王棟成

(山東省氣候中心，山東濟(jì)南 250031)

?

大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法的局限性與改進(jìn)建議

王棟成

(山東省氣候中心，山東濟(jì)南 250031)

基于對(duì)超長源、復(fù)雜地形源、堆場大風(fēng)源、煙塔合一排放源等典型案例的分析，確定現(xiàn)行的《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2008)中大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法尚存在局限性。由此，系統(tǒng)地提出了未來核算方法與計(jì)算軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能和需求，并從構(gòu)建無組織排放環(huán)評(píng)技術(shù)體系、研發(fā)適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境的技術(shù)方法、制定環(huán)境防護(hù)距離豁免條件等方面，給出了大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法優(yōu)化與完善的總體建議。

大氣環(huán)境防護(hù)距離；核算方法；無組織排放；環(huán)境影響評(píng)價(jià)

《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境》(HJ 2.2—2008)[1](以下簡稱HJ 2.2—2008)提出了大氣環(huán)境防護(hù)距離的概念，并基于SCREEN3估算模型推薦了大氣環(huán)境防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序ver1.2。這一方法適用于城市(相當(dāng)于復(fù)雜地形)下墊面，較《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T 3840—91)推薦的衛(wèi)生防護(hù)距離確定方法有不少優(yōu)點(diǎn)，總體具有較好的科學(xué)性[2-3]。但因各行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目的多樣性和無組織排放及有組織排放方式的新變化等實(shí)況，導(dǎo)致現(xiàn)行大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法的局限性常顯現(xiàn)，在某種程度上削弱了這一方法的科學(xué)適用性和權(quán)威性，給環(huán)境評(píng)價(jià)和環(huán)境監(jiān)管帶來不利影響。鑒于大氣導(dǎo)則總體上將進(jìn)行修訂和完善，有必要對(duì)其中的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法進(jìn)行反思和改進(jìn)，以提高其科

學(xué)適用性。本文結(jié)合典型案例，對(duì)現(xiàn)行方法和改進(jìn)方案進(jìn)行了思考，探討并提出完善設(shè)想和建議。

1 大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法局限性分析

1.1 電解鋁項(xiàng)目分析

目前國內(nèi)電解鋁項(xiàng)目的規(guī)模越來越大，其無組織源的排放呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：天窗體源長度達(dá)幾百米甚至一千多米，噸鋁氟化物排放量顯著減少，電解槽密閉集氣效率顯著提高，無組織排放量大大降低等。但因電解車間屬開放式體源，氟化物的廠界標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值均為0.007 mg/m3，且該行業(yè)一直未發(fā)布較具規(guī)范性的防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于該類項(xiàng)目的無組織排放源而言，現(xiàn)行的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法存在表1所列局限性。

表1 電解鋁體源大氣環(huán)境防護(hù)距離核算的局限性

大氣環(huán)境防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序ver1.2使用說明指出：對(duì)于非矩形面源，要求折算成面積相等、形狀相近的矩形面源(但不應(yīng)將全部非矩形面源都折算成正方形面源，除非形狀上接近正方形)，且要求面源的兩條邊長度比值不能超過10；如有多個(gè)無組織源(面源)，對(duì)每一個(gè)面源分別計(jì)算其大氣環(huán)境防護(hù)距離，建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境防護(hù)區(qū)域根據(jù)全部面源環(huán)境防護(hù)距離的最大包絡(luò)線確定。這一規(guī)定對(duì)于電解鋁車間氟化物無組織排放確定大氣環(huán)境防護(hù)距離具有較大的局限性甚至缺陷，較為完善的核算方法應(yīng)能解決超長多面源劃分導(dǎo)致濃度分布無疊加貢獻(xiàn)計(jì)算防護(hù)距離嚴(yán)重偏小的問題，以及非標(biāo)準(zhǔn)矩形無組織源(長距離源、體源等)劃分與簡化方案不夠合理的問題。

