水泥复合体的二氧化氮排放对环境影响的AERMOD建模系统的应用评价外文翻译资料

 2022-03-22 08:03

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水泥复合体的二氧化氮排放对环境影响的AERMOD建模系统的应用评价

Kanyanee Seangkiatiyuth1, Vanisa Surapipith2, Kraichat Tantrakarnapa3,

  1. 化学工程系、工学院、王蒙理工学院Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand.E-mail: kwanchal@kmitl.ac.th
  2. 空气质量和噪声管理局,污染控制部,自然资源和环境部,Bangkok 10400,泰国

E-mail: vanisa.s@pcd.go.th

  1. 环境健康科学部门,公共卫生学院,Mahidol大学,Bangkok 10400 泰国 。

收于2010年7月02;修订于2011年1月19日,接受于2011年2月18日

摘要

我们应用美国气象模型Society-Environmental保护局监管模式(AERMOD)作为分析工具的二氧化氮(NO2)排放从水泥复杂环境影响评估的一部分。摘要通过对干湿季节的测量和气模模拟,研究了在选定的水泥复合体中4家水泥厂的分散情况。与在12个样受体连续7天的连续测量运动中获得的数值模拟值相比,模拟值的数值比较大。据预测,测量和模拟是在良好的条件下,NO2浓度峰值被发现在1到5公里 ,比样受体5公里远的参考点。NO2浓度在干旱季节的Quantile-Quantile情节大多是安装在中间线相比在湿季。这可以归因于高NO2湿沉积。结果表明,测量和仿真使用AERMOD NO2浓聚物不超过设定的NO2浓度限制泰国国家环境空气质量标准(达标)。这表明水泥复合物的NO2排放对附近的社区没有显著的影响。可以认定AERMOD可以提供有用的信息来确定高污染影响区域环评的指导方针。

关键词:AERMOD;环境影响评价;Gaussian模型;空气污染物;NO2;水泥厂

DOI: 10.1016/S1001-0742( 10) 60499- 8

引用:Seangkiatiyuth K, Surapipith V, Tantrakarnapa K, Lothongkum A W, 2011. 从一个水泥综合设施的NO2环境影响评估的AERMOD模型系统的应用,环境科学学报,23(6):931-940

