一、概述

选取典型镍冶炼企业进行调查实测，获取企业的逸散烟（粉）尘污染的现场实测数据，结合逸散烟（粉）尘污染源源强估算模型，估算污染源源强，构建镍冶炼逸散含重金属烟（粉）尘污染源清单。

为构建镍冶炼逸散含重金属烟（粉）尘污染源清单，课题组调查了镍冶炼厂的逸散含重金属烟（粉）尘污染实际情况，结合现有的体源高斯反推模型，对逸散含重金属烟（粉）尘排放量进行了估算。并选取某个典型镍冶炼企业，通过现场实测对模型的估算结果进行了验证。

为明晰镍冶炼企业的逸散含重金属烟（粉）尘的现场调查及排放量估算过程，选取某典型镍冶炼企业作为典型实例进行详细说明。该企业所用原料为硫化镍矿，主要产品为高冰镍，所使用的生产工艺为富氧顶吹熔炼＋转炉吹炼工艺。

该镍冶炼企业的干燥工序、配料工序、熔炼工序、吹炼工序、渣贫化工序位于同一生产车间内，车间长度为200m，宽度为50m，高度为18m。

二、逸散含重金属烟（扮）尘调查实测

1）总体流程

镍冶炼企业的逸散烟（粉）尘现场数据采集流程见图4-25。

2）布点方案

镍冶炼企业的逸散烟（粉）尘污染现场数据采集的布点方法参考《大气污染综合排放标准》(GB16297-1996)中关于无组织排放现场监测所确定的基本原则。

(1）采样点的确定采样点设在以污染源中心点的两射线夹角为150左右的弧线上，采样点数视风速风向变化的大小适当增加或减少，最少不少于4个。

(2)测点距离的确定测点距排放源的距离是根据排放源（特别是无组织排放源）的高低、气象条件、地理条件来确定的。一般应于无组织排放源上风向2-50m设置参考点，排放源下风向2-50m设置监控点。

(3）设点高度设点高度一般为1.5-15m。

3）采样周期

采样周期的确定十分重要，应在有利的气象条件下，获取尽可能多的有效数据。根据测试浓度的大小，在保证样品分析精度的前提下，尽量缩短采样周期。

4）气象资料的收集与观测

为了确定各采样周期内的稳定度分类，需在采样的同时，观测风向、风速、云量、云高及气温等。

三、逸散含重金属烟（粉）尘重金属污染源强估算

1)估算模型

由大气扩散理论可知，污染源下风向地面浓度的大小主要取决于源强的大小、生产工艺和扩散条件。当生产工艺已经确定，在一定扩散条件下，地面污染物浓度与源强成正比。根据这一原理，可以将下风向轴线上的实测浓度扣除已知源（高架源及己知面源）的贡献及本底值后，反推出无组织排放的源强。面源模式是在点源高斯模式的基础上加以变化而形成的。

高斯扩散公式的建立有如下假设：风的平均流场稳定，风速均匀，风向平直；污染物的浓度在y、z轴方向符合正态分布；污染物在输送扩散中质量守恒；污染源的源强均匀、连续。

点源下风向大气中粉尘的浓度，可用下式计算。

式中：C(x,y,0;He)——有效源高为He,评价点为（(x,y,0)处的质量浓度，mg/m3；

Q——源的排放量，mg/s;

us——烟囱口高度处的平均风速，m/s

σy——水平扩散参数，m;

σz——垂直扩散参数，m;

He——烟囱有效高度，m;

y——评价点轴线下风向的侧向距离，m。

其中：

σy=axb(4-5)

σz=cxd(4-6)

a、b、c、d——各稳定度下的扩散参数，可以由实测计算得到。当无实测值时，可以从《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》(GB3840-91)中查取。
由于镍冶炼车间具有一定的宽度与高度，车间可以作为一个逸散含重金属烟（粉）尘的排放体源考虑，其扩散模式可以采用虚拟点源法，根据车间的宽度与高度将其视作一个虚拟点源。

这种方法假设：有一距离为xyfl,xzo的虚拟点源位于体源单元形心的上风处；体源单元向下风向扩散的浓度可用虚拟点源在下风向造成的同样的浓度所代替。
基于以上假设，该体源可以当做具有一个初始水平扩散标准差σy0、σz0的一个排放点源考虑的。根据《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2-2008)中的有关规定。

