t r o la n dm a n a g et h e a t m o s p h e r i cp o l l u t i o n ，s o a st oc o n t r o la n di m p r o v et h e a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tq u a l i t ya sw e l la st ob e t t e rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h e e c o n o m y p r o v e db yp r a c t i c e ，i ti sa ne f f e c t i v ew a yt os o l v et h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t p o l l u t i o nb ym e a n so f c o n t r o lt h ea m o u n to f a t m o s p h e r i cp o l l u t i o n t h ec o n t x o lo f t h e t o t a l a m o u n ti saw a yt h a tb yc o n t r o l l i n gt h ea l l o w a b l et o t a le x h a u s ta m o u n ti nd e f i n i t ea r e a , t o e n s u r et h er e a l i z a t i o no fq u a l i t yo b j e c t i v eo ft h ea t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t f u x i n ，a sa t y p i c a lc o a lr e s o u r c e t y p ec i t y ，h a sb e e ns u f f e r i n ge x t r e m e l ys e r i o u sa t m o s p h e r i cp o l l u t i o n d u et ot h i sr e a s o n ，b yc h o o s i n gt h ep r o b l e mo fa t m o s p h e r i cp o l l u t i o na st h er e s e a r c ho b j e c t ， t h i sa r t i c l eo b v i o u s l yh a ss o m ei m p o r t a n ta n dp r a c t i c a lm e a n i n g s t h i sa r t i c l ec o l l e c t st h em o n i t o r i n gd a t ao fa t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n to fr e c e n ty e a r s ， a d o p t s t h em e t h o do fp o l l u t a n tl o a dr a t e s ，t oa n a l y z er u l eo fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n t d i s t r i b u t i o ni nt h i sa r e aa n dt h er u l et h a tt h ed e n s i t yo ft h ea i rp o l l u t a n tc h a n g e sw i t l lt h e s e a s o na n df u n c t i o na r e a s ，a n da s c e r t a i n st h a tt h em a i np o l l u t i o nf a c t o r sf o rt h eu r b a n a t m o s p h e r ep o l l u t i o na r et s pa n ds 0 2 b yu s i n gt h ec l a s s i c a lg a n s s i a nd i f f u s i o nm o d e la sw e l la sd e p e n d i n g o nt h ea i r m o n i t o r i n gd a t aa n de n v i r o n m e n t a lm e t e o r o l o g i c a ld a t