介绍

长期暴露于空气的污染物是一个世界性的问题。世界卫生组织(WHO)宣布, 每年大约270万计的死亡是由于通过空气污染。在过去的几十年中,人类对非致命性空气污染物的长期暴露以及空气污染物对全球和区域大气循环的影响进行了深入研究。由于健康影响,特别是臭氧(O3)、总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM)、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、铅和其他毒素成为调查重点(Kirk-Othmer, 2007)。泰国是主要的灰水泥生产商和出口商。通过主要的九个制造商的18个水泥厂和31日窑,每年的产量可达46兆吨水泥熟料和56兆吨水泥(TC-MA,2008)。在这个研究中选定的水泥复合体附近,氮氧化物(氮氧化物)的排放量可以归因于两个主要的来源: 水泥在高温下约1500摄氏度灼烧和汽车运输的排放。这些排放通常由一氧化氮(NO)的混合物和二氧化氮(NO2) (Wark et al., 1998; Alsop, 2005)。一般来说,水泥窑烟气中的氮氧化物含量随着燃烧温度的增加而增加,主要成分是NO。在环境温度和过量的氧气的情况下,被氧化为NO2,这是硝酸的前体NO2吸入是有毒的,会刺激人类的眼睛,鼻子(Wark et al., 1998) 这是有效期的中污染物的1 3天范围 (Perkins,1974)。氮氧化物广泛分散,反应与O3和挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)产生的二次颗粒物。自1971年以来,主要关心的是大气污染物在工业国家有针对性的减少和控制,美国通过长期监管设置为主要标准(保护健康)和二级标准(保护公益)0.053 ppm(53每年平均含量)。美国环保署(2010)对空气质量阈值的1小时平均NO2值不应超过100 ppb。为了达到这些立法目标并减少对健康的负面影响,了解大气中的污染物是如何在大气中扩散是很重要的。当气体从源头释放出来时,它就被风带走,分散在空气中。因此,它的最大浓度可以在释放时找到。由于释放气体与空气的湍流混合,下风的浓度相对较低。气体扩散影响的参数,例如,风速和风向,大气稳定,地面条件(建筑、山、树、水),和地面高度(Crowl 和 Louvar, 2002). 为了限制环境影响附近的水泥厂,泰国的自然资源局和环境局要求水泥制造商提交环境影响评估(EIA)报告一年两次陈述正面和负面的活动关于正在进行的和未来的项目以及重大活动。此外,环评报告需要陈述的排放空气污染物TSP等颗粒物直径小于10米(PM10)、NO2、SO2和甲烷。根据不同水泥制造商的具体情况,可能会报告其他污染物。其他污染物可能根据不同水泥制造商的具体情况而报告。如果水泥制造商修改或扩大他们的工艺或改变他们的燃料类型,可能需要额外的报告。因此,EIA已被证明是一项非常有用的管理,以限制环境影响,并对社区和机构的相关担忧作出回应。在遵守环评报告时,水泥制造商面临的一个问题是,通常的目标区域不能用于监测设备,在这些情况下,需要计算机模拟来估计这些区域的浓度。模拟必须与可访问区域的测量相比较。基于计算机的离散模型可以很好地模拟这些效果。摘要基于高斯羽流方程的离散软件程序已被广泛应用于估计各种污染物的扩散。美国气象Society-Environmental保护局监管模式(AERMOD),一个软件包基于高斯分布方程,建议由美国环保署空气质量模拟(2005),已经接受的自然资源和环境政策和规划办公室(ONEP),泰国的自然资源和环境用于环境影响评估的评价。AERMOD可以把各种复杂的算法和概念,它已经应用于评估分散的污染物,包括PM10、氰化氢(HCN)、二氧化硫、六氟化硫(SF6)、挥发性有机化合物的仪器(Venkatram etal., 2001, 2004, 2009; Bhardwaj et al., 2005; Orloff et al., 2006; Zou et al., 2009, 2010)。除了这些污染物, AERMOD也可以模拟重金属的分散,如六价铬和总气态(Saxand Isakov, 2003; Mazur et al., 2009)。上层大气数据不能获取的地方,AERMOD可以加上气象模型等研究和预测天气(WRF), 区域大气建模系统(RAMS) 第五代国家大气研究中心(NCAR)及佩恩森林城州立大学MM5中尺度模式及其他模型。(Caputo et al., 2003; Kesarkar, 2007; Isakov et al., 2007)。此外,AERMOD可以用于区域模型,为复杂的应用程序集成的社区多尺度空气质量(CMAQ)和混合单粒子拉格朗日轨迹(HYSPLIT)为复杂的应用程序集成(Stein et al.,2007)。由于气模没有反应模组,所以它不能直接模拟空气中no-2的转换。

虽然AERMOD广泛应用于美国和欧洲,但是在泰国模拟结果的可靠性,特别是AERMOD二氧化氮排放的轨迹,仍在辩论中。原因在于,根据美国和欧洲的气候和地质条件,AERMOD已经被开发和优化。当前工作应用AERMOD二氧化氮排放分析选定水泥组成的复杂的四个生产组合产量占43%的总容量。

1. 理论

1.1 研究领域

如图1所示,选定的水泥复合体位于曼谷东北方向约108公里处的石灰石山区,紧挨着高速公路。它由四个主要的水泥厂组成,总共有14个水泥栈。这四家工厂位于半径25公里以内。在集群中心的一个水泥厂被指定为受体距离的参考点,并被确定为水泥厂1。周边社区的面积是801.1平方公里,人口密度为79人每平方公里(DOPA, 2010)。大部分的人口是农民。研究区域的东侧是一个国家公园附近的高原和高原,它由海拔800到1300米的高山峰组成。区域气候是由东北和西南季风不同降雨和温度特性。从亚洲大陆中部的东北季候风(旱季),在11月中旬到4月之间,会带来相对凉爽和干燥的空气。来自印度洋的西南季风(湿润季节)的特征是,从5月到10月的强降雨和一些雷暴对流活动。研究地区的平均降雨量大约是1600毫米,而在雨季则是80%。平均气温在旱季从13-36 °C和雨季从19-37°C。