建議要求企業(yè)擴(kuò)大廠界內(nèi)隔離距離以盡可能減小廠界外大氣環(huán)境防護(hù)距離范圍，采用AERMOD模型進(jìn)行計(jì)算以確定多個(gè)體源濃度疊加貢獻(xiàn)的最遠(yuǎn)達(dá)標(biāo)距離[4-5]，以作為多源類項(xiàng)目的環(huán)境防護(hù)距離。

1.2 復(fù)雜地形惡臭源項(xiàng)目分析

某生活垃圾焚燒項(xiàng)目選址于復(fù)雜地形區(qū)域，大氣環(huán)境防護(hù)距離計(jì)算結(jié)果顯示，項(xiàng)目廠界外硫化氫、氨、甲硫醇等無組織排放污染物無超標(biāo)點(diǎn)，無需設(shè)置大氣環(huán)境防護(hù)距離，同時(shí)衛(wèi)生防護(hù)距離計(jì)算確定結(jié)果為400 m；但以進(jìn)一步預(yù)測模式AERMOD得出的濃度預(yù)測分布顯示，在廠址區(qū)域西南山地有一片超標(biāo)區(qū)域，最大地面濃度達(dá)標(biāo)距離垃圾倉中心點(diǎn) 596.8 m，然而該區(qū)域既不在大氣環(huán)境防護(hù)距離0 m范圍內(nèi)，也不在衛(wèi)生防護(hù)距離400 m范圍內(nèi)。大氣環(huán)境防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序ver 1.2使用說明指出：如果給定的計(jì)算點(diǎn)(10 m和50 m間距離散點(diǎn))都未超標(biāo)，但最大落地濃度點(diǎn)超標(biāo)，則防護(hù)距離取超標(biāo)點(diǎn)外延的鄰近計(jì)算點(diǎn)。那么，該項(xiàng)目在復(fù)雜地形條件下的大氣環(huán)境防護(hù)距離應(yīng)至少取整確定為600 m，但這樣取值對(duì)近距離未超標(biāo)區(qū)域又顯不公平。

復(fù)雜地形條件下大氣環(huán)境防護(hù)距離核算的局限性分析見表2，應(yīng)以AERMOD模型預(yù)測實(shí)際受地形影響的最遠(yuǎn)達(dá)標(biāo)包絡(luò)線范圍作為大氣環(huán)境防護(hù)距離[6]，較為科學(xué)合理。

1.3 堆場大風(fēng)源等項(xiàng)目分析

第二屆火電行業(yè)環(huán)境保護(hù)研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要規(guī)范了火電項(xiàng)目貯灰場環(huán)境防護(hù)距離的計(jì)算：灰場環(huán)境防護(hù)距離源強(qiáng)的確定與灰場運(yùn)行管理水平密切相關(guān)。防護(hù)距離計(jì)算應(yīng)基于正常風(fēng)速和灰場正常運(yùn)行情況下進(jìn)行，應(yīng)以保守原則選擇起塵計(jì)算公式，按98%保證率確定風(fēng)速參數(shù)取值并與源強(qiáng)計(jì)算取值保持一致?；以时狈饺≈?%，南方取值8%，灰塊分塊貯存面積按照50 m×50 m考慮，評(píng)價(jià)因子TSP小時(shí)濃度限值取1.0 mg/m3。[7]

可見，該類源強(qiáng)受氣象條件尤其是大風(fēng)影響顯著，且風(fēng)速、分塊堆存、源強(qiáng)計(jì)算公式、含水率、碾壓方式、地形等假定條件過多，加之源強(qiáng)參數(shù)確定無明確技術(shù)規(guī)范，導(dǎo)致因人、因事而異的現(xiàn)象突出，以會(huì)議紀(jì)要方式推薦評(píng)價(jià)技術(shù)方法顯力度不夠等，都會(huì)導(dǎo)致預(yù)測濃度貢獻(xiàn)計(jì)算方法和大氣環(huán)境防護(hù)距離計(jì)算實(shí)用性差、隨機(jī)性大等問題，主要局限性分析見表3。應(yīng)構(gòu)建科學(xué)的無組織排放環(huán)評(píng)技術(shù)方法體系，針對(duì)行業(yè)典型面源構(gòu)建實(shí)測、經(jīng)驗(yàn)理論計(jì)算公式、檢驗(yàn)驗(yàn)證等一系列更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)規(guī)范。

