焦作市工业燃煤量与大气SO_2污染关系模型研究.pdf

流的治理中应注意重金属的生态危害。 4 结论 由测量结果可以看出, 采用单因子指数法和 Hakanson生态风险指数法 ,通过分析海河 5 个断面沉 积物中典型重金属污染物 Cu、Pb、Zn、Cd、 Cr 的含量, 定量确定海河重金属污染物的污染指数 C i f和综合污 染指数 Cd的范围 ,得出海河沉积物为较高污染和很 高污染 。潜在生态风险指数 RI 范围 38. 67～ 179. 9, 其平均值为 82. 73,海河大部分断面具有低潜在生态 风险 ,但是个别断面处于中等潜在生态风险。 对于海河中重金属污染的治理 ,一方面要加强工 农业废水排放的严格管理 , 减少外源性污染物的排 放,清污分流,同时建设高效、大型污水处理厂, 及时 对废水和污水进行处理; 另一方面要改善内源性环 境,清除污染沉积物 , 以控制河流沉积物中重金属向 水体中释放 ,避免形成二次污染。 参考文献 1 Hakanson L. An ecology risk index for aquatic pollution control a sedimentological approach. Water Res. , 1980. 14 8 975～ 1001. 作者通讯处 王胜强 300072 天津大学 651 信箱 天津大学化学工 程研究所 电话 022 27401853 2004- 06-02 收稿 焦作市工业燃煤量与大气 SO2污染关系模型研究 ＊ 王海邻 胡 斌 平 瑞 郑继东 河南理工大学资源与环境工程系, 河南 454159 摘要 研究了焦作市工业燃煤量与大气 SO2污染的关系, 建立了适合于焦作市城区大气 SO2污染的解析模型。 在模 型中尝试性地将面源污染产生的浓度贡献转化到背景值中计算, 简化了解析模型。 利用该模式计算了 1996～ 2000 年 焦作市城区大气中的 SO2浓度, 并与监测数据进行对比分析, 结果表明该模型适合研究区的实际情况, 基于该模型实 现了焦作市城区大气 SO2浓度的动态预测。 关键词 燃煤污染源 SO2污染 大气污染解析模型 大气环境污染预测 ＊河南省科技攻关项目 981190520 、自然基金项目 0411054100 1 引言 美国世界资源环境研究所根据 TSP 、SO2、NOX 3 个指标的衡量 ,将焦作市列入世界十大污染城市之 一 [ 1] 。燃煤又是造成焦作市大气环境 SO2污染的主 要原因 [ 2,3] , 因此研究工业燃煤量与城区大气 SO2污 染之间的关系不仅具有重要的理论意义 ,而且可以为 本地区的可持续发展提供决策依据 ,具有一定的实用 价值 。 2 区域污染气象特征及污染源构成 2. 1 气象特征 大气环境中的污染物在空气中输送、扩散, 明显 地受气象条件的影响 ,尤其与当地的风速、 风向、 湍流 及温度层结关系密切 [ 4] 。焦作市主导风向为东北风 冬季 和西南风 夏季 , 年平均风速 1. 70 m s, 风速 不大, 由 1995 ～ 2000 年平均的风速 、风向、稳定度的 静风频率, 得到静风频率达20. 11,静风频率较高使 SO2污染物扩散能力下降 ,致使区域空气环境污染程 度加重。 2. 2 研究区SO2污染及污染源情况 2000 年城区大气 SO2监测结果表明 [ 5] , 冬季 SO2 浓度最高为 0. 056 mg m 3 ,其次是春季为0. 041 mg m 3 , 夏 秋 季 浓 度 最 低 , 分 别 为0. 017 mg m 3 和 0. 016 mg m 3 。主要原因是冬季采暖燃煤以及近年来 该地区冬季气温偏高大气稳定度增加引起的 [ 6] 。焦 作市城区大气中 SO2的主要来源为电力、化工和非金 属矿物制造等行业的排放。2000 年 SO2排放总量中 电力行业占 61. 4, 非金属矿物制造业占 18. 5, 化 工占 5. 78 。 64 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 3 SO2污染解析模型的建立 3. 1 各污染源的SO2排放量与燃煤量数学关系 各污染源的 SO2排放量与燃煤量、煤质、燃料燃 烧过程、 排放方式、 治理措施有关。从宏观来看,根据 各种因素综合作用的结果来寻找各污染源的燃煤量 与其 SO2排放量的关系,就显得十分方便 ,而且可行 。 因此, 根据各污染源历年的燃煤量及对应的 SO2 排放量进行分析 ,建立两者的函数关系 。各污染源历 年的燃煤量与 SO2排放量见表 1。 根据各污染源的燃煤量与 SO2排放量的数据 ,在 直角坐标系下做出各污染源 SO2排放量与燃煤量关 系的散点图 ,发现除万方集团外, 其余 7 个污染源的 SO2排放量与其燃煤量基本呈直线关系, 因此可用一 元线性方程来表达污染源的 SO2排放量与燃煤量的 数学关系 Q ＊ K1q K2 1 式中 Q ＊ 各污染源的SO2排放量 t a ; q 各污染源的燃煤量 100 t a ; K1、 K2 线性参数 。 用相关系数法来确定回归方程的相关程度,计算 出各污染源的线性参数 K1、 K2,并在假设置信度 α 0. 05 的情况下进行验证 , 查得 R0. 050. 878, K1, K2 的值及验证结果见表 2。 表2 表明除万方集团的 SO2排放量与其燃煤量 的线性关系不显著外 ,其他各污染源点的 SO2排放量 与其燃煤量成一次线性关系。所以可利用方程 1 通 过其计划燃煤量方便地预测出各污染源点的 SO2 排放量 。 由于万方集团的燃煤量和SO2排放量相对较 表 1 1996～ 2000 年各污染源的燃煤量与 SO2排放量t a 污染源 1996 年1997 年1998 年1999 年2000年 燃煤量 102 SO2 排放量 燃煤量 102 SO2 排放量 燃煤量 102 SO2 排放量 燃煤量 102 SO2 排放量 燃煤量 102 SO2 排放量 焦作电厂25 47217 06930 39820 36933 10827 12828 86817 85525 98117 410 碱业集团499405580501400432515464559492 万方集团296. 