大气环境质量评价剖析

1、河南科技大学教案首页课程名称环境检测与评价计划学2授课章节第17课大气环境质量评价时教学目的和要求：了解大气环境质量评价的现状、大气质量的预测模型以及清楚大气环境影响评 价的程序、等级划分等内容。掌握大气环境评的基本知识。教学基本内容:（1）大气环境现状评价；（2）大气环境预测模型；（3）大气环境影响评价。教学重点和难点：大气环境评价的预测模型，大气环境影响评价的程序等。大气环境质量现状评价的数学方法。授课方式、方法和手段:采用多媒体与板书相结合的讲解、提问等方式、方法和教学手段。作业与思考题:什么是有效源高？怎样确定烟气抬升高度？第十七课大气环境质量评价一、大气环境质量现状评价(一) 大气污

2、染监测评价1大气污染的形成：污染源向大气环境排放污染物(根源)一一大气一一在风和湍流的作用下向外输送扩散 一一当污染物积累到一定程度 一一改变了大气的化学组成和物理性状一一对人类生产、生活甚至人群健康威胁一一大气污染2. 影响污染物地面浓度的因素(1) 污染源：源的形态(点源、线源、面源)、源强、源的排放规律(2) 大气的稀释扩散能力3评价程序(1) 调查准备阶段：范围、污染源及主要污染物、制定检测规划、装备；(2) 污染物监测阶段：(3) 评价分析阶段：分析大气质量的时空变化规律、污染状况等(4 )成果运用阶段：根据评价结果，提出防治对策。4大气污染监测评价(1) 评价因子的选择：选择主要大

3、气污染物，例行监测浓度较高的污染物、对人体健康已经 有所影响的污染物；目前，我国各地大气污染监测评价的评价因子包括4类：尘(降尘、飘尘、悬浮颗粒)、有害气体(SO2、氮氧化合物、 CO、03等)、有害元素(F、Pb、Hg、Cr、As等)、有机物(苯并a 芘、总烃等)。(2) 评价标准的选择：根据不同目的选择标准(3) 监测：布点：网格布点法、放射状一一、功能分区一一、扇形一一。布点的原则：a：最好设置对照点；b：点的设置要考虑大气污染源的分布和地形、气象条件；c：能覆盖评价区域；d:大气监测布点图。采样、分析法；监测频率：一年4季，1、4、7、10月代表冬春夏秋；每个季节采样7天，一日数次，每

4、次采 20 40分钟，以一日的几次平均值代表日均值，以7天的平均值代表季日平均值；同步气象观测：结合气象条件(气象资料)(4 )评价：对监测的数据进行统计、分析，选择适宜的大气质量指数模型求出大气质量指数。 绘出大气质量分布图、主要污染源和污染物，进一步提出防治措施。(二) 大气环境质量现状评价的数学方法(P53 P59)1. 上海大气质量指数2均值型大气质量指数3沈阳大气质量指数4. 分级评价法5. 美国格林大气污染综合指数6. 美国橡树岭大气质量指数(ORAQI )7. 美国污染物指标指数8. 美国密特大气质量指数、大气质量预测模型1.点源扩散的高斯模型(1) 静风(U10 1.5m/s)

5、,可采用烟流扩散公式。设地面为全反射体:C)exp2兀严zUI (z-He *exp -+exp(Z+He)2Jj扩散参数d y、d z通常表示成如下形式: 2X：2xmax最大地面浓度当，：21Cmax及出现距离：当二 consty2QCm a x2兀 euHeHeCyCm2Qe uH1 Rot11 1.7He12 e2. 有混合层反射的扩散公式大气边界层常常出现这样的铅直温度分布:低层是中性层结或不稳定层结，在离地面几百米到1 2 km的高度中存在一个稳定的逆温层，即上部逆温，它使污染物的铅直扩散受到抑制。观测表明，逆温层底上下两侧的浓度通常相差5 10倍，污染物的扩散实际上被限制在地面和

