垃圾焚烧排放二噁英对环境影响研究
文_张晋娟 山西人和致远环境咨询有限公司
我国已将CALPUFF大气扩散模式纳入环境空气质量法规模型中，说明此模型具备可靠性。实际应用中基于此模型能够模拟复杂地形条件下污染物以非稳态烟团传输和扩散转化过程，可视化显示污染物的扩散运行方式，能够应用于二噁英大范围传播对环境影响的研究中。下文将基于此模型，分析垃圾焚烧排放二噁英对环境的切实影响。
1.1 气象处理模块
运用CALPUFF烟团扩散模块运算采取积分烟团和Slug方法。其中，积分烟团的计算公式如下：
式中g-高斯方程垂直项；
nh)-混合层高度；
（He+-有效高度；
dc-横向距离；
da-顺风距离；
πσx、σy、σs-扩散系数；
Q-源强；
C-地面浓度。
Slug方法的计算公式如下：
式中da-轴线方向到受体点距离；
dc-垂直烟片的轴线；
g-垂直反射项；
q-污染源排放速度；
F-因果关系函数；
σy-风速偏差；
u-标量风速；
u"-平面矢量风速。
烟团扩散计算公式如下：
式中σys-面源侧向扩散产生的水平扩散系数分量；
σyb、σzb-扩散过程中浮力抬升产生的σy、σc分量；
σyt、σz-由于大气湍流作用的形成扩散系数σy、σz；
Δξ-取样过程中烟团的增长量；
（ξyn、（ξzn-污染源参量。气象模拟结果验证的计算公式如下：
式中-监测值的平均值；
-模拟值的平均值；
Oi-监测值；
Mi-模拟值。
1.2 实例分析
将此模型应用于某地区温度、风速和风向监测中，得到的结果见表1、表2、表3。
表1 某地区温度模拟值与检测值评估结果
表2 某地区风速模拟值与监测值评估结果
表3 某地区风向模拟值与监测值评估结果
通过读表发现，某地区风速监测值与模拟值具有较高的吻合度，相关系数最高可达0.99，且IOA分别为0.84、0.87，Gross Error和RMSE均处于小于1的范围。温度方面吻合度一般，风向方面吻合度较好，但以上两方面的Gross Error和RMSE均在1左右。因此，可证明借助CALPUFF空气质量模型能够支撑地区气象数据监测工作，为探究具体影响奠定基础。
研究垃圾焚烧二噁英对环境的影响，需统计监测区域各个焚烧项目的二噁英检测值，并计算最大值、中位数、最小值和均值，同时得到标准差、方差和极差，以便定量分析。具体的计算公式如下：
式中C0-二噁英监测值的平均值；
Cm-二噁英的统计值；
Cmin-二噁英的最小值；
Cmax-二噁英的最大值。
经计算，本文所监测区域共有10座垃圾焚烧厂，二噁英的排放量范围处于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h的范围内。
2.1 大气环境
二噁英于大气中传播是主要研究方向，在干湿沉降作用下进入土壤中，进而对地下水等产生影响。研究二噁英迁移和在大气中转化是本文重点探讨内容，分析其在不同环境介质中的分布能够掌握排放对环境的切实作用。基于二噁英排放预测范围，并在CALPUFF空气质量模型的支持下，预测垃圾焚烧厂周边大气环境影响作用情况。图1为某垃圾焚烧厂周边落地分布图。
图1 某垃圾焚烧厂周边落地分布
构建二噁英排放清单，采取CALPUFF空气质量模型预测监测区域垃圾焚烧对大气环境影响。通过分析发现，在此区域二噁英的排放量范围处于的1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h范围内，除A、B、C三市的年均贡献范围在内1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h外，其余7市的年均贡献范围均处于1.46×10-9～1.58×10-8kgI-TEQ/h内。且D、E、F、G市的大气污染扩散较为明显。根据风向分析来看，主导风向全年保持一致，最高值出现在最大落地点处，具有明显的大气湍流活动，直接作用于二噁英颗粒扩散与迁移过程，影响分布。由此可见，排放二噁英对大气环境影响需考虑到气象条件、所在地形和焚烧厂运行时间。
2.2 土壤环境
二噁英以烟气状态排放至大气中，在雨水冲刷和重力沉降作用下落于土壤，因二噁英的光分解性，当区域内存在阳光直射情况时，二噁英将被分解。当缺少阳光照射，二噁英将沉降于土壤，存在长达20a的半衰期，对土壤造成污染。因此，要从垃圾焚烧厂运行时间和二噁英年均沉降量共同作用角度得出土壤环境总累积量。
经研究，某地区土壤年均浓度贡献处于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的 范 围 内，且A、D、E、F、G市土壤富集比较明显，年均浓度贡献范围为1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，与大气扩散趋势匹配度较高。
借助统计学理论，验证土壤监测值与土壤沉降值的相关系数，计算公式如下：
式中n-采样点数；
M-模拟沉降值的平均值；
Mi-模拟的沉降值；
O-土壤监测的平均值；
Oi-土壤监测值。
检验模型的精准性，分析模拟值与土壤监测值间的相关性。但因监测值与模拟值的单位不统一，难以直接比较数量和量级，需引入趋势比较方法分析值，得到焚烧厂的相关系数。本文仅给出A、D、E、F、G市垃圾焚烧厂的监测值与土壤沉降模拟值的相关验证结果，具体见表4。
表4 垃圾焚烧厂监测值与土壤沉降值的相关性验证
通过读表发现，各垃圾焚烧厂监测值与土壤沉降值的相关性较好，证明CALPUFF模型对二噁英沉降空间分布模拟的结果能够代表实际情况，整体结果可接受。
结合文章所探讨的内容可以清楚的了解到通过建立空气质量模型，能够对垃圾场焚烧厂所排放的二噁英于大气和土壤中扩散程度有所认识。由于二噁英本身属于空气污染物，对环境保护起到抑制作用，为此在获取在应用CALPUFF空气质量模型后，应当就二噁英降解展开研究。通过引入回收炭再生技术，了解活性炭再生率影响以及水热降解飞灰中二噁英的机理以及控制办法，解决环境问题，从真正意义上降解二噁英，达到吸收烟气中二噁英的效果，为国家环保事业贡献力量。
综上所述，文章所提出的CALPUFF空气质量模型应用于某地区温度、风速和风向的模拟中，能够展现出吻合度较高的结果，说明监测值与模拟值较为一致。在CALPUFF空气质量模型的支持下，分析10座垃圾焚烧厂排放二噁英对环境影响的研究方法，得到A、B、C三市的年均贡献范围在1.00×10-8～2×10-8kgI-TEQ/h内外，其余7市的年均贡献范围均处于1.46×10-9～1.58×10-8kgITEQ/h内。且D、E、F、G市的大气污染扩散较为明显的有关大气环境影响结论。并得到土壤年均浓度贡献处于1.07×10-4～7.06×10-2ngI-TEQ/m2的范围内，且A、D、E、F、G市土壤富集比较明显，年均浓度贡献范围为1.60×10-2～7.06×10-2ngI-TEQ/m2，与大气扩散趋势匹配度较高的有关土壤环境影响的结论。
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