大气环境防护距离与卫生防护距离确定技术方法对比研究

书书书第２５卷第４期２００９年８月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２５Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ２００９收稿日期：２００９－０３－０２；修订日期：２００９－０３－１９。作者简介：王栋成，男，１９６９年生，高级工程师，主要从事大气环境科学和气象应用方面的研究，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。大气环境防护距离与卫生防护距离确定技术方法对比研究王栋成１，２　王静２　曹洁２　董旭光２　刘焕彬２（１山东省气象科学研究所，山东济南２５００３１；２山东省气候中心，山东济南２５００３１）　　摘　要：根据环境影响评价技术导则—大气环境（ＨＪ２２－２００８）等有关规定，对基于ＳＣＲＥＥＮ３模型的大气环境防护距离确定技术方法进行研究，对比分析了现行的卫生防护距离与ＨＪ２２－２００８规定的大气环境防护距离确定方法的差异，论述了各行业卫生防护距离标准仍执行的可行性，进一步探讨了大气环境防护距离确定存在的问题与技术解决方案，提出了尽快制定无组织排放源强确定技术方法规范、各行业大气环境防护距离标准的建议，为环境评价与保护工作提供参考。关键词：大气环境防护距离；ＳＣＲＥＥＮ３模型；卫生防护距离；无组织排放　　中图分类号：ＴＱ０８６　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２００９）０４－００６６－０６１　引言２００９年４月１日起实施的《环境影响评价技术导则—大气环境》（ＨＪ２２－２００８）［１］对“大气环境防护距离”进行了规定。２００８年９月４日环境保护部在环发〔２００８〕８２号“关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知”中也正式提出了环境防护距离的评价要求。可见，在今后的环境影响评价与环境保护工作中，将要求进行环境防护距离计算、确定。而根据《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》（ＧＢ／Ｔ１３２０１－９１）［２］计算公式确定卫生防护距离的方法将终止，原国家及各行业单独制定的行业卫生防护距离标准仍执行。基于这一重大变化，本文从环境影响评价理论、技术与实践角度，对ＳＣＲＥＥＮ３模型大气环境防护距离确定方法进行深入研究，分析存在的技术问题并提出解决方案和建议对策。２　现行的卫生防护距离规定和常见确定方法２１　卫生防护距离规定ＧＢ／Ｔ１３２０１－９１中７２节规定“无组织排放的有害气体进入呼吸带大气层时，其浓度如超过ＧＢ３０９５与ＴＪ３６规定的居住区容许浓度限值，则无组织排放源所在的生产单元（生产区、车间或工段）与居住区之间应设置卫生防护距离。”［２］在卫生防护距离内不得设置经常居住的房屋，并应绿化。２２　卫生防护距离常见确定方法现行确定卫生防护距离的方法主要有两种：一是根据ＧＢ／Ｔ１３２０１－９１中的计算公式进行计算，简称“计算公式法”；二是根据各行业单独制定的行业卫生防护距离标准确定，简称“行业标准法”。［３］２２１　计算公式法ＧＢ／Ｔ１３２０１－９１中的卫生防护距离计算公式：ＱｃＣｍ＝１Ａ（ＢＬＣ＋０２５ｒ２）０５０ＬＤ（１）式（１）中，Ｑｃ为有害气体无组织排放量可以达到的控制水平（ｋｇ／ｈ）；Ｃｍ为标准浓度限值（ｍｇ／ｍ３）；Ｌ为所需卫生防护距离（ｍ）；ｒ为有害气体无组织排放源所在生产单元的等效半径（ｍ），根据该生产单元占地面积（ｍ２）计算，ｒ＝（Ｓ／π）０５；Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ为卫生防护距离计算系数（无因次），根据建设项目所在地区近５ａ平均风速及工业企业大气污染源构成类别确定［２］。