ao f f u x i nc i t y ，t h i sa r t i c l es i m u l a t e s t h ed i f f u s i o no fa i rp o l l u t a n t si nt h ea i r ，w h i c hi se m m i t e db yt h ep r i m a r yp o l l u t i o ns o u r c e i nt h eu r b a na r e a ，a n da l s oa n a l y z e st h er e l e v e n tr e s u l t s t h ei m p r o v e db o xp a t t e r ni sa d o p t e di n t h i s a r t i c l et op r e d i c tt h ee n v i r o n m e n t a l c a p a c i t yo fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n to ff u x i nu r b a na r e a , a n dt h em e t h o do fa pv a l u ec o n t r o l a n dt h eo p t i m i z e dt h e o r ya r ea l s os y n t h e t i c a l l ya p p l i e dt oe r e c tam o d e lo f t h et o t a la m o u n t o fa t m o s p h e r i cp o l l u t a n tf o rt h er e s o u r c e - t y p ec i t y , s oa st op r o v i d et h es c i e n t i f i cb a s i so f h o wt oh a r n e s st 1 1 ep o l l u t i o n k e yw o r d s ：p o l l u t i o nf e a t u r e ；g a u s sd i f f u s i n gm o d e l ；e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y t b t a la m o u n tc o n 廿o l 辽宁t 程技术太学倾j 二学位论文n ol 1 绪论 1 1 研究的背景和意义 随着科技的进步，人们在享受现代化带来的新鲜成果的一j 时，也小得不以牺 牲自己的生存环境为形式付出破坏者所应承担的代价。大气污染作为环境污染的 重要组成部分f i 益得到人们的重视。 随着人类文明进程的发展，尤其足在1 9 7 2 年联合围人类环境会议以后，人们 对周围环境的认识不断提高。城市环境问题丰要由两个部分组成：一是城市的原生 环境问题，即第一环境问题，包括各种自然灾害：二是城市的次生环境问题，即 第二环境问题，包括人类不合理的开发，使自然j ；i = 境遭到破坏。人类的科学技术 不断发展，城市环境问题也不断加剧，世界上出现了不少山于环境问题而造成的 悲剧，环境问题己成为城市发展的拦路虎，引起了全世界各国的极大关注。 随着我国工业、交通、建筑业和居民生活的蓬勃发展，以二氧化碳、氮氧化 合物和颗粒物为主的大气污染问题同趋严重，己经成为我国政府和社会芪同面临 的严峻问题。以北京为例，1 9 9 3 年就曾因空气质量问题影响了主办奥运会的申请， 1 9 9 7 年全年污染物严重超标高达9 0 多天，丽1 9 9 8 年的空气质量周报表明，北京市 的大气环境还在进一步恶化。其它大城巾- 的情况也同样令人深感忧虑，如此下去， 发生像5 0 年代英国伦敦那样的重大污染事件的町能性是很大的。大气污染给农业、 林业、建筑物( 包括历史文物) 以及天气和。e 候等都造成了严重的影响。我国仅酸雨 一项每年导致经济损失就达数百亿元，而因污染损害人体健康和损坏历史文物的 价值更是无法f t 量，环境污染还可能引起国际纠纷。因此，迅速丌展大气污染的 研究，是摆在环境科学工作者面前的紧迫任务。 阜新市是典型的煤炭资源型城市，造成大气环境污染的污染物主要足煤烟型 污染物，如总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等，除此之外由于气候条件，造 成阜新市总悬浮颗粒物污染严重的凶索还有风沙尘、_ 次扬尘、建筑尘等。 阜新市大气环境污染的原因主要有两个方面，一方面是由于特殊的地理位置 和气象条件。