大气污染控制技术：厂址选择与应用

厂址选择是一个复杂的综合性课题，涉及政治、经济、技术等多方面的问题。以下仅从充分利用大气对空气污染物的扩散稀释能力，防止空气污染的角度，介绍厂址选择中的几个问题。

（一）厂址选择中所需的气象资料

这里指的气候资料是气象资料的长年统计形式。

1.风向和风速的气候资料

为能一目了然，风的资料通常都画成风玫瑰图，即在8个或16个方位上给出风向或风速的相对频率或绝对值，用线的长短表示，然后连接各端点即成：图2-9是风向频率、风速复合玫瑰图，图中矢线的长度代表风向频率的大小，矢线末端的风速羽代表平均风速，每一羽可以表示0.5m/s或1.0m/s，根据具体情况而定。

图2-9　风向频率、风速复合玫瑰图

风玫瑰图可以按多年（5～10年或更长）的年平均值得到，也可按某月或某季的多年平均值得到：山区地形复杂，风向和风速随地点和高度有很大变化，则可以画出不同测点和不同高度的玫瑰图。

在大气污染分析中，常常把静风（风速小于1m/s）和微风（风速为1～2m/s）的情况进行单独分析。因为这时的大气通风条件很差，容易造成污染。此时，不但应统计出现静风的频率，有条件时还要统计静风的持续时间，并绘出静风持续时间的频率图。

2.大气稳定度的气候资料

一般气象台站没有近地层大气温度层结的详细资料，但可以根据帕斯奎尔或帕斯奎尔—特纳尔方法，对某地的大气稳定度进行分类，统计出每个大气稳定度所占的相对频率，并画出相应的图表。还应特别注意要统计逆温资料，如发生时间、持续时间、发生的高度、平均厚度及强度等。

3.混合层厚度的确定

混合层厚度是影响污染物竖直扩散的重要气象参数。由于温度层结的昼夜变化，混合层厚度也随时间改变，受太阳辐射影响，下午混合层厚度最大，表征了一天最大的竖直扩散能力。在求算混合层厚度对城市热岛效应的影响时，要根据城市的规模（面积、人口）、下垫面性质等特点进行。

（二）厂址的选择

厂址选择是一个需要综合考虑的问题，涉及社会经济和科学技术等各个领域。从大气环境保护的角度出发，合理的厂址应具备以下特点：本底环境中的污染物浓度低；大气对污染物的扩散稀释能力强；所排放的污染物能被输送到对人类居住区域影响小或污染危害轻的地方。这里仅从气象条件和地形状况对厂址选择的影响进行讨论。

1.本底环境浓度

本底环境浓度是指某地区现有的某些污染物的浓度水平，又称作背景浓度。显然，污染物浓度已超过规定的地区不宜再建排放这些污染物的新厂。虽然有些地方本底环境浓度没有超标，但加上拟建厂的排放物后浓度污染物将超标，而且在相当长的时期内无法克服，也不宜建厂。因此，厂址应选择本底环境浓度小的地区。

2.风向和风速

厂址选择应考虑风对附近的生活区、工作区以及农作物区的影响，尤其是风向及其出现的频率与这些区域的关系。依据地区的风向频率图，其考虑原则如下：①厂址应设置在居住区等主要污染受体最小频率风向的上侧，排放量大或废气毒性大的企业应尽可能地设在最小频率风向的最上侧，使居住区受污染的时间达到最少；②应尽量减少各企业之间发生重叠污染，不宜将各污染源布置在最大频率风向一致的直线上；③污染源应尽可能设置在对农作物和经济作物损害最小的生长季节的最大频率风向的下游。

此外，大气污染的危害程度与污染的停留时间和浓度两个因素有关，而风速与浓度成反比，所以影响大气污染物扩散稀释的另一重要因素是风速。在进行厂址选择时，如果仅考虑风向频率，只能保证居民区受污染的时间最短，但不能确保该区域受到的污染程度最轻，因此在确定污染源与被污染区的相对位置时，可定义一个污染系数ε来综合考虑风向频率f和平均风速u两个因素：

上式表明，某方位的风速大而风向频率小，该方位的污染系数就小，则其下风向的大气污染程度就轻。因此，污染源应该设在使污染地区的污染系数达到最小方位的上风向。表2-1为测定各方位风向频率和风速后的污染系数计算实例，表中的相对污染系数为某方位污染系数与各方位污染系数之和的比值，将各方位的污染系数在图上连接后，可得到图2-10所示的污染系数玫瑰图。通过对实例的分析，如仅考虑风向频率，厂址应设置在东边，但从污染系数的大小来看，厂址应选择在西北方向。可见，污染系数是选择厂址的重要判断依据。(www.xing528.com)