68306. 8930. 57. 127. 56. 4256. 8 焦作钢厂11672. 91308975. 749101. 46113485. 6 热电厂 9206259806561 0006801 0807531 000700 平光厂 69. 241. 272. 742. 8694189. 853. 980. 848. 5 陶瓷厂 25. 615. 92817. 830. 619. 621. 611. 716. 59. 3 水泥厂 1 27453. 91 260521 38656. 8554. 423543. 514 表 2 各污染源点 K1、K2的值及线性方程的相关性 污染源名称K1值K2值 线性相关 系数 r 值 相关性 焦作电厂1. 2- 14 546. 80. 904 线性相关性显著 碱业集团0. 419245. 10. 722 线性相关性比较显著 万方集团0. 0575. 160. 479 无显著相关性 焦作钢厂0. 689-5. 30. 981 线性相关性十分显著 热电厂0. 82- 133. 920. 976 线性相关性十分显著 平光厂0. 629-2. 4750. 999 线性相关性十分显著 陶瓷厂0. 762-3. 780. 991 线性相关性十分显著 水泥厂0. 047-7. 250. 988 线性相关性十分显著 小,对最终结果的影响也小 ,所以万方集团的 SO2排 放量也可近似地由此公式进行计算 。 3. 2 SO2扩散模式的建立 根据研究区 8 个主要污染源 1996～ 2000 年的生 产状况和 SO2排放量以及监测点的 SO2浓度监测数 据,在充分考虑影响大气污染物分布的气象因素和污 染源因素的基础上, 按照高斯点源烟流模式结合烟团 模式 即小风和静风条件下 , 采用大气扩散模式中长 期平均模式的叠加原理 [ 7] ,并结合环境影响评价技 术导则 [ 8] 推荐的区域多源模型, 建立数学模型如下 C X ,Y∑∑ ∑∑Crijkfijk ∑Clrijkflijkk C0 2 式中 C X , Y 研究区某点 X , Y 处的长期平 均浓度; Crijk、 Clrijk 分别为接受点上风方向 2π 16 方 位角内对应于有风或静风时联合 频率的第 r 个污染源对接受点的 浓度贡献, 按照高斯点源烟流模 式和烟团模式公式进行计算; fijk、flijk 有风或静风时风向方位、风速 、大 气稳定度的联合频率 ; C0 拟合点所在区的背景值, 取李万处的 监测值 ; k 线性参数,经反复模拟 ,取 k 1. 107。 65 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 焦作市大气 SO2常规监测点只有总工会、平光厂 和李万 3 处 ,由于李万处于人口相对稀疏、远离大型 SO2污染源的高新技术开发区 ,SO2污染相对较轻 ,所 以该区域一直是大气环境监测的清洁对照区。但随 着高新区的开发 ,人口密度、 交通流量越来越大,同时 一些企事业单位也逐渐搬迁至该地区, 所以李万处的 监测值已不再适合作为背景值 。为了解决这个问题, 研究尝试性地将面源污染产生的浓度贡献转化到背 景值中进行计算, 根据 1996 ～ 2000 年的监测数据经 反复拟和, 计算出线性参数 k ,将李万处的监测值乘 以线性参数 k 作为中心城区的面源污染引起的 SO2 浓度贡献值与背景值的总和。 结合公式 1 和 2 可以方便地由研究区 8 个主 要污染源的燃煤量预测出大气中SO2的浓度。 3. 3 模式验证及应用 利用该数学模型 ,对总工会监测点处的 SO2浓度 进行反复模拟, 并与实测结果进行对比 ,结果见表 3。 表 3 S O2模拟结果 年份 年 模拟结果 mgm- 3 测点实测值 mgm- 3 绝对误差 10- 3 相对误差 19960. 07490. 0765- 1. 6- 2. 09 19970. 04990. 0604-10. 5-17. 38 19980. 04230. 044- 1. 7- 3. 86 19990. 02830. 0262. 38. 85 20000. 02920. 0272. 28. 15 由表中数据可知 ,SO2的模拟浓度与实测浓度的 相对偏差的平均值为 -6. 33, 其绝对值平均为 8. 07, 且其变化趋势一致 。同时, 根据本预测模型 对研究区大气环境质量状况进行了验证性预测,预测 结果见表 4。由此说明该模拟数据与实测数据吻合 较好 ,该数学模式符合研究区的实际情况。 表 4 2001～ 2004 年焦作市大气 SO2预测结果mg m3 年份 年SO2预测结果 20010. 033 20020. 035 20030. 029 20040. 042 4 结论 首次研究了焦作市城区大气 SO2污染与燃煤量 的关系 ,建立了数学模型 ,对大气扩散模型进行了合 理的修改, 建立了适合于焦作市大气环境的扩散方 程,为焦作市的环境管理和可持续发展提供了科学依 据。该模式可进而推广应用于 NOX、 CO 等大气污染 物的扩散状态研究和计算 。 参考文献 1 世界资源研究所. 世界资源研究所称世界十大污染城市中国占九. 管理科学文摘,1999. 4 封二. 2 胡斌, 高彩玲, 郑继东等. 焦作市煤炭资源利用与大气 SO2环境容 量配置模型研究. 焦作工学院学报, 2001. 20 6 422～ 424. 3 郑继东, 李东艳, 胡斌等. 焦作市资源利用与大气环境保护. 辽宁工 程技术大学学报,2004. 23 1 141～ 144. 4 叶文虎, 栾基胜. 环境质量评价学. 北京 高等教育出版社, 1994. 120～ 137. 5 焦作市环保局. 河南省焦作市“九五”环境质量报告书. 2001. 6 郑继东, 李东艳, 胡斌等. 基于 GIS 的大气环境系统分析与模型. 焦 作工学院学报 自然科学版 , 2003. 22 2 133～ 135. 7 林肇信. 大气污染控制工程. 北京 高等教育出版社, 1991. 94～ 128. 8 国家环境保护局. 中华人民共和国环境保护行业标准, HJ T2. 