它位于辽宁省的西北部，地处内蒙古高原与辽河平原之间，与内蒙 辽宁t 程技术大学倾卜学位论文 古自治区科尔沁沙地接壤，它属于温带半干旱区，所以这罩风沙较大( 据辽宁省 有关部门提供的监测数字表明，近1 0 年来，阜新市出现的沙尘天气多达1 8 6 次) ， 冬季长且气候寒冷，采暖期也较长，这些因素致使大气中颗粒污染物的浓度明显 高于其它的城市，另外据了解，该市及周边地区的森林覆盖率低，也不利于大气 污染物的净化和吸收；另一方面从工业类型上看，争新市经济长期依赖以煤为主 体资源的开发和利用，形成了以煤炭、电力为主的工业结构，能源利用也是以煤、 电消耗为主，所以使得阜新市的大气污染表现为典型的煤烟型污染。 在1 9 9 6 - - 2 0 0 4 年近l o 年期间里”，阜新市环境监测站的监测结果说明，总体 上该市的空气环境质量有逐年好转的趋势，这与政府及环保部门的资会投入与管 理以及市民的环境保护意识增强是密不可分的。但是，与国家环境空气质量标准 相比，各类污染物巾，总悬浮颗粒物浓度仍然超标，二氧化硫浓度时有超标。因 此，总的来说阜新市空气环境质量还是不容乐观的，还有待于从污染物的变化、 扩散规律和污染源的控制入手，做出详细的分析和研究，提出合理有效的办法对 空气的污染进行控制，从根本上改善阜新市的空气质量。在此基础上，本论文针 对申新市的空气质量现状进行了深入细致地分析，从历年来的空气质量监测结果 入手，研究污染物的分布规律、扩散规律，提出于之相应的总量控制办法，为进 一步改善空气质量、有效的控制污染源的排放、f 提出科学的依据。 1 2 国内外大气污染及控制研究概况 1 2 1 城市大气污染概述 联合国环境署和世界卫生组织对全球环境监测系统( g e m s ) ，关于八十年代中 期五十个城市资料进行的一项评估表明，大约十三亿人( 大多数在发展中国家) 生活 在悬浮颗粒物超过世界卫生组织指导值的：j 十五万人口以卜的城镇里。八十年代 末，生活在二氧化硫超标的城市单i 的人r 】达到十亿以上( w o r l db a n k ，1 9 9 2 ) 。 进入九十年代后。这一数字还在不断上升。上而对受到空气污染的人数统计仅仅 限于悬浮颗粒物和二氰化硫，实际受到所有污染物危害的人数要高得多。城市人 口急剧增长，城市和工业过渡发展，机动车大量增加，空气污染已经成为一个n 辽宁工程技术大学颂十学位论文 益严重的问题。 城市空气污染的主要来源是能源和交通。对发达国家而占，由于城市区域主 要采用了洁净的天然气和较为洁净的其他燃料，固定源的污染所占的份额相对较 低，交通所造成的污染比重较大。而我国由于燃料结构的原因，目i j i 阶段而言， 城市污染的主要问题还是集中在燃煤过程的能量生产上，但近年来一些大城市的 机动车尾气污染问题也越来越突出。 空气污染的类型可分为煤烟型污染、石油型污染和混合型污染3 种。 煤烟型污染的主要原因是燃煤。由于燃煤烟气中含较高浓度的s 0 2 、c o 和颗 粒物，遇上低温、高湿度的阴天，在风速很小并伴有逆温存在时，这些污染物扩 散受阻，易在低空聚积，s 0 2 能被雾滴和微粒表面中的各种余属杂质和碳转变生成 硫酸盐和硫酸气溶胶烟雾。1 9 5 2 年冬天的伦敦烟雾事件就是这种类型，它能引起 呼吸道和心肺疾病。 石油型污染物的主要来源是汽车尾气和燃油锅炉的排气。由于采用石油作为 燃料，排气中的主要污染物是氮氧化物和氮氯化合物。它们受阳光中的紫外线辐 射而引起光化学反应，生成二次污染物，如臭氧、醛类、过氧化乙酰硝酸过氧化 苯硝酸过氧化氢等物质。它能使橡胶制品丌裂，对人的眼黏膜有刺激作用，并能 引起呼吸系统疾病。这种烟雾首次出现在美国洛杉矶，所以也称洛杉矶烟雾。 混合型污染，是指来自煤炭和石油燃烧产生的污染物与工矿企业排放出的各 种化学物质，互相结合在一起所造成的大气污染。 据中国环境公报报道，至1 1 2 0 0 0 年，中困城市空气质量恶化的趋势有所减缓， 部分城市空气质量有所改善，但整体污染水平仍较严重，主要旱现为煤烟型污染 特征。y s p 或p m l o 是影响城市空气质量的主要污染物：部分地区s 0 2 污染较重；近 年来随着机动车保有量的增加，机动车尾气污染物排放总量也迅速增加；n o 。污 染呈现加重的趋势；少数大城市n o 。浓度较高。 1 2 2 国内外大气总量控制的研究现状 上世纪7 0 8 0 年代，发达国家和地区逐步应用系统分析方法来解决环境问题， 辽宁丁程技术大学坝十学位论：业 n _ o 4 污染源的控制成为区域环境质量综合管理的一个重要方面，总量控制最甲是由美 国国家环保局提出的，该国1 9 7 4 年就提出清洁水法案( c l e a n w a t e r a c t ) ，1 9 7 7 年实 行的污染削减管理办法，就是按地区规定允许排放总量。1 9 7 9 年1 2 月，美国e p a 丌始执行一项新的政策一泡泡政策”1 。所谓“泡泡政策”，就是将一个污染源( 工厂 企业1 所占的空间范围，设想为一个大气泡，而对这个气泡内的污染源排放，实行 总量控制。即根据国家的有_ 关政策和法规，确定控制标准，核定污染物控制总量， 然后，再将污染物控制总量分配到气泡内的各车间，甚至设备，并分别确定其相 当的污染物控制标准。