建设项目大气环境防护距离划定方法探析—基于2018版大气导则
建设项目大气环境防护距离划定方法探析
——基于2018版大气导则
丁琼，宋淼
摘要：根据《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2-2018)中的要求，分别计算不同基准年内焦化车间所有污染源(包括现有工程污染源)对厂界外苯并[a]芘(BaP)的短期贡献浓度分布情况，最终提出合理设置大气环境防护距离的建议，保证项目厂址附近长期居住人群的身体健康。对比现状监测结果，发现根据预测结果设置的大气环境防护距离较为保守。
关键词：大气环境防护距离；基准年；CALPUFF；BaP
在当前环境影响评价报告书编制及审批过程中，大气环境防护距离的计算和划定是一项很重要的工作，是确保项目厂址附近长期居住人群身体健康的底线。
是指项目厂界浓大气环境防护距离度满足大气污染物厂界排放浓度限值要求，但厂界外大气污染物短期贡献浓度超过环境质量浓度限值的情况下，自厂界向外设置一定范围的大气环境防护区域，以确保大气环境防护区域外的污染物贡献浓度满足环境质量标准要求 。
本文将以某钢铁企业焦化车间为例，详述《环境影响评价技术导则 大气环境》(HJ 2.2-2018)(以下简称2018版大气导则)规定的大气环境防护距离的计算及划定方法。
1 2018版大气导则最新规定
根据最新发布的2018版大气导则，大气环境防护距离的确定需采用进一步预测模型模拟评价基准年内本项目所有污染源(改建、扩建项目应包括全厂现有污染源)对厂界外主要污染物的短期贡献浓度分布。以自厂界起至超标区域的最远垂直距离作为大气环境防护距离，并将沿出现超标的厂界外延大气防护距离所包含的范围作为项目的大气环境防护区域。大气环境防护区域应包含自厂界起连续的超标范围。
相较于2008版大气导则，2018版大气导则主要存在以下几点变化：
（1）预测模型不同。2018版大气导则规定需采用进一步预测模型模拟，相较于2008版仅利用SCREEN3估算模型模拟划定的大气环境防护距离，其预测结果更为精确。
（2）预测污染源不同。2018版大气导则规定需预测项目包含的所有污染源(包括现有工程及拟建工程的全部有组织源和无组织源)，相较于2008版大气导则仅要求计算单个面源的大气环境防护距离，其预测结果更为科学。
（3）划定起点不同。2018版大气导则规定大气环境防护距离的起点为出现超标的厂界，相较于2008版大气导则以面源中心点为起点，其防护距离划定更为合理。
2 大气环境防护距离计算
本文对焦化车间在生产过程中排放的有组织及无组织大气污染物苯并[a]芘(BaP)进行大气环境防护距离计算，利用CALPUFF预测模型进行模拟，计算厂区周边5km范围内不同基准年内各网格点BaP全年日均贡献浓度最大值，并绘制成日均最大浓度等值线图。根据预测结果，按照2018版大气导则规定的方法划定大气环境防护区域。
2.1 案例概况
某钢铁企业焦化车间现有4座65孔7.0m焦炉，年产焦炭320万t，拟新建2座65孔7.0m焦炉，年产焦炭160万t，最终实现年产焦炭480万t的规模。污染源强参数如表1所示。
表1 污染源计算参数
Table 1 Calculating parameters of pollution sources
现有 | 拟建 | |
BaP源强/(kg/a) | 25.60 | 12.80 |
焦炉车间(长×宽)/m | 780×130 | 390×130 |
焦炉高度/m | 40 | 40 |
焦化装煤/(kg/a) | 0.44 | 0.22 |
执行标准/(μg/m3) | 0.0025(GB3095-2012) |
地面气象参数选取项目所在地2015-2017年3年逐时气象数据，当地多年平均风速为3.12m/s。计算100%保证率下，各网格点日均贡献浓度最大值。厂界外预测网格距为50m。
2.2预测模型
由于项目地处沿海地区，考虑到海陆风等复杂风场的影响，案例选取进一步预测模型中的CALPUFF模型进行预测模拟。CALPUFF为三维非稳态拉格朗日扩散模型系统，由西格玛研究公司(Sigma Research Corporation)开发，是美国国家环保局(USEPA)支持开发的法规导则模型，也是我国生态环境部颁布的《环境影响评价技术导则 大气导则》(HJ 2.2-2018)推荐的模型之一[6]。
CALPUFF模型系统包括3部分，分别为CALMET、CALPUFF、CAIPOST，以及一些对气象数据、地理数据格式作预处理的辅助程序。CALMET是气象模型，可利用基本气象数据及地理数据生成三维网格模型区域的小时风场和温度场；CALPUFF是非稳态三维拉格朗日烟团输送模型，利用CALMET生成的风场和温度场，模拟污染物的扩散和转化过程；CALPOST用于读取CALPUFF输出的浓度场[7]。
与2008版大气导则中规定的SCREEN3估算模型相比，CALPUFF模型的预测结果更为精确合理。
2.3 计算结果
根据2018版大气导则，使用环境保护部环境工程评估中心推荐的CALPUFF模型，分别计算2015-2017年不同年度的气象场，对焦化车间现有工程及拟建工程全部点源、面源进行预测模拟，计算得到焦化车间厂界BaP日均浓度分布情况，以及不同年份出现最大日均浓度对应的气象条件，如表2所示。
表2 BaP大气环境防护距离计算结果
Table 2 Calculation results of BaP atmospheric environmental protection distance
时间 | 厂界外超标面积/km2 | 距厂界最远超标距离/m | 最大日均浓度对应的气象条件 | ||
出现日期 | 日平均风速/m/s | 日平均风向/° | |||
2015年 | 0.227 | 450 | 2015-02-17 | 2.28 | 103.08 |
2016年 | 0.879 | 750 | 2016-01-06 | 1.87 | 100.74 |
2017年 | 1.483 | 800 | 2017-09-07 | 1.12 | 170.48 |
2015-2017年 | 2.248 | 800 | - | - | - |