6、逆温层底之间。上部逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度(或厚度),用h表示。设地面及混合层全反射，连续点源的烟流扩散公式如下:(1 )当 d z1.6h浓度在铅直方向已接近均匀分布，可按下式计算:,y,Hexp.2二 u；yh3. 熏烟扩散公式高架连续点源排入稳定大气层中的烟流，在下风向有效源高度上形成狭长的高浓度带。当低层增温使稳定气层自下而上转变成中性， 或不稳定层结扩展到烟流高度时，使烟流向下扩 散产生熏烟过程，造成地面高浓度。此时在熏烟高度 zf以下浓度在铅直方向接近均匀分布，地面 浓度计算公式为：CfxgQ exp -4p 1 exp- 2 二Cfx,y,h连续线源是指连续排放扩散物

7、质的线状源，其源强处处相等且不随时间变化。在高斯式中:CyCy He/8 p =(Zf -He)/；z当稳定气层消退到烟流顶高度hf时，全部扩散物质已经向下混合，地面浓度公式为:I _ fexp 2丿 U2兀 utiyf hfJ 2呵 /4 .连续线源公式2.15；二C x,y,z型模式中，连续线源等于连续点源在线源长度上的积分，其浓度公式为:uQI 线源源强，其单位为单位时间单位长度排放的物质量；f表示连续点源浓度的函数，可根据源高及有无混合层反射等情况选择适当的表达式。 对直线型线源等简单的情形则有：(1) 线源与风向垂直：取 x轴与风向一致，坐标原点设于线源中点，线源在y轴上的长度为2y

8、0。有地面全反射的浓度公式为:Cx畀exp丄1-!、2 二u；zI-2 .f-Lexp1IL空卩2二2p_2yoyopip2企ay (2)无限长线源(线源与风成大于45度角)的地面浓度公式为:2QiCx，y，0，2rusin exp _一 2耳-为线源与风的夹角5连续面源公式源强恒定的面源称为连续面源。对面源扩散的处理方法主要有虚点源法和积分法等。虚点源法：设想每个面源单元上风向有一个 虚点源”它所造成的浓度效果与对应的面源单元 相当。于是，可以用虚点源的浓度公式计算面源的浓度：expCx,y,z 云-exp2 J y X -Xy2! (z+HI 21 x式中:QA某面源单元的源强，在虚点源法

9、中，其单位与连续点源相同；x, y,z计算点的坐标，坐标原点位于面源中心在地面的垂直投影点上；xy,xz虚点源向上风向的后退距离。若有:L/4.3,XzHe/2.15L为面源单元的边长。应用同样的原理,也可以用虚点源计算线源、体源造成的浓度。6长期平均浓度公式长期平均浓度：在几天、几月或一年的长时段内，各种风向均可能出现。此时表示短时间烟流 横向散布的by已不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。(1) 简单的扇形公式：在任意角宽度为2n/ n的扇形区内，连续点源的地面公式是:nfQ2 二 ux；zexp式中:f在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。u, b z应取平均时段内平均风速和铅直扩

10、散参数的平均值(例如，取D类稳定度的b z)。(2) 联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的计算，应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为:C 二Uk m lk, m, l C, m, l式中：k、m、1 风向、稳定度和风速等级的下标；ck、m、l在每一个给疋风向、稳疋度和风速时的浓度，可取相应的咼斯扩冃攵公式计算；0 k、m、丨一一风向、稳定度和风速的相对联合频率，即有：二二-：km,l =1k m l6 长期平均浓度公式长期平均浓度：在几天、几月或一年的长时段内，各种风向均可能出现。此时表示短时间烟流 横向散布的by已不重要，

11、可以用风向频率计算水平浓度公式。(1) 简单的扇形公式：在任意角宽度为2n/ n的扇形区内，连续点源的地面公式是：nfQ2 二 ux z(exp1/2f在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。u, b z应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数的平均值(例如，取D类稳定度的b z)。(2) 联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的 计算，应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为：C u.k m lk,m|lck,m,l式中：k、m、l 风向、稳定度和风速等级的下标；ck、m、l在每一个给疋风向、稳疋度和风速时的浓度，可取相应的咼斯扩冃攵