1.2 NO2排放和环境空气测量

在环境温度下,对NO2浓度的平衡计算大于不,因此,氮氧化物排放被认为是NO2的排放。根据该规定,水泥复合材料的所有者每年必须报告他们的排放量。如环评报告所述,氮氧化物的排放(主要是NO2)被发现在水泥厂的14个栈由美国环保署方法7(CFR,1993)。环境专家对堆栈取样进行了采样。目前的研究认为,最高产量的最高NO2排放是24小时制的生产。从14个烟囱中得到的NO2排放率是1238克每秒。在2007年3月 (旱季) 和2007年10月和11月, (雨季) NO2浓度在12个受体测定环境空气连续7天根据化学发光法的典型的常规环评中,12个受体位于居民区,从参考点1到10公里,作为制造商授权的一部分监控潜在的健康影响(图1)。一些受体位于之间的水泥厂。在水泥厂附近没有任何受体,因为它的产量很低,只有1个栈,因此被认为是可以忽略不计的。在这方面,一个化学发光仪器旋转在受体网站记录1小时平均数据,占领每个受体部位一周时间间隔。

表1. 气象站的位置和细节

气象站

收集数据通过

气象站细节

到参考点距离(Km)

距参考点方向

K

PCD

表面空气数据: G, P1, RH, T

10M:

21

SW

N

PCD

表面空气数据:

10M:

24

WNW

P

TMD

表面空气数据:

10M:

25

E

B

TMD

表面空气数据:

10M:

120

SSW

1.3 气象计量

表1显示了气象站的位置和详细信息。站K和N的气象和空气质量监测站污染控制部门(PCD),和没有云层或天花板高度信息。站P是泰国气象部门的气象观测站(TMD)附近的一个国家公园。表面风速和方向从K,N和P站在离地面10米用于气象分析评价的主要影响地区由于水泥二氧化氮排放复杂。风速和方向的车站K和N 1小时平均数据,和3小时平均数据为p 。运行AERMOD建模系统,地面气象数据来自站K但云层和天花板高度从站获得p上气象探空仪的数据上升,需要准确模拟风的领域,到TMD的从站B。尽管站B是位于曼谷西南100公里,这是最近的无线电探空气球发射场。

1.4 AERMOD模型

AERMOD是从复杂的工业短期模型(ISCST3)合并更复杂的算法和概念发展而来即行星边界层(PBL)理论和先进的方法对于复杂地形。与ISCST3样,AERMOD的色散模型被认为是准确距离从排放源不超过50公里 (美国环保署,2005)。模型由三部分组成:AERMOD气象预处理器(AERMET)AERMOD地形预处理(AERMAP)和AERMOD高斯烟羽模型与PBL模块。模型操作的序列如图2所示。该航空公司对每小时的表面和上气象数据进行了处理。的表面参数系数AERMET模块(指定土地利用类型和表面粗糙度对边界层动力学)将夏季湿和干燥条件模型模拟的气候在泰国;例如最接近的模拟,为美国和加拿大的季节性条件建立了模型。第二个模块,AERMAP,用于处理地形数据,结合一个传感器和发射源的布局,用于飞机的控制文件,AERMOD模型系统用于这项工作与商业运行界面,ISC-AERMOD视图(4.6.2版)(加拿大安大略省滑铁卢湖泊环境软件,)。复杂地形下进行了仿真网格间距0.5公里的域UTM X 740.5公里(701)和(1602 - 1641.5公里)。虽然大气反应去除氮氧化物的模型,干态和湿沉积参数化损失包括作为损失机制。AERMOD指南(美国环保局、2009、2010)推荐评估氮氧化物浓度如下:一级估计环境对NO2氮氧化物浓度的假设完全转换不基于一个适当的精制建模技术的应用。表2用以经验NO2/NOx比率乘以表1再乘以0.75误差通常误差率。表3是详细的筛选方法考虑案件,与臭氧限制方法——案例基础来源。从空间站的测量中获得了气模的表面和上气象数据输入。在这种情况下,基于第1

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