几年以后他们又推而广之，将气泡从单个工厂，扩大到一 个地区，或同一个地区内一个公司的几个工厂，成为区域性的“泡泡政策”，即实 施区域性的总量控制。美国的全国污染物排放削减系统州a t i o n a lp o l l u t a n t d i s c h a r g e e l i m i n a t i o ns y s t c m f n p d e s ) ) 就体现了总量控制的思想，它主要是针对点 源水污染物排放控制的。继美国之后，日本等污染严重之国家也开始研究实施总 量控制制度，1 9 6 8 年f 1 本通过了空气污染控制法，对大气污染采用k 值控制， k 值控制是基于根据单个源排放与地面最大浓度落地点浓度值的相关关系制定的 对污染源排放量进行限制的k 值标准进行大气污染控制。” 我国在总量控制方面的理论研究和实际应用均起步较晚。2 0 世纪8 0 年代末期， 我国开始从日本引进大气污染总量控制方法。最近十多年来我国大气环境工作者 借鉴过去的经验，超前地预测到我国大气污染将要面临的问题，进行了大量大气 污染总量控制基础性研究。在区域大气污染总量控制方法，污染源条件、地形条 件和气象条件对大气污染物总量控制结果的影响，大气环境过程分析，大气环境 质量模拟以及大气环境容量等方面做出了大量的研究工作。1 9 9 1 年国家环境保护 总局组织编写并出版了城市大气污染总量控制方法手册，结合我国国情，详 细介绍了我国城市地区推行区域总量控制的指导思想、原则、技术路线和方法， 重点以a p 值为基础，结合多源模拟法、优化规划法，进行总量控制计算和总量符 合分配，并在此基础上制定总量控制的实施方法。 1 2 3 大气污染物总量控制方法介绍 1 2 3 大气污染物总量控制方法介绍 辽宁工程技术人学硕l 学位论文 通过查阅近十年来的多种国内外环境期刊及资料，初步了解到：大气污染总量 控制的研究，从其目的出发可分为两类：类是为了解决大气环境质量超标问题， 寻求总削减量最小的污染控制方案，称为大气污染综合治理总量控制；另一类主 要是要对区域的未来环境容量的利用作出预先的安排，称为大气污染总量控制规 划。阜新市是一座已经建成多年的城市了，很多污染源是固定的，污染物的浓度 也是可以监测到的，所以，阜新市区大气污染总量控制就是要解决大气质量超标 的问题，即属于大气污染综合治理总量控制问题。 目前常用的总量控制方法有3 种：a p 值法，多元模式法和优化法。”2 1 1 、a p 值法 大气污染物的总量控制不能仅仅是一个数量的削减，它面对的是不同高度的 各类源，在确定环境质量目标的前提下，可通过箱模式来计算各类源的污染物排 放分配值。 瓯：爿c 。善 ( 1 - 1 ) 既刊c s 意 式中：卜总量控制地区系数； c 。一控制功能区j 的环境质量标准； s ，一控制功能区，的面积； s 一整个总量控制地区面积。 对于功能区，中的点源i ，根据其有效源高度h 当地的p 值和g 求出的调 整系数卢，可以计算得到各点源的允许排放量q 。 q ，= p - 卢- g - h 。，2 1 0 6 ( 1 - 2 ) 假设由a - p 值法确定的g ，用q 。表示，污染源i 的实际排放量为q 。，则 a q 日= g 。一q 口， ( 1 - 3 ) g 。就是按国家规定的a p 值控制标准计算的各污染源的超标量或不足量。 如果根据大气污染物的浓度排放标准能够确定各污染源的允许排放q 。，则 按浓度排放标准衡量各污染源的超标量或不足量为 辽宁t 程技术人学硕i j 学位论文 g j ，= q 。一q m ( 1 - 4 ) 比较q 。和q 。耿其中较小者，即为污染源i 的最小允许排放量，并作为总量控 制的基础允许排放量g 而g 。与实际排放量的差值即为其基础削减量3 1 。 a p 值法的优点如下： 1 ) a - p 值法的总量计算中a 值的计算是以箱模式为依据的，由于箱模式是一种 简单的城市空气质量模式，尤其适用于缺少详细的气象和污染源资料的城市采用， 并且具有一定的合理性和科学依据，所以至今仍被采用。 2 ) 此方法不仅适用于二氧化硫，也适用于其它气态污染物如氯氧化物、一氧 化碳及飘尘等的总量控制计算。但是，该方法存在一定的局限性： ( 1 ) 箱模式有两个主要的假设：一个是在箱体中，污染源的源强是一个常数； 另外污染物进入箱体后，立即在铅直方向均匀分布。因此，只有在城市污染源分 布比较均匀，铅直扩散速率较快的情况下，上述假定才有一定的合理性。总的来 说，箱模式的假定与实际情况有较大的差异，对地面的浓度估算偏低。 ( 2 ) a p 值法独立使用于城市大气污染总量控制时，只能是一种基础性的宏观 控制，不能作为制定具体的、付诸实施的大气污染防治措施的依据，按照a p 值法 的分配原则去分配控制区的排放总量，主要是按污染源的高度分配的，没有考虑 其它的因素，因此比较粗糙，称为基础允许排放量，属于初级控制。 