12、公式计算；0 k、m、丨一一风向、稳定度和风速的相对联合频率，即有：二二二 m,l Tk m l三、工作程序、评价等级和评价标准1 基本内容和工作程序 弄清建设项目概况，进行工程的大气环境影响因素分析，获得有关源参数(排污种类、源强、源高、排放方式、排放温度、排烟速度等)资料，进行污染源评价。 大气环境现状监测与评价，取得本底浓度值，进行评价区的环境现状评价 评价区地形和气象资料的收集和观测，取得环境预测所必须的气象条件和地形条件资料。 评价区大气扩散规律的研究，取得评价区的大气扩散参数，并选择适用于评价区的烟气抬升高度模式及大气扩散模式。 评价区污染浓度预测。模拟计算工程投产后将造成的长期和

13、短期环境浓度分布，得到影响浓度值。将本底浓度值与影响浓度值迭加，得到浓度分布预测值，并绘制环境质量变化图。 确定评价标准，评价预测结果，作出结论，提出预防和改善大气质量的对策和建议。2 评价等级划分环境影响评价技术导则 一一大气环境(HJ/ T2.2 93),将大气环境影响评价分为 三级。不同级别的评价工作要求不同，一级评价项目要求最高，二级次之，三级较低。3 评价标准在环境空气质量标准(GB3095 1996 )中环境空气质量划分为三类功能区：相应的环境空气质量标准分为三级：一类区执行一级标准；二类区执行二级标准；三类区执行三级标准。四、大气污染源调查和现状评价大气污染源调查与现状评价是大气

14、环境影响评价的重要组成部分，其目的在于找出影响评价区域大气质量的主要污染源和主要污染物，为确定大气环境现状监测因子和大气环境影响评价因子提供依据。1 污染源调查内容(1) 工艺流程：按生产工艺流程或按分厂、车间分别绘制污染流程图。(2) 排放量：按分厂或车间逐一统计各有组织排放源和无组织排放源的主要污染物排放量。(3) 对改扩建项目的主要污染物排放量：应给出现有工程排放量，新扩建工程排放量，以及预 计现有工程经改造后污染物的削减量，并按上述三个量计算最终排放量。(4) 毒性较大的物质：除调查统计主要污染物的正常生产的排放量外，对于毒性较大的物质还 应该估计其非正常排放量。如点火开炉、设备检修、

15、原燃料中毒性较大成分含量波动、净化措施达不到应有效率的设备及管理事故等。除极少数要求较高的一级评价项目外，一般只对上述各项中排放量显著增加的非正常排放进行统计。(5) 污染物排放方式：可将污染源划分为点源和面源，面源包括无组织排放源和数量多、源强源高都不大的点源。可根据污染源源强和源高的具体分布状况确定点源的最低源高和源强。厂区内某些属于线源性质的排放源可并入其附近的面源，按面源排放统计。(6) 点源调查统计内容： 排气筒底部中心坐标及分布平面图； 排气筒高度(m)及出口内径(m); 排气筒出口烟气温度(K); 烟气出口速度(m/s); 各主要污染物正常排放量 (t/a, t/ h或kg/ h

16、); 毒性较大物质的非正常排放量(kg /h); 排放工况，如连续排放或间断排放，间断排放应注明具体排放时间、时数和可能出现的频率:面源调查统计内容：将别以东(E)和北(N)为正x轴和正y轴。网格的单元，一般可取1 X 1 km2，评价区较小时，可取 500X 500 m2,建设项目所占面积小于网格单元面积时，可取其为网格单元面积。然后，按网格统计 面源下述参数： 主要污染物排放量t / (h. km2); 面源排放高度(m),如网格内排放高度不等时，可按排放量加权平均取平均排放高度； 面源分类：如果面源分布较密且排放量较大，当其高度差较大时，可酌情按不同平均高度将面源分为2 3类。(8) 对