表3 堆場大風(fēng)源等項(xiàng)目大氣環(huán)境防護(hù)距離核算的局限性

1.4 煙塔合一項(xiàng)目探討

燃煤火電廠煙塔合一項(xiàng)目煙氣排放屬于有組織排放，在多數(shù)天氣條件下，尤其是靜小風(fēng)天氣，比同等煙氣從煙囪排出抬升的高度要高，污染物的落地質(zhì)量濃度相對(duì)要低。但在大風(fēng)狀況時(shí)，冷卻塔排放煙羽的抬升高度低于煙囪排放煙羽，污染物的落地質(zhì)量濃度也相對(duì)要高[3]。莫華、劉思湄等[8]認(rèn)為，我國南方“酸雨控制區(qū)”降水豐沛，高濕度天氣較多，在廠址周邊500 m范圍內(nèi)有較多居民小區(qū)，采用煙塔合一的排煙方式存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，尤其在脫硫、脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)周邊環(huán)境空氣的影響將明顯大于高煙囪排放方式。

通常采用煙塔合一排煙方案時(shí)，大氣環(huán)境防護(hù)距離可采用估算模式的空腔區(qū)水平尺度進(jìn)行估算，但一般不宜超過500 m?？紤]到模式預(yù)測的誤差及不確定性，以及已運(yùn)行的濕煙塔項(xiàng)目尚無明確的實(shí)際影響后評(píng)估結(jié)論，即大風(fēng)條件下煙氣下洗有可能造成地面高濃度及小水滴呈酸性沉降到地面，因此，濕煙塔項(xiàng)目設(shè)置環(huán)境防護(hù)距離是必要的。但因缺少此類項(xiàng)目環(huán)境防護(hù)距離的計(jì)算方法、實(shí)測案例和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)單位難以給出計(jì)算依據(jù)和結(jié)果。

因此，有必要結(jié)合我國已投產(chǎn)運(yùn)行的多個(gè)煙塔合一項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)測和深入研究，以明確大風(fēng)條件對(duì)煙氣下洗的影響程度和范圍，研究煙塔合一項(xiàng)目設(shè)置大氣環(huán)境防護(hù)距離的可行性和科學(xué)技術(shù)體系，更好地為環(huán)評(píng)和環(huán)境監(jiān)管提供指導(dǎo)性意見。

2 大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法改進(jìn)建議

2.1 計(jì)算軟件局限性與改進(jìn)建議

綜合以上幾個(gè)案例分析，結(jié)合SCREEN3估算模型[1-3]、AERSCRENN估算模型[9-11]、AERMOD等進(jìn)一步預(yù)測模型[1-3]各自的適用性和能實(shí)現(xiàn)的功能，從科學(xué)性和實(shí)用性方面考慮，建議未來的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法和計(jì)算軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能和需求：

(1)適用于無組織和有組織排放源；

(2)適用于各種無組織排放源，如非矩形的不規(guī)則面源、體源、線源等；

(3)適用于單一面源、多面源，以及科學(xué)合理的面源劃分及歸一化處理方法；

(4)適用于平坦地形、復(fù)雜地形及不同下墊面、建筑物下洗等實(shí)際條件；

(5)適用于全國不同地域的實(shí)際氣象條件；

(6)適用于粉塵顆粒物類、氣態(tài)污染物質(zhì)量濃度的防護(hù)距離核算，也應(yīng)適用于嗅覺臭氣濃度惡臭類的核算；

(7)既適用于單個(gè)建設(shè)項(xiàng)目，也應(yīng)適用于工業(yè)聚集區(qū)、工業(yè)園區(qū)及規(guī)劃區(qū)域環(huán)評(píng)；

(8)既適用于一般的持續(xù)穩(wěn)定源排放，也應(yīng)適用于因氣象條件而變化的堆場大風(fēng)源、夏季惡臭源等；

(9)適用于特殊情形下的有組織排放源，如煙塔合一等；

(10)有客觀、科學(xué)的源強(qiáng)確定技術(shù)方法規(guī)范，同類項(xiàng)目具有可比性和環(huán)境監(jiān)管公正公平性；