2 、城市多源模式 城市多源模式起源 二日本，该模式模拟控制区内每一个源及其扩散过程对每 一个控制点的影响，以此确定每一个污染源对控制点的污染物浓度贡献。该模式 包括4 个方面的内容：污染源情况调查，气象条件选取，扩散模式选取，控制点选 择。 ( 1 ) 污染源调查 包括污染源源高、源的空间分御、源强等情况。 ( 2 ) 气象条件选取 大气污染物从污染源排放出来后其扩散过程与气象条件密切相关，因此在模 辽宁工程技术人学硕上学位论文 n o 7 拟污染物扩散过程时，必须对气象条件进行设计。通常可利用当地多年常规观测 的气象资料，对主要气象参数风向、风速、稳定度类别进行统计，建立各稳定度 条件下风向、风速联合频率表，作为后续扩散模式的输入条件，最终加权求和得 出控制点的年平均浓度。 ( 3 ) 扩散模式的选取 根据污染源和气象条件的参数，选择合理的扩散模式将各源在控制点上的浓 度计算出来。在各类城市空气质量模式中，高斯模式仍是最主要的应用模式，即 使在国外比较发达的国家仍是如此，这是因为：大多数平原城市及郊区的范围在 2 0 3 0k m 内，流场不十分复杂，高斯烟流模式基本适用；城市空气质量模式误差 主要来源于模式输入参数，从应用的效果来看，复杂的数值模式并不优于高斯模 式；高斯模式对气象资料需求低，而运算效率高。在城市总量控制应用中，涉及 多种条件的计算和方案优化，常常采用运算较小的高斯模式。高斯扩散模式的详 细介绍见论文第三章的内容。 ( 4 ) 控制点的选择 所谓控制点，就是用来标志整个控制区大气污染物浓度是否达到环境目标值 的一些代表点。 以上四方面工作是城市多源模式的主要内容，准备工作完成后，就可以将污 染源参数输入选定的扩散模型，确定污染源于控制点的定量相应关系。多源模式 对气象参数的要求很详尽，计算过程比较复杂，对污染负荷的分配也会存在不公 平的现象，所以也存在不足。 3 、优化方法 所谓优化方法“，是指将大气污染控制对策的环境效益和经济费用结合起来 的一种方法，它从大气污染总量控制要落实到防治对策和防治经费上这一实际出 发，运用系统工程的理论和原则，制定出大气环境质量达标而污染物总排放量最 大，治理费用较小的大气污染总量控制方案。优化方法同样利用城市多源模式模 拟污染物的扩散过程，建立数学模型，设定目标函数，在控制点浓度达标的约束 辽宁工程技术大学顶十学位论文 条件下，求使目标函数最大( 或最小) 的最优解。根据目标函数的不同最优化模 型通常分为两种：一种是源强优化，即在保证控制区域大气环境质量达标的前提 下，充分利用大气环境容量，尽量使污染源的排污总量最大化，以满足各企业扩 大生产追求最大经济效益的需求：另一种是经济优化，它的目的是在达到环境质 量标准要求的条件下，将污染治理费用尽量最小化，追求最大经济利益，这需要 综合考虑环境资源的分配和技术、经济的优化分配。在实际应用中需要根据各污 染源污染产生条件、设施设备及现有治理方案的具体情况，力求既能使控制点处 污染物浓度达标，又能使污染治理总费用最小的最佳方案组合。 优化方法是近年来人们丌始使用的环境规划中的最优方法，人们在开始阶段 往往一昕到最优方案，就不追究它的问题，然而在实际的应用过程中会发现最佳 方案难以实现或者说在总体上是合理的，但对于污染源来讲却是不合理的。所以 优化方法也存在着局限性。 综上所述，三种主要方法都存在优越性与不足，所以在实际的工作当中，要 结合城市的具体情况，尽量采用适合实际情况的方法，进行总量控制的研究工作。 1 3 本文研究的主要内容和方法 通过对大量文献及相关资料的研究分析，在前一节中对现有的总量控制方法 进行了详细的评述，综合分析现行各种总量控制方法存在的弊端，决定在各种方 法合理的基础上，对其进行整合，取长补短，针对资源型城市大气污染的特点， 形成一条完整合理的总量控制的技术路线见图1 1 。 1 ) 阜新市坏境空气质量的分析 开展环境空气质量分析包括污染源的调查分析和阜新市大气污染分布规律的 分析，其目的是掌握阜新市大气环境质量现状与污染源排放情况，弄清阜新市空 气污染的特征和规律性，为下一步找出污染物在大气中的迁移、扩散规律，测算 空气环境容量提供基础数据。首先，应用实际调查的方法，经过归纳总结对阜新 的主要污染源进行调查；其次是采用污染负荷系数法，分析资源型城市大气污染 的分布规律，揭示城市环境空气污染物随不同的季节、年际、功能区而变化的规 辽宁1 二程技术人学硕1 j 学位论义 律，为控制大气污染提供科学依据。 2 ) 资源型城市大气污染物扩散的研究 阜新市是一座典型的煤炭资源型城市，空气污染属于煤烟型污染，主要的污 染物是t s p 和s 0 2 ，市区面积不大( 5 3k m2 ) 、地形比较平坦、流场不十分复杂， 通过分析比较各种大气扩散模型，可选择高斯扩散模式来模拟污染物在市区的迁 徙和扩散过程，对市区内主要污染源对空气污染的贡献做出模拟研究。 