图1至图3分别为2015-2017年各年度焦化厂厂界BaP日均浓度分布情况。由表2及图1至图3可知，不同年份气象条件下，厂界外浓度分布情况有所不同。2015年厂界外最远超标距离为450m；2016年西厂界外最远超标距离为750m；2017年为800m。图4为2015-2017年预测结果的日均最大值，包含了3年内全部气象条件下出现厂界外超标的所有区域。
根据表2可以看出，2015年出现最大日均浓度的日期为2月17日，日均风速为2.28m/s，日均风向为103.08°；2016年出现最大日均浓度的日期为1月6日，日均风速为1.87m/s，日均风向为100.74°；2017年出现最大日均浓度的日期为9月7日，日均风速为1.12m/s，日均风向为170.48°。不同年份出现日均最大值时，风速均低于多年平均风速，且风向均为西北偏西或西北偏北。
根据2018版大气导则的规定，沿出现超标的厂界外延最远垂直超标距离所包含的范围，即为大气环境防护距离。具体设置大气环境防护距离的区域如图1至图4中虚线部分所示。
图1 2015年焦化厂厂界BaP日均浓度分布情况
Fig. 1 Distribution of daily average BaP concentration in the plant boundary of a coking plant in 2015
图2 2016年焦化厂厂界BaP日均浓度分布情况
Fig. 2 Distribution of daily average BaP concentration in the plant boundary of a coking plant in 2016
图3 2017年焦化厂厂界BaP日均浓度分布情况
Fig. 3 Distribution of daily average BaP concentration in the plant boundary of a coking plant in 2017
图4 2015-2017年焦化厂厂界BaP日均浓度分布情况
Figure 4 Daily average concentration distribution of BaP in coking plant boundary from 2015 to 2017
3 结果分析及监测值对比
（1）不同基准年比较分析
表2中列出了不同基准年计算的大气环境防护距离。从表2中可以看出，不同基准年的大气环境防护距离差异较为明显，其中2015年最小，2016年居中，2017年最大。分析表2中所列不同年份出现最大日均浓度时对应的气象条件可以看出，日均风向直接影响最大日均浓度出现超标的方位，日均风速大小直接影响最大日均浓度大小。2015年出现最大日均浓度时对应的日均风速最大，2017年出现最大日均浓度时对应的日均风速最小。因此，大气环境防护距离的大小、方位受不同年份不利气象条件的影响较为明显。此外，由于模型预测结果均为最不利气象条件下的最大落地浓度值，因此不同基准年中的不利气象条件稍有变化就会造成大气环境防护距离的划定范围出现差异。
（2）现状监测结果比较分析
利用项目周边3个敏感目标及4个厂界点2018年1月25日至31日连续7天的BaP现状监测数据最大日均浓度进行对比分析，监测数据如表3所示。
由监测结果可知，厂址周围环境敏感目标处的BaP浓度为0.00036~0.00048µg/m3，均未出现超标现象，且占标率均低于20%。实际监测结果远低于环境质量标准限值。出现这一现象的主要原因是划定的大气环境防护距离为基准年内所有短期出现超标的范围，实际监测结果仅为不利季节中连续7天监测结果的最大值。
表3 敏感点与厂界及焦化车间距离关系及监测数据
Table 3 Distance Relations and Monitoring Data between Sensitive Points and Plant Boundaries and Coking Workshops
序号 | 监测点 | 方位 | 厂界距离/m | 是否在大气环境防护距离内 | BaP监测浓度/(µg/m3) | 占标率/% | 执行标准/(µg/m3) |
1 | 东厂界 | - | 0 | — | 未检出 | — | 0.0025 (GB3095-2012) |
2 | 南厂界 | - | 0 | — | 未检出 | — | |
3 | 西厂界 | - | 0 | 是 | 未检出 | — | |
4 | 北厂界 | - | 0 | — | 未检出 | — | |
5 | A | 东 | 1300 | 否 | 0.00036 | 14.4 | |
6 | B | 南 | 1300 | 否 | 0.00045 | 18.0 | |
7 | C | 南 | 490 | 是 | 0.00036 | 14.4 |
4 结论与建议
（1）与2008版相比，2018版大气导则推荐的大气环境防护距离划定方法中，预测模型由估算模型升级为进一步预测模型，预测结果更为准确；预测污染源由2008版导则分别计算单独面源升级为计算现有工程(如果有)及拟建工程排放同种污染物的全部点源和面源，预测结果更为科学合理。
（2）由于不同基准年的不利气象条件存在一定差异，因此导致不同基准年确定的大气环境防护距离存在一定差异。在进行环境影响评价的过程中，应关注该因素对划定环境防护距离的影响。
（3）由于模型预测结果为最不利气象条件下的最大落地浓度值，实际发生的概率较小，现场监测结果也显示厂界污染物浓度远低于环境质量标准。因而在一定程度上表明，在企业达标排放的前提下，采用2018版大气导则核算的大气环境防护距离整体偏于保守。
综上所述，在实际开展大气环境防护距离的划定过程中，应考虑现有工程(如果有)及拟建工程排放同种污染物的全部污染源对厂址附近环境质量的影响。在关注不同基准年对预测结果影响的同时，还应注意地形地貌特征对预测结果的影响，根据项目所在地特有的污染扩散条件，为建设项目提出最优污染源排放方案，依法、合规确定大气环境防护距离。
作者简介：丁琼,现就职于北京尚云环境有限公司
编辑 | 君君.环评互联网
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