２２２　行业标准法针对ＧＢ／Ｔ１３２０１－９１经常出现计算值偏大的问题，国家先后制定了３０多个行业的工业企业卫生防护距离标准（可在中华人民共和国卫生部网站及卫生部旧网站中的“卫生标准”栏目中查阅）。本文在表２中列举了《石油化工企业卫生防护距离（ＳＨ３０９３－１９９）》中的部分内容。３　大气环境防护距离规定和确定技术方法探讨３１　大气环境防护距离的有关规定综合ＨＪ２２－２００８［１］和相关文献［３－６］对大气环境防护距离的规定，主要包括：“为保护人群健康，减少正常排放条件下大气污染物对居住区的环境影响，在项目厂界以外设置的环境防护距离”和“在大　第４期王栋成等：大气环境防护距离与卫生防护距离确定技术方法对比研究６７　　　气环境防护距离内不应有长期居住的人群”。３２　大气环境防护距离确定技术方法探讨３２１　ＳＣＲＥＥＮ３模式理论ＳＣＲＥＥＮ３是基于ＩＳＣ３模型的估算模式，鉴于其最新的版本ＡＥＲＳＣＲＥＥＮ估算模式（基于ＡＥＲＭＯＤ模型）美国环境保护局法规模式中心尚未公布。目前的研究、计算和ＨＪ２２－２００８也基于ＳＣＲＥＥＮ３估算模式来进行和规定：“对于面源，ＡＥＲＭＯＤ在ＩＳＣ３的基础上增加了一些实用的内容。面源形状的输入参数除正方形和矩形外，还可以输入圆形和多边形。多边形可允许多至接近于圆的２０个边。圆形应输入圆心位置和半径。”［４］可见，ＡＥＲＭＯＤ模型中面源处理功能被增强，ＡＥＲＭＯＤ模型中对于面源模式与ＩＳＣ３模型是基本一致的。ＳＣＲＥＥＮ３采用了单源高斯烟羽扩散模式，适合模拟小尺度范围内流场一致的气态污染物的传输与扩散［６］，可用于模拟点源、面源、线源、体源、逆温和海岸线等的下风向轴线上的最大浓度。由于默认选项为城市复杂地形、所有气象组合（Ａ—Ｂ—Ｃ—Ｄ—Ｅ—Ｆ各稳定度和风速１０—２００ｍ／ｓ），ＳＣＲＥＥＮ３模式（或未来的ＡＥＲＳＣＲＥＥＮ）估算的地面浓度大于等于选用ＩＳＣ３模型（或未来的ＡＥＲＭＯＤ模式），采用全部实测气象数据和地形数据计算浓度，因此计算结果是保守的。则：Ｃ＝Ｑ２πＵσｙσｚｅｘｐ［－（（ｚ－Ｈｅ）２２σ２ｚ）］{＋ｅｘｐ［－（（ｚ＋Ｈｅ）２２σ２ｚ）］＋∑ｋｎ＝１｛ｅｘｐ［－（２ｎｈ－Ｈｅ－ｚ）２２σ２ｚ］＋ｅｘｐ［－（２ｎｈ＋Ｈｅ－ｚ）２２σ２ｚ］＋（２）ｅｘｐ［－（２ｎｈ＋Ｈｅ＋ｚ）２２σ２ｚ］＋ｅｘｐ［－（２ｎｈ＋Ｈｅ－ｚ）２２σ２ｚ}］｝式（２）中，Ｃ为接受点的污染物落地质量浓度（ｍｇ／ｍ３）；Ｑ为污染源排放强度（ｇ／ｓ）；Ｕ为排气筒出口处的风速（ｍ／ｓ）；σｙ、σｚ分别为ｙ和ｚ方向扩散参数（ｍ）；ｚ为接受点离地面的高度（ｍ）；Ｈｅ为排气筒有效高度（ｍ）；ｈ为混合层高度（ｍ）；ｋ为烟羽从地面到混合层之间的反射次数，一般大于等于４。面源模式则是通过把每个面源单元简化为一个“等效点源”，可用点源公式来计算面源造成的污染浓度或者通过面源积分的方法得到全部面源造成的浓度分布。３２２　大气环境防护距离确定技术要点３２２１　采用的评价标准（１）ＧＢ３０９５－１９９６中小时浓度二级标准或ＴＪ３６－７９中一次浓度限值；（２）如无小时值可取日平均浓度限值的３倍；（３）有地方标准的应首先选用相应值；（４）参照国外有关标准时应作出说明，报环保主管部门批准后执行；（５）有厂界标准的，浓度预测结果应首先满足ＧＢ１６２９７－１９９６、ＧＢ１４５５４－９３等规定的厂界浓度排放限值。如预测结果在厂界监控点处出现超标，必须要求工程采取可靠的环境保护治理措施以削减排放源强，最终应采用削减达标后的源强计算大气环境防护距离。３２２２　确定方法采用推荐模式（基于ＳＣＲＥＥＮ３或ＡＥＲＳＣＲＥＥＮ）计算各无组织源的环境空气质量最远达标距离，计算出的距离是以污染源中心点为起点的控制距离，并结合厂区平面布置图，确定控制距离范围，超出厂界以外的范围，即为项目大气环境防护区域。３２２３　计算参数的确定（１）模型为ＳＣＲＥＥＮ３模型（ＶＥＲＳＩＯＮＤＡＴＥＤ９６０４３）或未来的ＡＥＲＳＣＲＥＥＮ，计算参数默认值采用城市地面、测风高度为１０ｍ，考虑所有风向与所有气象组合的方式；（２）计算点默认值为离源中心１０ｍ到５０００ｍ，在１００ｍ内间隔采用１０ｍ，１００ｍ以上采用５０ｍ。