1～ 2 . 393. 环境影响评价技术导则. 北京 中国环境科学出版社, 1994. 19～ 37. 作者通讯处 王海邻 454159 河南焦作市 河南理工大学资源与 环境工程系 E -mail whlhpu. edu. cn 2004- 05-13 收稿 上接第 68页 全风险评估的快滤动态模型, 该模型可以用于模拟快 滤过程中不同污染物的去除情况 , 是考虑了扩散、生 物降解 、 吸附 、脱附和反冲洗的非稳态机理模型。与 以往的快滤模型相比 ,该快滤模型在保证一定精度的 前提下,可以模拟各种不同的污染物。而且该模型使 用现场数据对模型进行率定, 这使得该模型对于水厂 水质安全评估更加可靠。为了便于计算 ,该模型使用 了较以往模型更少的参数, 这使得其应用更为方便, 适用范围增大。通过对模拟值的分析表明,该模型能 够较好地模拟过滤过程, 模型的假设是基本合理的。 该模拟结果将可用于两个方面 过滤过程去除各种污 染物的风险评估; 饮用水安全风险关键控制点的确 定。后者可用于为了满足饮用水水质卫生安全标准 的技术战略制定 。 作者通讯处 陈吉宁 100084 清华大学环境工程与科学系 电话 010 62772045 2004- 05-11 收稿 66 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 and abroad. The fly ash of CFB is not utilized effectuarlly at the present time. This paper introduces the s of exciting the activity of CFB fly ash and experimental study on producing masonry cement by CFB fly ash. Keywords CFB flyash, alkali excitation, activity and masonry cement UATION ON POTENTIAL ECOLOGICAL RISK OF HEAVY METAL POLLUTION OF SEDIMENTS IN HAIHE RIVERWang Shengqiang et al 62 Abstract Through analyzing the contents of typical heavy metal pollutants Cu, Pb, Zn, Cd and Cr in sediments of Haihe River, adopting the index number techniques of single factor andHakanson ecological risk, the quality statusof these sedimentswere uated; the pollution of the sediments by heavy metals and the potential ecological risk of Haihe River were determined quantitatively . Keywords Haihe River, sediment, heavy metals and ecological risk RESEARCH ON MODEL OF RELATION BETWEEN THE UTILIZATION OF COAL RESOURCES AND SO2POLLUTION OF ATMOSPHERE IN THE URBAN AREA OF JIAOZUO CITY Wang Hailin et al 64 Abstract Firstly the relation between the utilization of coal resources and SO2pollution of the urban area atmosphere of Jiaozuo City was researched. The diffusing model of SO2pollution applying to the urban area atmosphere of Jiaozuo City was set up. In the model the contribution from area pollution sources was calculated by transing it to the background concentration, so the model was greatly simplified. By which SO2 concentrations from 1996 to 2000were also calculated and compared with the monitoring data, it is found that the model is suitable for the actual conditions of the test zone.Based on which, SO2concentrations in this area were forecasted. Keywords pollution sources of coal utilization, SO2pollution, diffusing model of atmosphere pollution and prediction of atmosphere pollution MODEL DEVELOPMENT AND IDENTIFICATION OF RAPID FILTRATION PROCESSES Tong Qingyuan et al 67 Abstract This paper is part of a national framework for systematically assessing water safety risks, yet with