表2-1　风向频率及污染系数实例

但是，污染系数没有考虑风速对烟流抬升的影响，即排放源下风向污染程度最轻的地方，其污染系数值并非总是最小。由上述讨论可知，随着风速的增大，一方面，大气污染物的扩散稀释能力增强，直接减小地面最大浓度；另一方面，烟流抬升高度减小，反而增大了地面最大浓度，而风速达到危险风速时，地面出现绝对最大浓度。所以，只有当风速超过危险风速后，才出现风速越大，地面浓度越小的现象，如图2-10所示。对于中、矮烟囱，烟流抬升较弱，危险风速只有1～2m/s，此时仍可利用污染系数来考虑厂址的选择。但对抬升高度很高的发电厂、冶炼厂，危险风速非常高，可能超过10m/s，如果风速小于危险风速，随着风速增大，地面浓度反而增高，因此不能仅利用污染系数估算污染的程度，还要根据烟流特性和气象资料进行分析计算。对于静风（u＜1.0m/s）和微风（u为1～2m/s）出现频率高、持续时间长的地区，由于大气的扩散能力差，容易引起大气中污染物的浓度增高而造成污染。因此要统计静风频率和静风的持续时间，绘制出静风持续时间频率图进行分析，尽量避免在全年静风频率高或静风持续时间长的地方建厂。对于地形复杂的山区，随着地形高度的不同，风向、风速变化很大，应选择适当的测点绘出局部污染系数玫瑰图。

图2-10　污染系数玫瑰图

3.温度层结

近地层大气温度层结对污染物的扩散稀释过程影响极大。选择厂址时，可以利用已有的气象资料，按照帕斯奎尔法或其他方法对大气稳定度级别出现的频率进行分类统计，并绘制相应的图表。尤其要收集有关逆温情况的资料，如出现的频率和持续时间，发生的高度、厚度以及强度等，特别要注意逆温与静风或微风同时出现的情况。

离地面200～300m以内的逆温对大多数低矮烟源影响很大，由于此时地面风速较小，污染物扩散稀释缓慢，往往在排放源附近造成很高的污染物浓度，因此具有低矮排放源的工厂不宜建在近地层出现逆温频率高、持续时间长的地区。如果排放源的有效高度高于近地逆温层的顶部，污染物难以向下运动，将产生爬升型扩散，对防止污染最为有利。如果高大烟源位于逆温层内，在逆温消解时会产生短时间的熏烟型污染，其他时间一般不会使烟源附近出现高浓度污染，但扩散速度缓慢，污染范围较大，远距离地面浓度偏高。

上部逆温主要对高大烟源扩散的影响较大，即使增加烟囱高度也不能明显降低污染物的地面浓度，但它对低矮烟源的扩散无明显的影响。

厂址选择还要适当考虑其他气象条件。如低云和雾较多的地区容易形成更大的污染，而降水较多的地区由于雨水可以净化空气中的污染物，使得污染物浓度降低，空气往往较洁净。降雨与固定的盛行风常常同时出现的地区，厂址选择中应考虑被污染的雨水可能会被风吹向下风方向的问题。

4.地形

不同的地形，在其上空会产生不同的扩散条件。如果厂址选择在不利于污染物扩散稀释的地形位置，可能在小范围内造成污染物的聚积，产生较高的浓度，严重时会引起大气污染。因此，选择厂址时应考虑地形对污染物扩散的影响，最基本的考虑因素有以下几点：

（1）在低洼地区选择厂址时，应考虑四周山坡上的居民区及农田。当排放源的有效高度低于山坡上的农田与居民区的高度时，不宜建厂。对于高山或四周很高的深谷，由于静、微风频率高且持续时间长，以及逆温层经常不易消散，污染物可能持久在深谷内聚积，浓度很高，不宜建厂。

（2）在山坡附近选择厂址时，排放源的有效高度必须能够超过背风坡的湍流区及下坡风的厚度，否则不宜建厂，因为烟流会很快压向背风坡地面，造成高浓度的污染。如果要在背风坡建厂，工厂的排放源应设I在远离背风坡湍流区的地方，而一般不宜将居住区设在背风面的污染区。

（3）走向与盛行风向交角为45°～135°的较深长的山谷，谷内风速一般较低，经常出现静风与微风现象，污染物不易扩散稀释，因此排放源的有效高度应高于山谷内静风或微风的高度，否则不宜建厂。在风速有规律变化或日平均风速经常很小的山谷中也不宜建厂。

（4）在海陆风比较稳定的大型水域，如果沿岸与山地毗邻，靠山地区不利于污染物的稀释扩散，不宜作为厂址。如果在水域毗邻的陆地建厂时，应该使生活区与厂区的排列与海岸平行，以减少海陆风环流对生活区造成的污染。

由于地形对大气污染的影响是多种多样的，也非常复杂，选址必须根据实地情况作具体分析。如果在地形复杂的地区选址，应当根据地形和专门的气象观测判断可能出现的主要大气污染现象，一般应进行现场扩散实验或风洞模拟实验，以便对当地的大气扩散能力、建厂条件，以及厂外布置等做出准确的评价，为确定必要的对策或防护措施提供依据。

【注释】

[1]郝吉明，马广大.大气污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2002：63.

[2]王怀宇，郭春明.大气污染控制技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2019：30.