3 ) 阜新市大气环境容量预测和总量控制的研究 空气环境容量的预测是空气质量控制的关键技术。对阜新市空气环境容量的 预测是对于大气污染物总量管理从目标总量控制向容量总量控制转变具有决定性 的意义，能有效的提高环境决策的科学性、提高污染控制的效果和实现环境质量 达标。这部分的研究可应用箱模式对阜新市区的大气环境容量进行预测。 4 ) 总量控制方案的制定 总量控制方法中，每种方法都各具特色，但都谈不上完善，因此要围绕“确定 区域排污总量，将其优化分配至各源”这一核心问题，充分发挥各种总量控制方法 的优势，才能获得完整可行的总量控制方案。具体方案可按照以下思路进行：首 先应用a p 值法对控制区的污染物允许排放量进行计算，对控制区域做出宏观规划 管理；然后利用平权分配法针对超标的控制点进行削减；经过前两级的控制，能 够保证环境质量的要求，但实际效果不一定很好。由于在环境质量指标上要求过 于苛刻，在经济上必定付出更多的代价，因此还要对前面的方案进行调整，引进 费用函数和对各源采取的治污方案进行优化，在保证环境质量的前提下，使得治 污投资费用最小，这样j 能够最终达到控制环境空气污染的目的。 辽宁t 程技术大学硕士学位论文 n o 1 0 污染源分析气象因素分析 i 城市大气污染物扩散模拟 厶 环境容量预测 一 总最控制模犁 i 一z 一 污染物总量控制方案 图1 1 总量控制研究的主要技术路线及工作流程 一 辽宁工程技术大学硕十学位论文 2 阜新市大气环境特征分析 2 1 阜新市自然环境概况”“ 阜新市位于北纬4 1 04 1 4 2 05 6 、东经1 2 1 oo l 1 2 2 0 5 6 之间。全境东西长 1 7 0 k m ，南北宽8 4 k m ，总面积1 0 3 5 5 k m 2 ，其中市区4 9 0k m 2 ，建成区面积5 3k m 2 。 阜新是内蒙古高原和辽河平原的中自j 过渡带，居辽宁西部的低山丘陵区。全区是 长矩形，地势西北高、东南低；西南高、东北低。山地偏于西及西南部，占3 8 _ 3 ， 丘陵偏于北及西北部，占5 0 3 ；平原集中于彰武县及阜新蒙古族自治县东南部， 占1 1 4 。阜新地区海拔最高点为西北部的乌兰木图山，8 3 1 4 m ，海拔最低点为东 南部的十家子乡南甸村，4 8 5 m 。 阜新市土地总面积为1 0 3 5 5 k m 2 。其中市辖区( 海州、太平、新邱、清河门区) 共1 4 9 k m 2 ，细河区( 市郊区) 3 4 0 k m 2 ，彰武县3 6 4 1 k m 2 ，阜新蒙古族自治县6 2 2 5 i d n 2 。全 地区土地低山面积为1 0 5 7 k m 2 ，占总面1 0 2 1 ；丘陵为5 8 9 8k m 2 ，占5 6 9 7 ：平 原为2 1 3 8k m 2 ，占2 0 6 5 ；沙荒地为1 2 6 1k m 2 ，占1 2 18 。它是一座煤炭资源型 城市，工业结构以煤炭、电力为主，能源也以煤、电消耗为主。 阜新地区的矿产资源非常丰富，现已发现4 1 个矿种，2 1 5 个矿库、矿点，其中 1 7 种得到开发利用。阜新蒙古族自治县境内就有矿藏2 9 种1 9 0 余处，黄金、煤炭、 铁等储量居辽宁省前列。非金属矿产资源丰富，其中以煤为最多，建国以来，到 2 0 0 0 年开采量已经达到5 3 亿吨。除了煤炭之外，还有丰富的硅砂、沸石、珍珠岩、 水泥大理石、麦饭石、莹石、玛瑙、水晶、紫沙泥、陶土、泥炭、锂云母、石棉、 石墨等非金属矿藏，其中硅砂、沸石、珍珠岩储量较大，质量较好，麦饭石储量 达3 亿多吨，已生产出多种麦饭石系列产品。金属矿种有金、铜、铅、钨等，但多 数矿体较小，储量不大。现开发的金矿产地有3 0 多处，其中排山楼金矿年产7 3 7 7 千克，赵家沟金矿年产6 7 4 千克，新民乡金矿年产1 2 6 千克。 2 2 污染源的调查与分析 开展污染源的调查和分析，能够反映污染源的排放状况、时空特征，能源结 构和燃料消耗状况及空气污染物的排放量和排放特征；通过分析可确定主要污染 辽宁工程技术大学硕士学位论文 行业、污染地区以及污染物和排放大户等情况。通过调查掌握了阜新市区的主要 大气污染物是二氧化硫( s 0 2 ) 和总悬浮颗粒( t s p ) ，而氮的氧化物( n o x ) 和 一氧化碳( c o ) 污染较小，检测值符合国家二级标准，不作为控制对象。规划区 众多的煤矿、建筑工地等是t s p 的主要重要源地，而s 0 2 主要来源于电厂锅炉、各 类工业和生活锅炉、饮食行业的茶炉、小灶以及民用煤炉。根据阜新市污染源的 情况，可以分为3 类：工业污染源、生活污染源、机动车污染源。由于时间有限， 本文主要对工业污染源进行了调查。 2 2 1 能源消耗情况m 1 2 0 0 4 年阜新市环境统计资料显示：全市工业企业煤炭消耗总量为3 2 1 7 9 万吨， 其中燃料煤消耗量为3 1 2 2 4 万吨，原料煤消耗量9 5 4 万吨。