focus only on the simulation of the rapid filtration process. The filtration process is described by a dynamic and conceptual model, represented by partial differential equations, and the simulated components include CODMn, NH3-N,turbidity and microorganisms.The simulated sub -processes included diffusion, biodegradation, sediment, adsorption, desorption and backwash. The model is calibrated by a set of field data from a large waterworks in the south of China,where contamination of drinking water resources is notable. The results reveal that the model fits the observed data quite well and is satisfactory for its future application. Keywords simulation, rapid filtration process, CODMn, turbidity and NH3-N A NEW BIOLOGICAL PROCESSSTUDY ON NITROGEN REMOVAL MECHANISM OF BI- CYCLIC TWO-PHASE BICT PROCESSPan Yang et al 69 Abstract Under the operational condition, synthetic wastewater was used in the experiments to investigate the perance of nitrogen removal by the BICT of the reactor. The results of the experimental study can be concluded as follows. The nitrogen removal mechanism of BICTP is sequential nitrification and denitrification. A separte attached-growth reactor was adopted to enhance the function of nitrification and increase the efficiency and the stability of nitrogen removal process. Under suitable conditions, the removal rate of TN total nitrogencan reachover 80, and the effluent concentration of TN can be controlled below 15 mg L. Keywords activated sludge, nitrification, denitrification and nitrogen removal NUMERICAL SIMULATIONANDCOAGULATIONEFFICIENCYOFFLOWFIELDFOR RECIPROCATING BAFFLED FLOCCULATION TANKZhuJiaolin et al 72 Abstract In this paper, the numerical simulation is applied to the flow field for a reciprocating baffled flocculation tank. Based on the characteristic of flocculation tank an analysis of the influence of the flow field on flocculation is carried out. The conclusion indicates the optimum value of A1 A2is from 1. 2 to 1. 5,where A1is the area of the wetted cross-section in the corner and A2is the area of the wetted cross -section in the gallery. The coagulation efficiency in the tank is relatively perfect if designed it according to the optimum value of A1 A2. Keywords reciprocating baffled flocculation, flow field, A1 A2andANSYS SYNTHESIS OF CIRCULATING COOLING WATER TREATMENT AGENT FIT FOR FRIENDLY ENVIRONMENTZhang Yanhe et al 75 Abstract A newly biodegradable copolymer was synthesized by aconitic acid and a small quantity of acrylic acid, and citric acid was 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23, No. 2,Apr. ,2005