(11)有可操作性強(qiáng)的無組織排放控制技術(shù)規(guī)范。

針對(duì)現(xiàn)行HJ 2.2—2008中大氣環(huán)境防護(hù)距離計(jì)算軟件的局限性，主要改進(jìn)建議如表4所示。

表4 HJ 2.2—2008軟件的局限性與改進(jìn)建議

2.2 核算方法優(yōu)化與完善建議

2.2.1 構(gòu)建無組織排放環(huán)評(píng)技術(shù)體系

當(dāng)前及未來一段時(shí)期，無組織排放仍將是環(huán)評(píng)與環(huán)境管理中的突出問題和難點(diǎn)，其核心是污染控制措施的持續(xù)加強(qiáng)、無組織排放源強(qiáng)的客觀確定和科學(xué)預(yù)測評(píng)價(jià)廠界濃度達(dá)標(biāo)情況、大氣環(huán)境防護(hù)距離核算與執(zhí)行。

建議加強(qiáng)無組織排放環(huán)評(píng)技術(shù)體系的構(gòu)建，持續(xù)匯總并發(fā)布無組織排放污染控制先進(jìn)技術(shù)和范例，盡快配套建立基于實(shí)際濃度監(jiān)測基礎(chǔ)上的、能反映企業(yè)清潔生產(chǎn)水平和先進(jìn)管理水平的無組織排放源強(qiáng)確定方法技術(shù)規(guī)范及相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，以供統(tǒng)一參考，使結(jié)果具有可比性。

2.2.2 研發(fā)適應(yīng)國內(nèi)環(huán)境的技術(shù)方法

無論《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T 3840—91)中的衛(wèi)生防護(hù)距離核算，還是基于SCREEN3或者AERSCREEN的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算，均是最簡化的方法，都難以完全適用于超長、多面源疊加、復(fù)雜地形、惡臭源、堆場大風(fēng)源等實(shí)際情形，導(dǎo)致防護(hù)距離的確定方法科學(xué)性不足，較為科學(xué)的方案應(yīng)是基于進(jìn)一步預(yù)測模型精確計(jì)算。

建議應(yīng)拓展思路并改變目前的簡化方案，引進(jìn)與自主研發(fā)并舉，適時(shí)組建大氣模型技術(shù)委員會(huì)，鼓勵(lì)研究和持續(xù)推出科學(xué)且適用于國內(nèi)環(huán)評(píng)和環(huán)境監(jiān)管需求的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算確定技術(shù)方法，以解決實(shí)際評(píng)價(jià)中技術(shù)難點(diǎn)。

2.2.3 制定環(huán)境防護(hù)距離豁免條件

現(xiàn)行的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算存在不少困難和不確定性，且執(zhí)行難度大，具有社會(huì)敏感性，應(yīng)思考轉(zhuǎn)變環(huán)評(píng)和環(huán)境監(jiān)管思路。

建議制定行業(yè)、各典型源的大氣環(huán)境防護(hù)距離最小值推薦值，并規(guī)定豁免條款和豁免程序，促進(jìn)企業(yè)主動(dòng)采用更先進(jìn)可行的無組織排放控制技術(shù)以減少無組織排放，促進(jìn)企業(yè)擴(kuò)大廠界內(nèi)隔離范圍實(shí)現(xiàn)廠界即達(dá)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，由企業(yè)和環(huán)評(píng)單位經(jīng)環(huán)評(píng)報(bào)告負(fù)責(zé)提供證明和承諾，若證實(shí)其采取的無組織排放控制措施高效可行，計(jì)算防護(hù)距離值小于推薦值，應(yīng)可豁免，不必設(shè)置防護(hù)距離。