计算点相对源基底高均为０ｍ；（３）当无组织源排放多种污染物时，应分别计算各自的防护距离，并按计算结果的最大值确定其大气环境防护距离；（４）对属于同一生产单元（生产区、车间或工段）的无组织排放源，应合并作为单一面源计算并确定其大气环境防护距离；（５）如果有多个无组织排放面源，对每一个面源分别计算各自的防护距离，画出各自的控制区，这些控制区合并组成项目的防护控制区域；（６）对于非矩形面源，要折算成面积相等、形状相近的矩形面源（但不应将全部非矩形面源都折算成正方形面源，除非形状上接近正方形），且要求面源的长、短边长比值不能超过１０∶１，超出这个限制的宜分成多个面源。３．２．２．４　计算结果取级规定如超标距离大于２０００ｍ，应先削减排放源强再计算环境防护距离。如超标距离在２０００ｍ内，程序计算建议的防护距离按以下原则取级：１０—１００ｍ，间隔取１０ｍ；在１００—２０００ｍ，级差为５０ｍ。６８　　　气象与环境学报第２５卷　４　大气环境防护距离与卫生防护距离确定方法对比４１　大气环境防护距离ＳＣＲＥＥＮ３模型法与卫生防护距离确定的两种方法对比对没有行业卫生防护距离标准的项目，分别采用ＳＣＲＥＥＮ３模型法计算大气环境防护距离和计算公式法计算卫生防护距离，对比结果见表１。对有行业卫生防护距离标准的项目，采用ＳＣＲＥＥＮ３模型法计算大气环境防护距离和行业标准法确定的卫生防护距离，对比结果见表２。表１　大气环境防护距离ＳＣＲＥＥＮ３模型法与卫生防护距离计算公式法对比项目名称污染因子标准／（ｍｇ·ｍ－３）无组织排放面源源强／（ｋｇ·ｈ－１）面积／ｍ２或面源长宽源高／ｍ计算结果对比／ｍ计算公式法卫生防护距离ＳＣＲＥＥＮ３模型法环境防护距离行业标准卫生防护距离①某５万ｔ／ａ电　解铝工程Ｆ００２ＧＢ３０９５－１９９６０５５４１９２４４４６×９４２５６５１—７００１８ｍ／ｓ，Ⅰ类０无②某６０万ｔ／ａ　纯碱工程ＮＨ３０２ＴＪ３６－７９２４０２４００００６００×４００１５１４７１—１５００３７ｍ／ｓ，Ⅰ类１１５０无③某油库工程非甲烷总烃２０参考７６９２３０００００６００×５００１０２０２—３００４１ｍ／ｓ，Ⅲ类０无④某ＰＴＡ工程醋酸０２前苏联ＧＨ２４５－７１２３６５４０２７×２０５５４５—６００１４ｍ／ｓ，Ⅱ类４００无⑤某纤维工程ＣＳ２００４ＴＪ３６－７９０６８９７２００２４０×３０１４５８１—６００２５ｍ／ｓ，Ⅰ类４５０无⑥某垃圾填埋　工程Ｈ２Ｓ００１ＴＪ３６－７９００９９５７５０００５００×１５０１１３０—２００２３ｍ／ｓ，Ⅱ类３５０无　　注：对卫生防护距离计算公式法，按是否同时有排放相同污染物的排气筒及排放量是否大于最高允许排放速率的１／３，考虑了工业企业大气污染源构成分为三类：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。其类别规定见ＧＢ／Ｔ１３２０１－９１；无组织排放源的源高，是指考虑了烟气抬升的有效源高。表２　大气环境防护距离ＳＣＲＥＥＮ３模型法与卫生防护距离行业标准法对比类型石油化工企业卫生防护距离（ＳＨ３０９３－１９９９）工厂类别及规模／（１０４ｔ·ａ－１）装置分类装置（设施）名称当地近５ａ平均风速／（ｍ·ｓ－１）＜２０２０—４０＞４０污染源数据污染因子标准／（ｍｇ·ｍ－３）无组织排放面源源强／（ｋｇ·ｈ－１）面积／ｍ２源高／ｍＳＣＲＥＥＮ３模型法环境防护距离／ｍ炼油＞８００一酸性水汽提、硫磺回收１２００８００７００Ｈ２Ｓ酚类００１００２ＴＪ３６－７９０５０７１８０００３６００１０３—５９００８００化工乙烯≥３０≤６０二乙烯（ＳＭ技术）９００６００５００乙烯３０前苏联ＧＨ２４５－７１９００１６１００５６５０合纤涤纶＞２０≤６０一氧化装置９００９００７００Ｃ８Ｈ１０甲醇０３０３００ＴＪ３６－７９１２２４１５００００１０１００５５７０００化肥合成氨≥３０一合成氨、尿素７００６００５００ＮＨ３０２０ＴＪ３６－７９３６１２５０５５５０　　注：因石油化工企业卫生防护距离（ＳＨ３０９３－１９９９）中无组织排放面源仅有面积，无长度、宽度数据，采用ＳＣＲＥＥＮ３模型法对比计算环境防护距离时，对无组织排放面源按等面积的正方形或近圆形进行处理，虽