17、排放颗粒物的重点点源：除排放量外，还应调查其颗粒物的密度及粒径分布。(9) 风面源：原料、固体废物等堆放场所产生的扬尘可作为风面源”处理，应通过试验或类比调查，确定其起动风速和扬尘量。对于规模较小的建设项目，污染源调查内容可适当从简。对于评价区内其他工业污染源的调查内容，可参照上述建设项目污染源调查的有关内容进行。一般可直接从近期的 工业污染源调查资料”中收集，对于工业污染源调查资料”中有明显错误的和重点污染源，应进行校对和核实。民用污染源调查，主要污染因子可限二氧化硫、颗粒物二项，其排放量可按全年平均燃料使用量估算，对于有明显采暖和非采暖期的地区，应分别按采暖期和非采暖期统计。界外区域较大点

18、源的调查内容，可参照评价区内工业污染源调查内容进行。2. 调查方法对于新建项目可通过类比调查或根据设计资料确定污染源资料；对于改扩建项目的现有工业污染源调查，可以现有的工业污染源调查资料”为基础，再对变化情况进行核实、调整。评价区内其他工业污染源的调查，一般可直接取近期的工业污染源调查资 料”。对于重点污染源，必要时应进行核实。核实污染物排放量一般有三种方法：(1)现场实测：对于有组织排放的大气污染物(如烟囱排放的SO2、NOx和烟尘等)，可根据实测的废气流量和污染物浓度，依下式计算：Qi=QN p i X 10-6式中：Qi 废气中污染物i的排放量，kg/h;QN 废气体积流量，m3 / h

19、;p i 废气中污染物i的浓度实测值，mg/m3。(2) 物料衡算法：对一些无法实测的污染源，可采用此种算法计算污染物的排放量，其通式如下：刀G投入=刀G产品+刀G流失式中：刀G投入一投人物料量总和；刀G产品 一所得产品量总和； 刀G流失一物料或产品流失总和。(3) 经验估算法：对于某些特征污染物排放量，可依据一些经验公式(例如燃煤排放的S02),或一些经验的单位产品的排污系数来计算。3污染源评价污染源评价的目的： 确定主要污染物和主要污染源，为污染源的治理或制订治理规划和污染防治对策提供依据。为统一不同污染物和污染源的比较尺度，常采用等标污染负荷以及在此基础上所构造的其他参数进行评价。(1)

20、等标污染负荷 污染物的等标污染负荷：P ij =( p ij / p oi) .Qij式中：P ij 第j个污染源第i种污染物的等标污染负荷，m3/s;p ij 第j个污染源第i种污染物的排放浓度，mg/m3;p oi 第i种污染物的排放标准，mg/m3;Qij 第j种污染源中含有第i种污染物的介质排放流量，m3/s。 若第j个污染源共有n种污染物参与评价，则该污染源的总等标污染负荷为：nn T片八P八二Qji - i oj若评价区共有 m个污染源含有第i种污染物，则该污染物在评价区内的总等标污染负荷为：mm I ,：PRjQiji i ：oj(2)等标污染负荷比：为了确定污染物和污染源对环境

21、的贡献，引入污染负荷比在第j个污染源中，第i种污染物的污染负荷比：Kij = R n/二 Ri1 U Kij无量纲，它是一个确定污染源内各种污染物排序的参数，Kij 最大者就是最主要的污染物。评价区内，第j个污染源的污染负荷比:P评价区域内所有污染源的等标污染负荷之和；Kj 无量纲，它可确定评价区的主要污染源及污染源的排序。Kj值最大者为最主要污染源。等标污染负荷的缺陷：容易造成一些毒性大、在环境中易于积累的污染物排不到主要污染物中 去。在通过计算后，还应作全面考虑和分析，最后确定出主要污染源和主要污染物。五、大气环境影响评价内容1建设项目概况及工程分析主要包括：(1) 建设项目概况：厂址位置、建设规模、产品结构、占地面积、厂区平面布置、劳动定员， 工作制度等。(2) 生产工艺分析：对生产全过程各个环节进行分析和说明，对所选工艺技术和设备技术性能 进行评述。通过分析，了解各类污染物来源和排放情况，各种废物的治理、回收利用措施，并附生 产工艺流程图。(3) 原材料情况：原材料数量、