3 結(jié)語

毋庸置疑，建設(shè)項(xiàng)目無組織和有組織排放不斷呈現(xiàn)出的多樣性，凸顯了現(xiàn)行大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法的局限性。當(dāng)前及未來一段時(shí)期內(nèi)，雖不可能全部解決這些局限性，但至少可做到更科學(xué)與更適應(yīng)環(huán)評(píng)實(shí)際需求，并逐步推進(jìn)評(píng)價(jià)科學(xué)技術(shù)進(jìn)程。應(yīng)著力于無組織排放環(huán)評(píng)技術(shù)體系、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、科研創(chuàng)新與自主研發(fā)的持續(xù)構(gòu)建，早日推出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大氣環(huán)境防護(hù)距離核算方法科學(xué)理論與技術(shù)體系。

[1] 環(huán)境保護(hù)部. HJ 2.2—2008 環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則 大氣環(huán)境[S]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2009.

[2] 王棟成, 王靜, 曹潔, 等. 基于SCREEN3模型的大氣環(huán)境防護(hù)距離確定技術(shù)方法研究[J]. 環(huán)境工程, 2009, 27(s1): 611- 616.

[3] 王棟成, 林國棟, 徐宗波, 等. 大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)實(shí)用技術(shù)[M]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009: 396- 425.

[4] 丁峰, 蔡芳, 李時(shí)蓓. 應(yīng)用AERMOD計(jì)算衛(wèi)生防護(hù)距離方法探討[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué), 2008, 34(5): 56- 59.

[5] 蘭濤, 張曉瑜, 武征. 電解鋁廠環(huán)境防護(hù)距離的實(shí)例分析[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2013, 29(9): 86- 88.

[6] 伯鑫, 張玲, 劉夢(mèng), 等. 復(fù)雜地形下確定鋼鐵聯(lián)合企業(yè)防護(hù)距離研究[J]. 環(huán)境工程, 2011, 29(s1): 298- 302.

[7] 莫華, 李明君, 宋紅軍, 等. 火電廠貯灰場大氣環(huán)境防護(hù)距離初探[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34(6): 58- 62.

[8] 莫華, 劉思湄. 燃煤電廠“煙塔合一”技術(shù)在環(huán)評(píng)技術(shù)評(píng)估中存在的問題與建議[J]. 電力環(huán)境保護(hù), 2009, 25(3): 48- 50.

[9] 伯鑫, 丁峰, 劉夢(mèng), 等. AERSCREEN計(jì)算大氣環(huán)境防護(hù)距離方法對(duì)比研究[J]. 環(huán)境工程, 2012, 30(s2): 554- 556.

[10] 伯鑫, 傅銀銀, 丁峰, 等. 新一代大氣污染估算模式AERSCREEN對(duì)比分析研究[J]. 環(huán)境工程, 2012, 30(5): 71- 99.

[11] U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards, Air Quality Assessment Division, Air Quality Modeling Group. AERSCREEN User’s Guide[M]. U.S. EPA, 2015: 1- 97.

Limitations and Improvement Suggestions on the Calculation Method of Atmospheric Environmental Protection Distance

WANG Dong-cheng

(Shandong Climate Center, Jinan 250031, China)

Based on the analysis on typical cases, including the super long emission source, complex terrain odor source, yard wind source, and smoke tower combined emission source, this paper confirmed that there are still some limitations on the current calculation method of atmospheric environment protection distance in theGuidelinesforEnvironmentalImpactAssessmentAtmosphericEnvironment(HJ 2.2-2008). Therefore, it systematically proposed the functions and needs, which should be the realized by the future calculation method and calculation software, and also offered general suggestions on optimization and improvement of calculation method of atmospheric environmental protection distance in terms of constructing the technological system for environmental impact assessment of unorganized emissions, developing appropriate calculation method of atmospheric environmental protection distance,and establishing conditions of exemption for environmental protection distance.

atmospheric environmental protection distance; calculation method; unorganized emission; environmental impact assessment

2016-07-25

王棟成(1969—)，男，山東萊州人，高級(jí)工程師，主要從事大氣環(huán)境科學(xué)研究，E-mail：HJPJ2008@163.com

10.14068/j.ceia.2016.06.004

X51

A

2095-6444(2016)06-0013-04