σy0＝L/4.3(4-7）

σz0=2.15(4-8）

其中，L为与风向垂直的方向的车间宽度；H为车间的高度。

假想的面源虚置距离xy0、xz0用下式求得。

axby0=L/4.3(4-9）

cxdz0＝H/2.15(4-10)

可以求得具有这一标准差的假想距离（面源虚置距离）xy0与xz0，而xy0与xz0是随稳定度变化的，然后把σy作为x+xy0的函数，σz作为x+xz0的函数，这样体源就可以用点源公式计算。

体源公式是将点源公式中的

σy＝axb(4-11）

σz＝cxd(4-12)

分别用

σ’y＝a(x+xy0)b(4-13）

σ’z＝c(x＋xz0)d(4-14)

代替，所以面源公式可以用下式表达：

将式（4-15)进行移项，都可得到根据下风向大气中粉尘的浓度，推算出源强的公式，如果有共存的高架源及已知面源时，则C值应取实测地面浓度与本底值、各高架源及各己知面源对测点的贡献之和的差值，即

式中：——n个高架源对测点浓度贡献之和；

——m个面源对测点浓度的贡献之和。

利用估算得到的逸散含重金属烟（粉）尘的无组织排放源强，即单位产品的逸散含重金属烟（粉）尘排放量，计算公式见式（4-18)。

q=Q/M(4-18）

式中：q——单位产品的逸散含重金属烟（粉）尘排放量；M——单位时间的产品产量；Q——单位时间的逸散含重金属烟（粉）尘排放量。

2）模型的应用

在同一生产工况条件和气象条件下，对镍冶炼企业的无组织排放情况进行了3次实测，模拟计算所采用的数据为3次采样所获得的数据的算术平均值。
对典型镍冶炼企业的逸散烟（粉）尘现场实测结果见表4-51.

注：表格中数据为各监测点位3次测试数据的算术平均值。对现场颗粒物取样过程所获得的样品进行重金属含量分析，通过微波消解对颗粒物进
行消解处理，测试颗粒物中重金属含量。利用监测点位的重金属无组织排放质量浓度，通过高斯扩散模型反推可以得到镍冶炼车间的重金属无组织排放量。
通过对表4-51中典型镍冶炼企业逸散烟（粉）尘污染现场实测数据进行数据分析，得到无组织排放量估算的基本参数见表4-52.。

根据《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2-2008)附录B中的有关规定，镍冶炼车间的初始扩散参数计算结果如下：

σy0＝L/4.3=46.51m

σz0＝H/2.15=6.98m

体源有效源高He取l0m。

根据高斯反推模式，得到镍冶炼企业的无组织排放源强见表4-53。

由表4-53中可知，通过4个监测点位估算得到的颗粒物排放速率平均值为3.489kg/h。

由4个监测点位估算得到颗粒物排放速率较为接近，4个点位的相对标准偏差为8.47%,该估算方法的精确性较好。

3）清单分析

对镍冶炼企业逸散含重金属烟（粉）尘污染源清单与有组织废气污染源清单进行分析比较，结果见表4-54。

从表4-53和表4-54中可知，在无组织排放源中，排放的重金属污染物按排放量大小排序依次为Ni>Cr>Pb>As>Cd>Hg；在有组织排放源中，排放的重金属污染物按排放量大小排序依次为Ni>Cr>Pb>As>Cd>Hg。

六种重金属无组织排放源的排污系数占无组织与有组织排污系数总和的18.1%，有组织排放源占81.9%，这说明镍冶炼企业的废气中重金属污染物主要是通过有组织源释放至外环境的。

4)估算结果的验证

将估算过程中所使用的模型参数及源强估算结果代入高斯扩散模型，然后通过对比不同监测点位的现场实测质量浓度与模型预测质量浓度的差异，验证高斯模型的准确性。验证所需的现场实测数据见表4-55和表4-56。估算模型验证结果见表4-57。

由表4-57可知，在不同监测点位实测质量浓度与预测质量浓度的平均相对误差为6.7%，说明利用该源强预测不同监测点位的颗粒物浓度同样具有较高的准确性。通过在下风向布点现场监测镍冶炼车间的重金属无组织排放质量浓度，然后通过高斯模型反推得到的重金属排放源强的方法具有较高的准确度。