从能源的利用上看， 该市的能源结构改变工作效果甚微，能源的消耗仍以燃煤为主，占能源消耗总量 的9 5 以上。2 0 0 4 年煤炭消耗量居全市前1 0 名的企业见表2 1 表2 1 煤炭消耗量统计表 辽宁t 程技术大学硕士学位论义 从表2 1 可以看出，阜新发电厂燃料煤消耗量占全市工业企业燃煤消耗总量的 6 7 6 1 ，居全市第一位；阜新热电厂煤炭消耗量占全市总量的9 0 1 ，居第二位。 煤炭消耗量累计占9 0 以上的企业工有6 家，这6 家企业都属电力蒸汽热力生产 和供应业。 2 2 2 工业污染源现状“” 2 0 0 4 年阜新市工业企业废气排放总量为2 8 2 8 2 9 2 万立方米，2 0 0 4 年又l e 2 0 0 3 年增长了1 6 3 。工业废气中五项有害污染物年排放总量为7 4 9 7 0 0 8 吨，其中烟尘排 放1 0 0 3 3 4 8 吨：二氧化硫排放量为2 7 9 3 3 2 7 吨，其中燃料燃烧过程中排放2 5 8 8 6 8 7 吨，生产工艺过程中排放2 0 1 6 4 0 1 j 电，氮氧化物排放量为2 6 4 3 6 9 1 吨；一氧化碳排放 量为6 7 8 5 6 5 1 1 , “，粉尘排放量为4 0 1 2 7 7 吨。 从统计的五项污染物中可以看出，除氮氧化物、一氧化碳的排放量今年继续 保持下降趋势，其余二氧化硫、烟尘、粉尘的摊放量都比上年有所增加，其主要 原因是建材行业中恒瑞科技有限公司的投产、及水泥生产企业开工期增加有关。 另外，电力蒸汽热水生产和供应业烟尘排放量大于去年也是一个因素之一。 阜新市工业废气的排放量占全市9 0 以上的企业见表2 2 ；烟尘排放大户排序 见表2 3 ；二氧化硫排放大户见表2 4 。 表2 2 废气排放量排序表工业 单位：万标立方米年 辽宁工程技术大学硕士学位论文n o 1 4 8阜新盛明热电有限责任公司 3 8 0 4 1 01 3 58 9 8 4 9 彰武县热电厂 2 8 2 4 5 01 0 09 0 8 3 全市废气排放中总量 2 8 2 8 2 9 2 0 0 万标立方米年 表2 4一：氧化硫排放大户排序表 辽宁工程技术人学硕j j 学位论且： 1 5 2 2 3 工业污染源评价” 利用阜新市环境统计报表中的数据，根据工业污染源调查技术要求及其建 档技术规定的要求，可采用等标污染负荷法，对阜新市环境空气的主要污染物 和主要工业污染源进行评价。计算公式如下： p ：盟1 0 9( 2 1 ) 。 c o ， 式中：p f 种污染物的等标污染负荷； q 一f 种污染物的排放量( 吨年) ： c 。f 种污染物的评价标准( 毫克立方米) 。 评价标准采用工业污染源调查技术要求及其建档技术规定中的统一标准。 见表2 5 主要工业污染源的的确定，按等标污染负荷由大到小排序后，分别计算负荷 比，以累计负荷比超过8 5 来确定。 表2 5 工业废气污染物的评价标准 2 0 0 4 年阜新市工业废气污染源评价结果见表2 6 ，由于企业较多，表中仅列出 等标污染负荷占9 0 以上的企业。 在表2 6 中，2 0 0 4 年阜新市工业废气污染源等标污染负荷比累计超过8 5 的企 业有4 家，即：阜新发电厂、阜新市热电厂、阜新矿业集团煤矸石热电厂、阜新热 力总公司，上述企业全部为电力蒸汽热力生产和供应业。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 n o 1 6 在上表中，2 0 0 4 年阜新市工业废气污染源等标污染负荷比累计超过8 5 的企 业有4 家，即：阜新发电厂、阜新市热电厂、阜新矿业集团煤矸石热电厂、阜新热 力总公司，上述企业全部为电力蒸汽热力生产和供应业。 2 3 阜新市大气污染物分布规律研究 2 3 1 监测点位和监测项目 阜新市环境监测项目包括可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳和 灰尘自然沉降量五项空气污染物。 2 0 0 4 年阜新市大气监测点位设置如下：在市区及对照区设置2 1 个监测点，其 中工业区7 工人，交通密集区3 个，居民区5 个，清洁区3 个，商业区2 个，对照区1 个。具体位置见表2 7 。 表2 7 市区环境空气被动扩散管监测点何分布表 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 2 3 2 阜新市区大气环境执行的质量标准 阜新市环境质量执行环境空气质量标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 中二级标准，评 价标准中规定的环境空气污染物浓度限值详见表2 8 。 表2 8 环境空气质量评价标准 辽宁工程技术大学硕十学位论文 n _ o 1 8 2 3 3 阜新市大气污染物的年际分布规律 为了分析阜新市大气污染的年际变化规律，本文以1 9 9 6 2 0 0 0 年全市个监 测点的监测结果为基础，以我国大气环境质量标准g b 3 0 9 5 - 1 9 9 6 二级标准为 依据计算阜新市1 9 9 6 2 0 0 0 年的各大气污染物的指数及污染负荷系数( 详见表 2 9 ) ，计算公式如下： = p ，b i = 1 p 。2 c ，s ， 其中p 2 n i = 1 式中：，i 种污染物的负荷系数 p i 种污染物的分指数； c 一i 种污染物的年平均浓度，k g m 3 s ，i 种污染物的标准浓度，k g m 3 n 一参加统计的污染物的项数。 表2 91 9 9 6 , - - , 2 0 0 0 年阜新市各大气污染物蝴烈介于黜和 亏染负荷系数( ) ( 2 1 ) ( 2 2 ) 1 9 9 60 8 33 3 20 2 080 2 71 0 8l t2 04 82 5 0 1 9 9 7n6 7 2 7 6 8 o 3 0 1 2 4 0a3 21 3 2 21 1 34 6 7 02 4 2 1 9 9 8o 6 72 1 8 20 6 01 9 5 40 3 09 7 71 5 0鸽8 6 3 0 7 1 9 9 9n6 7 2 1 ，4 70 6 01 9 2 30 ，3 09 6 li 5 54 9 6 83 ，1 2 i 0 02 7 9 30 6 01 6 7 60 3 8l o 6 l1 印4 4 6 93 船 平均0 7 62 6 4 20 4 61 5 1 80 3 11 0 81 3 74 7 5 82 9 4 从表2 9 可以看出，污染负荷系数为总悬浮颗粒 二氧化硫 氮氧化物 一氧化 辽宁工程技术大学硕上学位论文 碳。总悬浮颗粒的污染负荷系数高达4 7 5 8 ，这说明阜新市的空气污染成分以总 悬浮颗粒为主，其次是二氧化硫，这是典型的煤烟型污染的特征。从5 年污染负 荷系数的变化情况来看，虽然各污染物的负荷系数随着年份不断波动，但是t s p 、 c o 的负荷有所下降，n o 。的负荷系数有所上升。 2 3 4 污染物浓度季节变化情况 2 0 0 4 年阜新市空气污染物随季节变化的监测结果如表2 1 0 。 表2 1 02 0 0 4 年阜新市大气污染物质量浓度的季节分布( m g m 3 ) 倦p s 0 2 o o n o z 0 2 3 9 0 1 5 1 o 8 0 0 4 0 o 2 0 3 o 0 2 8 o 5 o 伍剪 0 1 1 3 0 0 1 0 o 6 0 0 2 8 0 1 5 4 0 0 2 5 0 6 0 0 3 8 资料米源：阜新市环境监测站 表2 1 0 表明，2 0 0 4 年阜新市大气质量受季节影响较大，一氧化碳冬季最高， 春季最低，夏、秋两季次之，采暖期比非采暖期的值高；总悬浮颗粒冬季最高， 春季次之，夏季最低，采暖期比非采暖期值高；二氧化硫冬季最高，夏季最低， 采暖期日均值超标，非采暖期达到国家二级标准；一氧化碳和二氧化氮冬、秋两 季偏高，春、两季偏低下；另外，降尘月均值的季节分布规律( 见图2 1 ，t k m 2 月) 是：冬季最高，春季最低，采暖期大于非采暖期的值。 暖 七 l j d 硎 刊 世 1234567891 01 l1 2 月份 + 降尘量 幽2 12 0 0 4 年阜新市降尘月均值的季节分布规律 辽宁t 程技术大学硕士学位论文 2 3 5 污染物的空间分布 阜新市大气污染物的浓度依功能区的不同又很大的差异，详见表2 1 1 和图 2 2 表2 112 0 0 4 年阜新市不同功能区大气污染物质量浓度 功能 污染疡 工业区 m g m 3 居民区 m g m 3 交通区 m g m 。 清洁区 m g m 5 t s p s 0 2 n 0 2 c o 0 3 8 7 0 0 4 9 0 0 4 8 1 1 0 4 4 0 0 0 5 0 0 0 5 5 1 2 0 4 6 0 0 0 8 8 0 0 6 9 1 3 0 3 4 2 0 0 4 3 0 0 4 4 l 1 1 0 o o o ，弋，。 p k 邑苎兰兰兰兰兰善；嚣：兰：；：；三鐾：；三j ：攀鬻川 工业区居民区交通区清洁区 卜_ t s p 一* 一s 0 2 屯r _ n 0 2 * c 0 图2 2 人气污染物的浓度随功能区的变化 从图2 2 可以看出，阜新市大气污染物的浓度依功能区的不同有很大的差异： 在交通区t s p 和s 0 2 、c o 的浓度值最大，工业区和居民区次之。导致这结果 的原因，要从污染物的来源上分析。从阜新市的能源结构、污染源排放状况、气 候条件等因素分析得出：阜新市环境空气污染物主要来源于燃煤和扬尘，其次是 工艺尾气和机动车排放的尾气等，见表2 1 2 。 表2 1 2 环境空气主要污染物来源 鼍嚣目培露皿 辽宁工程技术人学硕r l 学位论文 从表2 1 2 分析，造成阜新市区大气污染物浓度依功能区变化的